特許 7600192 取得装置、取得方法および光学系の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】取得装置、取得方法および光学系の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02015 20220101AFI20241209BHJP

   G01B 11/02 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02015

G01B11/02 G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022145622

(22)【出願日】2022-09-13

(65)【公開番号】P2024040947

(43)【公開日】2024-03-26

【審査請求日】2023-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】杉本 智洋

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１１８０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４７７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６４２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－００９９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５３９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４４５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２１３９２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ９／０２－ ９／０２０９８

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する第１光源と、
前記チャートから出射した指標光を被検光学系に入射させる測定光学系と、
前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して受光する撮像素子と、
前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整手段と、
第２光源を含み、該第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する干渉計と、
前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算手段と、を有し、
前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記受光面とは、前記測定光学系に対して互いに共役関係であることを特徴とする取得装置。

【請求項2】

前記演算手段は、前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面までの各光路長を算出し、該光路長に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出することを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項3】

前記測定光学系の光軸を測定軸とするとき、
前記調整手段は、前記測定軸に対して平行方向および垂直方向に、前記測定光学系と前記被検光学系との前記相対位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項4】

前記測定光学系の光軸を測定軸とし、前記指標光のうち前記測定軸上を伝搬する光線を射出する点を前記チャートの原点とするとき、
前記チャートに形成されたパターンは、前記原点に関して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項5】

前記干渉計は、
前記参照光の光路長である参照光路長を変更する光路長変更手段を含み、
前記調整手段によって前記チャートの像が前記基準位置に形成されたのちに、前記光路長変更手段によって前記参照光路長を走査して得られる前記干渉信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項6】

光路長基準面を備える基準板を前記測定光学系と前記被検光学系との間に更に有し、
前記干渉計は、前記参照光と前記光路長基準面で反射した前記被検光とを干渉させることで基準干渉信号を取得し、
前記演算手段は、前記基準干渉信号に基づいて前記光路長基準面の基準光路長を算出し、前記基準光路長を用いて前記複数の被検面までの前記各光路長を補正することを特徴とする請求項２に記載の取得装置。

【請求項7】

前記第１光源は、前記第２光源の光の一部をファイバで導光することで得られる光源であることを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項8】

前記基準位置において、前記チャートの原点の像の位置は、前記複数の被検面それぞれの曲率中心の位置と一致していることを特徴とする請求項１に記載の取得装置。

【請求項9】

指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する照明ステップと、
前記チャートから射出した指標光を測定光学系を介して被検光学系に入射させ、前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して撮像素子で受光する撮像ステップと、
前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整ステップと、
第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する取得ステップと、
前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算ステップと、を有し、
前記調整ステップにおける調整は、
前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記撮像素子の前記受光面とが、前記測定光学系に対して互いに共役であるという関係のもとで行われることを特徴とする取得方法。

【請求項10】

請求項９に記載の取得方法を用いて前記被検光学系としての光学系の面間隔を取得するステップと、
前記面間隔の取得結果を用いて前記光学系を調整するステップと、を有することを特徴とする光学系の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学系の被検面の間隔を取得する取得装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の光学素子によって構成された光学系は、各光学素子の配置精度が光学性能に影響する。各光学素子が所望の位置に配置されているか調べるために、光学素子の面間隔を計測する技術が開発されている。

【0003】

特許文献１には、各被検面の反射スポットの位置ズレから算出した被検光学系の最適基準軸と所定の測定基準軸とが一致するように調整手段で調整し、面間隔を計測する装置が開示されている。特許文献２には、光角測定デバイスで測定された各被検面の曲率中心の位置または被検光学系を透過した光の位置から、被検光学系の光軸を一時的に決定し、その光軸と参照軸とが揃うように被検光学系を配置し、各被検面の位置を測定する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１４７７０３号公報

【文献】特開２０１２－１１８０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された計測装置では、大きい偏心量の被検面が存在すると、面間隔測定および曲率中心位置測定において、その被検面から信号が得られない。

【0006】

本発明は、大きい偏心量の被検面が存在しても、被検面の間隔を高精度に取得することができる取得装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての取得装置は、指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する第１光源と、前記チャートから出射した指標光を被検光学系に入射させる測定光学系と、前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して受光する撮像素子と、前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整手段と、第２光源を含み、該第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する干渉計と、前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算手段と、を有し、前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記受光面とは、前記測定光学系に対して互いに共役関係であることを特徴とする。

【0008】

本発明の他の側面としての取得方法は、指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する照明ステップと、前記チャートから射出した指標光を測定光学系を介して被検光学系に入射させ、前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して撮像素子で受光する撮像ステップと、前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整ステップと、第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する取得ステップと、前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算ステップと、を有し、前記調整ステップにおける調整は、前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記撮像素子の前記受光面とが、前記測定光学系に対して互いに共役であるという関係のもとで行われることを特徴とする。

【0009】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、大きい偏心量の被検面が存在しても、被検面の間隔を高精度に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１の面間隔計測装置の構成を示す図である。

【図2】実施例１における指標チャート、結像面チャートおよび撮像素子で撮像される像を示す図である。

【図3】実施例１における被検光学系の面間隔の計測手順を示すフローチャートである。

【図4】実施例２の面間隔計測装置の構成を示す図である。

【図5】実施例２における指標チャート、射出点・入射点・測定軸の位置関係および撮像素子で撮像される像を示す図である。

【図6】実施例３の面間隔計測装置の構成を示す図である。

【図7】実施例４の面間隔計測装置の構成を示す図である。

【図8】実施例５の面間隔計測装置の構成を示す図である。

【図9】各実施例の面間隔計測装置を用いた光学系の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【実施例1】

【0013】

図１は、実施例１に係る面間隔計測装置（取得装置）１の構成を示している。面間隔計測装置１は、照明光源（第１光源）１１、指標チャート（チャート）４０、測定光学系３００、撮像素子９０、ステージ（調整手段）１５０、干渉計４００、コンピュータ（演算手段）１００を有する。被検光学系６０は、複数のレンズを組み合わせて構成された光学系である。面間隔計測装置１は、被検光学系６０の複数の被検面（面数：Ｎ）の間隔を計測（取得）する。測定光学系３００と被検光学系６０の間には基準板１２０が配置されている。

【0014】

測定光学系３００は、ビームスプリッタ３５、コリメータレンズ５０、対物レンズ５５、結像面チャート８０、結像レンズ５２で構成されている。ビームスプリッタ３５は、例えばペリクルビームスプリッタである。測定光学系３００の光軸である測定軸１０００は、図１のＺ軸と平行であり、コリメータレンズ５０の光軸とほぼ一致している。対物レンズ５５は、最も被検光学系６０に近いレンズである。

