(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称な非球面からなる被検面を測定する回転対称非球面形状測定装置であって、
波長可変レーザ光源または白色光源からの出力光を参照基準面において測定光と参照光とに分岐し該測定光を出射する干渉計と、
同心に形成された複数の輪帯状の回折格子を有し、前記干渉計と前記被検面との間の前記測定光の光路上に配置され、該干渉計から出射された該測定光を該測定光の波長に応じた所定の角度だけ偏向して前記被検面に向けて出射するとともに、該被検面から反射された被検光を偏向して前記干渉計に向けて出射する光偏向素子と、
前記光偏向素子からの前記被検光と参照光とが合波されてなる干渉光により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
前記参照基準面から前記被検面までの前記測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段と、
前記干渉光の波長別に撮像された各干渉縞画像および該各干渉縞画像の撮像時点における前記光学距離に基づき、前記被検面の形状を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする回転対称非球面形状測定装置。
【請求項２】
前記測定光が前記白色光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記白色光源からの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調整する迂回距離調整部と、前記干渉光の波長を解析する波長解析部と、前記迂回距離および前記干渉光の波長に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなることを特徴とする請求項１記載の回転対称非球面形状測定装置。
【請求項３】
前記測定光が前記波長可変レーザ光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調整する迂回距離調整部と、
前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を前記撮像手段の１撮像期間よりも短い時間内において変調し、該出力光が低可干渉光と等価の可干渉距離を有するように調整する波長変調部と、前記波長可変レーザ光源からの出力光の中心波長を所定範囲内で走査する中心波長走査部と、前記迂回距離および前記出力光の中心波長に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなることを特徴とする請求項１記載の回転対称非球面形状測定装置。
【請求項４】
前記測定光が前記波長可変レーザ光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を所定範囲内で走査する波長走査部と、該波長走査部により該出力光の波長を走査しながら前記撮像手段により順次撮像された干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部とを有してなることを特徴とする請求項１記載の回転対称非球面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対称な非球面の形状を測定する回転対称非球面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非球面レンズなどの回転対称な非球面の形状を測定する手法としては、光触針を用いた三次元形状測定が知られているが、１回の測定に数時間を要するなど測定時間の長さが問題となっている。
【０００３】
一方、回転対称な非球面からなる被検面に対し球面波を照射して被検面からの戻り光と参照光との干渉により形成される干渉縞に基づき、被検面の形状を特定する手法も知られているが、干渉計と被検面との相対位置を固定した状態では、被検面内の非常に限られた領域に対応した干渉縞しか得ることができない。
【０００４】
そこで、干渉計と被検面との相対位置を測定光軸方向に順次変化させることにより、被検面の径方向の部分領域毎に対応した干渉縞が順次生じるようにし、その各干渉縞を解析して被検面の径方向の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせる手法が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、干渉計と被検面との相対位置を測定光軸と垂直な面内において順次変化させ、相対位置を変える毎に被検面の各部分領域に対応した干渉縞を縞解析可能な程度に拡大して撮像し、その各干渉縞を解析して被検面の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせる手法も知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１２６３０５号公報
