JP4323230B2 - Optical system eccentricity measuring apparatus and optical system eccentricity measuring method - Google Patents

Optical system eccentricity measuring apparatus and optical system eccentricity measuring method Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の偏心量を測定する光学系偏心測定装置及び光学系偏心測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の偏心量を測定する手法としては、オートコリメーション法による偏心測定法が従来より知られている。オートコリメーション法による偏心測定法は、例えば下記特許文献１に開示されている。図１６は、そのようなオートコリメーション法による偏心測定装置の基本構成を示している。
【０００３】
同図において、偏心測定装置５００は、測定用の光束５１１を射出する光源５２０と、光源５２０からの光束５１１を被測定面５５１に照射する測定光学系５３０と、被測定面５５１で反射された光束５１２を、光源５２０から射出された光束５１１から分離するハーフミラー５２１と、被測定面５５１による反射像を受光する受光素子５２２とを有している。光源５２０及び受光素子５２２は、互いに、共役な位置関係に配置されている。
【０００４】
光源５２０から射出された光束５１１は、ハーフミラー５２１を通過し、測定光学系５３０を経由して被測定面５５１に照射される。測定光学系５３０と被測定面５５１は、被測定面５５１の曲率中心５５１ａを通り光軸５１０に直交する平面上においてビームスポットが最小となるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。被測定面５５１に照射された光束５１１の一部は、この被測定面５５１で反射される。被測定面５５１で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由し、ハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂを形成する。
【０００５】
被測定面５５１の曲率中心５５１ａが測定光学系の光軸５１０上にあるときには、被測定面５５１による反射像５５１ｂが基準像位置５４０に形成されるが、図示のように、被測定面５５１の曲率中心５５１ａが測定光学系の光軸５１０からδ１だけずれている（すなわち被測定面５５１が偏心している）ときには、被測定面５５１による反射像５５１ｂが基準像位置５４０からδ３だけずれた位置に形成される。
この場合、被測定面５５１による反射像の結像倍率（測定光学系５３０の倍率と反射による倍率（等倍反射像を利用するこのタイプでは２となる。）とにより算出される）をβとすると、δ３＝βδ１の関係が成立する。したがって、受光素子５２２の出力から、受光素子５２２上での被測定面５５１による反射像５５１ｂの基準像位置５４０からのずれ量δ３とずれの方向を測定することにより、この式から被測定面５５１の偏心量δ１と偏心方向を求めることができる。
【０００６】
また、このオートコリメーション法を、複数のレンズからなる光学系（組み上がりレンズ）に適用した偏心測定法が、例えば下記特許文献２に開示されている。図１７は、そのような組み上がりレンズの偏心測定装置の基本構成を示している。
同図において、偏心測定装置５０１は、１番目の被測定面５５１と２番目の被測定面５５２を有する被測定光学系５５０の、２つの被測定面５５１，５５２の偏心を測定するものである。
【０００７】
基本的構成に関しては、図１６で説明した前記偏心測定装置５００と同じ構成を備えている。
よって、前述の手順で、被測定光学系５５０の１番目の被測定面５５１による反射像のずれ量及びずれ方向を測定することにより、１番目の被測定面５５１の偏心量と偏心方向を求めることができる。
【０００８】
続いて、２番目の被測定面５５２の偏心量を測定する方法について述べる。
測定光学系５３０及び被測定光学系５５０は、測定光学系５３０により集光された光束を、２番目の被測定面５５２のみかけの曲率中心５５２ａ（みかけの曲率中心とは、手前の面の屈折作用を考慮した曲率中心である。ある面のみかけの曲率中心に向かって光束を集光させると、光束がその面に垂直入射する。）に集光させるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。
このとき、測定光学系５３０により集光された光束は、１番目の被測定面５５１により屈折してから２番目の被測定面５５２に垂直入射する。２番目の被測定面５５２に照射された光束５１１の一部は、２番目の被測定面５５２で反射される。２番目の被測定面５５２で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由してからハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂを形成する。
【０００９】
１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２が、それぞれ測定光学系光軸５１０に対して偏心していない場合には、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂが基準像位置５４０に形成される。
一方、１番目の被測定面５５１もしくは２番目の被測定面５５２が偏心している場合には、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂは、１番目の被測定面５５１の偏心量と２番目の被測定面５５２の偏心量とに応じて、基準像位置５４０からずれた位置に形成される。受光素子５２２の出力から、受光素子５２２上での２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂの、基準像位置５４０からのずれ量とずれの方向を測定する。
【００１０】
そして、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂのずれ量及びずれ方向と、１番目の被測定面５５１の偏心量及び偏心方向と、１番目の被測定面５５１の曲率と、２番目の被測定面５５２の曲率と、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の間隔と、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の媒質の屈折率とを用いて演算することにより、２番目の被測定面５５２の偏心量と偏心方向を求めることができる。
被測定光学系が３番目以降の被測定面を有する場合には、同様の手順を順次行うことにより、３番目以降の被測定面の偏心量と偏心方向についても求めることが可能である。
【００１１】
なお、１番目の被測定面５５１の曲率、２番目の被測定面５５２の曲率、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の間隔、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の媒質の屈折率は、設計値及び実測値のどちらを用いてもよい。
また、この組み上がり偏心量の詳細な求め方については、例えば下記特許文献３に開示されているので、ここではその説明を省略する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−２６０６２３号公報
【特許文献２】
特公平７−８１９３１号公報
【特許文献３】
特開昭５８−２００１２５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８を用いて、上述した従来技術の課題を以下に説明する。
同図において、被測定光学系５５０は、３つの面（すなわち、測定対象となる被測定面５５１と、その他の２つの面５５２及び面５５３）を備えている。被測定面５５１の曲率中心５５１ａと、２番目のその他の面５５３のみかけの曲率中心５５３ａと、１番目のその他の面５５２は、光軸５１０に沿った方向においてごく近い位置に存在している。その他の構成は、図１７を用いて説明した前記偏心測定装置５０１と同じである。
【００１４】
光源５２０から射出された光束５１１は、ハーフミラー５２１を通過してから測定光学系５３０で収束された後、被測定面５５１に照射される。測定光学系５３０及び被測定面５５１は、被測定面５５１の曲率中心５５１ａを通ってかつ光軸５１０に直交する平面上においてビームスポットが最小となるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。
被測定面５５１に照射される光束５１１の一部は、被測定面５５１で反射される。被測定面５５１で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由してハーフミラー５２１で反射されてから、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂを形成する。
【００１５】
一方、被測定面５５１に照射された光束５１１の一部は、被測定面５５１により屈折され、１番目のその他の面５５２上に集光し、その一部が１番目のその他の面５５２で反射（面上の１点による反射で、いわゆるキャッツアイ反射の状態である。キャッツアイ反射は、面が偏心しても受光素子５２２上の反射像が動かない特性を持つ。）される。
この、１番目のその他の面５５２で反射された光束は、被測定面５５１及び測定光学系５３０を経由してから、ハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、１番目のその他の面５５２による反射像５５２ｃを形成する。
【００１６】
さらに、１番目のその他の面５５２を透過した光束５１１の一部が、２番目のその他の面５５３で反射される。この、２番目のその他の面５５３で反射された光束は、１番目のその他の面５５２、被測定面５５１、そして測定光学系５３０を経由してからハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、２番目のその他の面５５３による反射像５５３ｂを形成する。
よって、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂ、１番目のその他の面５５２による反射像５５２ｃ、２番目のその他の面５５３による反射像５５３ｂ、の３つの像が同時に形成される。
【００１７】
被測定面５５１の偏心量を測定するには、これら３つの像の中から、被測定面５５１による反射像を特定する必要がある。しかし、上述のように、被測定面５５１の曲率中心５５１ａに近い位置に被測定面５５１以外の面のみかけの曲率中心５５３ａ、もしくは被測定面５５１以外の面（１番目のその他の面５５２）が存在する場合には、受光素子５２２上に略同じ大きさの複数のスポット像（反射像）が存在することになり、被測定面５５１による反射像５５１ｂを特定することが困難となる可能性がある。
【００１８】
特に、カメラのズームレンズのように、測定対象となる光学系内の面数が多い場合は、面数が多い分だけ、被測定面以外の面による反射像が、被測定面の反射像の近傍に生じる可能性が高くなる。
なお、このような、被測定面以外の面の反射像は、測定対象となる光学系の面だけでなく、偏心測定装置を構成する光学系（上記の測定光学系５３０等）の面によっても形成される可能性がある。
以上説明のオートコリメーション法では、被測定面での等倍の反射像を利用して測定を行っているが、被測定面の不等倍の反射像を利用して偏心量を求める場合においても、全く同様の課題が生じる。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、受光素子上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことができる手段の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の光学系偏心測定装置は、光学系の被測定面の偏心を測定する装置であって、光束を発する光源と、前記光束を、前記被測定面に向かう第１の光束と、該第１の光束とは別の方向に向かう第２の光束に分割する光束分割手段と、前記第１の光束を前記被測定面のうち測定対象となる測定対象面に照射する測定光学系と、前記測定対象面で反射され、前記測定光学系を再透過した前記第１の光束に対して前記第２の光束を重ね合わせる光束重ね合わせ手段と、前記測定対象面で反射した前記第１の光束の光路長または前記第２の光束の光路長の少なくとも一方を調整する光路長調整手段と、前記測定対象面で反射され、前記光束重ね合わせ手段によって重ね合わされた前記第１の光束及び前記第２の光束を受光する受光手段と、前記受光手段上の基準位置に対する、前記受光手段上に形成された前記第１の光束の反射像の位置ずれを算出し、該位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める偏心演算手段と、前記受光手段上における前記第２の光束のスポット径を、前記第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整するスポット径調整手段とを備え、前記光源は、前記光路長調整手段によって前記測定対象面で反射された前記第１の光束の光路長と前記第２の光束の光路長とが略等しくなるように調整したとき、前記受光手段上で前記測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束とが干渉縞を形成し、かつ、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面で反射された第１の光束と前記第２の光束とは前記受光手段上で干渉縞を形成しない長さのコヒーレンス長を有することを特徴とする。
【００２１】
上記請求項１に記載の光学系偏心測定装置によれば、光源から発せられた所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束は、光束分割手段により第１の光束及び第２の光束に分割される。そして、これらのうちの第１の光束は、被測定面に入射して反射される。第２の光束と、被測定面で反射された後の第１の光束とは、受光手段上に互いに重なる像をなすように照射される。この時の受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、光路長調整手段を用いて、被測定面で反射した第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを略一致させる調整を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から判別可能な状態にすることができる。
さらに、特定された第１の光束のスポットの位置ずれを偏心演算手段に取り入れて算出することで、被測定面の偏心を求めることができる。
また、受光手段上で第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを重ね合わせて干渉縞を観察する際に、スポット径調整手段により第２の光束のスポット径を第１の光束のスポット径よりも大きくすることで、容易に干渉縞を観察できる状態にすることができる。
請求項２に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、前記光源のコヒーレンス長は、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短いことを特徴とする。
請求項３に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、前記光源のコヒーレンス長は、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短いことを特徴とする
請求項４に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、前記光学系の被測定面は複数からなり、前記光源のコヒーレンス長は、前記複数の被測定面の各面間の光路差のうち、最小の光路差よりも短いことを特徴とする。
請求項５に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、前記光源のコヒーレンス長は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光学系偏心測定装置において、前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記請求項６に記載の光学系偏心測定装置によれば、例えば、受光手段上に照射される第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとが干渉縞を観察するには小さく、なおかつ、これらが互いに近接位置に有るような場合には、単純に各像のスポット径のみを拡大させただけでは、受光手段上での各像の間の距離が略固定されたままであるため、各像が互いに重なり合って判別困難になる。これに対し、本発明では、受光領域拡大手段を用いて受光領域を拡大させてから受光手段上に照射することで、各像のスポット径と、各像間の距離との双方を拡大することができるので、各像が判別不可能な状態に重なり合うのを防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることができる。
【００２６】
請求項７に記載の光学系偏心測定方法は、光学系の被測定面に測定光学系を通して光束を照射して偏心を測定する方法であって、前記被測定面および前記測定光学系の光学面の、各配置位置とみかけ上の各曲率中心位置とから測定に用いる光束のコヒーレンス長を設定する工程と、該工程により、コヒーレンス長が設定された光束を、前記被測定面に向かう第１の光束と、該第１の光束とは別の方向に向かう第２の光束とに分割する工程と、前記第１の光束を前記被測定面のうちの測定対象となる測定対象面に照射し、該測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束との光路長を前記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、該工程を行った後、前記測定対象面で反射された前記第１の光束を、前記第２の光束に受光手段上に重ね合わせる工程と、該工程で重ね合わされた前記第１の光束と前記第２の光束とを受光して光束像を取得する工程と、該工程で取得された光束像のうち、干渉縞が観察される前記第１の光束の光束像の位置を取得する工程と、該工程で取得された光束像の位置の、前記受光手段上の基準位置に対する位置ずれを算出し、該位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める工程と、前記受光手段上における前記第２の光束のスポット径を、前記第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整する工程とを備え、前記コヒーレンス長を設定する工程では、前記測定対象面で反射された前記第１の光束の光路長と前記第２の光束の光路長とを略一致させたときに、前記受光手段上で前記測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束とが干渉縞を形成し、かつ、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面で反射された第１の光束と前記第２の光束とは前記受光手段上で干渉縞を形成しない長さのコヒーレンス長に設定することを特徴とする。
【００２７】
上記請求項７に記載の光学系偏心測定方法によれば、光源から発せられた所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束は、一旦、第１の光束及び第２の光束に分割される。そして、これらのうちの第１の光束は、被測定面に入射して反射される。第２の光束と、被測定面で反射された後の第１の光束とは、受光手段上に互いに重なる像をなすように照射される。この時の受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、被測定面で反射した第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを一致させる工程を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から判別可能な状態にすることができる。
このようにして特定された第１の光束のスポットの位置ずれに基づき、被測定面の偏心を求めることができる。
また、受光手段上で第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを重ね合わせて干渉縞を観察する際に、第２の光束のスポット径を第１の光束のスポット径よりも大きくすることで、容易に干渉縞を観察できる状態にすることができる。
請求項８に記載の光学系偏心測定方法は、請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、前記光束のコヒーレンス長は、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短いことを特徴とする。
請求項９に記載の光学系偏心測定方法は、請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、前記光束のコヒーレンス長は、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短いことを特徴とする。
請求項１０に記載の光学系偏心測定方法は、請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、前記光学系の被測定面は複数からなり、前記光束のコヒーレンス長は、前記複数の被測定面の各面間の光路差のうち、最小の光路差よりも短いことを特徴とする。
請求項１１に記載の光学系偏心測定方法は、請求項８に記載の光学系偏心測定方法において、前記光束のコヒーレンス長は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の光学系偏心測定方法は、請求項７〜１１のいずれかに記載の光学系偏心測定方法において、前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
上記請求項１２に記載の光学系偏心測定方法によれば、例えば、受光手段上に照射される第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとが干渉縞を観察するには小さく、なおかつ、これらが互いに近接位置に有るような場合には、単純に各像のスポット径のみを拡大させただけでは、受光手段上での各像の間の距離が略固定されたままであるため、各像が互いに重なり合って判別困難になる。これに対し、本発明では、受光領域を拡大させてから受光手段上に照射する工程を行うことで、各像のスポット径と、各像間の距離との双方を拡大することができるので、各像が判別不可能な状態に重なり合うのを防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学系偏心測定装置及び光学系偏心測定方法についての各実施形態の説明を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
【００３３】
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１実施形態についての説明を以下に行う。
図１に示すように、本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００は、コヒーレンス長（可干渉距離）の短い光を発する光源１と、この光源１からの発散光を平行光束にするコリメート光学系２と、このコリメート光学系２からの平行光束をＰ偏光成分及びＳ偏光成分に分離して射出する偏光ビームスプリッタ４と、この偏光ビームスプリッタ４からのＰ偏光成分を円偏光にする１／４波長板９と、この１／４波長板９からの円偏光の平行光束を収束光にするデフォーカス光学系１０と、このデフォーカス光学系１０からの収束光を反射する平面ミラー１１と、偏光ビームスプリッタ４で分離されたＳ偏光成分を円偏光にする１／４波長板５と、この１／４波長板５からの円偏光の平行光束を被測定面５１に発散又は集光させて照射する測定光学系６と、測定対象となる被測定光学系５０の被測定面５１からの反射光、及び、平面ミラー１１からの反射光を集光する結像光学系１８と、この結像光学系１８により集光された各反射光を受光する受光素子２０とを備えて構成されている。
【００３４】
光源１は、例えばＳＬＤ（スーパー・ルミネッセンス・ダイオード）で構成されている。しかし、光源１はＳＬＤに限定されるものではなく、コヒーレンス長の短い光を発する光源であれば、例えばＬＥＤや高調波重畳したＬＤ、しきい値以下の電流で駆動したＬＤ、ハロゲン光源及び干渉フィルタの組み合わせなどで構成してもよい。
なお、本発明で言う「コヒーレンス長が短い（低コヒーレンス）」とは、「被測定光学系の各面の間の光学距離よりもコヒーレンス長が短い」ことを意味し、更に詳細には「被測定面と、被測定面のみかけの曲率中心位置とみかけの曲率中心位置が近い面との面間の光学距離、もしくは、被測定面と、被測定面のみかけの曲率中心位置と面の位置が近い面との面間の光学距離、以下のコヒーレンス長であること」を示す。数値例で示すと「可干渉距離が１μｍ以上かつ１０ｍｍ以下であること」、更に好ましくは「可干渉距離が１０μｍ以上かつ１ｍｍ以下であること」を示すものとする。ちなみに、ＳＬＤの可干渉距離は数１０〜１００μｍ程度である。
【００３５】
受光素子２０は、例えばＣＣＤで構成されている。しかし、受光素子２０はＣＣＤに限定されるものではなく、被測定光学系５０の被測定面５１からの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とを検知できる機能を有するものであれば良く、例えばＣＭＯＳセンサなどを代わりに採用しても良い。
【００３６】
さらに、偏心測定装置１００は、コリメート光学系２及び偏光ビームスプリッタ４間に、コリメート光学系２からの平行光束から、１方向の偏光成分を選択して透過させる偏光板３を有している。この偏光板３は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）により保持されている。
すなわち、前記回転手段を用いて偏光板３を光軸中心回りに回転させることにより、偏光ビームスプリッタ４でのＰ偏光成分とＳ偏光成分の分岐比を変更することができるようになっている。
【００３７】
ここで言う光軸とは、コリメート光学系２，測定光学系６，デフォーカス光学系１０，被測定面５１，平面ミラー１１，結像光学系１８が全く偏心していない状態において、光源１から被測定面５１を経て受光素子２０に到達する光束と、光源１から平面ミラー１１を経て受光素子２０に到達する光束の、主光線の軌跡を言うものとする。
【００３８】
デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１は、移動ステージ１２により、一体になって光軸方向に移動可能に支持されている。また、この移動ステージ１２には、その位置を測定する測長手段１３が備えられている。
移動ステージ１２は、例えば、図示されないリニアガイドとステッピングモータとボールねじとを備えて構成されている。しかし、移動ステージ１２は、これらの組み合わせに限定されるものではなく、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１を必要な精度で移動できるものであれば良く、その他の構成も勿論採用可能である。さらには、移動ステージ１２の駆動は、自動及び手動のどちらでも良い。
【００３９】
測長手段１３は、例えば移動ステージ１２を駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする手段で構成される。しかし、測長手段１３はこのような構成に限定されるものではなく、例えばリニアエンコーダやレーザー測長器など、その他の構成を採用しても良い。
測長手段１３にレーザー測長器を用いる場合には、特に図示しないが、平面ミラー１１の裏面にコーナーキューブを平面ミラー１１と一体に配置し、レーザー測長器の測長軸を光軸と一致させることにより、アッベの誤差やｃｏｓエラーなどの測長誤差を低減させることが可能となる。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ４及び平面ミラー１１間には、シャッター１４が設けられており、必要に応じて平面ミラー１１からの反射光を遮蔽できるように構成されている。そして、平面ミラー１１からの反射光をシャッター１４で遮光することにより、受光素子２０は、被測定面５１による反射像のみを精度よく検出することができる。
【００４１】