【0015】

照明光源１１（例えば、ハロゲンランプやＬＥＤ）から射出された照明光２９０は、拡散板４１で拡散して透過型の指標チャート４０を照明する。図２（Ａ）は、本実施例における指標チャート４０の模式図である。指標チャート４０は、指標が設けられた指標面を含む。図２（Ａ）の白色部は、光が透過する領域を示している。指標チャート４０は、図１の指標チャート４０の面４０ｓが測定軸１０００に垂直（つまり図１のＸＹ面に平行）で、かつ、図２（Ａ）の中心の白丸部が測定軸１０００上にくるように配置されている。面４０ｓは、指標が設けられた指標面である。測定軸１０００上を伝搬する光線を射出する白丸部の位置を指標チャート４０の原点とすると、指標チャート４０に形成されたパターン（白三角部）は、原点に関して非対称となっている。

【0016】

指標チャート４０は、指標チャート４０の面４０ｓから発散光（指標光）２５０を射出し、指標光２５０は測定光学系３００に入射する。指標チャート４０に形成されたパターン（図２（Ａ）の白三角部との白丸部）は互いに近傍（例えば１ｍｍ以下の距離）にあるため、図１では、１点から発散した光のように描画している。

【0017】

測定光学系３００に入射した指標光２５０は、ビームスプリッタ３５を透過し、コリメータレンズ５０を通って平行光となり、対物レンズ５５で集光され、基準板１２０を透過して被検光学系６０に入射する。対物レンズ５５は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの方向に動くステージ１５０上に設置されており、指標光２５０によって形成される指標チャート４０の像（実像または虚像）の位置を調整することができる。ステージ１５０の位置は、コンピュータ１００によって管理される。

【0018】

指標光２５０によって形成される指標チャート４０の原点の像の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、被検光学系６０における第ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｎ）の被検面６０ｋ（測定対象面）の見かけの曲率中心の位置（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）と一致している場合を考える。この場合、指標光２５０は測定対象面６０ｋで反射して入射光路とほぼ同じ光路を逆進する。つまり、測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０は、基準板１２０、対物レンズ５５、コリメータレンズ５０を透過し、ビームスプリッタ３５に至る。ビームスプリッタ３５において、指標光２５０の一部が反射し、結像面チャート８０の面８０ｓ上に指標チャート４０の像が結像される。結像面チャート８０の面８０ｓ上の像は、結像レンズ５２を介して撮像素子９０の受光面９０ｓに結像する。撮像素子９０で撮像された画像はコンピュータ１００に送られる。

【0019】

尚、測定対象面６０ｋ以外の被検面で反射した指標光２５０も撮像素子９０に到達している。しかし、それら指標光２５０のほとんどは、測定光学系３００においてケラれ、かつ、撮像素子９０の面９０ｓ上で結像しないため無視できる。

【0020】

結像面チャート８０には、図２（Ｂ）のような基準線（破線）が描かれている。そのため、撮像素子９０は、指標チャート４０の像と基準線の像を同時に撮像する。図２（Ｃ）は、指標チャート４０の原点の像の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と測定対象面６０ｋの見かけの曲率中心の位置（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）とが、Ｘ≠Ｘｃ、Ｙ≠Ｙｃ、Ｚ＝Ｚｃのとき、撮像素子９０が撮像する像の例である。図２（Ｄ）は、Ｘ＝Ｘｃ、Ｙ＝Ｙｃ、Ｚ＝Ｚｃのとき、撮像素子９０が撮像する像である。図２（Ｄ）は、平面ミラーをコリメータレンズ５０と対物レンズ５５の間に、ＸＹ面と平行になるように配置し、指標光２５０を平面ミラーで反射した際に観察される像と同じであり、このときの像の位置を基準位置とする。尚、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、分かりやすいように、図２（Ａ）のパターンの配置と上下左右の向きを一致させた画像を表示している。実際は、撮像素子９０の受光面９０ｓの上下左右の向きとコンピュータ１００における信号処理に依存して、上下左右の反転された画像が得られる。

【0021】

干渉計４００は、低コヒーレンス光源（第２光源）１０、ファイバ２０、２１、２２、２３、ファイバカプラ３０、コリメータレンズ５１、ミラー７０（例えばリトロリフレクタ）、検出器９１、ステージ（光路長変更手段、参照ステージ）１５１で構成される。本実施例の干渉計４００は、マイケルソン干渉計である。低コヒーレンス光源１０は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）光源やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源などの広帯域光源である。低コヒーレンス光源１０の光は、ファイバ２０を通り、ファイバカプラ３０において被検光２００と参照光２０１に分割される。参照光はファイバ２２を通って射出する。被検光は、ファイバ２１を通って指標チャート４０の面４０ｓと同一平面上の点（本実施例では図２（Ａ）の白丸部）から発散して射出される。拡散板４１と指標チャート４０にはファイバ２１を通すための穴があいており、ファイバ２１のファイバ端２１ｐは指標チャート４０の面４０ｓ上に配置されている。

【0022】

ファイバ２１のファイバ端（射出点（第１の点））２１ｐから射出された被検光２００は、測定光学系３００に入射する。被検光２００は、ビームスプリッタ３５を透過し、コリメータレンズ５０で平行光となり、対物レンズ５５で集光され、基準板１２０を透過して被検光学系６０に入射する。

【0023】

指標光２５０と同様に、被検光２００の集光点（ファイバ端２１ｐの実像または虚像）の位置が、測定対象面６０ｋの見かけの曲率中心の位置と一致している場合、被検光２００は測定対象面６０ｋで反射して入射光路と同じ光路を逆進する。つまり、測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は、基準板１２０、対物レンズ５５、コリメータレンズ５０、ビームスプリッタ３５を透過してファイバ端（入射点（第２の点））２１ｐに戻る。本実施例では被検光２００の射出点と入射点は同一である。

【0024】

本実施例において、指標光２５０によって形成される指標チャート４０の原点の像の位置と被検光２００によって形成されるファイバ端２１ｐの像の位置は一致している。つまり、測定光学系３００に対して、指標チャートの面４０ｓ、ファイバ端（射出点と入射点）２１ｐを含む面（本実施例では指標チャートの面４０ｓと同一）のそれぞれと、撮像素子の受光面９０ｓとが互いに共役関係となっている。本実施例では、結像面チャートの面８０ｓとも共役関係である。