【特許文献２】ＵＳＰ６,９５６,６５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１，２に記載の手法は、光触針を用いた三次元形状測定に比べて短時間で被検面の形状測定を行うことができるが、干渉計と被検面との相対位置を順次変えるための機構が必要となるため、装置構成が複雑となるとともに装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、回転対称な非球面からなる被検面の形状を、干渉計と被検面との相対位置を変えることなく測定可能な回転対称非球面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明に係る回転対称非球面形状測定装置は、以下の特徴を備えている。
【００１０】
すなわち、本発明に係る回転対称非球面形状測定装置は、回転対称な非球面からなる被検面を測定する装置であって、
波長可変レーザ光源または白色光源からの出力光を参照基準面において測定光と参照光とに分岐し該測定光を出射する干渉計と、
同心に形成された複数の輪帯状の回折格子を有し、前記干渉計と前記被検面との間の前記測定光の光路上に配置され、該干渉計から出射された該測定光を該測定光の波長に応じた所定の角度だけ偏向して前記被検面に向けて出射するとともに、該被検面から反射された被検光を偏向して前記干渉計に向けて出射する光偏向素子と、
前記光偏向素子からの前記被検光と参照光とが合波されてなる干渉光により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
前記参照基準面から前記被検面までの前記測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段と、
前記干渉光の波長別に撮像された各干渉縞画像および該各干渉縞画像の撮像時点における前記光学距離に基づき、前記被検面の形状を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記測定光が前記白色光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記白色光源からの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調整する迂回距離調整部と、前記干渉光の波長を解析する波長解析部と、前記迂回距離および前記干渉光の波長に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなるとすることができる。
【００１２】
一方、前記測定光が前記波長可変レーザ光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調整する迂回距離調整部と、
前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を前記撮像手段の１撮像期間よりも短い時間内において変調し、該出力光が低可干渉光と等価の可干渉距離を有するように調整する波長変調部と、前記波長可変レーザ光源からの出力光の中心波長を所定範囲内で走査する中心波長走査部と、前記迂回距離および前記出力光の中心波長に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなるとすることができる。
【００１３】
また、前記測定光が前記波長可変レーザ光源からの出力光によるものであり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を所定範囲内で走査する波長走査部と、該波長走査部により該出力光の波長を走査しながら前記撮像手段により順次撮像された干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなるとすることもできる。
【００１４】
上記白色光源とは、一般には、スペクトル分布が可視域の全域に広がって肉眼で白色に見える白色光を出力する光源を指すが、本発明では、スペクトル分布が数百ｎｍ（例えば300ｎｍ、好ましくは400ｎｍ）以上の波長帯域に亘って広がる光を出力する光源を意味し、その波長帯域が可視域以外に及ぶものを含むものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る回転対称非球面形状測定装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１６】
すなわち、本発明の回転対称非球面形状測定装置においては、干渉計と被検面との間の測定光の光路上に配置された回折光学素子により、測定光がその波長に応じた所定の角度だけ回折、偏向されて被検面に照射されるとともに、該被検面から反射され回折光学素子を経由して干渉計に戻る被検光と、参照光との光干渉により干渉縞画像が形成される。
【００１７】
このとき、参照基準面から被検面までの測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段と、干渉光の波長別に撮像された各干渉縞画像とそれらの撮像時点における光学距離とに基づき被検面の形状を解析する解析手段とを備えていることにより、干渉計と被検面との相対位置を変化させることなく、被検面の各領域に対応した形状データを得ることができるので、これらの形状データを繋ぎ合せることによって被検面の形状を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態における解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の概略構成図である。
【図４】第２実施形態における解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第３実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の概略構成図である。