測定光学系６は、移動ステージ７により、光軸２１方向に沿って移動可能に支持されている。そして、この移動ステージ７には、その位置を測定する測長手段８が備えられている。
移動ステージ７は、例えばリニアガイドとステッピングモータとボールねじから構成されている。しかし、移動ステージ７は、これらの組み合わせに限定されるものではなく、測定光学系６を必要な精度で移動できれば良く、その他の構成も採用可能である。また、移動ステージ７の駆動は、自動及び手動のどちらで行っても良い。
【００４２】
測長手段８は、例えば、移動ステージ７を駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする手段で構成される。しかし、測長手段８は、このような手段に限定されるものではなく、例えばリニアエンコーダやレーザー測長器など、その他の構成を採用しても良い。
【００４３】
なお、本実施形態では、説明を解りやすくするために、測定対象である前記被測定光学系５０が、１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２の２面から構成されるものとした。
ただし、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａと、２番目の被測定面５２の見かけの曲率中心５２ａが、光軸２１に垂直な断面で見た場合に極めて近い位置に存在したものとなっている。
【００４４】
偏光ビームスプリッタ４及び受光素子２０間には、偏光方向の異なる２つの反射光から同一の偏光成分を選択して透過させることにより干渉させるための偏光板１５が備えられている。この偏光板１５は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）によって保持されている。そして、前記回転手段を用いて、透過させる偏光方向を調整することにより、干渉縞のコントラストを任意に調整できるようになっている。
【００４５】
偏光板１５及び受光素子２０間には、偏光板１６が備えられている。この偏光板１６は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）により保持されている。前記回転手段を用いて偏光板１６を光軸中心に対して回転させることにより、受光素子２０で検出される光強度を調整することが可能となる。
【００４６】
偏光板１６及び受光素子２０間には、被測定面５１からの反射光が受光素子２０上で適当な大きさのスポット像を形成するように集光させる結像光学系１８が備えられている。
この結像光学系１８は、光源１と受光素子２０が互いに共役となるように配置されている。この調整は、例えば以下の手順で行う。まず、測定光学系６及び被測定光学系５０を配置しない状態で、１番目の被測定面５１の位置に図示しない平面ミラーを配置する。そして、この平面ミラーからの反射光が受光素子２０上に結像するように、結像光学系１８及び受光素子２０の光軸２１に沿った方向の位置を調整する。
【００４７】
以上説明のように、本実施形態の偏心測定装置１００は、コヒーレンス長の短い光束を発する光源１と、この光源１から発せられた光束を、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）に向かう光束（第１の光束）及びこの光束（第１の光束）とは別方向の平面ミラー１１に向かう他の光束（第２の光束）に分割する偏光ビームスプリッタ（光束分割手段）４と、測定光学系（測定光学系）６を経由して１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）で反射された光束（第１の光束）及び平面ミラー１１で反射された光束（第２の光束）を受光する受光素子（受光手段）２０と、光源１から受光素子２０に至るまでの両光束の全光路長が上記コヒーレンス長以内で略等しくなるように、平面ミラー１１で反射される方の光束（第２の光束）側の光路長を調整する移動ステージ（光路長調整手段）１２と、移動ステージ（光路長調整手段）によって前記２つの光路長の差を前記コヒーレンス長以内に調整することにより前記受光素子（受光手段）２０上で被測定面５１で反射した光束（第１の光束）と平面ミラー１１で反射した光束（第２の光束）に干渉を生じせしめ、また、被測定面５２で反射した光束（第１の光束）と平面ミラー１１で反射した光束（第２の光束）に干渉を生じせしめることにより、被測定面５１で反射した光束と被測定面５２で反射した光束を判別し、受光素子（受光手段）２０上の基準位置に対する判別された１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）の偏心量及び偏心方向（偏心）を求める偏心演算部（偏心演算手段）２２とを備えた構成となっている。
さらに、本実施形態の偏心測定装置１００は、受光素子（受光手段）２０上に照射される、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）からの反射光束（第１の光束）のスポット径を調整する移動ステージ（スポット径調整手段）７を備えた構成となっている。
以下に、この構成を有する偏心測定装置１００を用いた光学系偏心測定方法について説明する。
【００４８】
本実施形態の光学系偏心測定方法は、光源１から発せられた光束（所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束）を、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）に向かう光束（第１の光束）と、この光束（第１の光束）とは別方向の平面ミラー１１に向かう他の光束（第２の光束）とに分割する工程と、これら２つの光束（第１の光束及び第２の光束）を受光素子（受光手段）２０上で重ねるように受光する工程と、これら２つの光束（第１の光束及び第２の光束）の光路長を上記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、受光素子（受光手段）２０上の基準位置に対する反射像５１ｂ，５２ｂ（第１の光束の像）の位置ずれに基づいて１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）の偏心を求める工程とを有するものとなっている。
さらに、本実施形態の光学系偏心測定方法は、受光素子（受光手段）２０上における反射像５１ｂ，５２ｂのスポット径（第１の光束のスポット径）を調整する工程も、必要に応じて行うものとなっている。
以下に、その詳細を説明する。
【００４９】
まず、被測定光学系５０の１番目の被測定面５１の偏心量を測定する手順について述べる。光源１からの発散光束は、コリメート光学系２に入射し、平行光となって偏光ビームスプリッタ４に向かう。偏光ビームスプリッタ４に入射した平行光は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離して射出される。
この時、受光素子２０上に到達する平面ミラー１１からの反射光と、１番目の被測定面５１からの反射光との光強度がほぼ一致するように、偏光板３を回転させ、分離されるＰ偏光成分の光強度とＳ偏光成分の光強度とを予め調節する。この調整は、例えば、まず被測定光学系５０を配置しない状態で、平面ミラー１１からの反射光のみを受光素子２０で検出する。次に、被測定光学系５０を載置して、シャッター１４を閉じて平面ミラー１１からの反射光を遮蔽した状態で、１番目の被測定面５１からの反射光のみを受光素子２０で測定する。これら２つの光強度を見ながら、両者がほぼ一致するように偏光板３を回転させることで調整が完了する。
【００５０】
偏光ビームスプリッタ４で分離されたＰ偏光成分は、１／４波長板９で円偏光にされた後、デフォーカス光学系１０により集光し、平面ミラー１１で反射される。平面ミラー１１からの反射光は、再度、デフォーカス光学系１０と１／４波長板９を経由してＳ偏光成分となり、偏光ビームスプリッタ４で今度は反射して受光素子２０に向かう。
この時、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１間における、光軸方向の相対的な位置は、平面ミラー１１の反射光が受光素子２０上で平行光に近い状態になるように調整する。この調整は、例えば以下の手順で行う。被測定光学系５０を配置しない状態で、平面ミラー１１からの反射光のみを受光素子２０上に向かわせ、そのスポット径を検出する。そして、このスポット径が、平面ミラー１１からの反射光が受光素子２０上で平行光となる際のスポット径の設計値（受光素子２０に平行光が入射する光学配置の設計値から求まる。）と略等しくなるように、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１の光軸方向の位置を調整する。
【００５１】
光源１から受光素子２０に向かう２つの光束は、これらの光路長差がコヒーレンス長以内で特に略等しくなったときに、受光素子２０上に干渉縞を形成する。そこで、偏光ビームスプリッタ４からデフォーカス光学系１０を経由して平面ミラー１１に至るまでの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して１番目の被測定面５１に至るまでの光路長とが等しくなるように、移動ステージ１２を移動させる。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から１番目の被測定面５１までの光路長を略等しくするためのより具体的方法の例を、以下に示す。
まず、被測定光学系５０を配置しない状態で１番目の被測定面５１の位置に図示しない平面ミラーを配置し、この平面ミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。そして、その時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。
【００５３】
なお、被測定面５１の位置に前記平面ミラーを配置することは、被測定光学系５０の鏡枠の被測定面５１の位置に相当する部分に、前記平面ミラーを取り付けるなどすることで実施可能である。１番目の被測定面５１以降の他の被測定面については、これら各面の設計値を用いてもよい。また、１番目の被測定面５１と同様に測定した値を用いるものとしても良い。
そして、実際に偏心測定に移る際には、被測定光学系５０を配置した後、記録された前記移動量に対応する位置に、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を移動ステージ１２で移動させる。
【００５４】
一方、偏光ビームスプリッタ４で反射したＳ偏光成分は、１／４波長板５を通過することで円偏光にされる。
測定光学系６及び被測定光学系５０は、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａを通ってかつ光軸２１に直交する平面上におけるビームスポット径が最小となるように、移動ステージ７によって、光軸２１に沿った方向の位置が調整される。
このような調整がなされることで、１／４波長板５によって円偏光にされた光束は、測定光学系６によって集光されて１番目の被測定面５１に照射される。そして、この光束の一部が、１番目の被測定面５１で反射される。１番目の被測定面５１からの反射光は、測定光学系６を経由して再度、１／４波長板５を透過し、Ｐ偏光成分となって偏光ビームスプリッタ４を透過した後、受光素子２０に向かう。
【００５５】
ここで、１番目の被測定面５１に照射された光束の一部が１番目の被測定面５１を透過し、さらにこの１番目の被測定面５１で屈折して、２番目の被測定面５２に向かう。そして一部が２番目の被測定面５２で反射し、１番目の被測定面５１の反射光と同様の経路をたどって受光素子２０に向かう。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ４から受光素子２０へ向かう３つの反射光（すなわち、平面ミラー１１からの反射光と１番目の被測定面５１及びその他の面５２からの反射光）は、偏光板１５によって同一の偏光成分のみが取り出され、さらに偏光板１６で光強度が調整される。
そして、光強度が調整された後の３つの反射光は、結像光学系１８により集光され、受光素子２０上にほぼ同一径を有する２つのスポット像（すなわち、１番目の被測定面５１による反射像５１ｂ、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂ）と、これら２つのスポット像よりも径の大きなデフォーカス像（平面ミラー１１による反射像１１ｂ）として検出される。
【００５７】
このようにして受光素子２０上に形成される被測定光学系５０からの２つの反射像５１ｂ，５２ｂの中から１番目の被測定面５１による反射像５１ｂを判別する方法の詳細について、図２〜図５を参照して説明する。
まず、図２に示すように、受光素子２０上に径の小さい反射像５１ｂ，５２ｂが映し出されている状態で、測定光学系６を移動ステージ７によって光軸２１の方向に移動させる。
これにより、図３に示すように、反射像５１ｂ及び反射像５２ｂを最適位置から若干ずらして像の径を大きくする。これは、後述の干渉縞を形成する際に、反射像の径を大きくして干渉縞の有無の判別を容易にするためである。
【００５８】
前述のように、光源１はコヒーレンス長が短いので、２つの反射像５１ｂ及び反射像５２ｂのうち、光源１からの光路長が前記デフォーカス像の光路長と略等しくなったものだけが、図４に示すような干渉縞を生じる。
したがって、図２から図４に示す工程を行って干渉縞の有無を調べることにより、反射像５１ｂが１番目の被測定面５１による反射像であることを判別することができる。
なお、ここでは被測定光学系５０からの反射像数は２つにしたが、勿論これに限定されるものではなく、３個以上、もしくは１個の場合についても同様の手順により、被測定面５１の反射像５１ｂを判別することが可能である。
【００５９】
次に、前記シャッター１４により平面ミラー１１への光路を遮断し、測定光学系６を移動ステージ７によって光軸２１の方向に移動させ、上記により判別された反射像５１ｂが最良像となるようにスポット径を絞る調整を行う。
そして、偏心演算部２２の画像処理により、受光素子２０上における反射像５１ｂの絞られたスポット像の重心座標を検出し、基準像位置からのずれ量とずれ方向を算出する。これにより、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａの偏心量と偏心方向を求める。
【００６０】
ここで言う基準像位置とは、１番目の被測定面５１が全く偏心していない状態において、この１番目の被測定面５１からの反射光により受光素子２０上に形成される反射像５１ｂの位置をいう。
この基準像位置は、様々な手法により求めることが可能である。例えば、光軸２１に沿った方向における、測定光学系６及び１番目の被測定面５１間の相対的な位置を、光源１からの光束が１番目の被測定面５１上に集光するように、測定光学系６を位置調整することにより求められる。この状態では、１番目の被測定面５１上の光束の集光位置と基準像位置が共役になるため、１番目の被測定面５１からの反射光は、受光素子２０上の基準像位置に、１番目の被測定面５１による反射像を形成する（いわゆる、キャッツアイ反射の状態）。
この状態で、受光素子２０の出力から１番目の被測定面５１による反射像の座標を求めることにより、基準像位置の座標が求められる。
【００６１】
基準像位置を求める別の手法としては、１番目の被測定面５１を光軸２１回りに回転させることにより、受光素子２０上で反射像を回転させ、その回転中心の座標を求めてこれを基準像位置としても良い。
また、１番目の被測定面５１を回転させる代わりに、測定光学系６と１番目の被測定面５１との間に光偏光部材（図示せず）を挿入し、その後段にイメージローテータ及び反射ミラー（図示せず）を配置し、前記イメージローテータを回転させることにより、前記反射ミラーによる反射像を受光素子２０上で回転させて、その回転中心の座標を求めてこれを基準像位置としても良い。
【００６２】
次に、再び図１に戻り、被測定光学系５０の２番目の被測定面５２の偏心を測定する手順について述べる。
まず、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長とがほぼ等しくなるように、移動ステージ１２によりデフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１を移動させる。
【００６３】
すなわち、まず、上述した方法により偏光ビームスプリッタ４からデフォーカス光学系１０を経由して平面ミラー１１に至るまでの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して被測定光学系５０の１番目の被測定面５１に至るまでの光路長とを等しくする。
次に、被測定光学系５０の設計値に基づいて、被測定光学系５０の１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の光路長を求める。具体的には、（１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の物理的な厚さ）×（１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の媒質の群屈折率）により光路長を算出する。そして、このようにして求められた光路長分だけ平面ミラー１１が移動するように、移動ステージ１２を移動させる。この時の移動ステージ１２の移動量は、測長手段１３で検出する。
【００６４】
このような方法により、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の光路長が設計値と等しい場合に、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長とを略等しくできる。
なお、移動ステージ１２の移動により、平面ミラー１１の反射光は、受光素子２０上で平行光から若干ずれた状態になる。しかし、多少平行光でなくとも干渉が生じる場合が多いので、平行光にすることを目的として、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０の光軸方向位置を再調整しなくても良い。
また、例えば、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０間の光軸方向における相対位置を調整する移動ステージ（図示せず）を別に配置し、必要に応じて調整する構成を採用しても良い。
【００６５】
そして、１番目の被測定面５１による反射像を判別した手順と同様の手順により、図５に示すような受光素子２０の出力から、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂを判別する。
なお、被測定光学系５０の設計値から、演算により、被測定面５１と５２の曲率中心及びみかけの曲率中心が光軸に沿った方向に近い位置に存在することを予め求めておくことができる。従って、被測定面５１による反射像５１ｂを特定した時点で、他方の像５２ｂは被測定面５２による像である可能性が高いと判断しても良い。すなわち、別に判別のための測定をしなくても良い。
この時、何れの反射像５１ｂ，５２ｂの位置でも干渉縞が生じない場合は、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の光路長が設計値に対して誤差を持っていることが考えられる。しかし、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の光路長が設計値に対して誤差を持っていたとしても、被測定光学系５０の製作が通常どおり行われていれば、その誤差の量は被測定光学系５０の製作公差の範囲に収まり、それほど大きくない場合が多い。
【００６６】
よって、設計値に基づいて設定した移動ステージ１２の位置の近辺（前後）でこの移動ステージ１２を多少移動させながら、受光素子２０上のスポット像の干渉の様子を観察すると、ある位置で干渉が生じる。
可干渉距離が短いという光源１の性質より、干渉縞のコントラストが最高になったとき、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長が略等しいと言える。
このときの移動ステージ１２の１番目の被測定面５１の位置からの移動量が、設計値から求めた移動量に十分近ければ、そのときに干渉が生じたスポット像が、被測定面５２による反射像である可能性が極めて高い。
【００６７】
そして、１番目の被測定面５１の偏心量と偏心方向を求めた時と同様に、偏心演算部２２において、受光素子２０上における反射像５２ｂがなすスポット像の重心位置を検出し、基準像位置からのずれ量とずれの方向を演算する。
２番目の被測定面５２の偏心量を求めるには、２番目の被測定面５２よりも測定光学系６側に位置する１番目の被測定面５１の影響を考慮して、偏心量を演算する。具体的には、偏心演算部２２において、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂのずれ量とずれ方向、１番目の被測定面５１の偏心量と偏心方向、１番目の被測定面５１の曲率、２番目の被測定面５１の曲率、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の間隔、そして１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の媒質の屈折率から演算を行って、被測定面５２の偏心量と偏心方向を求める。
【００６８】
以上説明の本実施形態の偏心測定装置１００及び光学系偏心測定方法によれば、受光素子２０上に反射像５１ｂ，５２ｂを形成させる反射面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）の判別が可能になる。したがって、受光素子２０上で被測定面による反射像とそれ以外の反射像が同時に極めて近くに存在する場合であっても、被測定面の偏心測定を確実に行うことが可能となっている。
【００６９】
なお、受光素子２０上に形成される干渉縞は、重ね合う２つの光束の光量比が近いほどコントラストが高くなり、光量比が大きく異なると干渉縞が認識できない場合がある。そのような場合には、前記偏光板３の方位を調整することにより、被測定光学系５０からの反射光と平面ミラー１１からの反射光との光量比を調整して近くすることができるので、受光素子２０上の干渉縞のコントラストを高くでき、反射像の判別を容易に行うことが可能となる。
また、干渉縞は、重ね合う２つの光束の位相が合っているほどコントラストが高く観察できる。そこで、本実施形態の場合には、前記偏光板１５により、重ね合わせる２つの光束のうち、１方向の直線偏光だけを選択透過させるようにしているので、受光素子２０上の干渉縞のコントラストを高くでき、反射像の判別を容易に行うことが可能となっている。
【００７０】
オートコリメーション法に代表される従来の反射偏心測定法では、被測定光学系の設計によっては被測定光学系内での光束のケラレ等により、それぞれの面の反射光束による受光素子上での光強度が互いに大きく異なる場合がある。光強度が弱すぎる場合には干渉縞が観察できない場合があり、逆に、光強度が強い場合には受光素子の出力が飽和してしまい、干渉縞が観察できない場合がある。これに対し、本実施形態では、偏光板１６を回転させることにより受光素子２０上の光強度を調整できるので、より多くの面の反射像が判別可能となっている。
また、本実施形態では、平面ミラー１１の光路を遮断するシャッター１４を駆動させると、受光素子２０上から平面ミラー１１の反射像１１ｂのみを消すことができるので、受光素子２０上における反射像５１ｂ，５２ｂの検出精度を向上させることが可能となる。
【００７１】
なお、本発明の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
例えば、本実施形態では、被測定光学系５０が２つの被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）から構成される場合について述べたが、２つの被測定面に限らず、３つ以上の被測定面から構成される場合でも、同様の手順を繰り返すことにより、組み上がり光学系の偏心測定を行うことが可能である。
また、被測定光学系５０の被測定面が１つの被測定面から構成される場合でも、偏心測定装置１００が備える各光学系の面による反射像などが受光素子２０上に結像して被測定面の判別ができなくなる場合があるので、本実施形態は有効である。すなわち、被測定面と前記各光学系の面による反射像とを判別することが可能である。
【００７２】
また、当然ながら被測定光学系５０はプリズムやミラーなどの光偏光部材や平行平板などを含んでいても、同様の手順により偏心測定が可能である。
また、当然ながら反射像の判別は全ての被測定面について行う必要はなく、反射像の判別が困難な場合のみ行うものとしても良い。
また、光源１からの光束を分離射出する偏光ビームスプリッタ４と１／４波長板５と１／４波長板９の代わりに、単一のハーフミラーを採用するものとしても良い。この場合、光の利用効率は低下するものの、偏心測定装置１００の構成を簡素にすることが可能となる。
【００７３】
また、平面ミラー１１の代わりに、レトロリフレクターやコーナーキューブを用いても良い。
また、シャッター１４を省略する構成も採用可能である。
また、受光素子２０で検出される光強度を調整する手段としては、偏光板１６及びその回転手段に限定されるものではなく、例えば、連続可変ＮＤフィルタ及びこれを回転させる回転手段や、複数のＮＤフィルタ及びこれを切り換える切換手段や、受光素子２０の露光時間を変更する電子シャッターなど、その他の構成も採用可能である。
また、測定上の制限を受けるものの、偏光板３や偏光板１５や偏光板１６を省いても測定可能である。
また、被測定光学系５０が、平行平面板のように被測定面が平面のみから構成される場合には、測定光学系６を省略することが可能である。
【００７４】
また、移動ステージ１２及び測長手段１３は、平面ミラー１１による反射光と被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）による反射光の光路長とを等しくできれば良い。したがって、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０側を移動させることに限定されるものではなく、例えば、測定光学系６及び被測定光学系５０側を同時に移動させるようにしても良い。さらには、平面ミラー１１による反射光と被測定面による反射光の光路長どちらかの光路に、これらの光路長を一致させることができる特性を備えたガラス板を挿入するなどしても良い。
【００７５】
なお、コヒーレンス長の短い光源１から発せられて分岐する２つの光束それぞれが透過するガラス（光学系を構成する材料）の波長分散が全く同じである場合には、これら２つの光束間における相対的な波長分散の影響をキャンセルすることができるため、光路長差が最短で干渉縞のコントラストが最高になり、ガラスの波長分散が一致しない場合は、光路長差がより長く、干渉縞のコントラストが低くなることが一般的に知られている。
そこで、偏光ビームスプリッタ４から被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）に至る光路と、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１に至る光路のどちらか一方、もしくは両方に、波長分散調整ガラスを挿脱可能に配置する構成を採用しても良い。この場合には、これら２つの光束の波長分散を制御して、受光素子２０上における干渉縞のコントラストを高める調整が可能となる。
【００７６】
また、上述のように、波長分散調整ガラスの挿脱により２つの光束が受ける波長分散を一致させることで干渉縞のコントラストを高くしたり、光軸に沿った方向の分解能を高くしたりすることができる。これとは逆に、波長分散調整ガラスの挿脱により２つの光束が受ける波長分散に差を持たせ、干渉縞を、光軸方向のより広い範囲で認識できるようにすることも可能である。
その場合、波長分散調整ガラスの挿脱に伴って光路長も変化する。よって、あらかじめ波長分散調整ガラスの挿脱による光路長の変化を測定しておき、波長分散調整ガラスを挿脱した場合には、その光路長の変化分だけ移動ステージ１２を移動させることで、２つの光束の光路長を一致させる調整が可能となる。
【００７７】
なお、波長分散調整ガラスの挿脱による光路長の変化は、例えば下記測定方法を用いることにより測定することができる。
すなわち、まず波長分散調整ガラスを光路から外しておき、被測定光学系５０を配置しない状態で被測定面５１の位置に図示しないミラーを配置し、このミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。
【００７８】
そして、この時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。次に、波長分散調整ガラスを挿入して、再度、ミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。そして、この時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。続いて、移動ステージ１２の基準位置からの移動量の差を計算する。このようにして、波長分散調整ガラスによる光路長の変化を検出することができる。