【0025】

尚、測定対象面６０ｋ以外の被検面で反射した被検光２００の一部は、入射点２１ｐに戻ってくる。しかし、それら被検光２００のほとんどは、測定光学系３００においてケラれ、かつ、入射点２１ｐに集光しないため、入射点２１ｐに戻る光量はわずかである。被検面以外に、基準板１２０の面（光路長基準面）１２０ｓで反射して入射点２１ｐに戻る被検光２００も存在する。光路長基準面１２０ｓは反射防止膜が塗布されておらず、かつ、平面なので、光路長基準面１２０ｓで反射した被検光２００は、ある程度の光量が入射点２１ｐに戻る。

【0026】

ファイバ端２１ｐに戻った被検光２００は、ファイバ２１を再度通ってファイバカプラ３０に至る。また、ファイバ２２から射出された参照光２０１は、コリメータレンズ５１で平行光となり、ミラー７０で反射し、再度コリメータレンズ５１、ファイバ２２を通ってファイバカプラ３０に至る。被検光２００と参照光２０１は、ファイバカプラ３０で干渉し、干渉光はファイバ２３を通って検出器（例えばフォトダイオード）９１で受光され、その信号がコンピュータ１００に送られる。

【0027】

ミラー７０は、図１の矢印方向（Ｚ方向）に動く参照ステージ１５１上に設置されており、参照ステージ１５１を動かすことで参照光２０１の光路長（参照光路長）を変化させることができる。干渉信号の包絡線は、被検光２００の光路長と参照光２０１の光路長が等しいとき極大値をとる。参照ステージ１５１の位置の情報（例えば、不図示のエンコーダや測長器の出力値）は、コンピュータ１００に送られる。

【0028】

コンピュータ１００は干渉信号に基づいて測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面６０ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｎ）を順次変えながら各被検面の光路長を算出し、被検光学系６０の面間隔を算出する。

【0029】

図３は、実施例１における被検光学系６０の面間隔の計測手順（取得手順）を示すフローチャートである。

【0030】

まず、ステップＳ１０において、複数の被検面（面数：Ｎ）の中から測定対象面６０ｋ（第ｋの被検面）を選択する。測定対象面６０ｋは、被検光学系６０の第１面から第Ｎ面まで順番（光路長の順）に選択してもよいし、曲率中心位置の遠近の順に選択してもよい。また、各被検面に対して対物レンズ５５を設置する位置の順に選択してもよいし、ランダムな順で選んでもよい。

【0031】

次に、ステップＳ２０において、測定対象面６０ｋにおける対物レンズ５５の設計位置と参照ステージ１５１の設計位置を算出する。対物レンズ５５の設計位置は、指標チャート４０の原点の像の位置と測定対象面６０ｋの見かけの曲率中心位置とが一致する状態における対物レンズ５５のＸ、Ｙ、Ｚ位置（計算値）のことである。この値は、被検光学系６０の設計値を用いて、近軸計算または光線追跡によって算出される。参照ステージ１５１の設計位置は、測定対象面６０ｋで反射する被検光２００の光路長と参照光２０１の光路長とが等しくなるときの参照ステージ１５１の位置であり、被検光学系６０の設計値から算出される。

【0032】

そして、ステップＳ３０において、撮像素子９０の受光面９０ｓにおいて指標チャート４０の像が基準位置に形成されるように、対物レンズ５５の位置をステージ１５０で調整する。このステップでは、まず、対物レンズ５５を設計位置の近傍に配置し、撮像素子９０の受光面９０ｓ上に指標チャート４０の像が結像するように対物レンズ５５のＺ方向の位置を調整する。像が撮像素子９０の視野から外れている場合は対物レンズ５５のＸ、Ｙ方向の調整も行う。このとき、測定対象面６０ｋが偏心していると、図２（Ｃ）のように、指標チャートの像が基準位置からずれた像が観察される。そこで、撮像素子９０で観察される像が基準位置に形成されるように（図２（Ｄ）のようになるように）、対物レンズ５５のＸ、Ｙ位置を調整する。

【0033】

続いて、ステップＳ４０において、参照ステージ１５１によって参照光路長を走査して干渉信号を取得する。干渉信号は、参照ステージ１５１を駆動可能範囲すべて移動させて取得してもよいが、参照ステージ１５１の設計位置近傍の範囲だけ移動させて取得するほうが測定時間短縮につながる。

【0034】

そして、ステップＳ５０において、干渉信号の包絡線が極大値をとるときの参照ステージ１５１の位置に基づいて、測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面６０ｋ以外の被検面で反射した被検光２００もファイバ端２１ｐに戻ってきているため、干渉信号の包絡線が極大値をとる箇所は複数存在する。どれが測定対象面６０ｋの極大値か特定するには、ステップＳ２０で算出した参照ステージ１５１の設計位置の情報を利用する。設計位置近傍の極大値が測定対象面６０ｋの極大値である。または、測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は入射点２１ｐに集光しているため、他の被検面で反射した被検光２００よりも強度が大きい。そこで、大きい極大値が測定対象面６０ｋの極大値に相当すると判断してもよい。

【0035】

それから、ステップＳ６０において、すべての被検面の光路長を測定（取得）したかどうか（面総数＝Ｎ）チェックする。完了した場合は、フローはステップＳ７０に移行し、未完了の場合はステップＳ１０に戻る。

【0036】

最後に、ステップＳ７０において、各被検面の光路長に基づいて被検面の間隔を算出する。このステップでは、まず、隣り合う被検面それぞれの光路長の値と、その被検面間の屈折率の情報を抽出する。屈折率の情報は被検光学系６０の設計値でよい。そして、隣り合う被検面それぞれの光路長から光路長差を算出し、別途、屈折率の情報と低コヒーレンス光源１０の中心波長λ_０から群屈折率Ｎ_ｇ（λ_０）も算出する。群屈折率は以下の式（１）を用いて算出できる。

【0037】

Ｎ_ｇ（λ_０）＝Ｎ_ｐ（λ_０）－λ_０（ｄＮ_ｐ（λ_０）／ｄλ） ・・・（１）
ただし、Ｎ_ｐ（λ_０）は波長λ_０における位相屈折率、λは波長である。そして、算出した光路長差を群屈折率で除算することで面間隔が算出できる。被検面間隔が空気の場合は、群屈折率の除算を省略し、光路長差そのものを面間隔としてもよい。この計算をすべての被検面間において行う。以上で計測フローが完了する。