【図６】第３実施形態における解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等については適宜変更して示してある。
【００２０】
〈第１実施形態〉
第１実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置は、図１に示すように、干渉計１０、光偏向素子３０および解析制御部４０を備え、被検レンズ７０が有する被検面７１（光軸Ｃ７０に対し回転対称な非球面で構成されている）の形状を測定するように構成されている。
【００２１】
上記干渉計１０は、低可干渉光を出力する白色光源１１と、コリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２を介して上記白色光源１１からの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部１３と、ビーム径変換用レンズ１９と、該ビーム径変換用レンズ１９を介して上記迂回路部１３から出力された光束を、光束分岐面２０ａにおいて図中下方に向けて反射するビームスプリッタ２０と、該ビームスプリッタ２０からの光束を平行光からなる測定光に変換し、測定光軸Ｃ１０に沿って出射するコリメータレンズ２１と、を備えている。また、干渉光の波長を解析するための色分解光学系２２と、結像レンズ２７および撮像カメラ２８（本実施形態における撮像手段を構成するものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２９を有する）を備えてなる。
【００２２】
上記迂回路部１３は、上記コリメータレンズ１２から入射した低可干渉光を、光束分岐面１４ａにおいて図中右方に向かう第１光束と図中上方に向かう第２光束とに分岐するビームスプリッタ１４と、該ビームスプリッタ１４からの第１光束の光路上に配された可動ミラー１５と、該ビームスプリッタ１４からの第２光束の光路上に配された固定ミラー１６と、上記可動ミラー１５を図中左右方向に移動せしめる可動ミラー位置調節部１７（ＰＺＴ素子１８を有してなる）とを備え、第１光束を第２光束に対して所定距離（ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａから可動ミラー１５および固定ミラー１６までの各光学距離の差の２倍分）だけ迂回させた後に、ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａにおいて１光束に再合波して、ビーム径変換用レンズ１９に向けて出力するように構成されている。
【００２３】
上記光偏向素子３０は、参照基準板３１と回折光学素子３２とから構成されている。参照基準板３１は、光軸Ｃ３０に対し垂直な参照基準面３１ａを備え、上記干渉計１０からの測定光を参照基準面３１ａにおいて２つに分岐し、一方を参照光として干渉計１０に向けて反射するとともに、他方を回折光学素子３２に向けて出射するように構成されている。一方、回折光学素子３２は、光軸Ｃ３０を中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成された透過型のものであり、参照基準板３１からの測定光を回折することにより偏向して（測定光が種々の波長成分を含むため、波長毎に偏向角度が異なる）、上記被検面７１の各部に照射するように構成されている。また、被検面７１から再帰反射された被検光を偏向して参照基準面３１ａに入射させ、該参照基準面３１ａにおいて上記参照光と合波して干渉光を得、該干渉光を上記干渉計１０に向けて出射するように構成されている。
【００２４】
なお、被検面７１の各部に照射する測定光としては、通常、回折光学素子３２からの＋１次回折光または−１次回折光（本明細書では、光軸Ｃ３０に近づくように出射される回折光を正の回折光、光軸から遠ざかるように出射される回折光を負の回折光とする）が用いられるが、±２次回折光や±３次回折光などの高次の回折光を測定光とすることも可能である。
【００２５】
上記色分解光学系２２は、上記光偏向素子３０側から、上記コリメータレンズ２１および上記ビームスプリッタ２０を介して該色分解光学系２２に入射した干渉光をコリメートするコリメータレンズ２３と、該コリメータレンズ２３からの干渉光を、その波長に応じて所定の角度だけ回折、偏向する反射型の回折格子板２４（紙面と垂直な方向に延びる複数の回折格子を有している）と、該回折格子板２４からの干渉光を集束させる収束レンズ２５と、該収束レンズ２５の光軸Ｃ２５上の焦点位置に配されたピンホール２６ａを有するピンホール板２６と、を備えてなる。上記回折格子板２４は、上記コリメータレンズ２３からの干渉光の軸に対する傾斜角度を変更する、図示せぬ傾斜角度調整機構により保持されており、該傾斜角度と干渉光の波長とが所定の関係を満たす場合のみ、上記収束レンズ２５の光軸Ｃ２５の方向に干渉光が出射されるように構成されている。この、光軸Ｃ２５の方向に出射された干渉光のみが上記ピンホール２６ａを通過し、上記結像レンズ２７により、上記撮像素子２９上に干渉縞画像が形成されるようになっている。
【００２６】