なお、波長分散ガラスは様々な波長分散に対応できるように、あらかじめ複数備えておいても良い。
【００７９】
（第１参考例）
続いて、図６を参照しながら、本発明の第１参考例についての説明を以下に行う。なお、本参考例の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明を行うものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
【００８０】
本参考例では、前記デフォーカス光学系１０の代わりに、平面ミラー１１からの反射光を、結像光学系１８を経由せずに受光素子２０に導くための偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、偏光ビームスプリッタ２５を備えた点が特徴的となっている。
本実施形態における移動ステージ１２は、平面ミラー１１のみを移動させるようになっている。
また、本参考例における１／４波長板９は、偏光ビームスプリッタ２３と平面ミラー１１との間に配置する。
また、本参考例における偏光板１５は、偏光ビームスプリッタ２５と受光素子２０との間に配置する。
また、本参考例における結像光学系１８は、偏光ビームスプリッタ４と偏光ビームスプリッタ２５との間に配置する。
【００８１】
以上説明の構成を有する本参考例の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ａを用いた光学系偏心測定方法について以下に説明を行う。
まず、光源１から光束を射出すると、同光束はコリメート光学系２により平行光束に変換された後、偏光板３に入射し、同光束のうちの１方向の直線偏光成分のみがこれを透過する。この直線偏光成分の平行光束が偏光ビームスプリッタ４に入射すると、同偏光ビームスプリッタ４は、Ｐ偏光成分を透過させるとともにＳ偏光成分を反射する。これにより、光源１からの光束がＰ偏光成分とＳ偏光成分とに２分割される。
【００８２】
２分割された光束の１方（Ｓ偏光成分）は、１／４波長板５を通過して円偏光となった後、測定光学系６によって被測定光学系５０の被測定面５１の曲率中心５１ａに向けて集光される。この時、光束の一部が被測定面５１で反射され、再度、１／４波長板５を通過してＰ偏光成分となり、再度、偏光ビームスプリッタ４に入射してこれを透過する。
このようにして偏光ビームスプリッタ４を透過した透過光は、結像光学系１８を通ることにより受光素子２０に向けて結像する光束となり、偏光ビームスプリッタ２５に入射し、これを透過する。
【００８３】
また、２分割された光束の他方（Ｐ偏光成分）は、偏光ビームスプリッタ４及び偏光ビームスプリッタ２３を透過した後、さらに１／４波長板９を通ることで円偏光となり、平面ミラー１１で反射される。
平面ミラー１１で反射された反射光は、再度、１／４波長板９を通過してＳ偏光成分となり、再度、偏光ビームスプリッタ２３に入射して反射する。さらに、このＳ偏光成分は、ミラー２４、続く偏光ビームスプリッタ２５で反射される。
このようにして、偏光ビームスプリッタ２５で重ね合わされた２つの光束は、続いて偏光板１５に入射し、１方向の直線偏光成分のみがこれを透過する。これにより、受光素子２０上には、被測定面５１による反射像５１ｂが結像すると同時に、平面ミラー１１からの反射光が平行光として入射する。
【００８４】
次に、移動ステージ１２及び測長手段１３を用いて、光源１から出て被測定面５１で反射して受光素子２０上に至るまでの光路長と、光源１から出て平面ミラー１１で反射して受光素子２０に至るまでの光路長とが等しくなるように、光源１から出て平面ミラー１１で反射して受光素子２０に至る光束側の光路長を変更する。
そして、移動ステージ７を用いて測定光学系６を光軸方向に移動させ、被測定面５１によるスポット像（反射像５１ｂ）を若干ボケさせる。すると、上記第１実施形態と同様に干渉縞を確認することができ、被測定光学系５０内のどの反射面（被測定面）が前記スポット像を形成したかを特定することができる。
【００８５】
以上説明の本参考例の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ａを用いた光学系偏心測定方法によれば、平面ミラー１１からの反射光が、結像光学系１８を経由せず、常に平行光として受光素子２０上に入射させることができる。したがって、光路長調整のために平面ミラー１１側を移動ステージ１２により移動させても、受光素子２０に入射する平面ミラー１１からの反射光の平行度が変化しないので、受光素子２０上で反射像５１ｂを形成する反射面（被測定面５１）を判別する際の調整が、上記第１実施形態に比較して容易になる。
すなわち、上記第１実施形態で説明した前記デフォーカス光学系１０の配置と、その光軸方向の位置調整とが不要になり、簡単な調整で反射像５１ｂを形成した反射面（被測定面５１）の判別が実現可能となる。
【００８６】
（第２参考例）
続いて、図７を参照しながら、本発明の第２参考例についての説明を以下に行う。なお、本参考例の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明を行うものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
図７に示すように、本参考例の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ｂは、上記第１実施形態で説明した前記デフォーカス光学系１０を備える代わりに、下記の各構成要素を新た備えた構成となっている。
【００８７】
すなわち、平面ミラー１１をその光軸に対して２方向にチルトさせる２軸チルトステージ２６を備えている。
また、結像光学系１８を光軸方向に移動させる移動ステージ２７と、移動ステージ２７の移動量を検出する測長手段２８とを備えている。
また、結像光学系１８と受光素子２０との間に、結像光学系１８が受光素子２０上に結像する反射像の結像倍率を変える（反射像をリレーする）変倍リレー光学系２９，３０を備えている。これら変倍リレー光学系２９，３０は、互いに異なる結像倍率を備え、図示しない切り換え手段により、光路内または光路外に挿脱可能に構成されている。
【００８８】
そして、これら変倍リレー光学系２９，３０は、被測定面５１で反射されて受光素子（受光手段）２０上で受光されるべき光束（第１の光束）による反射像５１ｂと、平面ミラー１１で反射されて受光素子（受光手段）２０上で受光されるべき光束（第２の光束）による反射像１１ｂとを内包する受光領域（図１４の説明において後述する四角枠６０）を拡大してから受光素子（受光手段）２０上に照射する受光領域拡大手段を構成している。
変倍リレー光学系２９または変倍リレー光学系３０の何れか一方を光路内に入れるとともに他方を光路外に出す前記切り換え手段は、例えば、顕微鏡対物レンズとレボルバと顕微鏡結像レンズなどで構成することが可能である。
なお、これら変倍リレー光学系２９及び変倍リレー光学系３０は、光路内に配置された場合に、光源１と受光素子２０が互いに共役となるように配置される。
【００８９】
以上説明の本参考例の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ｂを用いた光学系偏心測定方法について以下に説明を行う。
まず、光源１から射出された光束が、コリメート光学系２を通ることで平行光束となる。そして、偏光板３では、光源１からの光束のうち、１方向の直線偏光成分のみを透過させて偏光ビームスプリッタ４に向かわせる。
偏光ビームスプリッタ４では、入射した光束のうち、Ｐ偏光成分を透過させると同時にＳ偏光成分を反射させる。これにより、光源１からの光束がＰ偏光成分及びＳ偏光成分に２分割される。
【００９０】
２分割された光束の１方（Ｓ偏光成分）は、１／４波長板５を通過して円偏光となり、測定光学系６により被測定光学系５０の被測定面５１の曲率中心５１ａに向けて集光される。そして、集光された光束の一部が被測定面５１により反射され、再度１／４波長板５を通過してＰ偏光成分の光束となり、再度、偏光ビームスプリッタ４に入射して透過する。さらに、偏光ビームスプリッタ４を透過した光束は、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像５１ｂを形成する。
【００９１】
一方、被測定面５１を透過した光束は、被測定面５１で屈折され、その他の被測定面である被測定面５２に入射する。そして、そのうちの一部が被測定面５２で反射され、被測定面５１を経由して再び１／４波長板５を通過することによりＰ偏光成分の光束となる。この光束は、再び偏光ビームスプリッタ４に入射してこれを透過し、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を、変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像５２ｂを形成する。
２分割された光束の他方（Ｐ偏光成分）は、１／４波長板９を通過して円偏光となり、平面ミラー１１により反射され、再び１／４波長板９を通過してＳ偏光成分の光束となる。さらにこの光束は、再び偏光ビームスプリッタ４に入射して反射され、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像１１ｂを形成する。
【００９２】
図８に示すように、この時の受光素子２０上には、ほぼ同一径を有する３つのスポット像（被測定面５１による反射像５１ｂと、その他の被測定面５２による反射像５２ｂと、平面ミラー１１による反射像１１ｂ）が検出される。
これら３つのスポット像の中から、被測定面５１による反射像５１ｂを判別するには、まず、移動ステージ２７で結像光学系１８をその光軸方向に移動させる。これにより、図９に示すように、受光素子２０上における各スポット像を若干ボケさせる（最適位置から若干ずらして像の径を大きくする）。この時、測長手段２８を用いて移動ステージ２７の移動前の位置を記録しておく。
【００９３】
続いて、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して被測定面５１に至るまでの光路長とが等しくなるように、移動ステージ１２を移動させる。
さらに、図１０に示すように、２軸チルトステージ２６により平面ミラー１１をチルトさせ、受光素子２０上におけるスポット像１１ｂを動かして、１つのスポット像５２ｂと重ね合わせる。同様の手順により、図１１に示すように、スポット像１１ｂを今度は他方のスポット像５１ｂと重ね合わせる。
すると、図１０に示す１方のスポット像５２ｂでは干渉縞が生じず、図１１に示す他方のスポット像５１ｂでは干渉縞が生じる。これにより、干渉縞が生じたスポット像５１ｂが、被測定面５１による反射像であると判別することができる。
そして、測長手段２８の記録を用いて、移動ステージ２７を移動前の位置に移動させ、再びスポット像を最適位置に戻してから、上記第１実施形態で述べた手順で偏心測定を行う。
【００９４】
さらに、受光素子２０上における各スポット像が互いに近接した位置に形成される場合について述べる。
この場合、受光素子２０における各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂが図１２に示すようになり、各スポット像を若干拡大させても、図１３に示すように各スポットが互いに重なってしまい、各反射像５１ｂ，５２ｂのどちらで干渉縞が発生しているかを判別するのが困難となる。
また、各スポット像を小さくしても、図１４に示すように、スポット径が小さすぎて干渉縞が観察できず、各反射像５１ｂ，５２ｂの判別ができない場合がある。このような場合には、変倍リレー光学系２９，３０の交換により光学倍率を変更することで、受光素子２０上に照射する各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂの結像倍率を拡大する。
【００９５】
すなわち、図１４に示す四角枠６０の領域（受光素子２０上で受光されるべき各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂを内包する受光領域）を拡大してから受光素子２０上に照射する工程を行う。拡大された受光素子２０上のスポット像は、図１５に示すようになり、結像光学系１８により各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂを小さくした状態でも、変倍リレー光学系２９，３０により干渉縞を拡大することができるので、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。
【００９６】
以上説明の本参考例の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ｂを用いた光学系偏心測定方法によれば、上記第１実施形態で説明した効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
すなわち、平面ミラー１１の反射光（平行光）が、被測定面５１からの反射光（平行光）と同じ結像光学系１８を通って受光素子２０上にスポット像（反射像１１ｂ）を形成する。したがって、平面ミラー１１の反射光が受光素子２０上に形成するスポット像の大きさと、被測定面５１の反射光が受光素子２０上に形成するスポット像の大きさとを略同じにすることができる。
したがって、偏光板３等により反射光の光強度を調整すれば、形成される干渉縞のコントラストを高くすることが可能であり、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。
【００９７】
また、変倍リレー光学系２９，３０により結像倍率を切り換え可能に構成したことで、被測定面５１からの反射光が形成する受光素子２０上の反射像５１ｂと、平面ミラー１１ｂからの反射光が形成する受光素子２０上の反射像１１ｂとを、光学的に拡大することができるので、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。よって、被測定面５１の特定が容易になり、偏心測定精度を向上させることが可能となる。
【００９８】
なお、本参考例の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
例えば、移動ステージ２７及び測長手段２８は、平面ミラー１１による反射像１１ｂと被測定面５１による反射像５１ｂとを適切な大きさに拡大することができれば良いので、結像光学系１８を光軸方向に移動させることに限定するものではない。例えば、変倍リレー光学系２９，３０側をその光軸に沿って移動させたり、または、受光素子２０側を光軸方向に移動させたりすることで、反射像５１ｂ，１１ｂの大きさを拡大させるものとしても良い。
２軸チルトステージ２６は、平面ミラー１１による反射像１１ｂと被測定面５１による反射像５１ｂを重ね合わせることができれば良いので、平面ミラー１１をチルトすることに限定されない。例えば、被測定面５１側をチルトさせたり、または、測定光学系６側をチルトさせたりすることで、反射像５１ｂ側を反射像１１ｂに重ね合わせるものとしても良い。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の光学系偏心測定装置は、光源，光束分割手段，受光手段，光路長調整手段，そして偏心演算手段を備える構成を採用した。この構成によれば、受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、光路長調整手段を用いて、第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを一致させる調整を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から容易かつ確実に判別可能な状態にすることができる。
したがって、受光素子上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことが可能となる。
【０１００】
また、請求項１に記載の光学系偏心測定装置は、受光手段上における第２の光束のスポット径を、第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整するスポット径調整手段を備える構成を採用した。この構成によれば、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとを容易に求めることが可能となる。
【０１０１】
また、請求項６に記載の光学系偏心測定装置は、第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備える構成を採用した。この構成によれば、各像が判別不可能な状態に重なり合うのを防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることが可能となる。したがって、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとをより確実に求めることが可能となる。
【０１０２】
また、請求項７に記載の光学系偏心測定方法は、光学系の被測定面に測定光学系を通して光束を照射して偏心を測定する方法であって、被測定面および測定光学系の光学面の、各配置位置とみかけ上の各曲率中心位置とから測定に用いる光束のコヒーレンス長を設定する工程と、該工程により、コヒーレンス長が設定された光束を、被測定面に向かう第１の光束と、この第１の光束とは別の方向に向かう第２の光束とに分割する工程と、第１の光束を被測定面のうちの測定対象となる測定対象面に照射し、この測定対象面で反射された第１の光束と第２の光束との光路長をコヒーレンス長以内で略一致させる工程と、測定対象面で反射された第１の光束を、第２の光束に受光手段上に重ね合わせる工程と、この工程で重ね合わされた第１の光束と第２の光束とを受光して光束像を取得する工程と、この工程で取得された光束像のうち、干渉縞が観察される第１の光束の光束像の位置を取得する工程と、この工程で取得された光束像の位置の、受光手段上の基準位置に対する位置ずれを算出し、この位置ずれに基づいて被測定面の偏心を求める工程と、受光手段上における第２の光束のスポット径を、第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整する工程とを備え、コヒーレンス長を設定する工程では、測定対象面で反射された第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを略一致させたときに、受光手段上で測定対象面で反射された第１の光束と第２の光束とが干渉縞を形成し、かつ、測定対象面以外の被測定面および測定光学系の光学面で反射された第１の光束と第２の光束とは受光手段上で干渉縞を形成しない長さのコヒーレンス長に設定する方法を採用した。この方法によれば、受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とをコヒーレンス長以内で略一致させる工程を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から容易かつ確実に判別可能な状態にすることができる。
したがって、受光手段上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことが可能となる。
また、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとを容易に求めることが可能となる。
【０１０４】
また、請求項１２に記載の光学系偏心測定方法は、第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから受光手段上に照射する工程を有する方法を採用した。この方法によれば、各像が判別不可能な状態に重なり合うのを防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることが可能となる。したがって、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとをより確実に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学系偏心測定装置の第１実施形態を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図２】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図３】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図４】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図５】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図６】 本発明の光学系偏心測定装置の第１参考例を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図７】 本発明の光学系偏心測定装置の第２参考例を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図８】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図９】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１０】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１１】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１２】 同光学系偏心測定装置を用いた他の光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１３】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１４】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１５】 同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１６】 従来の光学系偏心測定装置を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図１７】 他の従来の光学系偏心測定装置を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図１８】 従来の光学系偏心測定装置の問題点を説明するための図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・光源
４・・・偏光ビームスプリッタ（光束分割手段）
６・・・測定光学系
７・・・移動ステージ（スポット径調整手段）
１２・・・移動ステージ（光路長調整手段）
２０・・・受光素子（受光手段）
２２・・・偏心演算部（偏心演算手段）
２９，３０・・・変倍リレー光学系（受光領域拡大手段）
５０・・・被測定光学系（光学系）
５１・・・１番目の被測定面（被測定面）
５２・・・２番目の被測定面（被測定面）
６０・・・四角枠（受光領域）
１００，１００Ａ，１００Ｂ・・・偏心測定装置（光学系偏心測定装置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system eccentricity measuring apparatus and an optical system eccentricity measuring method for measuring the amount of eccentricity of an optical system.
[0002]
[Prior art]
As a method for measuring the amount of eccentricity of an optical system, an eccentricity measuring method using an autocollimation method has been conventionally known. An eccentricity measurement method using an autocollimation method is disclosed in, for example, Patent Document 1 below. FIG. 16 shows a basic configuration of an eccentricity measuring apparatus using such an autocollimation method.
[0003]
In the figure, an eccentricity measuring apparatus 500 is reflected by a light source 520 that emits a measurement light beam 511, a measurement optical system 530 that irradiates the light beam 511 from the light source 520 to the measurement surface 551, and the measurement surface 551. It has a half mirror 521 that separates the light beam 512 from the light beam 511 emitted from the light source 520, and a light receiving element 522 that receives the reflected image from the surface to be measured 551. The light source 520 and the light receiving element 522 are arranged in a conjugate positional relationship with each other.
[0004]
The light beam 511 emitted from the light source 520 passes through the half mirror 521, and is irradiated on the measurement surface 551 through the measurement optical system 530. The position of the measurement optical system 530 and the measured surface 551 are adjusted in the direction along the optical axis 510 so that the beam spot is minimized on a plane passing through the center of curvature 551a of the measured surface 551 and orthogonal to the optical axis 510. Is done. A part of the light beam 511 irradiated to the measurement surface 551 is reflected by the measurement surface 551. The light beam 512 reflected by the measurement surface 551 is reflected by the half mirror 521 via the measurement optical system 530, and forms a reflected image 551 b by the measurement surface 551 on the light receiving element 522.
[0005]
When the center of curvature 551a of the surface to be measured 551 is on the optical axis 510 of the measurement optical system, a reflected image 551b by the surface to be measured 551 is formed at the reference image position 540. The center of curvature 551a is δ from the optical axis 510 of the measurement optical system.1When the measured surface 551 is decentered (ie, the measured surface 551 is eccentric), the reflected image 551b from the measured surface 551 is shifted from the reference image position 540 to δ.3It is formed at a position shifted by only.