【0038】

通常、被検面が大きく偏心（例えば０．１ｍｍ～１ｍｍ）していると、その被検面による反射光が入射点２１ｐに戻らないため光路長を測定できない。本実施例では、指標チャート４０の面４０ｓ、射出点２１ｐを含む面、入射点２１ｐを含む面のそれぞれと、撮像素子９０の受光面９０ｓとが互いに共役関係になっている。この関係のもと、指標チャート４０の像が基準位置に形成されるように、対物レンズ５５と被検光学系６０を相対的に移動（本実施例では被検光学系６０は固定し対物レンズ５５だけ移動）させる。この状態下では、測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は、必然的に入射点２１ｐに戻る。このため、各被検面の光路長を確実に測定することができ、大きな偏心量の被検面を有する被検光学系６０の面間隔も計測が可能となる。

【0039】

本実施例では、図２（Ａ）のような原点に対して非対称なパターンの指標チャート４０を使用した。これは、指標光２５０によって形成される指標チャート４０の原点の像の位置が、被検面６０ｋの曲率中心にあるのか、被検面６０ｋの表面にあるのか判別するためである。もし指標チャート４０のパターンが原点に対して対称の場合、指標チャート４０の像が被検面６０ｋの曲率中心位置に形成されている状態と、被検面６０ｋの表面位置に形成されている状態とで同じ像が観察されるため、どちらの状態なのか見分けがつかない。一方、本実施例のような非対称パターンの指標チャート４０を用いれば、指標チャート４０の像が被検面６０ｋの表面位置に形成されている場合、図２（Ｅ）のような像（図２（Ｄ）と比べて指標チャート４０の像が原点に関して反転した像）が観察される。ステップＳ３０において、対物レンズ５５を設計位置近傍に配置した際に、他の被検面の表面に指標光２００が集光し、撮像素子９０上で指標チャート４０の複数の像が観察されるときがある。そのとき、本実施例のような原点に対して非対称なパターンが効果を発揮する。

【0040】

本実施例では、指標チャート４０に図２（Ａ）のような形状のチャートを用いたが、原点に対して非対称なパターンであれば任意の形状でよい。例えば、三角形の代わりに十字、丸、四角などを配置してもよい。

【0041】

本実施例では、被検面６０ｋごとに光路長の測定を繰り返すため、全光路長を測定するのに時間がかかる。そのため、測定の最中に生じる、ファイバ２０、２１、２２、２３や測定光学系３００内の熱膨張、光学素子のドリフトなどが無視できなくなることがある。その場合は、各被検面の干渉信号を取得する際に、光路長基準面１２０ｓの干渉信号（基準干渉信号）を同時に測定すればいい。基準干渉信号から算出した光路長基準面１２０ｓの光路長（基準光路長）も、熱膨張やドリフトの影響を受けた値となる。この基準光路長を用いて、測定対象面６０ｋの光路長から熱膨張や光学素子のドリフトの影響を補正できる。本実施例では、基準板１２０の面１２０ｓを光路長基準面としたが、被検光学系６０の第１面が平面に近い場合、第１面を光路長基準面として使用することもできる。

【0042】

本実施例では、指標光２５０と被検光２００が同一平面上４０ｓから射出される構成をとっている。しかし、指標光２５０と被検光２００が射出される点は、厳密に同一平面上（同じＺ座標）である必要は無く、例えば、結像する光の焦点深度程度乖離しても問題ない。指標光２５０と被検光２００で波長が大きく異なる場合は、色収差も考慮して指標チャート４０とファイバ端２１ｐの位置を調整するのが望ましい。

【0043】

本実施例では、対物レンズ５５をステージ１５０上に配置し、対物レンズ５５と被検光学系６０の相対位置を調整した。その代わりに、対物レンズ５５を固定し、被検光学系６０をステージ上に配置して被検光学系６０の位置を調整してもよい。または、対物レンズ５５と被検光学系６０の両方ともが調整手段を有してもいい。もしくは、指標チャート４０、測定光学系３００、撮像素子９０をすべてステージ上に配置し、それらの位置をまとめて動かすことで、対物レンズ５５と被検光学系６０の相対位置を調整してもよい。

【0044】

本実施例では、照明光源１１と低コヒーレンス光源１０の２つの光源を用いているが、照明光源１１を低コヒーレンス光源１０で代用してもよい。例えば、低コヒーレンス光源１０の光の一部をファイバ等で照明光源１１の箇所に導光すれば、照明光源１１を取り除くことができる。

【0045】

本実施例では、指標チャート４０から射出される指標光２５０がいろいろな方向に発散するように拡散板４１を設置したが、指標チャート４０の光透過部（本実施例では図２（Ａ）の白三角形部）のエッジで光が回折するので拡散板４１は取り外してもよい。

【0046】

本実施例では、結像面チャート８０に図２（Ｂ）のような基準線を有するチャートを用いたが、任意の形状のチャートでもよい。または、結像面チャート８０を取り除いてもよい。基準線は、撮像素子９０で得られる画像を表示するディスプレイに直接描画してもよいし、画像データにオーバーレイして表示してもよい。

【0047】

本実施例では、ビームスプリッタ３５としてペリクルビームスプリッタを用いたが、キューブ型ビームスプリッタ、ハーフミラーでもよい。

【0048】

本実施例では、結像面チャート８０の面上８０ｓに結像した指標チャート４０の像を、結像レンズ５２を介して撮像素子９０で撮像した。その代わりに、結像面チャート８０、結像レンズ５２を取り除き、結像面チャート８０の位置に撮像素子９０を配置してもよい。

【0049】

本実施例では、光路長を計測する際に、ステージ１５１を駆動するＴＤ－ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の原理を用いた。その代わりに、検出器９１を分光器に交換したＳＤ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ）－ＯＣＴや、光源１０を波長掃引光源に交換したＳＳ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ）－ＯＣＴを搭載することもできる。ただし、ＳＤ－ＯＣＴやＳＳ－ＯＣＴでは、通常、測定可能な奥行き方向の範囲がＴＤ－ＯＣＴより小さい（波長分解能に依存するため）。そのため、本実施例にＳＤ－ＯＣＴやＳＳ－ＯＣＴの原理を使用する際は、ミラー７０の位置の移動または被検光学系６０の位置の移動と組合せて使用する必要がある。