上記解析制御部４０は、コンピュータ等からなる解析制御装置４１（本実施形態における解析手段を構成する）と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置４２と、解析制御装置４１に対する各種入力を行うための入力装置４３とを備えており、この解析制御装置４１は、図２に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される迂回距離調整制御部４４、傾斜角度調整制御部４５、干渉光波長算出部４６、光学距離算出部４７、干渉縞画像生成部４８および形状解析部４９を備えてなる。
【００２７】
上記迂回距離調整制御部４４は、上記可動ミラー位置調節部１７（図１参照）の駆動を制御することにより、上述の第１光束の第２光束に対する迂回距離を調整するように構成されている。
【００２８】
上記傾斜角度調整制御部４５は、上記回折格子板２４（図１参照）を保持する図示せぬ傾斜角度調整機構の駆動を制御することにより、該回折格子板２４の傾斜角度を調整するように構成されている。
【００２９】
上記干渉光波長算出部４６は、上述の回折格子板２４の傾斜角度に基づき、干渉光の波長を算出するように構成されている。
【００３０】
上記光学距離算出部４７は、上記迂回距離および上記干渉光の波長に基づき、参照基準面３１ａから被検面７１までの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【００３１】
上記干渉縞画像生成部４８は、上記撮像カメラ２８（図１参照）により撮像された画像信号に基づき、被検面の形状解析を行うための干渉縞画像（以下「解析用干渉縞画像」と称する）を生成するように構成されている。
【００３２】
上記形状解析部４９は、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面７１の形状解析を行うように構成されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、上述の迂回距離調整制御部４４および可動ミラー位置調整部１７により迂回距離調整部が構成されており、上述の干渉光波長算出部４６および色分解光学系２２により波長解析部が構成されている。また、迂回距離調整制御部４４および可動ミラー位置調整部１７と、干渉光波長算出部４６および色分解光学系２２と、上述の迂回路部１３および光学距離差算出部４７とにより光学距離測定手段が構成されている。
【００３４】
以下、第１実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の作用について説明する。なお、測定光の波長に対する回折光学素子３２の回折角は既知とする。また、測定に先立って、光偏向素子３０および被検レンズ７０のアライメント調整が行われるが、そのアライメント調整の手順については後述することとし、ここではアライメント調整完了後の作用について説明する。
【００３５】
（回転対称非球面形状測定装置の作用）
〈１〉図１に示す白色光源１１から低可干渉光が出射されると、この低可干渉光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、迂回路部１３に入射する。
【００３６】
〈２〉迂回路部１３に入射した低可干渉光は、ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａにおいて、可動ミラー１５に向かう第１光束と固定ミラー１６に向かう第２光束とに分岐された後、可動ミラー１５および固定ミラー１６によりそれぞれ再帰反射され、光束分岐面１４ａにおいて再合波される。本実施形態では、分岐されてから再合波されるまでの各々の光路長が、第１光束の方が第２光束よりも長くなるように設定されている。
【００３７】
〈３〉再合波されてビームスプリッタ１４から出射された光束は、ビーム径変換用レンズ１９を介してビームスプリッタ２０に入射し、光束分岐面２０ａにおいて反射されてコリメータレンズ２１に入射する。コリメータレンズ２１に入射した光束は、平行光に変換されて光偏向素子３０に向けて出射される。
【００３８】
〈４〉光偏向素子３０に入射した光束は、参照基準板３１の参照基準面３１ａにおいて、再帰反射される光束と透過する光束とに分岐される。本実施形態では、参照基準面３１ａで再帰反射される光束のうち、上記第１光束の経路を辿った光束成分（以下「第１光束成分」と称する）が参照光とされ、参照基準面３１ａを透過する光束が測定光とされる。
【００３９】
〈５〉参照基準面３１ａを透過した測定光は、回折光学素子３２に入射し、該回折光学素子３２において回折、偏向される。本実施形態では、回折光学素子３２において回折された測定光のうち、０次回折光（被検面７１において光軸Ｃ７０に対し垂直となる頂点部分および尾根状の領域の測定に用いられる）と±１次回折光が被検面７１に照射される測定光として利用される。
【００４０】
なお、上記白色光源１１からの出力光の波長帯域を400〜800ｎｍとし、λ＝800ｎｍの波長成分に対する回折光学素子３２の±２次回折光の回折角度θ１を75度に設定する場合、回折光学素子３２の格子ピッチｄは、２ｄsinθ１＝２λの関係より、ｄ＝828ｎｍとなる。また、このとき、400ｎｍの波長成分の±２次回折光の回折角度θ２は、θ２＝sin-1（400/828）より、θ２＝28.9度となる。一方、±１次回折光の回折角度θ３は、２ｄsinθ３＝λの関係より、λ＝400ｎｍの場合はθ３＝14度、λ＝800ｎｍの場合はθ３＝28.9度となる。すなわち、±１次回折光および±２次回折光を測定光として用いた場合、14度から75度の角度範囲に亘って測定光を照射することが可能となる。