In this case, β is the imaging magnification of the reflected image by the surface to be measured 551 (calculated by the magnification of the measurement optical system 530 and the magnification by reflection (which is 2 in this type using the same magnification reflected image)). Then δ3= Βδ1The relationship is established. Therefore, the amount of deviation δ from the reference image position 540 of the reflected image 551b by the measured surface 551 on the light receiving element 522 from the output of the light receiving element 522.3By measuring the direction of deviation, the amount of eccentricity δ of the measured surface 551 is calculated from this equation.1And the eccentric direction can be obtained.
[0006]
Further, an eccentricity measuring method in which this autocollimation method is applied to an optical system (assembled lens) composed of a plurality of lenses is disclosed, for example, in Patent Document 2 below. FIG. 17 shows the basic configuration of such an assembled lens eccentricity measuring apparatus.
In the figure, an eccentricity measuring device 501 measures the eccentricity of two measured surfaces 551 and 552 of a measured optical system 550 having a first measured surface 551 and a second measured surface 552. .
[0007]
The basic configuration is the same as that of the eccentricity measuring apparatus 500 described with reference to FIG.
Therefore, the amount of eccentricity and the direction of eccentricity of the first measured surface 551 are obtained by measuring the amount and direction of deviation of the reflected image by the first measured surface 551 of the measured optical system 550 in the above-described procedure. be able to.
[0008]
Next, a method for measuring the amount of eccentricity of the second measured surface 552 will be described.
The measurement optical system 530 and the measurement optical system 550 are configured to cause the light beam condensed by the measurement optical system 530 to be an apparent curvature center 552a of the second measurement target surface 552 (an apparent curvature center is a refraction of a front surface). The direction of curvature along the optical axis 510 so that the light beam is focused perpendicularly on the surface when the light beam is condensed toward the apparent center of curvature. The position of is adjusted.
At this time, the light beam condensed by the measurement optical system 530 is refracted by the first measured surface 551 and then enters the second measured surface 552 perpendicularly. A part of the light beam 511 irradiated to the second measured surface 552 is reflected by the second measured surface 552. The light beam 512 reflected by the second measured surface 552 is reflected by the half mirror 521 after passing through the measurement optical system 530, and forms a reflected image 552b by the second measured surface 552 on the light receiving element 522. To do.
[0009]
When the first measured surface 551 and the second measured surface 552 are not decentered with respect to the measurement optical system optical axis 510, the reflected image 552b by the second measured surface 552 is the reference image position 540. Formed.
On the other hand, when the first measured surface 551 or the second measured surface 552 is decentered, the reflected image 552b by the second measured surface 552 is 2 with the amount of eccentricity of the first measured surface 551. It is formed at a position shifted from the reference image position 540 in accordance with the amount of eccentricity of the first measured surface 552. From the output of the light receiving element 522, the shift amount and the shift direction of the reflected image 552b from the reference image position 540 by the second measured surface 552 on the light receiving element 522 are measured.
[0010]
The amount and direction of displacement of the reflected image 552b by the second measured surface 552, the amount and direction of eccentricity of the first measured surface 551, the curvature of the first measured surface 551, the second The curvature of the measured surface 552, the distance between the first measured surface 551 and the second measured surface 552, and the refractive index of the medium between the first measured surface 551 and the second measured surface 552, By calculating using, the amount of eccentricity and the direction of eccentricity of the second measured surface 552 can be obtained.
When the measured optical system has the third and subsequent measured surfaces, it is possible to obtain the eccentricity and the eccentric direction of the third and subsequent measured surfaces by sequentially performing the same procedure.
[0011]
The curvature of the first measured surface 551, the curvature of the second measured surface 552, the interval between the first measured surface 551 and the second measured surface 552, and the first measured surfaces 551 and 2. Either the design value or the actual measurement value may be used as the refractive index of the medium between the second measured surface 552.
Further, since a detailed method for obtaining the assembled eccentric amount is disclosed in, for example, Patent Document 3 below, the description thereof is omitted here.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 7-260623 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 7-81931
[Patent Document 3]
JP 58-200125 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The problems of the above-described conventional technology will be described below with reference to FIG.
In the figure, a measured optical system 550 includes three surfaces (that is, a measured surface 551 to be measured, and the other two surfaces 552 and 553). The center of curvature 551 a of the surface to be measured 551, the apparent center of curvature 553 a of the second other surface 553, and the first other surface 552 are present at very close positions in the direction along the optical axis 510. . Other configurations are the same as those of the eccentricity measuring apparatus 501 described with reference to FIG.
[0014]
The light beam 511 emitted from the light source 520 passes through the half mirror 521, is converged by the measurement optical system 530, and then irradiates the measurement target surface 551. The measurement optical system 530 and the measured surface 551 are positioned in the direction along the optical axis 510 so that the beam spot is minimized on a plane passing through the center of curvature 551a of the measured surface 551 and orthogonal to the optical axis 510. Is adjusted.
A part of the light beam 511 irradiated on the measured surface 551 is reflected by the measured surface 551. The light beam 512 reflected by the measurement surface 551 is reflected by the half mirror 521 via the measurement optical system 530 and then forms a reflection image 551 b by the measurement surface 551 on the light receiving element 522.
[0015]
On the other hand, a part of the light beam 511 irradiated on the surface to be measured 551 is refracted by the surface to be measured 551, condensed on the first other surface 552, and a part thereof on the first other surface 552. Reflection (reflection by one point on the surface is a so-called cat's eye reflection state. Cat's eye reflection has a characteristic that the reflected image on the light receiving element 522 does not move even if the surface is decentered).
The light beam reflected by the first other surface 552 passes through the surface to be measured 551 and the measurement optical system 530, is reflected by the half mirror 521, and is reflected on the light receiving element 522 by the first other surface. A reflection image 552c by 552 is formed.
[0016]
Further, a part of the light beam 511 transmitted through the first other surface 552 is reflected by the second other surface 553. The light beam reflected by the second other surface 553 is reflected by the half mirror 521 after passing through the first other surface 552, the measured surface 551, and the measurement optical system 530, and is reflected on the light receiving element 522. Then, a reflection image 553b is formed by the second other surface 553.
Therefore, on the light receiving element 522, three images of a reflected image 551b by the measured surface 551, a reflected image 552c by the first other surface 552, and a reflected image 553b by the second other surface 553 are simultaneously formed. .
[0017]
In order to measure the amount of eccentricity of the measured surface 551, it is necessary to specify a reflected image by the measured surface 551 from among these three images. However, as described above, the apparent center of curvature 553a other than the surface to be measured 551 at a position close to the center of curvature 551a of the surface to be measured 551, or a surface other than the surface to be measured 551 (first other surface 552). Is present, a plurality of spot images (reflected images) having substantially the same size exist on the light receiving element 522, and it may be difficult to specify the reflected image 551b by the measured surface 551. There is.
[0018]
In particular, when the number of surfaces in the optical system to be measured is large, such as a zoom lens of a camera, the reflected image from a surface other than the surface to be measured corresponds to the reflected image of the surface to be measured by the amount of the surface. It is more likely to occur in the vicinity.
Note that such a reflection image of a surface other than the surface to be measured is not only the surface of the optical system to be measured but also the surface of the optical system (the measurement optical system 530 and the like) constituting the decentration measuring device. It may be formed.
In the autocollimation method described above, the measurement is performed using the same-magnification reflected image on the surface to be measured, but even when the eccentricity is obtained using the unmagnified reflected image on the surface to be measured. The same problem arises.
[0019]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a means that can easily and reliably specify an image of a surface to be measured from images on a light receiving element and can perform eccentric measurement of the surface to be measured. For the purpose of provision.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  In other words, the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1 is an apparatus for measuring the eccentricity of the surface to be measured of the optical system, and includes a light source that emits a light beam and the light beam that is directed toward the surface to be measured. A beam splitting means for splitting the light beam into a second light beam traveling in a direction different from the first light beam, and a measurement for irradiating the measurement target surface to be measured among the measurement target surface. An optical system, light beam superimposing means for superimposing the second light beam on the first light beam reflected by the measurement target surface and retransmitted through the measurement optical system, and the light reflected by the measurement target surface An optical path length adjusting means for adjusting at least one of an optical path length of the first light flux or an optical path length of the second light flux; and the first light flux reflected by the measurement target surface and superimposed by the light flux superimposing means. And receiving the second light flux. And a decentration for calculating an eccentricity of the surface to be measured based on the misalignment of the reflected image of the first light beam formed on the light receiving means with respect to a reference position on the light receiving means. With computing meansSpot diameter adjusting means for adjusting the spot diameter of the second light flux on the light receiving means to a spot diameter larger than the spot diameter of the first light flux;The light source is adjusted so that the optical path length of the first light beam reflected by the measurement target surface and the optical path length of the second light beam are substantially equal by the optical path length adjusting means, The first light beam and the second light beam reflected on the measurement target surface on the light receiving unit form interference fringes, and the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical of the measurement optical system The first light flux and the second light flux reflected by a surface have a coherence length that does not form an interference fringe on the light receiving means.