【実施例2】

【0050】

図４は、実施例２に係る面間隔計測装置２の構成を示している。面間隔計測装置２は、照明光源１２、指標チャート４０、測定光学系３００、撮像素子９０、ステージ（調整手段）１５０、干渉計４００、コンピュータ（演算手段）１００を有する。測定光学系３００は、ビームスプリッタ３６、３９、コリメータレンズ５０、対物レンズ５５、結像レンズ５２で構成されている。ビームスプリッタ３９は、例えばダイクロイックミラーである。干渉計４００は、低コヒーレンス光源１０、ファイバ２０～２６、ファイバカプラ３０、３１、ビームスプリッタ３７、コリメータレンズ５１、ミラー７５、差分検出器９２、ステージ（光路長変更手段、参照ステージ）１５１で構成される。本実施例の干渉計４００は、マッハツェンダ干渉計である。ミラー７５は例えば平面ミラーである。

【0051】

照明光源１２（例えば、半導体レーザ）から射出された光２９０は指標チャート４０を照明する。図５（Ａ）は本実施例における指標チャート４０の模式図である。指標チャート４０は、指標チャート４０の面４０ｓから発散光（指標光）２５０を射出し、指標光２５０は測定光学系３００に入射する。指標チャート４０に形成されたにパターン（図５（Ａ）の白十字部）は互いに近傍にあるため、図４では、１点から発散した光のように描画している。

【0052】

測定光学系３００に入射した指標光２５０は、ビームスプリッタ３６、３９で反射し、コリメータレンズ５０を通って平行光となり、対物レンズ５５で集光されて被検光学系６０に入射する。対物レンズ５５は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの方向に動くステージ１５０上に設置されており、指標チャート４０の像の位置を調整することができる。ステージ１５０の位置は、コンピュータ１００によって管理される。

【0053】

指標光２５０のうち測定軸１０００上を伝搬する光線を射出する点を指標チャート４０の原点とする。このとき、指標チャート４０の原点の像の位置が、被検光学系６０の測定対象面６０ｋの曲率中心位置と一致している場合、指標光２５０は測定対象面６０ｋで反射して入射光路とほぼ同じ光路を逆進する。測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０は、対物レンズ５５、コリメータレンズ５０、ビームスプリッタ３９、３６、結像レンズ５２を介して撮像素子９０の受光面９０ｓ上に結像する。撮像素子９０で撮像された画像はコンピュータ１００に送られる。

【0054】

低コヒーレンス光源１０の光は、ファイバ２０を通り、ファイバカプラ３０において被検光２００と参照光２０１に分割される。参照光２０１はファイバ２２を通って射出される。被検光２００は、ファイバ２１を通ってファイバ端（射出点）２１ｐから発散して射出される。射出点２１ｐから射出された被検光２００は、測定光学系３００に入射する。被検光２００は、ビームスプリッタ３９を透過し、コリメータレンズ５０で平行光となり、対物レンズ５５で集光されて被検光学系６０に入射する。

【0055】

指標光２５０と同様に、被検光２００によって形成されるファイバ端２１ｐの実像または虚像の位置が、測定対象面６０ｋの曲率中心位置とほぼ一致している場合、被検光２００は測定対象面６０ｋで反射して入射光路とほぼ同じ光路を逆進する。測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は、対物レンズ５５、コリメータレンズ５０、ビームスプリッタ３９を透過してファイバ２３のファイバ端（入射点）２３ｐに入射する。

【0056】

図５（Ｂ）は、面２１ｓにおける射出点２１ｐ、入射点２３ｐ、測定軸１０００の位置関係である。実施例１では、射出点と入射点は、同じ位置にあり、かつ、測定軸１０００上にあったが、本実施例では測定軸１０００に関して対称の位置に存在する。図５（Ｃ）は、指標チャート４０の像が撮像素子９０の受光面９０ｓ上の基準位置に形成されたときに、撮像素子９０で撮像される像である。白丸は射出点２１ｐの像および入射点２３ｐの像を示している。

【0057】

ファイバ端２３ｐに戻った被検光２００は、ファイバ２３を通ってファイバカプラ３１に至る。また、ファイバ２２から射出された参照光２０１は、ビームスプリッタ３７を透過し、コリメータレンズ５１で平行光となり、ミラー７５で反射し、再度コリメータレンズ５１を通り、ビームスプリッタ３７で反射し、ファイバ２４に入射する。ファイバ２４に入射した参照光２０１は、ファイバ２４を通ってファイバカプラ３１に至る。被検光２００と参照光２０１は、ファイバカプラ３１で干渉し、干渉光はファイバ２５、２６を通って差分検出器（バランスディテクタ）９２で受光され、その信号がコンピュータ１００に送られる。

【0058】

ミラー７５は、図４の矢印方向（Ｙ方向）に動く参照ステージ１５１上に設置されており、参照ステージ１５１を動かすことで参照光２０１の光路長を変化させることができる。参照ステージ１５１の位置の情報は、コンピュータ１００に送られる。

【0059】

コンピュータ１００は、干渉信号に基づき測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面６０ｋを順次変えながら各被検面の光路長を算出し、被検面の間隔を算出する。

【0060】

本実施例において、指標チャート４０の面４０ｓ、射出点２１ｐを含む面２１ｓ、入射点２３ｐを含む面２１ｓのそれぞれと、撮像素子９０の受光面９０ｓとが、測定光学系３００に対して互いに共役関係となっている。この関係のもと、図５（Ｃ）のような基準位置に指標チャート４０の像が形成されるように対物レンズ５５の位置を調整すると、必然的に射出点２１ｐから射出された被検光２００は入射点２３ｐに入射する。つまり、被検面６０ｋに大きな偏心があったとしても被検面６０ｋの光路長を測定することができる。

【実施例3】

【0061】

図６は、実施例３に係る面間隔計測装置３の構成を示している。面間隔計測装置３は、照明光源１１、指標チャート４０、測定光学系３００、撮像素子９０、ステージ（調整手段）１５０、干渉計４００、コンピュータ（演算手段）１００を有する。測定光学系３００は、ビームスプリッタ３５、コリメータレンズ５０、５３、対物レンズ５５、ミラー７６で構成されている。干渉計４００は、低コヒーレンス光源１０、サーキュレータ１１０、ファイバ２０、２１、２２、２３、２４、２５、ファイバカプラ３０、コリメータレンズ５１、ミラー７５、差分検出器９２、ステージ（光路長変更手段、参照ステージ）１５１で構成される。本実施例の干渉計４００は、マイケルソン干渉計である。