【００４１】
〈６〉被検面７１の各部に照射された測定光のうち、該被検面７１に対し垂直に入射した測定光は再帰反射されて回折光学素子３２に戻り、該回折光学素子３２において回折、偏向されて参照基準板３１の参照基準面３１ａに戻る。本実施形態では、参照基準面３１ａを再び透過する測定光のうち、上記第２光束の経路を辿った光束成分（以下「第２光束成分」と称する）が被検光とされる。
【００４２】
〈７〉上記被検光は、参照基準面３１ａにおいて上記参照光と合波されて干渉光が得られる。この干渉光は、コリメータレンズ２１およびビームスプリッタ２０を経由して色分解光学系２２のコリメータレンズ２３に入射し、該コリメータレンズ２３においてコリメートされて回折格子板２４に入射する。
【００４３】
〈８〉回折格子板２４に入射した干渉光は、その波長別に所定の角度で回折、偏向されて収束レンズ２５に入射し（本実施形態では、回折格子板２４で回折される回折光のうち、例えば＋１次回折光が利用される）、収束レンズ２５により集束されながらピンホール板２６に向けて出射される。
【００４４】
〈９〉ピンホール板２６に向けて出射された干渉光のうち、収束レンズ２５の光軸Ｃ２５の方向に出射された所定波長の干渉光のみがピンホール２６ａを通過して結像レンズ２７に入射し、該結像レンズ２７により撮像カメラ２８の撮像素子２９上に結像される。なお、回折格子板２４の傾斜角度は、上記傾斜角度調整制御部４５により予め所定の角度に設定されている。
【００４５】
〈１０〉撮像カメラ２８に干渉光が入射しても、撮像素子２９上に干渉縞画像が形成されるとは限らない。すなわち、該干渉光を構成する参照光と被検光との光路長差（図１に示す番号の順番で、１１→１２→１４ａ→１５→１４ａ→１９→２０ａ→２１→３１ａまでの光路長と、１１→１２→１４ａ→１６→１４ａ→１９→２０ａ→２１→３１ａ→３２→７１→３２→３１ａまでの光路長との差）が、白色光源１１からの低可干渉光の可干渉距離以下となっていない場合には、参照光と被検光とによる光干渉は起きず、干渉縞画像は形成されない。
【００４６】
一方、上述の参照光と被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように、迂回路部１３における上記第１光束の第２光束に対する迂回距離が調整された場合には、参照光と被検光とによる光干渉が起き、干渉縞画像が形成される。形成される干渉縞画像は、被検面７１内において、該干渉縞画像を構成する被検光が再帰反射された領域（測定光が垂直に入射した領域）に対応するものであり、幅の狭いリング状のものとなる。この干渉縞画像が撮像カメラ２８により撮像され、その画像信号が上記干渉縞画像生成部４８に出力される。なお、迂回距離の調整は、上記迂回距離調整制御部４４が上記可動ミラー位置調節部１７の駆動を制御して、可動ミラー１５の位置を調整することにより行われる。
【００４７】
〈１１〉干渉縞画像生成部４８に入力された画像信号により、該干渉縞画像生成部４８において解析用干渉縞画像が生成され、その画像データ（解析用画像データ）が、上述の形状解析部４９に入力される。
【００４８】
〈１２〉一方、上記干渉縞画像が撮像された時点での回折格子板２４の傾斜角度のデータが上記傾斜角度調整制御部４５から上記干渉光波長算出部４６に入力され、該干渉光波長算出部４６において干渉光の波長が算出され、その波長データ（干渉光波長データ）が上記光学距離算出部４７および上記形状解析部４９に入力される。
【００４９】
〈１３〉また、上記干渉縞画像が撮像された時点での上記迂回距離のデータが上記迂回距離調整制御部４４から上記光学距離算出部４７に入力される。この迂回距離のデータおよび上述の干渉光波長データに基づき、該光学距離算出部４７において参照基準面３１ａから被検面７１（厳密には、干渉縞画像を形成する被検光が再帰反射される領域）までの測定光の光路上における光学距離が算出される。具体的には、被検光となる測定光の、参照基準面３１ａから回折光学素子３２、被検面７１および回折光学素子３２を順に経由して参照基準面３１ａに戻ってくるまでの光路長は、上記迂回路部１３における第２光束に対する第１光束の迂回距離に一致するので、この迂回距離のデータにより、参照基準面３１ａから被検面７１までの測定光の光路上における光学距離を算出することができる。算出された光学距離のデータは上記形状解析部４９に入力される。
【００５０】
〈１４〉上記形状解析部４９に入力された解析用画像データ、干渉光波長データおよび光学距離データに基づき、該形状解析部４９において解析が行われ、被検面７１の形状データが求められる。
【００５１】
次に、光偏向素子３０および被検レンズ７０のアライメント調整方法について説明する。なお、下記の手順〈２〉、〈３〉の段階では、回折光学素子３２からの０次回折光をアライメント調整に用いるので測定光の波長設定は特に必要ないが、±１次回折光を用いる手順〈４〉からは測定光の波長設定が必要となるので、以下では、手順〈１〉でこの波長設定を行うとして説明する。勿論、手順〈４〉の段階で、波長設定を行うようにしてもよい。また、このアライメント調整は、光偏向素子３０および被検レンズ７０をそれぞれ保持する各アライメント機構（図示略）を用いて行われる。
【００５２】
（アライメント調整）
〈１〉アライメント調整に使用する測定光の波長を所定波長（例えば、632.8ｎｍ）に設定する。本実施形態では、回折格子板２４の傾斜角度を上記所定波長に適合した角度（該所定波長の干渉光が回折格子板２４により回折、偏向されて収束レンズ２５の光軸Ｃ２５の方向に出射される角度）に設定することにより、この使用波長の設定がなされる。