[0021]
  According to the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1, the light beam having a coherence length shorter than the predetermined optical distance emitted from the light source is divided into the first light beam and the second light beam by the light beam dividing means. Is done. Of these, the first luminous flux is incident on the surface to be measured and reflected. The second light flux and the first light flux after being reflected by the surface to be measured are irradiated so as to form an overlapping image on the light receiving means. Even if an image other than the first light beam reflected by the surface to be measured is mixed on the light receiving unit at this time, the optical path length of the first light beam reflected by the surface to be measured using the optical path length adjusting unit. By making an adjustment so that the optical path length of the second light beam and the second light beam substantially coincide with each other, interference fringes are generated only in the spot of the first light beam reflected by the surface to be measured so that it can be distinguished from other images. Can do.
  Furthermore, the eccentricity of the surface to be measured can be obtained by calculating the positional deviation of the spot of the identified first light flux by taking it into the eccentricity calculating means.
  Further, when the interference fringes are observed by superimposing the spot of the first light beam and the spot of the second light beam on the light receiving means, the spot diameter of the second light flux is changed by the spot diameter adjusting means. By making it larger than the spot diameter, it is possible to easily observe the interference fringes.
  The optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 2 is the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1, wherein the coherence length of the light source is an apparent curvature at a position close to an apparent curvature center position of the measurement target surface. An optical path difference between the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface having a center position, and an apparent curvature center position of the measurement target surface It is shorter than the minimum optical path difference among the optical path differences between the measurement target surface and the measurement target surface other than the measurement target surface, and the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface. .
  The optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 3 is the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1, wherein the coherence length of the light source is apparent at a position closest to an apparent curvature center position of the measurement target surface. An optical path difference between the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface having a curvature center position, and an apparent curvature center position of the measurement target surface It is shorter than a minimum optical path difference among optical path differences between the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface, which are present at the closest position. To
  The optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 4 is the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical system has a plurality of measured surfaces, and the coherence length of the light source is the plurality of measured objects. It is characterized by being shorter than the minimum optical path difference among the optical path differences between the surfaces.
  The optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 5 is the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1, wherein the coherence length of the light source is 1 μm or more and 10 mm or less.
[0024]
  Claim6The optical system decentration measuring device according to claim 1,5In the optical system eccentricity measuring apparatus according to any one of the above, the light receiving region including the spot of the first light flux and the spot of the second light flux to be received on the light receiving means is expanded, and then the light reception is performed. The light receiving area expanding means for irradiating the means is provided.
[0025]
  Claims above6According to the optical system eccentricity measuring apparatus described in the above, for example, the spot of the first light beam and the spot of the second light beam irradiated on the light receiving means are small for observing the interference fringes, and they are mutually In such a case, simply enlarging only the spot diameter of each image keeps the distance between the images on the light receiving means substantially fixed, so that the images overlap each other. It becomes difficult to distinguish. On the other hand, in the present invention, both the spot diameter of each image and the distance between each image are expanded by irradiating the light receiving means after expanding the light receiving area using the light receiving area expanding means. Therefore, it is possible to enlarge each image to a state where interference fringes can be observed while preventing the images from overlapping each other in an indistinguishable state.
[0026]
  Claim7The optical system eccentricity measuring method described in is a method of measuring the eccentricity by irradiating the measured surface of the optical system with a light beam through the measuring optical system, and measuring each of the measured surface and the optical surface of the measuring optical system. A step of setting a coherence length of a light beam used for measurement from the arrangement position and each apparent center position of curvature, and a first light beam directed to the surface to be measured with the light beam having the coherence length set by the step; A step of dividing the first luminous flux into a second luminous flux in a direction different from the first luminous flux; and irradiating the measurement target surface to be measured of the measured surface with the first luminous flux. A step of causing optical path lengths of the first light beam reflected by the surface and the second light beam to substantially coincide with each other within the coherence length; and after performing the step, the first light beam reflected by the measurement target surface Is superimposed on the light receiving means with the second light flux. A step of receiving the first light flux and the second light flux superimposed in the step to obtain a light flux image, and interference fringes are observed in the light flux image obtained in the step. Obtaining a position of the light flux image of the first light flux, calculating a positional deviation of the position of the light flux image obtained in the step with respect to a reference position on the light receiving means, and based on the positional deviation, A process for determining the eccentricity of the surface to be measuredAdjusting the spot diameter of the second light flux on the light receiving means to a spot diameter larger than the spot diameter of the first light flux;And in the step of setting the coherence length, when the optical path length of the first light beam reflected by the measurement target surface and the optical path length of the second light beam are substantially coincided with each other, The first light beam and the second light beam reflected by the measurement target surface form interference fringes, and are reflected by the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system. The first light flux and the second light flux are set to a coherence length that does not form an interference fringe on the light receiving means.
[0027]
  Claims above7According to the optical system eccentricity measuring method described in (1), a light beam emitted from a light source and having a coherence length shorter than a predetermined optical distance is once divided into a first light beam and a second light beam. Of these, the first luminous flux is incident on the surface to be measured and reflected. The second light flux and the first light flux after being reflected by the surface to be measured are irradiated so as to form an overlapping image on the light receiving means. Even if an image other than the first light beam reflected by the surface to be measured is mixed on the light receiving means at this time, the optical path length of the first light beam and the optical path length of the second light beam reflected by the surface to be measured , The interference fringes can be generated only in the spot of the first light beam reflected by the surface to be measured so that it can be discriminated from other images.
  Based on the positional deviation of the spot of the first light beam specified in this way, the eccentricity of the surface to be measured can be obtained.
  Further, when the interference fringes are observed by superimposing the spot of the first light beam and the spot of the second light beam on the light receiving means, the spot diameter of the second light beam is larger than the spot diameter of the first light beam. By doing so, the interference fringes can be easily observed.
  Claim8An optical system decentration measuring method described in claim7The coherence length of the light beam has an apparent curvature center position close to an apparent curvature center position of the measurement target surface, and the measurement target surface other than the measurement target surface, The optical surface difference between the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface, and the measurement target surface other than the measurement target surface, which is present at a position close to the apparent center of curvature of the measurement target surface, and The optical path difference between the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface is shorter than the minimum optical path difference.
  Claim9An optical system decentration measuring method described in claim7In the optical system eccentricity measuring method according to claim 4, the coherence length of the light beam has an apparent curvature center position at a position closest to an apparent curvature center position of the measurement target surface, and the measurement target surface other than the measurement target surface And the optical path difference between the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface, and the measurement target other than the measurement target surface that is present at a position closest to the apparent curvature center position of the measurement target surface It is shorter than the minimum optical path difference among the optical path differences between the surface and the optical surface of the measurement optical system and the measurement target surface.
  Claim 10An optical system decentration measuring method described in claim7In the optical system eccentricity measuring method according to claim 1, the measurement target surface of the optical system includes a plurality of surfaces, and the coherence length of the light flux is determined by a minimum optical path difference among optical path differences between the surfaces of the plurality of measurement surfaces. Is also short.
  Claim 11The optical system decentration measuring method described in 1 is characterized in that in the optical system decentering measuring method according to claim 8, the coherence length of the light beam is 1 μm or more and 10 mm or less.
[0030]
  Claim 12An optical system decentration measuring method described in claim7~ 11In the optical system eccentricity measuring method according to any one of the above, the light receiving region including the spot of the first light flux and the spot of the second light flux to be received on the light receiving means is expanded, and then the light reception is performed. It has the process of irradiating on a means.
[0031]
  Claim 1 above2According to the optical system eccentricity measuring method described in (1), for example, the spot of the first light beam and the spot of the second light beam irradiated on the light receiving means are small for observing the interference fringes, and they are mutually In such a case, simply enlarging only the spot diameter of each image keeps the distance between the images on the light receiving means substantially fixed, so that the images overlap each other. It becomes difficult to distinguish. On the other hand, in the present invention, it is possible to enlarge both the spot diameter of each image and the distance between each image by performing the process of irradiating the light receiving means after expanding the light receiving region. While preventing each image from overlapping in an indistinguishable state, each image can be enlarged to a state where interference fringes can be observed.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Description of each embodiment about the optical system eccentricity measuring apparatus and optical system eccentricity measuring method of this invention is demonstrated below, referring drawings, Of course, this invention is not limited to only these. is there.
[0033]
(First embodiment)
First, the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, an eccentricity measuring apparatus (optical system eccentricity measuring apparatus) 100 according to this embodiment includes a light source 1 that emits light having a short coherence length (coherence distance), and divergent light from the light source 1 as parallel light fluxes. A collimating optical system 2, a parallel beam from the collimating optical system 2 is split into a P-polarized component and an S-polarized component, and the P-polarized component from the polarizing beam splitter 4 is circularly polarized. A quarter-wave plate 9 to be used, a defocusing optical system 10 for converting a circularly polarized parallel light beam from the quarter-wave plate 9 to converged light, and a plane for reflecting the converged light from the defocused optical system 10 A mirror 11, a quarter-wave plate 5 that converts the S-polarized light component separated by the polarization beam splitter 4 into circularly polarized light, and a circularly-polarized parallel light beam from the quarter-wave plate 5 diverges on the measured surface 51. Focus and shine The measuring optical system 6, the imaging optical system 18 that collects the reflected light from the measured surface 51 of the measured optical system 50 to be measured and the reflected light from the flat mirror 11, and this imaging optical And a light receiving element 20 that receives each reflected light collected by the system 18.
[0034]
The light source 1 is composed of, for example, an SLD (super luminescence diode). However, the light source 1 is not limited to the SLD, and any light source that emits light with a short coherence length, for example, an LED, an LD on which harmonics are superimposed, an LD driven with a current below a threshold, a halogen light source, and interference You may comprise by the combination of a filter.
In the present invention, “short coherence length (low coherence)” means “the coherence length is shorter than the optical distance between each surface of the optical system to be measured”. Optical distance between the measurement surface and the apparent center of curvature of the surface to be measured and the surface where the apparent center of curvature is close, or the apparent center of curvature and the position of the surface to be measured and the surface to be measured Is the optical distance between the two surfaces and the coherence length below. As a numerical example, “the coherence distance is 1 μm or more and 10 mm or less”, more preferably “the coherence distance is 10 μm or more and 1 mm or less”. Incidentally, the coherence distance of the SLD is about several tens to 100 μm.
[0035]
The light receiving element 20 is composed of, for example, a CCD. However, the light receiving element 20 is not limited to a CCD, and any light receiving element 20 may be used as long as it has a function capable of detecting reflected light from the measured surface 51 of the measured optical system 50 and reflected light from the flat mirror 11. For example, a CMOS sensor may be used instead.
[0036]
Furthermore, the decentration measuring apparatus 100 has a polarizing plate 3 between the collimating optical system 2 and the polarizing beam splitter 4 to selectively transmit a polarized light component in one direction from the parallel light beam from the collimating optical system 2. The polarizing plate 3 is held by a rotating means (not shown) that can rotate with respect to the optical axis center.
That is, by rotating the polarizing plate 3 about the optical axis center using the rotating means, the branching ratio of the P-polarized component and the S-polarized component in the polarizing beam splitter 4 can be changed.
[0037]
The optical axis referred to here means that the collimating optical system 2, the measuring optical system 6, the defocusing optical system 10, the measured surface 51, the flat mirror 11, and the imaging optical system 18 are not decentered at all from the light source 1. The principal ray trajectory of the light beam that reaches the light receiving element 20 through the measurement surface 51 and the light beam that reaches the light receiving element 20 from the light source 1 via the flat mirror 11 is referred to.
[0038]
The defocus optical system 10 and the flat mirror 11 are supported by a moving stage 12 so as to be movable in the optical axis direction. The moving stage 12 is provided with a length measuring means 13 for measuring the position.
The moving stage 12 includes, for example, a linear guide (not shown), a stepping motor, and a ball screw. However, the moving stage 12 is not limited to these combinations, and any other structure can be used as long as it can move the defocus optical system 10 and the plane mirror 11 with necessary accuracy. Furthermore, the driving of the moving stage 12 may be either automatic or manual.
[0039]
The length measuring means 13 is constituted by means for counting the number of pulses of a stepping motor that drives the moving stage 12, for example. However, the length measuring means 13 is not limited to such a configuration, and other configurations such as a linear encoder and a laser length measuring device may be employed.
When a laser length measuring device is used as the length measuring means 13, although not shown, a corner cube is disposed integrally with the flat mirror 11 on the back surface of the flat mirror 11, and the length measuring axis of the laser length measuring device is an optical axis. By matching, length measurement errors such as Abbe error and cos error can be reduced.
[0040]
A shutter 14 is provided between the polarization beam splitter 4 and the plane mirror 11 so that the reflected light from the plane mirror 11 can be shielded as necessary. Then, by blocking the reflected light from the flat mirror 11 with the shutter 14, the light receiving element 20 can accurately detect only the reflected image from the measured surface 51.
[0041]
The measurement optical system 6 is supported by the moving stage 7 so as to be movable along the direction of the optical axis 21. The moving stage 7 is provided with length measuring means 8 for measuring the position.
The moving stage 7 includes, for example, a linear guide, a stepping motor, and a ball screw. However, the moving stage 7 is not limited to these combinations, and it is sufficient that the measuring optical system 6 can be moved with a required accuracy, and other configurations can be employed. Further, the movement stage 7 may be driven either automatically or manually.
[0042]
The length measuring means 8 is constituted by means for counting the number of pulses of the stepping motor that drives the moving stage 7, for example. However, the length measuring means 8 is not limited to such means, and other configurations such as a linear encoder and a laser length measuring device may be adopted.
[0043]
In this embodiment, in order to make the explanation easy to understand, the optical system 50 to be measured is composed of two surfaces, a first measured surface 51 and a second measured surface 52. It was.
However, the center of curvature 51a of the first surface to be measured 51 and the apparent center of curvature 52a of the second surface to be measured 52 are present at positions very close to each other when viewed in a cross section perpendicular to the optical axis 21. It has become.
[0044]
Between the polarization beam splitter 4 and the light receiving element 20, there is provided a polarizing plate 15 for causing interference by selecting and transmitting the same polarized light component from two reflected lights having different polarization directions. The polarizing plate 15 is held by a rotating means (not shown) that can rotate with respect to the center of the optical axis. Then, the contrast of the interference fringes can be arbitrarily adjusted by adjusting the direction of polarized light to be transmitted using the rotating means.
[0045]
A polarizing plate 16 is provided between the polarizing plate 15 and the light receiving element 20. The polarizing plate 16 is held by rotating means (not shown) that can rotate with respect to the optical axis center. The light intensity detected by the light receiving element 20 can be adjusted by rotating the polarizing plate 16 with respect to the optical axis center using the rotating means.
[0046]
An imaging optical system 18 is provided between the polarizing plate 16 and the light receiving element 20 to collect the reflected light from the surface 51 to be measured so as to form a spot image of an appropriate size on the light receiving element 20. .
The imaging optical system 18 is arranged so that the light source 1 and the light receiving element 20 are conjugated with each other. This adjustment is performed by the following procedure, for example. First, a plane mirror (not shown) is arranged at the position of the first measurement surface 51 without arranging the measurement optical system 6 and the measurement optical system 50. Then, the positions of the imaging optical system 18 and the light receiving element 20 in the direction along the optical axis 21 are adjusted so that the reflected light from the plane mirror forms an image on the light receiving element 20.
[0047]
As described above, the eccentricity measuring apparatus 100 according to this embodiment includes the light source 1 that emits a light beam having a short coherence length, and the light beam emitted from the light source 1 for the first measured surface 51 and the second measured object. A polarization beam splitter that splits a light beam (first light beam) toward the surface 52 (surface to be measured) and another light beam (second light beam) toward the plane mirror 11 in a different direction from the light beam (first light beam). (Light beam splitting means) 4 and a light beam reflected by a first measured surface 51 and a second measured surface 52 (measured surface) via a measurement optical system (measurement optical system) 6 (first measurement surface) Light receiving element (light receiving means) 20 that receives the light beam) and the light beam reflected by the plane mirror 11 (second light beam), and the total optical path length of both light beams from the light source 1 to the light receiving element 20 is within the coherence length. Reflected by the plane mirror 11 so that The difference between the two optical path lengths is within the coherence length by the moving stage (optical path length adjusting means) 12 for adjusting the optical path length on the side of the light beam (second light flux) to be transmitted and the moving stage (optical path length adjusting means). The adjustment causes interference between the light beam (first light beam) reflected by the measurement target surface 51 on the light receiving element (light receiving means) 20 and the light beam reflected by the plane mirror 11 (second light beam). By causing interference between the light beam reflected by the measurement surface 52 (first light beam) and the light beam reflected by the plane mirror 11 (second light beam), the light beam reflected by the measurement surface 51 and the measurement surface 52 The reflected light beam is discriminated, and the eccentricity and the eccentric direction (eccentricity) of the first measured surface 51 and the second measured surface 52 (measured surface) determined with respect to the reference position on the light receiving element (light receiving means) 20. ) Has a configuration including an eccentric operating means) 22.
Furthermore, the eccentricity measuring apparatus 100 of the present embodiment is a reflected light beam (from the first measured surface 51 and the second measured surface 52 (measured surface) irradiated onto the light receiving element (light receiving means) 20. The moving stage (spot diameter adjusting means) 7 for adjusting the spot diameter of the first light beam) is provided.