【0062】

照明光源１１から射出された光２９０は指標チャート４０を照明し、指標チャート４０の面４０ｓから発散光（指標光）２５０を射出し、指標光２５０は測定光学系３００に入射する。測定光学系３００に入射した指標光２５０は、ビームスプリッタ３５を透過し、コリメータレンズ５０を通って平行光となる。指標光２５０のうち、光束中心付近の一部の光はミラー７６によって遮られ、光束の周辺付近の一部の光は対物レンズ５５で集光されて被検光学系６０に入射する。対物レンズ５５は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの方向に動くステージ１５０上に設置されており、指標光２５０の集光点によって形成される指標チャート４０の原点の像の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を調整することができる。ステージ１５０の位置は、コンピュータ１００によって管理される。

【0063】

指標チャート４０の原点の実像または虚像の位置が、被検光学系６０の測定対象面６０ｋの曲率中心位置と一致している場合、指標光２５０は測定対象面６０ｋで反射して入射光路とほぼ同じ光路を逆進する。測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０は、対物レンズ５５、コリメータレンズ５０、ビームスプリッタ３５を介して撮像素子９０の受光面９０ｓ上に結像する。本実施例では、指標光２５０の光束中心光線がなく、周辺光線のみで形成される像（高周波成分のみの像）となるが、指標チャート４０の像を形成するには十分である。撮像素子９０で撮像された画像はコンピュータ１００に送られる。

【0064】

低コヒーレンス光源１０の光は、ファイバ２０、サーキュレータ１１０、ファイバ２３を通り、ファイバカプラ３０において被検光２００と参照光２０１に分割される。参照光２０１はファイバ２２を通って射出される。被検光２００はファイバ２１を通ってファイバ端（射出点）２１ｐから発散して射出される。射出点２１ｐから射出された被検光２００は、測定光学系３００に入射する。被検光２００は、コリメータレンズ５３で平行光となり、ミラー７６で反射し、対物レンズ５５で集光されて被検光学系６０に入射する。

【0065】

指標光２５０と同様に、被検光２００によって形成される射出点２１ｐの実像または虚像の位置が、測定対象面６０ｋの曲率中心位置と一致している場合、被検光２００は測定対象面６０ｋで反射して入射光路と同じ光路を逆進する。測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は、対物レンズ５５、ミラー７６、コリメータレンズ５３を介してファイバ２１のファイバ端（入射点）２１ｐに戻る。

【0066】

ファイバ端２１ｐに戻った被検光２００は、ファイバ２１を通ってファイバカプラ３０に至る。また、ファイバ２２から射出された参照光２０１は、コリメータレンズ５１で平行光となり、ミラー７５で反射し、再度コリメータレンズ５１を通り、ファイバ２２に入射し、ファイバ２２を通ってファイバカプラ３０に至る。被検光２００と参照光２０１は、ファイバカプラ３０で干渉し、干渉光の一方はファイバ２４を通って差分検出器（バランスディテクタ）９２に至る。干渉光の他方はファイバ２３、サーキュレータ１１０、ファイバ２５を通って差分検出器９２に至る。差分検出器９２で受光された干渉信号がコンピュータ１００に送られる。

【0067】

ミラー７５は、図６の矢印方向（Ｚ方向）に動く参照ステージ１５１上に設置されており、参照ステージ１５１を動かすことで参照光２０１の光路長を変化させることができる。参照ステージ１５１の位置の情報は、コンピュータ１００に送られる。

【0068】

コンピュータ１００は、干渉信号に基づき測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面６０ｋを順次変えながら各被検面の光路長を算出し、被検面の間隔を算出する。

【0069】

本実施例において、指標チャート４０の面４０ｓ、ファイバ端２１ｐ（射出点および入射点）を含む面２１ｓのそれぞれと、撮像素子９０の受光面９０ｓとが、測定光学系３００に対して互いに共役関係となっている。この関係のもと、指標チャート４０の像が基準位置にくるように対物レンズ５５を調整すると、必然的に射出点２１ｐから射出された被検光２００は入射点２１ｐに入射する。つまり、被検面６０ｋに大きな偏心があったとしても被検面６０ｋの光路長を測定することができる。

【実施例4】

【0070】

図７は、実施例４に係る面間隔計測装置４の構成を示している。面間隔計測装置４は、照明光源１３、指標チャート４５、測定光学系３００、撮像素子９０、ステージ（調整手段）１５０、干渉計４００、コンピュータ（演算手段）１００を有する。測定光学系３００は、ビームスプリッタ３５、３６、３７、コリメータレンズ５０、５３、対物レンズ５５、結像レンズ５２で構成されている。干渉計４００は、低コヒーレンス光源１０、ファイバ２０、２１、２２、２３、２４、２５、ファイバカプラ３０、３１、ビームスプリッタ３８、コリメータレンズ５１、ミラー７５、検出器９１、ステージ（光路長変更手段、参照ステージ）１５１で構成される。本実施例の干渉計４００は、マッハツェンダ干渉計である。

【0071】

照明光源１３（例えば中空のリング照明ＬＥＤ）から射出された光２９０は反射型の指標チャート４５を照明し、指標チャート４５の面４５ｓから発散光（指標光）２５０を射出し、指標光２５０は測定光学系３００に入射する。測定光学系３００に入射した指標光２５０は、ビームスプリッタ３５で反射し、コリメータレンズ５０を通って平行光となる。指標光２５０は対物レンズ５５で集光され、ビームスプリッタ３６と基準板１２０を透過し、被検光学系６０に入射する。被検光学系６０および基準板１２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの方向に動くステージ１５０上に設置されており、対物レンズ５５に対する被検光学系６０の相対位置を調整することができる。ステージ１５０の位置は、コンピュータ１００によって管理される。

【0072】

指標チャート４５の原点の虚像が、測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０によって測定軸１０００の負の無限の位置に形成される場合、指標光２５０は、平行光となって被検光学系６０から射出される。被検光学系６０から射出された指標光２５０は、基準板１２０を透過し、ビームスプリッタ３６、３７で反射し、結像レンズ５２を介して撮像素子９０の受光面９０ｓ上に結像する。撮像素子９０で撮像された画像はコンピュータ１００に送られる。

【0073】

低コヒーレンス光源１０の光は、ファイバ２０を通りファイバカプラ３０において被検光２００と参照光２０１に分割される。参照光２０１はファイバ２２を通って射出される。被検光２００はファイバ２１を通ってファイバ端（射出点）２１ｐから発散して射出される。射出点２１ｐから射出された被検光２００は、測定光学系３００に入射する。被検光２００は、コリメータレンズ５０で平行光となり、対物レンズ５５で集光され、ビームスプリッタ３６、基準板１２０を透過して被検光学系６０に入射する。