【００５３】
〈２〉被検レンズ７０が光路上に設置されていない状態で、参照基準面３１ａが測定光軸Ｃ１０に対し垂直となるように光偏向素子３０の傾きを調整する。この傾きの調整は、光偏向素子３０の図中下側の光路上にコーナーキューブ（図示略）を配置して光偏向素子３０に測定光を照射し、参照基準面３１ａからの反射光と、回折光学素子３２からコーナーキューブに向けて出射される０次回折光の、該コーナーキューブからの戻り光とにより形成される干渉縞画像が、ヌル縞に最も近い状態となるように行われる。なお、干渉縞画像が形成されるようにするためには、参照基準面３１ａからの反射光とコーナーキューブからの戻り光との光路長差が、測定光（白色光源１１からの低可干渉光）の可干渉距離以下となっている必要がある。そのために迂回路部１３において、上述の第２光束に対する第１光束の迂回距離の調整が行われる。
【００５４】
〈３〉コーナーキューブを取り除いた後、被検レンズ７０を光路上に設置し、該被検レンズ７０の光軸Ｃ７０が測定光軸Ｃ１０に対し平行となるように、被検レンズ７０の傾きを調整する。この傾きの調整は、光偏向素子３０を介して該被検レンズ７０に測定光を照射し、参照基準面３１ａからの反射光と、回折光学素子３２から被検レンズ７０に向けて出射される０次回折光の、該被検レンズ７０からの反射光（より詳細には、被検レンズ７０の全領域のうち、その光軸Ｃ７０に対し垂直に形成された領域〈例えば、被検レンズ７０のレンズ面の外周に鍔状に形成された平面領域や、レンズ面上の頂点や尾根状に形成された領域〉からの反射光）とにより形成される干渉縞画像が、ヌル縞に最も近い状態となるように行われる。なお、上記アライメント手順〈２〉と同様に、干渉縞画像が形成されるようにするために、迂回路部１３における迂回距離の調整が行われる。
【００５５】
〈４〉上記所定波長の測定光を光偏向素子３０に照射したときに回折光学素子３２から出射される±１次回折光の回折角度（以下「基準回折角度」と称する）に基づき、被検面７１上において該基準回折角度の測定光が垂直に入射し得る領域（光軸Ｃ７０を中心とするリング状の領域、以下「基準領域」と称する）と、該基準領域に対し基準回折角度の測定光が垂直に入射する場合の参照基準面３１ａから被検面７１までの、基準回折角度の測定光の光路上における光学距離（以下「基準光学距離」と称する）を、被検レンズ７０の設計値から予め求めておき、上記迂回路部１３における第２光束に対する第１光束の迂回距離を、この基準光学距離の２倍の距離となるように調整する。
【００５６】
〈５〉光偏向素子３０に対する被検レンズ７０の、測定光軸Ｃ１０に対し垂直および平行な各方向の位置調整を行う。この位置調整は、光偏向素子３０を介して被検面７１に、上記基準回折角度の測定光を照射し、参照基準面３１ａからの反射光と被検面７１の上記基準領域からの反射光とによってリング状の干渉縞画像（以下「基準干渉縞画像」と称する）が形成され、しかも該基準干渉縞画像の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が最大となり、かつ該基準干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【００５７】
以上のアライメント手順により、光偏向素子３０および被検レンズ７０のアライメント調整が完了する。以下、本実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置による測定手順について説明する。
【００５８】
（測定手順）
〈１〉測定に使用する測定光の波長を上記所定波長とは異なる波長に設定する。本実施形態では、回折格子板２４の傾斜角度を設定後の測定光波長に適合した角度（設定後の波長の干渉光が回折格子板２４により回折、偏向されて収束レンズ２５の光軸Ｃ２５の方向に出射される角度）に設定することにより、この測定光の波長設定がなされる。
【００５９】
〈２〉波長設定後の測定光を光偏向素子３０に照射したときに回折光学素子３２から出射される±１次回折光の回折角度に基づき、被検面７１上において該測定光が垂直に入射し得る領域（光軸Ｃ７０を中心とするリング状の領域、以下「被測定領域」と称する）と、該被測定領域までの参照基準面３１ａからの測定光の光路上における光学距離（以下「測定時光学距離」と称する）の理想値を、被検レンズ７０の設計値から予め求めておき、上記迂回路部１３における第２光束に対する第１光束の迂回距離を、この理想値の２倍の値となるように設定する。
【００６０】
〈３〉迂回距離の設定後に形成される干渉縞画像（上記被測定領域に対応したリング状の干渉縞画像）の縞コントラストが最大となるように該迂回距離の微調整を行い、微調整後に形成される干渉縞画像を撮像カメラ２８により撮像する。
【００６１】
〈４〉回折格子板２４の傾斜角度のデータに基づき、干渉光波長算出部４６において干渉光の波長（測定光の波長）を算出し、その波長のデータと、上記微調整後の迂回距離のデータとに基づき、上記測定時光学距離の実際の値（以下「実際値」と称する）を算出する。
【００６２】