Below, the optical system eccentricity measuring method using the eccentricity measuring apparatus 100 which has this structure is demonstrated.
[0048]
In the optical system eccentricity measuring method of the present embodiment, a light beam (light beam having a coherence length shorter than a predetermined optical distance) emitted from the light source 1 is converted into a first measured surface 51 and a second measured surface 52 ( A step of dividing the light beam (first light beam) toward the measurement surface) into another light beam (second light beam) toward the plane mirror 11 in a different direction from the light beam (first light beam); The step of receiving two light beams (first light beam and second light beam) so as to overlap each other on the light receiving element (light receiving means) 20, and the optical path length of these two light beams (first light beam and second light beam) Are substantially matched within the above-mentioned coherence length, and the first measured surface 51 is based on the positional deviation of the reflected images 51b and 52b (first light beam image) with respect to the reference position on the light receiving element (light receiving means) 20. And the eccentricity of the second measured surface 52 (measured surface) It has become a thing and a Mel process.
Further, in the optical system eccentricity measuring method of the present embodiment, the step of adjusting the spot diameter (spot diameter of the first light beam) of the reflected images 51b and 52b on the light receiving element (light receiving means) 20 is also performed as necessary. It has become a thing.
The details will be described below.
[0049]
First, a procedure for measuring the amount of decentration of the first measured surface 51 of the measured optical system 50 will be described. A divergent light beam from the light source 1 enters the collimating optical system 2 and becomes parallel light and travels toward the polarization beam splitter 4. The parallel light incident on the polarization beam splitter 4 is emitted after being separated into a P-polarized component and an S-polarized component.
At this time, the polarizing plate 3 is rotated and separated so that the light intensity of the reflected light from the flat mirror 11 reaching the light receiving element 20 and the reflected light from the first measured surface 51 are substantially the same. The light intensity of the P-polarized component and the light intensity of the S-polarized component are adjusted in advance. In this adjustment, for example, the light receiving element 20 detects only the reflected light from the flat mirror 11 in a state where the measured optical system 50 is not disposed. Next, only the reflected light from the first measured surface 51 is measured by the light receiving element 20 in a state where the measured optical system 50 is placed, the shutter 14 is closed and the reflected light from the flat mirror 11 is shielded. To do. While adjusting these two light intensities, the adjustment is completed by rotating the polarizing plate 3 so that the two substantially coincide.
[0050]
The P-polarized component separated by the polarization beam splitter 4 is circularly polarized by the quarter-wave plate 9, condensed by the defocus optical system 10, and reflected by the plane mirror 11. The reflected light from the plane mirror 11 again becomes an S-polarized component via the defocus optical system 10 and the quarter-wave plate 9, and is then reflected by the polarization beam splitter 4 toward the light receiving element 20.
At this time, the relative position in the optical axis direction between the defocus optical system 10 and the plane mirror 11 is adjusted so that the reflected light of the plane mirror 11 is close to parallel light on the light receiving element 20. This adjustment is performed by the following procedure, for example. In a state where the optical system to be measured 50 is not disposed, only the reflected light from the flat mirror 11 is directed onto the light receiving element 20, and the spot diameter is detected. The spot diameter is determined from the design value of the spot diameter when the reflected light from the plane mirror 11 becomes parallel light on the light receiving element 20 (determined from the design value of the optical arrangement in which the parallel light enters the light receiving element 20). The positions of the defocus optical system 10 and the plane mirror 11 in the optical axis direction are adjusted so as to be substantially equal to.
[0051]
The two light fluxes traveling from the light source 1 toward the light receiving element 20 form interference fringes on the light receiving element 20 when the difference in optical path length between them is particularly substantially equal within the coherence length. Therefore, the optical path length from the polarization beam splitter 4 to the plane mirror 11 via the defocus optical system 10 and from the polarization beam splitter 4 to the first measured surface 51 via the measurement optical system 6. The moving stage 12 is moved so that the optical path lengths of the two are equal.
[0052]
An example of a more specific method for making the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the flat mirror 11 and the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the first measured surface 51 substantially equal is shown below.
First, a planar mirror (not shown) is disposed at the position of the first measured surface 51 without the measured optical system 50, and the reflected light from the planar mirror and the reflected light from the planar mirror 11 are light receiving elements. The plane mirror 11 and the defocus optical system 10 are simultaneously moved by the moving stage 12 so as to interfere with each other. Then, the position of the plane mirror 11 at that time is measured and recorded by the length measuring means 13 as the amount of movement from the reference position of the plane mirror 11.
[0053]
The plane mirror can be arranged at the position of the surface to be measured 51 by attaching the plane mirror to a portion corresponding to the position of the surface to be measured 51 of the mirror frame of the optical system to be measured 50. It is. For other measured surfaces after the first measured surface 51, the design values of these surfaces may be used. Moreover, it is good also as what uses the value measured similarly to the 1st to-be-measured surface 51. FIG.
When actually moving to the eccentricity measurement, after the optical system 50 to be measured is arranged, the plane mirror 11 and the defocus optical system 10 are moved by the moving stage 12 to a position corresponding to the recorded movement amount. .
[0054]
On the other hand, the S-polarized component reflected by the polarization beam splitter 4 is converted into circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 5.
The measuring optical system 6 and the measured optical system 50 are moved by the moving stage 7 so that the beam spot diameter on the plane passing through the center of curvature 51a of the first measured surface 51 and orthogonal to the optical axis 21 is minimized. The position in the direction along the optical axis 21 is adjusted.
By making such adjustment, the light beam that has been circularly polarized by the quarter-wave plate 5 is condensed by the measurement optical system 6 and applied to the first measured surface 51. A part of the luminous flux is reflected by the first measured surface 51. The reflected light from the first surface to be measured 51 passes through the measurement optical system 6 again, passes through the quarter-wave plate 5, becomes a P-polarized component, and passes through the polarization beam splitter 4. Head to 20.
[0055]
Here, a part of the light beam irradiated to the first measured surface 51 is transmitted through the first measured surface 51, and further refracted by the first measured surface 51, and the second measured surface. Head to 52. Then, a part of the light is reflected by the second measured surface 52 and travels to the light receiving element 20 along the same path as the reflected light of the first measured surface 51.
[0056]
The three reflected lights (that is, the reflected light from the plane mirror 11 and the reflected light from the first measured surface 51 and the other surface 52) from the polarizing beam splitter 4 to the light receiving element 20 are the same by the polarizing plate 15. Only the polarization component is extracted, and the light intensity is further adjusted by the polarizing plate 16.
Then, the three reflected lights after the light intensity is adjusted are collected by the imaging optical system 18, and two spot images (that is, the first measured surface 51) having substantially the same diameter on the light receiving element 20. And a defocused image (reflected image 11b by the plane mirror 11) having a diameter larger than those of the two spot images.
[0057]
The details of the method for discriminating the reflected image 51b of the first measured surface 51 from the two reflected images 51b and 52b from the measured optical system 50 formed on the light receiving element 20 in this way are shown in FIG. Description will be given with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 2, the measurement optical system 6 is moved in the direction of the optical axis 21 by the moving stage 7 in a state where the reflection images 51 b and 52 b having a small diameter are projected on the light receiving element 20.
As a result, as shown in FIG. 3, the reflected image 51b and the reflected image 52b are slightly shifted from the optimum positions to increase the image diameter. This is to facilitate the determination of the presence or absence of interference fringes by increasing the diameter of the reflected image when forming interference fringes described later.
[0058]
As described above, since the light source 1 has a short coherence length, only one of the two reflected images 51b and 52b whose optical path length from the light source 1 is substantially equal to the optical path length of the defocused image is shown in FIG. Interference fringes as shown in FIG.
Therefore, it is possible to determine that the reflected image 51b is a reflected image by the first measured surface 51 by performing the steps shown in FIGS.
Here, although the number of reflected images from the optical system 50 to be measured is two, it is of course not limited to this, and the surface to be measured can be obtained by the same procedure for three or more or one. 51 reflected images 51b can be discriminated.
[0059]
Next, the optical path to the plane mirror 11 is blocked by the shutter 14, the measuring optical system 6 is moved in the direction of the optical axis 21 by the moving stage 7, and the reflected image 51b determined as described above becomes the best image. Adjust to reduce the spot diameter.
Then, the center of gravity coordinates of the spot image in which the reflected image 51b is narrowed on the light receiving element 20 is detected by the image processing of the eccentricity calculation unit 22, and the shift amount and shift direction from the reference image position are calculated. Thereby, the amount of eccentricity and the direction of eccentricity of the center of curvature 51a of the first measured surface 51 are obtained.
[0060]
The reference image position here refers to the position of the reflected image 51b formed on the light receiving element 20 by the reflected light from the first measured surface 51 when the first measured surface 51 is not decentered at all. Say.
This reference image position can be obtained by various methods. For example, the light beam from the light source 1 is focused on the first measured surface 51 at a relative position between the measurement optical system 6 and the first measured surface 51 in the direction along the optical axis 21. Further, it is obtained by adjusting the position of the measurement optical system 6. In this state, the condensing position of the light beam on the first measured surface 51 and the reference image position are conjugate, so that the reflected light from the first measured surface 51 is directed to the reference image position on the light receiving element 20. A reflection image is formed by the first measured surface 51 (so-called cat's eye reflection state).
In this state, the coordinates of the reference image position are obtained by obtaining the coordinates of the reflected image by the first measured surface 51 from the output of the light receiving element 20.
[0061]
As another method for obtaining the reference image position, the first measured surface 51 is rotated around the optical axis 21 to rotate the reflected image on the light receiving element 20, and the coordinates of the rotation center are obtained to obtain this. A reference image position may be used.
Further, instead of rotating the first measured surface 51, a light polarization member (not shown) is inserted between the measurement optical system 6 and the first measured surface 51, and an image rotator and a reflection are provided at the subsequent stage. By disposing a mirror (not shown) and rotating the image rotator, the reflection image by the reflection mirror is rotated on the light receiving element 20, and the coordinates of the rotation center are obtained to be used as a reference image position. good.
[0062]
Next, returning to FIG. 1 again, the procedure for measuring the decentration of the second measured surface 52 of the measured optical system 50 will be described.
First, the moving stage 12 causes the defocus optical system 10 and the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the plane mirror 11 and the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the second measured surface 52 to be substantially equal. The plane mirror 11 is moved.
[0063]
That is, first, the optical path length from the polarization beam splitter 4 to the flat mirror 11 via the defocus optical system 10 by the above-described method, and the optical system to be measured from the polarization beam splitter 4 via the measurement optical system 6. The optical path length up to the first measured surface 51 of 50 is made equal.
Next, the optical path length between the first measured surface 51 and the second measured surface 52 of the measured optical system 50 is obtained based on the design value of the measured optical system 50. Specifically, (physical thickness between the first measured surface 51 and the second measured surface 52) × (the first measured surface 51 and the second measured surface 52 The optical path length is calculated from the group refractive index of the medium in between. Then, the moving stage 12 is moved so that the plane mirror 11 moves by the optical path length obtained in this way. The moving amount of the moving stage 12 at this time is detected by the length measuring means 13.
[0064]
By such a method, when the optical path length between the first measured surface 51 and the second measured surface 52 of the actual measured optical system 50 is equal to the design value, the polarizing beam splitter 4 changes the plane mirror. 11 and the optical path length from the polarization beam splitter 4 to the second measured surface 52 can be made substantially equal.
Note that the reflected light of the plane mirror 11 is slightly shifted from the parallel light on the light receiving element 20 by the movement of the moving stage 12. However, since interference often occurs even if it is not parallel light, it is not necessary to readjust the positions of the plane mirror 11 and the defocus optical system 10 in the optical axis direction for the purpose of making parallel light.
Further, for example, a configuration in which a moving stage (not shown) for adjusting the relative position in the optical axis direction between the plane mirror 11 and the defocus optical system 10 is separately arranged and adjusted as necessary may be employed.
[0065]
Then, the reflected image 52b by the second measured surface 52 is determined from the output of the light receiving element 20 as shown in FIG. 5 by the same procedure as the procedure for determining the reflected image by the first measured surface 51.
It should be noted that, based on the design value of the optical system 50 to be measured, it can be obtained in advance that the centers of curvature and the apparent centers of curvature of the measured surfaces 51 and 52 exist at positions close to the direction along the optical axis. it can. Therefore, when the reflected image 51b by the measured surface 51 is specified, it may be determined that the other image 52b is likely to be an image by the measured surface 52. That is, it is not necessary to perform measurement for determination separately.
At this time, if no interference fringes occur at any of the reflected images 51b and 52b, the optical path length between the first measured surface 51 and the second measured surface 52 of the actual measured optical system 50 is designed. It is conceivable that the value has an error. However, even if the optical path length between the first measured surface 51 and the second measured surface 52 of the actual measured optical system 50 has an error from the design value, the measured optical system 50 is manufactured. If the measurement is performed as usual, the amount of error falls within the manufacturing tolerance range of the optical system 50 to be measured and is often not so large.
[0066]
Therefore, when the state of interference of the spot image on the light receiving element 20 is observed while moving the moving stage 12 slightly in the vicinity (front and back) of the position of the moving stage 12 set based on the design value, interference occurs at a certain position. Arise.
Due to the nature of the light source 1 that the coherence distance is short, when the interference fringe has the highest contrast, the optical path length from the polarization beam splitter 4 to the plane mirror 11 and from the polarization beam splitter 4 to the second measured surface 52 It can be said that the optical path lengths are substantially equal.
If the amount of movement of the moving stage 12 from the position of the first measured surface 51 at this time is sufficiently close to the amount of movement obtained from the design value, the spot image at which interference occurs is caused by the measured surface 52. The possibility of being a reflected image is very high.
[0067]
Then, in the same manner as when the eccentric amount and the eccentric direction of the first measured surface 51 are obtained, the eccentricity calculation unit 22 detects the barycentric position of the spot image formed by the reflected image 52b on the light receiving element 20, and the reference image The amount of deviation from the position and the direction of deviation are calculated.
In order to obtain the amount of eccentricity of the second measured surface 52, the amount of eccentricity is calculated in consideration of the influence of the first measured surface 51 located closer to the measurement optical system 6 than the second measured surface 52. To do. Specifically, in the eccentricity calculation unit 22, the amount and direction of displacement of the reflected image 52 b by the second measured surface 52, the amount and direction of eccentricity of the first measured surface 51, and the first measured surface 51. , The curvature of the second measured surface 51, the distance between the first measured surface 51 and the second measured surface 52, and the first measured surface 51 and the second measured surface 52. By calculating from the refractive index of the medium, the amount of eccentricity and the direction of eccentricity of the measured surface 52 are obtained.
[0068]
According to the decentration measuring apparatus 100 and the optical system decentration measuring method of the present embodiment described above, the reflecting surfaces (first measured surface 511, second measured object) on which the reflected images 51b, 52b are formed on the light receiving element 20. The surface 52) can be discriminated. Therefore, even when the reflected image from the surface to be measured and the other reflected image are present in close proximity at the same time on the light receiving element 20, it is possible to reliably measure the eccentricity of the surface to be measured.
[0069]
The interference fringes formed on the light receiving element 20 have higher contrast as the light quantity ratio of the two overlapping light beams is closer, and the interference fringes may not be recognized if the light quantity ratios differ greatly. In such a case, by adjusting the orientation of the polarizing plate 3, the light quantity ratio between the reflected light from the optical system 50 to be measured and the reflected light from the flat mirror 11 can be adjusted to be close. The contrast of the interference fringes on the light receiving element 20 can be increased, and the reflected image can be easily determined.
In addition, the interference fringes can be observed with higher contrast as the phases of the two overlapping light beams are in phase. Therefore, in the present embodiment, the polarizing plate 15 selectively transmits only the linearly polarized light in one direction out of the two light beams to be superimposed, so that the contrast of the interference fringes on the light receiving element 20 is reduced. The reflection image can be easily discriminated.
[0070]
In conventional reflection decentering measurement methods represented by the autocollimation method, depending on the design of the optical system to be measured, the light intensity on the light-receiving element due to the reflected light beam on each surface due to vignetting of the light beam in the optical system to be measured May be very different from each other. If the light intensity is too weak, the interference fringes may not be observed. Conversely, if the light intensity is strong, the output of the light receiving element may be saturated and the interference fringes may not be observed. On the other hand, in the present embodiment, the light intensity on the light receiving element 20 can be adjusted by rotating the polarizing plate 16, so that a reflection image of more surfaces can be discriminated.
In the present embodiment, when the shutter 14 that blocks the optical path of the plane mirror 11 is driven, only the reflected image 11b of the plane mirror 11 can be erased from the light receiving element 20, so that the reflected image 51b on the light receiving element 20 is reflected. , 52b can be improved.
[0071]
In addition, naturally each deformation | transformation of embodiment of this invention can be variously changed and changed.
For example, in the present embodiment, the case where the measured optical system 50 is configured by two measured surfaces (the first measured surface 51 and the second measured surface 52) has been described. However, even in the case of three or more measured surfaces, it is possible to perform decentration measurement of the assembled optical system by repeating the same procedure.
Further, even when the surface to be measured of the optical system to be measured 50 is composed of one surface to be measured, a reflection image or the like by the surface of each optical system included in the decentration measuring apparatus 100 is formed on the light receiving element 20 and is measured. This embodiment is effective because the measurement surface may not be discriminated. That is, it is possible to discriminate between the surface to be measured and the reflected image from the surface of each optical system.
[0072]
Of course, even if the optical system 50 to be measured includes a light polarizing member such as a prism or a mirror or a parallel plate, it is possible to perform decentration measurement by the same procedure.
Of course, it is not necessary to discriminate the reflected image for all the surfaces to be measured, and it may be performed only when it is difficult to discriminate the reflected image.