【0074】

指標光２５０と同様に、ファイバ端（射出点）２１ｐの虚像が、測定対象面６０ｋで反射した被検光２００によって測定軸１０００の負の無限の位置に形成される場合、被検光２００は平行光となって被検光学系６０から射出される。被検光学系６０から射出された被検光２００は、基準板１２０を透過し、ビームスプリッタ３６で反射し、ビームスプリッタ３７を透過し、コリメータレンズ５３で集光され、ファイバ２３のファイバ端（入射点）２３ｐに入射する。

【0075】

ファイバ端２３ｐに戻った被検光２００は、ファイバ２３を通ってファイバカプラ３１に至る。また、ファイバ２２から射出された参照光２０１は、ビームスプリッタ３８を透過し、コリメータレンズ５１で平行光となり、ミラー７５で反射し、再度コリメータレンズ５１を通り、ビームスプリッタ３８で反射し、ファイバ２４に入射する。ファイバ２４に入射した参照光２０１は、ファイバ２４を通ってファイバカプラ３１に至る。被検光２００と参照光２０１は、ファイバカプラ３１で干渉し、干渉光はファイバ２５を通って検出器９１で受光され、その信号がコンピュータ１００に送られる。

【0076】

ミラー７５は、図７の矢印方向（Ｚ方向）に動く参照ステージ１５１上に設置されており、参照ステージ１５１を動かすことで参照光２０１の光路長を変化させることができる。参照ステージ１５１の位置の情報は、コンピュータ１００に送られる。

【0077】

コンピュータ１００は、干渉信号に基づき測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面６０ｋを順次変えながら各被検面の光路長を算出し、被検面の間隔を算出する。

【0078】

本実施例において、指標チャート４５の面４５ｓ、射出点２１ｐを含む面２１ｓ、入射点２３ｐを含む面２３ｓのそれぞれと、撮像素子９０の受光面９０ｓとが、測定光学系３００に対して互いに共役関係となっている。この関係のもと、指標チャート４５の像が基準位置にくるように被検光学系６０を調整すると、必然的に射出点２１ｐから射出された被検光２００は入射点２３ｐに入射する。つまり、被検面６０ｋに大きな偏心があったとしても被検面６０ｋの光路長を測定することができる。

【0079】

本実施例では、対物レンズ５５の代わりに被検光学系６０の位置を調整することで、対物レンズ５５と被検光学系６０の相対位置を調整している。被検光学系６０の位置を調整すると、測定対象面６０ｋの光路長も被検光学系６０の位置に応じて変化してしまう。そこで、被検光学系６０と同じステージ１５０上に配置された基準板１２０の光路長基準面１２０ｓで反射した被検光２００の基準光路長を利用して測定対象面６０ｋの光路長を補正すればよい。各被検面において、基準光路長に対する測定対象面６０ｋの光路長を算出すれば、被検光学系６０の位置に依存しない面間隔計測が可能である。

【0080】

本実施例では、測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０や被検光２００が、被検光学系６０から平行光となって射出されるように被検光学系６０の位置を調整している。しかし、射出光は平行光とは限らず、収束光、発散光でもよい。収束する像点、または、発散元の虚物点を固定し、それに応じて結像レンズ５２と撮像素子９０の位置、および、コリメータレンズ５３とファイバ端２３ｐの位置を配置する。そして、どの測定対象面６０ｋに対しても同じ像点に収束、または同じ虚物点から発散するように、対物レンズ５５と被検光学系６０の相対位置を調整すれば、本実施例と同様の効果を有する面間隔計測装置が実現できる。

【実施例5】

【0081】

図８は、実施例５に係る面間隔計測装置５の構成を示している。面間隔計測装置５は、照明光源１３、指標チャート４５、測定光学系３００、撮像素子９０、ステージ（調整手段）１５０、干渉計４００、コンピュータ（演算手段）１００を有する。測定光学系３００は、ビームスプリッタ３６、３７、コリメータレンズ５０、５３、対物レンズ５５、結像レンズ５２で構成されている。干渉計４００は、低コヒーレンス光源１０、ファイバ２０、２１、２２、２３、２４、２５、ファイバカプラ３０、３１、ビームスプリッタ３８、コリメータレンズ５１、ミラー７５、検出器９１、ステージ（光路長変更手段、参照ステージ）１５１で構成される。本実施例の干渉計４００は、マッハツェンダ干渉計である。

【0082】

照明光源１３から射出された光２９０は反射型の指標チャート４５を照明し、指標チャート４５の面４５ｓから発散光（指標光）２５０を射出し、指標光２５０は測定光学系３００に入射する。測定光学系３００に入射した指標光２５０は、コリメータレンズ５０を通って平行光となり、ビームスプリッタ３６を透過して被検光学系６０に入射する。測定対象面６０ｋで反射した指標光２５０は、収束または発散して被検光学系６０から射出され、ビームスプリッタ３６で反射し、対物レンズ５５に入射する。対物レンズ５５は、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれの方向に動くステージ１５０上に設置されており、被検光学系６０に対する対物レンズ５５の相対位置を調整することができる。ステージ１５０の位置は、コンピュータ１００によって管理される。

【0083】

対物レンズ５５を透過した指標光２５０が平行光となるように対物レンズ５５の位置を調整すると、指標光２５０はビームスプリッタ３７で反射し、結像レンズ５２で撮像素子９０の受光面９０ｓ上に結像する。撮像素子９０で撮像された画像はコンピュータ１００に送られる。

【0084】

低コヒーレンス光源１０の光は、ファイバ２０を通りファイバカプラ３０において被検光２００と参照光２０１に分割される。参照光２０１はファイバ２２を通って射出される。被検光２００はファイバ２１を通ってファイバ端（射出点）２１ｐから発散して射出される。射出点２１ｐから射出された被検光２００は、測定光学系３００に入射する。被検光２００は、コリメータレンズ５０で平行光となり、ビームスプリッタ３６を透過して被検光学系６０に入射する。

【0085】

指標光２５０と同様に、測定対象面６０ｋで反射した被検光２００は、収束または発散して被検光学系６０から射出され、ビームスプリッタ３６で反射し、対物レンズ５５を透過して平行光となる。被検光２００は、ビームスプリッタ３７を透過し、コリメータレンズ５３で集光され、ファイバ２３のファイバ端（入射点）２３ｐに入射する。