〈５〉撮像カメラ２８により撮像された干渉縞画像の画像信号に基づき、干渉縞画像生成部４８において解析用干渉縞画像を生成し、それを形状解析部４９において解析して被検面７１の形状データを求める。具体的には、光学距離算出部４７において算出された上記測定時光学距離の実際値の上記理想値との差に基づき、上記被測定領域における被検面７１の設計値からの大きさの誤差を求める。また、解析用干渉縞画像における縞の本数および形状から被測定領域における被検面７１の形状誤差（位相差）を求める。
【００６３】
このときに求められた形状データは、被検面７１上において、上記干渉縞画像を形成する被検光が再帰反射される所定の領域に対応したものとなる。そこで、測定光の設定波長を順次変更しながら、その都度、上述の手順を繰り返すことにより、被検面７１の各部に対応した形状データを求め、これらの各形状データを繋げることにより、被検面７１の形状（被検面７１上において、波長別の測定光がそれぞれ再帰反射され得る領域の形状）を求めることができる。
【００６４】
〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置は、図３に示すように、干渉計１０Ａ、光偏向素子３０Ａおよび解析制御部４０Ａを備え、被検レンズ７０Ａが有する被検面７１Ａ（光軸Ｃ７０Ａに対し回転対称な非球面で構成されている）の形状を測定するように構成されている。
【００６５】
上記干渉計１０Ａは、出力光の波長を変更し得るように構成された波長可変レーザ光源１１Ａと、コリメータレンズ１２Ａと、該コリメータレンズ１２Ａを介して上記波長可変レーザ光源１１Ａからの出力光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部１３Ａと、ビーム径変換用レンズ１９Ａと、該ビーム径変換用レンズ１９Ａを介して上記迂回路部１３Ａから出力された光束を、光束分岐面２０Ａａにおいて図中下方に向けて反射するビームスプリッタ２０Ａと、該ビームスプリッタ２０Ａからの光束を平行光からなる測定光に変換し、測定光軸Ｃ１０Ａに沿って出射するコリメータレンズ２１Ａと、を備えている。また、干渉縞画像を得るための結像レンズ２７Ａおよび撮像カメラ２８Ａ（本実施形態における撮像手段を構成するものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２９Ａを有する）を備えてなる。
【００６６】
上記迂回路部１３Ａは、上記コリメータレンズ１２Ａから入射したレーザ光を、光束分岐面１４Ａａにおいて図中右方に向かう第１光束と図中上方に向かう第２光束とに分岐するビームスプリッタ１４Ａと、該ビームスプリッタ１４Ａからの第１光束の光路上に配された可動ミラー１５Ａと、該ビームスプリッタ１４Ａからの第２光束の光路上に配された固定ミラー１６Ａと、上記可動ミラー１５Ａを図中左右方向に移動せしめる可動ミラー位置調節部１７Ａ（ＰＺＴ素子１８Ａを有してなる）とを備え、第１光束を第２光束に対して所定距離（ビームスプリッタ１４Ａの光束分岐面１４Ａａから可動ミラー１５Ａおよび固定ミラー１６Ａまでの各光学距離の差の２倍分）だけ迂回させた後に、ビームスプリッタ１４Ａの光束分岐面１４Ａａにおいて１光束に再合波して、ビーム径変換用レンズ１９Ａに向けて出力するように構成されている。
【００６７】
上記光偏向素子３０Ａは、参照基準板３１Ａと回折光学素子３２Ａとから構成されている。参照基準板３１Ａは、光軸Ｃ３０Ａに対し垂直な参照基準面３１Ａａを備え、上記干渉計１０Ａからの測定光を参照基準面３１Ａａにおいて２つに分岐し、一方を参照光として干渉計１０Ａに向けて反射するとともに、他方を回折光学素子３２Ａに向けて出射するように構成されている。一方、回折光学素子３２Ａは、光軸Ｃ３０Ａを中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成された透過型のものであり、参照基準板３１Ａからの測定光を回折することにより偏向して（測定光の波長が変わるので、その波長毎に偏向角度が異なる）、上記被検面７１Ａに照射するように構成されている。また、被検面７１Ａから再帰反射された被検光を偏向して参照基準面３１Ａａに入射させ、該参照基準面３１Ａａにおいて上記参照光と合波して干渉光を得、該干渉光を上記干渉計１０Ａに向けて出射するように構成されている。
【００６８】
なお、被検面７１Ａに照射する測定光としては、通常、回折光学素子３２Ａからの＋１次回折光または−１次回折光（本明細書では、光軸Ｃ３０Ａに近づくように出射される回折光を正の回折光、光軸から遠ざかるように出射される回折光を負の回折光とする）が用いられるが、±２次回折光や±３次回折光などの高次の回折光を測定光とすることも可能である。
【００６９】
上記解析制御部４０Ａは、コンピュータ等からなる解析制御装置４１Ａ（本実施形態における解析手段を構成する）と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置４２Ａと、解析制御装置４１Ａに対する各種入力を行うための入力装置４３Ａとを備えており、この解析制御装置４１Ａは、図４に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される迂回距離調整制御部４４Ａ、波長変調部５０、中心波長走査部５１、光学距離算出部４７Ａ、干渉縞画像生成部４８Ａおよび形状解析部４９Ａを備えてなる。
【００７０】
上記波長変調部５０は、上記波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の波長を、上記撮像カメラ２８Ａ（図３参照）の１撮像期間（上記撮像素子２９Ａの１光蓄積時間）よりも短い時間内において変調し、該レーザ光が低可干渉光と等価の可干渉距離を有するように調整するように構成されている。