Further, instead of the polarization beam splitter 4, the quarter wavelength plate 5, and the quarter wavelength plate 9 that separates and emits the light beam from the light source 1, a single half mirror may be employed. In this case, although the light utilization efficiency decreases, the configuration of the eccentricity measuring apparatus 100 can be simplified.
[0073]
Further, instead of the plane mirror 11, a retro reflector or a corner cube may be used.
Further, a configuration in which the shutter 14 is omitted can be employed.
Further, the means for adjusting the light intensity detected by the light receiving element 20 is not limited to the polarizing plate 16 and its rotating means. For example, the continuously variable ND filter and the rotating means for rotating the same can be used. Other configurations such as an ND filter, switching means for switching the ND filter, and an electronic shutter for changing the exposure time of the light receiving element 20 can also be adopted.
In addition, measurement is possible even if the polarizing plate 3, the polarizing plate 15, and the polarizing plate 16 are omitted, although measurement is limited.
Further, when the optical system 50 to be measured has a plane to be measured composed of only a plane like a parallel flat plate, the measurement optical system 6 can be omitted.
[0074]
Further, the moving stage 12 and the length measuring means 13 only need to be able to equalize the optical path lengths of the reflected light from the flat mirror 11 and the reflected light from the measured surface (first measured surface 512, second measured surface 52). . Therefore, the present invention is not limited to moving the plane mirror 11 and the defocus optical system 10 side. For example, the measurement optical system 6 and the measured optical system 50 side may be moved simultaneously. Furthermore, a glass plate having a characteristic capable of matching these optical path lengths may be inserted into one of the optical path lengths of the reflected light from the flat mirror 11 and the reflected light from the surface to be measured.
[0075]
When the wavelength dispersion of the glass (material constituting the optical system) through which each of the two light beams emitted from the light source 1 having a short coherence length is transmitted is the same, the relative distance between the two light beams is relatively small. Because the effect of chromatic dispersion can be canceled, the optical path length difference is the shortest and the interference fringe contrast is the highest.If the chromatic dispersion of the glass does not match, the optical path length difference is longer and the interference fringe contrast is higher. It is generally known to be lowered.
Therefore, one or both of the optical path from the polarization beam splitter 4 to the measurement surface (the first measurement surface 51, the second measurement surface 52) and the optical path from the polarization beam splitter 4 to the plane mirror 11 In addition, a configuration in which the chromatic dispersion adjusting glass is detachably disposed may be employed. In this case, it is possible to adjust the wavelength dispersion of these two light beams to increase the contrast of the interference fringes on the light receiving element 20.
[0076]
Further, as described above, the contrast of interference fringes is increased by matching the chromatic dispersion received by the two light beams by inserting / removing the chromatic dispersion adjusting glass, or the resolution in the direction along the optical axis is increased. Can do. On the contrary, it is also possible to make a difference in the chromatic dispersion received by the two light beams by inserting and removing the chromatic dispersion adjusting glass so that the interference fringes can be recognized in a wider range in the optical axis direction.
In that case, the optical path length also changes as the chromatic dispersion adjusting glass is inserted and removed. Therefore, the change in the optical path length due to the insertion / removal of the chromatic dispersion adjusting glass is measured in advance, and when the chromatic dispersion adjusting glass is inserted / removed, the moving stage 12 is moved by the change in the optical path length by 2 It is possible to adjust the optical path lengths of the two light beams to coincide.
[0077]
In addition, the change of the optical path length by insertion / extraction of the wavelength dispersion adjustment glass can be measured by using, for example, the following measurement method.
That is, first, the chromatic dispersion adjusting glass is removed from the optical path, a mirror (not shown) is disposed at the position of the measured surface 51 without the measured optical system 50, and the reflected light from the mirror and the plane mirror 11 are The plane mirror 11 and the defocus optical system 10 are simultaneously moved by the moving stage 12 so that the reflected light of the light beam interferes on the light receiving element 20.
[0078]
Then, the position of the plane mirror 11 at this time is measured and recorded by the length measuring means 13 as a movement amount from the reference position of the plane mirror 11. Next, the chromatic dispersion adjusting glass is inserted, and the plane mirror 11 and the defocus optical system 10 are simultaneously simultaneously set so that the reflected light from the mirror and the reflected light from the plane mirror 11 interfere on the light receiving element 20 again. It is moved on the moving stage 12. Then, the position of the plane mirror 11 at this time is measured and recorded by the length measuring means 13 as a movement amount from the reference position of the plane mirror 11. Subsequently, a difference in movement amount from the reference position of the moving stage 12 is calculated. In this way, a change in the optical path length due to the chromatic dispersion adjusting glass can be detected.
A plurality of wavelength dispersion glasses may be provided in advance so as to cope with various wavelength dispersions.
[0079]
(No.1 Reference example)
  Subsequently, referring to FIG.1 Reference exampleThe following is a description. BookReference exampleIn the description of, the description will be focused on the differences from the first embodiment, and the rest will be omitted because it is the same as the first embodiment.
[0080]
  BookReference exampleThen, instead of the defocus optical system 10, the polarization beam splitter 23, the mirror 24, and the polarization beam splitter 25 for guiding the reflected light from the plane mirror 11 to the light receiving element 20 without passing through the imaging optical system 18. The point with is characteristic.
The moving stage 12 in the present embodiment moves only the plane mirror 11.
  Also bookReference exampleThe quarter wave plate 9 is disposed between the polarization beam splitter 23 and the plane mirror 11.
  Also bookReference exampleThe polarizing plate 15 is disposed between the polarizing beam splitter 25 and the light receiving element 20.
Also bookReference exampleThe imaging optical system 18 is disposed between the polarization beam splitter 4 and the polarization beam splitter 25.
[0081]
  A book having the structure described aboveReference exampleAn optical system eccentricity measuring method using the eccentricity measuring apparatus (optical system eccentricity measuring apparatus) 100A will be described below.
  First, when a light beam is emitted from the light source 1, the light beam is converted into a parallel light beam by the collimating optical system 2, and then enters the polarizing plate 3, and only one direction of linearly polarized light component of the light beam passes through it. . When the parallel light flux of this linearly polarized component enters the polarizing beam splitter 4, the polarizing beam splitter 4 transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component. As a result, the light beam from the light source 1 is divided into two, a P-polarized component and an S-polarized component.
[0082]
One of the two divided beams (S-polarized component) passes through the quarter-wave plate 5 and becomes circularly polarized light, and then the center of curvature of the measured surface 51 of the measured optical system 50 by the measuring optical system 6. Condensed toward 51a. At this time, a part of the light beam is reflected by the surface 51 to be measured, passes through the quarter-wave plate 5 again to become a P-polarized component, enters the polarization beam splitter 4 again, and passes through it.
The transmitted light that has passed through the polarizing beam splitter 4 in this way becomes a light beam that forms an image toward the light receiving element 20 by passing through the imaging optical system 18, enters the polarizing beam splitter 25, and is transmitted therethrough.
[0083]
The other of the two divided beams (P-polarized component) passes through the polarizing beam splitter 4 and the polarizing beam splitter 23 and then passes through the quarter-wave plate 9 to become circularly polarized light, which is reflected by the plane mirror 11. Is done.
The reflected light reflected by the plane mirror 11 again passes through the quarter-wave plate 9 to become an S-polarized component, and again enters the polarization beam splitter 23 and is reflected. Further, this S-polarized component is reflected by the mirror 24 and the subsequent polarizing beam splitter 25.
In this way, the two light beams superimposed by the polarization beam splitter 25 are subsequently incident on the polarizing plate 15, and only the linearly polarized light component in one direction is transmitted therethrough. Thereby, on the light receiving element 20, the reflected image 51b by the to-be-measured surface 51 forms, and the reflected light from the plane mirror 11 enters as parallel light.
[0084]
Next, by using the moving stage 12 and the length measuring means 13, the optical path length from the light source 1 to the light to be measured 51 reflected on the surface to be measured 51 and to the light receiving element 20, and from the light source 1 to the flat mirror 11 Then, the optical path length on the light beam side that comes out of the light source 1 and is reflected by the flat mirror 11 and reaches the light receiving element 20 is changed so that the optical path length to the light receiving element 20 becomes equal.
Then, the measuring optical system 6 is moved in the optical axis direction using the moving stage 7, and the spot image (reflected image 51 b) by the measured surface 51 is slightly blurred. Then, the interference fringes can be confirmed in the same manner as in the first embodiment, and it can be specified which reflecting surface (measured surface) in the measured optical system 50 has formed the spot image.
[0085]
  The book described aboveReference exampleAccording to the optical system eccentricity measuring method using the first eccentricity measuring device (optical system eccentricity measuring device) 100A, the reflected light from the plane mirror 11 does not pass through the imaging optical system 18 and is always converted into parallel light as the light receiving element 20. Can be incident on the top. Therefore, even if the plane mirror 11 side is moved by the moving stage 12 to adjust the optical path length, the parallelism of the reflected light from the plane mirror 11 incident on the light receiving element 20 does not change. Adjustment in discriminating the reflecting surface (measured surface 51) forming 51b is easier than in the first embodiment.
  That is, the arrangement of the defocus optical system 10 described in the first embodiment and the position adjustment in the optical axis direction are not required, and the reflection surface (measurement surface 51) on which the reflection image 51b is formed by simple adjustment. ) Can be realized.
[0086]
(No.2 Reference examples)
  Subsequently, referring to FIG.2 Reference examplesThe following is a description. BookReference exampleIn the description of, the description will be focused on the differences from the first embodiment, and the rest will be omitted because it is the same as the first embodiment.
  As shown in FIG.Reference exampleThe decentering measuring device (optical system decentering measuring device) 100B has a configuration newly including the following constituent elements instead of the defocusing optical system 10 described in the first embodiment.
[0087]
That is, a two-axis tilt stage 26 that tilts the plane mirror 11 in two directions with respect to its optical axis is provided.
Further, a moving stage 27 for moving the imaging optical system 18 in the optical axis direction and a length measuring means 28 for detecting the moving amount of the moving stage 27 are provided.
Further, a variable magnification relay optical system that changes the imaging magnification of the reflected image formed by the imaging optical system 18 on the light receiving element 20 (relays the reflected image) between the imaging optical system 18 and the light receiving element 20. 29, 30 are provided. These variable power relay optical systems 29 and 30 have different imaging magnifications, and can be inserted into and removed from the optical path or out of the optical path by switching means (not shown).
[0088]
The variable power relay optical systems 29 and 30 reflect the reflected image 51b of the light beam (first light beam) reflected by the measured surface 51 and received on the light receiving element (light receiving means) 20, and the plane mirror 11. The light receiving region (a square frame 60 described later in the description of FIG. 14) including the reflected image 11b reflected by the light beam (second light beam) reflected by the light receiving element (light receiving means) 20 is enlarged. The light receiving area expanding means for irradiating the light receiving element (light receiving means) 20 to the light receiving element 20 is constituted.
The switching means for putting either the variable magnification relay optical system 29 or the variable magnification relay optical system 30 into the optical path and bringing the other out of the optical path includes, for example, a microscope objective lens, a revolver, and a microscope imaging lens. It is possible.
The variable power relay optical system 29 and the variable power relay optical system 30 are arranged so that the light source 1 and the light receiving element 20 are conjugated with each other when arranged in the optical path.
[0089]
  The book described aboveReference exampleAn optical system eccentricity measuring method using the eccentricity measuring apparatus (optical system eccentricity measuring apparatus) 100B will be described below.
  First, the light beam emitted from the light source 1 passes through the collimating optical system 2 to become a parallel light beam. The polarizing plate 3 transmits only the linearly polarized light component in one direction out of the light flux from the light source 1 and directs it to the polarizing beam splitter 4.
  The polarization beam splitter 4 transmits the P-polarized component of the incident light beam and simultaneously reflects the S-polarized component. Thereby, the light beam from the light source 1 is divided into two parts, a P-polarized component and an S-polarized component.
[0090]
One of the two divided beams (S-polarized component) passes through the quarter-wave plate 5 and becomes circularly polarized light, and is directed toward the center of curvature 51a of the measured surface 51 of the measured optical system 50 by the measuring optical system 6. And condensed. A part of the collected light beam is reflected by the surface 51 to be measured, passes through the quarter-wave plate 5 again to become a P-polarized component light beam, and enters the polarization beam splitter 4 again to be transmitted. Further, the light beam transmitted through the polarization beam splitter 4 is condensed by the imaging optical system 18 to form a reflected image. The variable magnification relay optical system 29 relays the reflected image to form a reflected image 51 b on the light receiving element 20.
[0091]
On the other hand, the light beam that has passed through the measurement surface 51 is refracted by the measurement surface 51 and is incident on the measurement surface 52 that is another measurement surface. A part of the light is reflected by the surface to be measured 52 and passes through the surface to be measured 51 again to pass through the quarter-wave plate 5 to become a P-polarized component light beam. This light beam again enters the polarization beam splitter 4 and passes therethrough, and is collected by the imaging optical system 18 to form a reflected image. The variable magnification relay optical system 29 relays the reflected image to form a reflected image 52 b on the light receiving element 20.
The other of the two divided beams (P-polarized component) passes through the quarter-wave plate 9 to become circularly polarized light, is reflected by the plane mirror 11, passes through the quarter-wave plate 9 again, and is the S-polarized component. It becomes a luminous flux. Further, this light beam again enters the polarization beam splitter 4 and is reflected, and is collected by the imaging optical system 18 to form a reflected image. The variable magnification relay optical system 29 relays the reflected image to form a reflected image 11 b on the light receiving element 20.
[0092]
As shown in FIG. 8, on the light receiving element 20 at this time, three spot images (reflected image 51b by the measured surface 51, reflected image 52b by the other measured surface 52, and a flat surface having substantially the same diameter) A reflected image 11b) by the mirror 11 is detected.
In order to discriminate the reflected image 51b of the measurement target surface 51 from these three spot images, first, the imaging optical system 18 is moved in the optical axis direction by the moving stage 27. As a result, as shown in FIG. 9, each spot image on the light receiving element 20 is slightly blurred (shifted slightly from the optimum position to increase the image diameter). At this time, the position before the movement of the moving stage 27 is recorded using the length measuring means 28.
[0093]
Subsequently, the moving stage 12 is set such that the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the plane mirror 11 is equal to the optical path length from the polarizing beam splitter 4 to the measured surface 51 via the measuring optical system 6. Move.
Further, as shown in FIG. 10, the plane mirror 11 is tilted by the biaxial tilt stage 26, and the spot image 11b on the light receiving element 20 is moved to be superposed on one spot image 52b. By the same procedure, as shown in FIG. 11, the spot image 11b is overlapped with the other spot image 51b.
Then, no interference fringes occur in the one spot image 52b shown in FIG. 10, and no interference fringes occur in the other spot image 51b shown in FIG. Thereby, it is possible to determine that the spot image 51 b in which the interference fringes are generated is a reflected image by the measurement target surface 51.
Then, using the recording of the length measuring means 28, the moving stage 27 is moved to the position before the movement, the spot image is returned to the optimum position again, and then the eccentricity measurement is performed according to the procedure described in the first embodiment.
[0094]
Further, the case where the spot images on the light receiving element 20 are formed at positions close to each other will be described.
In this case, the respective reflected images 51b, 52b, and 11b in the light receiving element 20 are as shown in FIG. 12, and even if the respective spot images are slightly enlarged, the respective spots overlap each other as shown in FIG. It becomes difficult to determine which of the images 51b and 52b has the interference fringes.
Even if each spot image is made small, as shown in FIG. 14, the spot diameter is too small to observe the interference fringes, and the reflected images 51b and 52b may not be distinguished. In such a case, the imaging magnification of each reflected image 51b, 52b, 11b irradiated on the light receiving element 20 is expanded by changing the optical magnification by exchanging the variable power relay optical systems 29, 30.
[0095]
That is, the step of irradiating the light receiving element 20 after enlarging the area of the rectangular frame 60 shown in FIG. 14 (the light receiving area including the respective reflected images 51b, 52b, 11b to be received on the light receiving element 20) is performed. . The enlarged spot image on the light receiving element 20 is as shown in FIG. 15, and even when the reflected images 51b, 52b, and 11b are reduced by the imaging optical system 18, interference is caused by the variable magnification relay optical systems 29 and 30. Since the fringes can be enlarged, it is possible to easily determine which reflection image is from which reflection surface (surface to be measured).
[0096]
  The book described aboveReference exampleEccentricity measuring device (optical system eccentricity measuring device) 100BAccording to the optical system eccentricity measuring method using the above, in addition to the effects described in the first embodiment, the following effects can be obtained.
  That is, the reflected light (parallel light) of the plane mirror 11 forms a spot image (reflected image 11b) on the light receiving element 20 through the same imaging optical system 18 as the reflected light (parallel light) from the measured surface 51. To do. Therefore, the size of the spot image formed on the light receiving element 20 by the reflected light of the flat mirror 11 and the size of the spot image formed on the light receiving element 20 by the reflected light of the measured surface 51 can be made substantially the same. .
  Therefore, if the light intensity of the reflected light is adjusted by the polarizing plate 3 or the like, the contrast of the formed interference fringes can be increased, and which reflected image is from which reflecting surface (measurement surface). It is possible to easily discriminate.
[0097]
Further, since the imaging magnification can be switched by the variable magnification relay optical systems 29 and 30, the reflected image 51b on the light receiving element 20 formed by the reflected light from the measured surface 51 and the reflection from the flat mirror 11b. Since the reflected image 11b on the light receiving element 20 formed by light can be optically enlarged, it is possible to easily determine which reflected image is from which reflecting surface (surface to be measured). It becomes possible. Therefore, the measurement surface 51 can be easily specified, and the eccentricity measurement accuracy can be improved.