【0086】

ファイバ端２３ｐに戻った被検光２００は、ファイバ２３を通ってファイバカプラ３１に至る。また、ファイバ２２から射出された参照光２０１は、ビームスプリッタ３８を透過し、コリメータレンズ５１で平行光となり、ミラー７５で反射し、再度コリメータレンズ５１を通り、ビームスプリッタ３８で反射し、ファイバ２４に入射する。ファイバ２４に入射した参照光２０１は、ファイバ２４を通ってファイバカプラ３１に至る。被検光２００と参照光２０１は、ファイバカプラ３１で干渉し、干渉光はファイバ２５を通って検出器９１で受光され、その信号がコンピュータ１００に送られる。

【0087】

ミラー７５は、図８の矢印方向（Ｚ方向）に動く参照ステージ１５１上に設置されており、参照ステージ１５１を動かすことで参照光２０１の光路長を変化させることができる。参照ステージ１５１の位置の情報は、コンピュータ１００に送られる。

【0088】

コンピュータ１００は、干渉信号に基づき測定対象面６０ｋの光路長を算出する。測定対象面を順次変えながら各被検面の光路長を算出し、被検面の間隔を算出する。

【0089】

本実施例において、指標チャート４５の面４５ｓ、射出点２１ｐを含む面２１ｓ、入射点２３ｐを含む面２３ｓのそれぞれと、撮像素子９０の受光面９０ｓとが、測定光学系３００に対して互いに共役関係となっている。この関係のもと、指標チャート４５の像が基準位置にくるように対物レンズ５５を調整すると、必然的に射出点２１ｐから射出された被検光２００は入射点２３ｐに入射する。つまり、被検面６０ｋに大きな偏心があったとしても被検面６０ｋの光路長を測定することができる。

【実施例6】

【0090】

図９は、実施例６に係る光学系の製造方法を示すフローチャートである。実施例１～５で説明した面間隔計測装置１～５のいずれかを用いて計測された光学系の面間隔の結果を、光学系（被検光学系６０）の製造方法にフィードバックすることが可能である。

【0091】

まずステップＳ１０１において、製造者は、複数の光学素子（レンズ等）を用いて光学系を組み立てて、各光学素子の位置を調整する。

【0092】

次にステップＳ１０２において、製造者は、組立調整された光学系の精度や性能を評価する。満足する評価結果が得られなければステップＳ１０３に移行し、ＮＧとなった要因分析を行う。分析対象の１つとして光学素子の面間隔がある。この面間隔の計測に、面間隔計測装置１～５のいずれかを使用することができる。一方、満足する評価結果が得られた場合は、本製造方法による光学系の製造を終了する。

【0093】

ステップＳ１０３のＮＧ要因分析だけでなく、ステップＳ１０１の光学素子の位置調整において面間隔の計測結果（取得結果）を活用することもできる。つまり、面間隔計測装置１～５のいずれかを用いて光学系の複数の光学素子の面間隔を計測（取得）し、その結果を用いて光学素子の位置調整を行うことができる。

【0094】

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

【0095】

各実施形態の開示は、以下の構成および方法を含む。

【0096】

（構成１）
指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する第１光源と、
前記チャートから出射した指標光を被検光学系に入射させる測定光学系と、
前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して受光する撮像素子と、
前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整手段と、
第２光源を含み、該第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する干渉計と、
前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面までの各光路長を算出し、該光路長に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算手段と、を有し、
前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記受光面とは、前記測定光学系に対して互いに共役関係であることを特徴とする取得装置。
（構成２）
前記測定光学系の光軸を測定軸とするとき、
前記調整手段は、前記測定軸に対して平行方向および垂直方向に、前記測定光学系と前記被検光学系との前記相対位置を調整することを特徴とする構成１に記載の取得装置。
（構成３）
前記測定光学系の光軸を測定軸とし、前記指標光のうち前記測定軸上を伝搬する光線を射出する点を前記チャートの原点とするとき、
前記チャートに形成されたパターンは、前記原点に関して非対称であることを特徴とする構成１または２に記載の取得装置。
（構成４）
前記干渉計は、
前記参照光の光路長である参照光路長を変更する光路長変更手段を含み、
前記調整手段によって前記チャートの像が前記基準位置に形成されたのちに、前記光路長変更手段によって前記参照光路長を走査して得られる前記干渉信号を取得することを特徴とする構成１から３のいずれかに記載の取得装置。
（構成５）
光路長基準面を備える基準板を前記測定光学系と前記被検光学系との間に更に有し、
前記干渉計は、前記参照光と前記光路長基準面で反射した前記被検光とを干渉させることで基準干渉信号を取得し、
前記演算手段は、前記基準干渉信号に基づいて前記光路長基準面の基準光路長を算出し、前記基準光路長を用いて前記複数の被検面までの前記各光路長を補正することを特徴とする構成１から４のいずれかに記載の取得装置。
（構成６）
前記第１光源は、前記第２光源の光の一部をファイバで導光することで得られる光源であることを特徴とする構成１から５のいずれかに記載の取得装置。
（構成７）
前記基準位置において、前記チャートの原点の像の位置は、前記複数の被検面それぞれの曲率中心の位置と一致していることを特徴とする構成１から６のいずれかに記載の取得装置。
（方法１）
指標が設けられた指標面を含むチャートを照明する照明ステップと、
前記チャートから射出した指標光を測定光学系を介して被検光学系に入射させ、前記被検光学系の複数の被検面で反射した前記指標光を、前記測定光学系を介して撮像素子で受光する撮像ステップと、
前記撮像素子の受光面において前記指標光による前記チャートの像が基準位置に形成されるように、前記測定光学系と前記被検光学系との相対位置を調整する調整ステップと、
第２光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記参照光と、第１の点から出射して前記複数の被検面で反射した後に前記測定光学系を介して第２の点に入射した前記被検光とを干渉させることで干渉信号を取得する取得ステップと、
前記干渉信号に基づいて前記複数の被検面までの各光路長を算出し、該光路長に基づいて前記複数の被検面のうち隣り合う被検面の間隔を算出する演算ステップと、を有し、
前記調整ステップにおける調整は、
前記指標面、前記第１の点を含む面、前記第２の点を含む面のそれぞれと、前記撮像素子の前記受光面とが、前記測定光学系に対して互いに共役であるという関係のもとで行われることを特徴とする取得方法。
（方法２）
方法１に記載の取得方法を用いて前記被検光学系としての光学系の面間隔を取得するステップと、
前記面間隔の取得結果を用いて前記光学系を調整するステップと、を有することを特徴とする光学系の製造方法。

【符号の説明】

【0097】

取得装置 １，２，３，４，５
照明光源（第１光源） １１，１２，１３
指標チャート（チャート） ４０，４５
測定光学系 ３００
撮像素子 ９０
調整手段 １５０
干渉計 ４００
演算手段 １００

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】