[0098]
  BookReference exampleAs a matter of course, various modifications and changes can be made to these components.
  For example, the moving stage 27 and the length measuring means 28 need only be able to enlarge the reflected image 11b by the plane mirror 11 and the reflected image 51b by the surface to be measured 51 to an appropriate size. It is not limited to moving in the axial direction. For example, the size of the reflected images 51b and 11b is enlarged by moving the zoom relay optical systems 29 and 30 along the optical axis or moving the light receiving element 20 in the optical axis direction. It is also possible to make it happen.
  The biaxial tilt stage 26 is not limited to tilting the plane mirror 11 as long as it can superimpose the reflection image 11b of the plane mirror 11 and the reflection image 51b of the surface 51 to be measured. For example, the reflected image 51b side may be superimposed on the reflected image 11b by tilting the measured surface 51 side or tilting the measurement optical system 6 side.
[0099]
【The invention's effect】
The optical system eccentricity measuring apparatus according to the first aspect of the present invention employs a configuration including a light source, a light beam splitting unit, a light receiving unit, an optical path length adjusting unit, and an eccentricity calculating unit. According to this configuration, even if an image other than the first light beam reflected by the surface to be measured is mixed on the light receiving unit, the optical path length of the first light beam and the second light beam are adjusted using the optical path length adjusting unit. By adjusting to match the optical path length of the light beam, interference fringes are generated only in the spot of the first light beam reflected by the surface to be measured so that it can be easily and reliably discriminated from other images. Can do.
Therefore, it is possible to measure the eccentricity of the surface to be measured after easily and reliably specifying the image of the surface to be measured from the images on the light receiving element.
[0100]
  Claims1The optical system decentration measuring device described in is provided on the light receiving means.The spot diameter of the second light flux is made larger than the spot diameter of the first light flux.A configuration including spot diameter adjusting means for adjustment was adopted. According to this configuration, it is possible to easily obtain the observation of the interference fringes on the light receiving means and the positional deviation of the spot of the first light beam.
[0101]
  Claims6The optical system eccentricity measuring apparatus described in 1) employs a configuration including a light receiving area expanding means for irradiating the light receiving means after expanding the light receiving area including the spot of the first light beam and the spot of the second light beam. . According to this configuration, it is possible to enlarge each image to a state where interference fringes can be observed while preventing the images from overlapping in an indistinguishable state. Therefore, it is possible to more reliably obtain the observation of the interference fringes on the light receiving means and the positional deviation of the spot of the first light beam.
[0102]
  Claims7The optical system eccentricity measuring method described in 1 is a method of measuring the eccentricity by irradiating a measured surface of the optical system with a light beam through the measuring optical system, and each arrangement position of the measured surface and the optical surface of the measuring optical system. A step of setting a coherence length of a light beam used for measurement from each apparent center position of curvature, a first light beam directed to the surface to be measured by the step, and a first light beam directed to the surface to be measured. A step of dividing the light beam into a second light beam traveling in a different direction from the first light beam, and irradiating the first light beam to the measurement target surface of the measurement target surface and reflecting the measurement target surface A step of causing the optical path lengths of the first light beam and the second light beam to substantially coincide with each other within a coherence length, and a step of superimposing the first light beam reflected by the measurement target surface on the light receiving means on the second light beam; The first light beam and the second light beam superimposed in this step To obtain a light flux image, to obtain a position of the light flux image of the first light flux in which interference fringes are observed among the light flux images obtained in this step, and obtained in this step Calculating a positional deviation of the position of the light beam image with respect to a reference position on the light receiving means, and obtaining an eccentricity of the measurement surface based on the positional deviation;Adjusting the spot diameter of the second light flux on the light receiving means to a spot diameter larger than the spot diameter of the first light flux;In the step of setting the coherence length, when the optical path length of the first light beam reflected by the measurement target surface and the optical path length of the second light beam are substantially coincided with each other, The reflected first light beam and second light beam form interference fringes, and the first light beam and the second light beam reflected by the measurement surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system. Is a method of setting a coherence length that does not form interference fringes on the light receiving means. According to this method, even if an image other than the first light beam reflected by the surface to be measured is mixed on the light receiving means, the optical path length of the first light beam and the optical path length of the second light beam are coherent. By performing the process of substantially matching within the length, interference fringes can be generated only in the spot of the first light beam reflected by the surface to be measured so that it can be easily and reliably discriminated from other images.
  Therefore, it is possible to measure the eccentricity of the surface to be measured while easily and reliably specifying the image of the surface to be measured from the images on the light receiving means.
  Further, it is possible to easily obtain the observation of the interference fringes on the light receiving means and the positional deviation of the spot of the first light beam.
[0104]
  Claim 12The optical system eccentricity measuring method described in 1) employs a method having a step of irradiating the light receiving means after expanding the light receiving region containing the spot of the first light beam and the spot of the second light beam. According to this method, it is possible to enlarge each image to a state where interference fringes can be observed while preventing the images from overlapping each other in an indistinguishable state. Therefore, it is possible to more reliably obtain the observation of the interference fringes on the light receiving means and the positional deviation of the spot of the first light beam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of an optical system eccentricity measuring apparatus according to the present invention, and is an explanatory diagram illustrating an arrangement of components.
FIG. 2 is a diagram for explaining an optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on a light receiving element;
FIG. 3 is a diagram for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 4 is a view for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 5 is a view for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring device, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 6 shows a first embodiment of the optical system eccentricity measuring apparatus according to the present invention.1 Reference exampleIt is a figure which shows, Comprising: It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of each component.
FIG. 7 shows an optical system decentration measuring apparatus according to the present invention.2 Reference examplesIt is a figure which shows, Comprising: It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of each component.
FIG. 8 is a diagram for explaining an optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element.
FIG. 9 is a view for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 10 is a diagram for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element.
FIG. 11 is a view for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring device, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 12 is a diagram for explaining another optical system decentering measurement method using the same optical system decentering measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element.
FIG. 13 is a diagram for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 14 is a diagram for explaining the continuation of the optical system decentering measurement method using the same optical system decentering measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element.
FIG. 15 is a diagram for explaining the continuation of the optical system eccentricity measuring method using the optical system eccentricity measuring apparatus, and showing each reflected image irradiated on the light receiving element;
FIG. 16 is a diagram showing a conventional optical system eccentricity measuring device, and is an explanatory diagram showing the arrangement of each component.
FIG. 17 is a diagram showing another conventional optical system eccentricity measuring device, and is an explanatory diagram showing the arrangement of each component.
FIG. 18 is a diagram for explaining a problem of a conventional optical system eccentricity measuring device, and is an explanatory diagram showing an arrangement of each component.
[Explanation of symbols]
1 Light source
4. Polarizing beam splitter (light beam splitting means)
6 ... Measurement optical system
7 ... Moving stage (spot diameter adjusting means)
12 ... Moving stage (optical path length adjusting means)
20... Light receiving element (light receiving means)
22 ... Eccentricity calculation unit (eccentricity calculation means)
29, 30 ... variable power relay optical system (light-receiving area expanding means)
50: Optical system to be measured (optical system)
51 ... 1st surface to be measured (surface to be measured)
52 ... 2nd surface to be measured (surface to be measured)
60 ... square frame (light receiving area)
100, 100A, 100B ... Eccentricity measuring device (optical system eccentricity measuring device)

Claims (12)

光学系の被測定面の偏心を測定する装置であって、
光束を発する光源と、
前記光束を、前記被測定面に向かう第１の光束と、該第１の光束とは別の方向に向かう第２の光束に分割する光束分割手段と、
前記第１の光束を前記被測定面のうち測定対象となる測定対象面に照射する測定光学系と、
前記測定対象面で反射され、前記測定光学系を再透過した前記第１の光束に対して前記第２の光束を重ね合わせる光束重ね合わせ手段と、
前記測定対象面で反射した前記第１の光束の光路長または前記第２の光束の光路長の少なくとも一方を調整する光路長調整手段と、
前記測定対象面で反射され、前記光束重ね合わせ手段によって重ね合わされた前記第１の光束及び前記第２の光束を受光する受光手段と、
前記受光手段上の基準位置に対する、前記受光手段上に形成された前記第１の光束の反射像の位置ずれを算出し、該位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める偏心演算手段と、
前記受光手段上における前記第２の光束のスポット径を、前記第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整するスポット径調整手段とを備え、
前記光源は、
前記光路長調整手段によって前記測定対象面で反射された前記第１の光束の光路長と前記第２の光束の光路長とが略等しくなるように調整したとき、前記受光手段上で前記測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束とが干渉縞を形成し、かつ、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面で反射された第１の光束と前記第２の光束とは前記受光手段上で干渉縞を形成しない長さのコヒーレンス長を有する
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。An apparatus for measuring the eccentricity of a surface to be measured of an optical system,
A light source that emits a luminous flux;
A light beam splitting means for splitting the light beam into a first light beam traveling toward the surface to be measured and a second light beam traveling in a direction different from the first light beam;
A measurement optical system for irradiating the measurement target surface to be measured among the measurement target surfaces with the first light flux;
A light beam superimposing unit that superimposes the second light beam on the first light beam reflected by the measurement target surface and retransmitted through the measurement optical system;
Optical path length adjusting means for adjusting at least one of the optical path length of the first light flux or the optical path length of the second light flux reflected by the measurement target surface;
A light receiving means for receiving the first light flux and the second light flux reflected by the measurement target surface and superimposed by the light flux superimposing means;
An eccentricity calculating means for calculating a positional deviation of a reflected image of the first light beam formed on the light receiving means with respect to a reference position on the light receiving means, and obtaining an eccentricity of the measured surface based on the positional deviation; ,
Spot diameter adjusting means for adjusting the spot diameter of the second light flux on the light receiving means to a spot diameter larger than the spot diameter of the first light flux ;
The light source is
When the optical path length of the first light beam reflected on the measurement target surface by the optical path length adjusting unit is adjusted to be substantially equal to the optical path length of the second light beam, the measurement target is measured on the light receiving unit. The first light beam and the second light beam reflected by a surface form an interference fringe, and the first surface reflected by the measurement surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system. The optical system eccentricity measuring apparatus, wherein the light beam and the second light beam have a coherence length that does not form interference fringes on the light receiving means. 請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、
前記光源のコヒーレンス長は、
前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。In the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1,
The coherence length of the light source is
Between the measurement target surface and the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system, which has an apparent curvature center position at a position close to the apparent curvature center position of the measurement target surface. Between the optical path difference and the optical surface of the measurement optical system other than the measurement object surface and the optical surface of the measurement optical system, which exists at a position near the apparent center of curvature of the measurement object surface, and the measurement object surface An optical system eccentricity measuring apparatus characterized by being shorter than a minimum optical path difference among optical path differences. 請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、
前記光源のコヒーレンス長は、
前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。In the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1,
The coherence length of the light source is
Between the measurement target surface and the measurement target surface other than the measurement target surface, the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface having an apparent curvature center position at a position closest to the apparent curvature center position of the measurement target surface And the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface, which are present at positions closest to the apparent center of curvature of the measurement target surface An optical system eccentricity measuring device characterized by being shorter than the smallest optical path difference among the optical path differences between. 請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、
前記光学系の被測定面は複数からなり、
前記光源のコヒーレンス長は、
前記複数の被測定面の各面間の光路差のうち、最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。In the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1,
The surface to be measured of the optical system consists of a plurality of,
The coherence length of the light source is
The optical system eccentricity measuring apparatus, wherein the optical path difference between the plurality of measured surfaces is shorter than a minimum optical path difference. 請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、
前記光源のコヒーレンス長は、
１μｍ以上１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。In the optical system eccentricity measuring apparatus according to claim 1,
The coherence length of the light source is
It is 1 micrometer or more and 10 mm or less. The optical system eccentricity measuring apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項１〜５のいずれかに記載の光学系偏心測定装置において、
前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備える
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。In the optical system eccentricity measuring apparatus in any one of Claims 1-5 ,
A light receiving area expanding means for irradiating the light receiving means after expanding a light receiving area including the spot of the first light flux and the spot of the second light flux to be received on the light receiving means; An optical system eccentricity measuring device. 光学系の被測定面に測定光学系を通して光束を照射して偏心を測定する方法であって、
前記被測定面および前記測定光学系の光学面の、各配置位置とみかけ上の各曲率中心位置とから測定に用いる光束のコヒーレンス長を設定する工程と、
該工程により、コヒーレンス長が設定された光束を、前記被測定面に向かう第１の光束と、該第１の光束とは別の方向に向かう第２の光束とに分割する工程と、
前記第１の光束を前記被測定面のうちの測定対象となる測定対象面に照射し、該測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束との光路長を前記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、
該工程を行った後、前記測定対象面で反射された前記第１の光束を、前記第２の光束に受光手段上に重ね合わせる工程と、
該工程で重ね合わされた前記第１の光束と前記第２の光束とを受光して光束像を取得する工程と、
該工程で取得された光束像のうち、干渉縞が観察される前記第１の光束の光束像の位置を取得する工程と、
該工程で取得された光束像の位置の、前記受光手段上の基準位置に対する位置ずれを算出し、該位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める工程と、
前記受光手段上における前記第２の光束のスポット径を、前記第１の光束のスポット径よりも大きいスポット径に調整する工程とを備え、
前記コヒーレンス長を設定する工程では、前記測定対象面で反射された前記第１の光束の光路長と前記第２の光束の光路長とを略一致させたときに、前記受光手段上で前記測定対象面で反射された前記第１の光束と前記第２の光束とが干渉縞を形成し、かつ、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面で反射された第１の光束と前記第２の光束とは前記受光手段上で干渉縞を形成しない長さのコヒーレンス長に設定する
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。A method of measuring eccentricity by irradiating a measured surface of an optical system with a light beam through a measuring optical system,
A step of setting a coherence length of a light beam used for measurement from each arrangement position and each apparent center of curvature position of the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system;
Dividing the light beam having a coherence length set by the step into a first light beam traveling toward the surface to be measured and a second light beam traveling in a direction different from the first light beam;
The measurement target surface of the measurement target surface is irradiated with the first light flux, and the optical path length between the first light flux and the second light flux reflected by the measurement target surface is determined as the coherence. A process of approximately matching within the long,
After performing the step, superimposing the first light beam reflected by the measurement target surface on the light receiving means on the second light beam;
Receiving the first light flux and the second light flux superimposed in the step to obtain a light flux image;
Obtaining the position of the light flux image of the first light flux where interference fringes are observed among the light flux images obtained in the step;
Calculating a positional deviation of the position of the light beam image acquired in the step with respect to a reference position on the light receiving means, and obtaining an eccentricity of the surface to be measured based on the positional deviation ;
Adjusting the spot diameter of the second light flux on the light receiving means to a spot diameter larger than the spot diameter of the first light flux ,
In the step of setting the coherence length, when the optical path length of the first light beam reflected by the measurement target surface is substantially matched with the optical path length of the second light beam, the measurement is performed on the light receiving unit. The first light beam and the second light beam reflected by the target surface form interference fringes, and are reflected by the measurement surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system. The optical system eccentricity measuring method, wherein the first light flux and the second light flux are set to a coherence length that does not form an interference fringe on the light receiving means. 請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、
前記光束のコヒーレンス長は、
前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。In the optical system eccentricity measuring method according to claim 7 ,
The coherence length of the luminous flux is
Between the measurement target surface and the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system, which has an apparent curvature center position at a position close to the apparent curvature center position of the measurement target surface. Between the optical path difference and the optical surface of the measurement optical system other than the measurement object surface and the optical surface of the measurement optical system, which exists at a position near the apparent center of curvature of the measurement object surface, and the measurement object surface An optical system eccentricity measuring method characterized by being shorter than a minimum optical path difference among optical path differences. 請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、
前記光束のコヒーレンス長は、
前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置にみかけの曲率中心位置を有する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差、ならびに、前記測定対象面のみかけの曲率中心位置に最も近い位置に存在する、前記測定対象面以外の前記被測定面および前記測定光学系の光学面と、前記測定対象面との間の光路差のうちの最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。In the optical system eccentricity measuring method according to claim 7 ,
The coherence length of the luminous flux is
Between the measurement target surface and the measurement target surface other than the measurement target surface, the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface having an apparent curvature center position at a position closest to the apparent curvature center position of the measurement target surface And the measurement target surface other than the measurement target surface and the optical surface of the measurement optical system, and the measurement target surface, which are present at positions closest to the apparent center of curvature of the measurement target surface An optical system eccentricity measuring method characterized by being shorter than a minimum optical path difference among optical path differences between. 請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、
前記光学系の被測定面は複数からなり、
前記光束のコヒーレンス長は、
前記複数の被測定面の各面間の光路差のうち、最小の光路差よりも短い
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。In the optical system eccentricity measuring method according to claim 7 ,
The surface to be measured of the optical system consists of a plurality of,
The coherence length of the luminous flux is
An optical system eccentricity measuring method characterized by being shorter than a minimum optical path difference among the optical path differences between the surfaces to be measured. 請求項７に記載の光学系偏心測定方法において、
前記光束のコヒーレンス長は、
１μｍ以上１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。In the optical system eccentricity measuring method according to claim 7 ,
The coherence length of the luminous flux is
It is 1 micrometer or more and 10 mm or less. The optical system eccentricity measuring method characterized by the above-mentioned. 請求項７〜１１のいずれかに記載の光学系偏心測定方法において、
前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する工程を有する
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。In the optical system eccentricity determination method according to any one of claims 7-1 1,
And a step of irradiating the light receiving means after enlarging a light receiving area including the spot of the first light flux and the spot of the second light flux to be received on the light receiving means. Optical system eccentricity measurement method.
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