【００７１】
上記中心波長走査部５１は、上記波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の中心波長を所定の範囲（例えば、200〜400ｎｍ）で走査するように構成されている。
【００７２】
上記光学距離算出部４７Ａは、上記迂回距離および上記レーザ光の中心波長に基づき、参照基準面３１Ａａから被検面７１Ａまでの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【００７３】
上記干渉縞画像生成部４８Ａは、上記撮像カメラ２８Ａにより撮像された画像信号に基づき、被検面の形状解析を行うための干渉縞画像（以下「解析用干渉縞画像」と称する）を生成するように構成されている。
【００７４】
上記形状解析部４９Ａは、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面７１Ａの形状解析を行うように構成されている。
【００７５】
なお、本実施形態では、上述の迂回距離調整制御部４４Ａおよび可動ミラー位置調整部１７Ａにより迂回距離調整部が構成されており、これら迂回距離調整制御部４４Ａおよび可動ミラー位置調整部１７Ａと、上述の迂回路部１３Ａおよび光学距離差算出部４７Ａとにより光学距離測定手段が構成されている。
【００７６】
以下、第２実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の作用について説明する。なお、測定光の波長に対する回折光学素子３２Ａの回折角は既知とする。
【００７７】
また、測定に先立って、測定光軸Ｃ１０Ａに対する光偏向素子３０Ａおよび被検レンズ７０Ａのアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、光偏向素子３０Ａおよび被検レンズ７０Ａをそれぞれ保持する各アライメント機構（図示略）を用いて行われる。このアライメント調整の手順は、上記第１実施形態と同様であるので説明は省略する。ただし、上記第１実施形態では、回折格子板２４の傾斜角度を変更することにより測定光の波長設定を行っているのに対し、本実施形態では、波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の中心波長を直接変更することにより、測定光の波長設定が行われる点が異なっている。以下、アライメント調整完了後の測定時の作用について説明する。
【００７８】
（測定時の作用）
〈１〉図３に示す波長可変レーザ光源１１Ａからレーザ光が出射される。このとき、上記波長変調部５０の制御により、該レーザ光の波長が、撮像カメラ２８Ａの１撮像期間内（上記撮像素子２９Ａの１光蓄積時間）よりも短い時間内において変調され、該レーザ光が低可干渉光と等価の可干渉距離を有するように調整される。この種の技術としては、例えば、1995年5月光波センシング予稿集75〜82頁にコヒーレンス関数を合成する手法が示されている。また、その手法を改良した技術も特許されている（特許第3621693号公報参照）。
【００７９】
〈２〉また、上記中心波長走査部５１の制御により、出力されるレーザ光の中心波長が、所定の値（例えば、波長可変範囲の上限値）に設定される。
【００８０】
〈３〉出力されたレーザ光は、コリメータレンズ１２Ａにより平行光に変換された後、迂回路部１３Ａに入射する。
【００８１】
〈４〉迂回路部１３Ａに入射したレーザ光は、ビームスプリッタ１４Ａの光束分岐面１４Ａａにおいて、可動ミラー１５Ａに向かう第１光束と固定ミラー１６Ａに向かう第２光束とに分岐された後、可動ミラー１５Ａおよび固定ミラー１６Ａによりそれぞれ再帰反射され、光束分岐面１４Ａａにおいて再合波される。本実施形態では、分岐されてから再合波されるまでの各々の光路長が、第１光束の方が第２光束よりも長くなるように設定されている。
【００８２】
〈５〉再合波されてビームスプリッタ１４Ａから出射された光束は、ビーム径変換用レンズ１９Ａを介してビームスプリッタ２０Ａに入射し、光束分岐面２０Ａａにおいて反射されてコリメータレンズ２１Ａに入射する。コリメータレンズ２１Ａに入射した光束は、平行光に変換されて光偏向素子３０Ａに向けて出射される。
【００８３】
〈６〉光偏向素子３０Ａに入射した光束は、参照基準板３１Ａの参照基準面３１Ａａにおいて、再帰反射される光束と透過する光束とに分岐される。本実施形態では、参照基準面３１Ａａで再帰反射される光束のうち、上記第１光束の経路を辿った光束成分（以下「第１光束成分」と称する）が参照光とされ、参照基準面３１Ａａを透過する光束が測定光とされる。
【００８４】
〈７〉参照基準面３１Ａａを透過した測定光は、回折光学素子３２Ａに入射し、該回折光学素子３２Ａにおいて回折、偏向される。本実施形態では、回折光学素子３２Ａにおいて回折された測定光のうち、０次回折光（被検面７１Ａにおいて光軸Ｃ７０Ａに対し垂直となる頂点部分および尾根状の領域の測定に用いられる）と±１次回折光が被検面７１Ａに照射される測定光として利用される。
【００８５】
なお、上記波長可変レーザ光源１１Ａからの出力光の波長可変帯域を400〜800ｎｍとし、λ＝800ｎｍの波長成分に対する回折光学素子３２Ａの±２次回折光の回折角度θ１を75度に設定する場合、回折光学素子３２Ａの格子ピッチはｄは、２ｄsinθ１＝２λの関係より、ｄ＝828ｎｍとなる。また、このとき、400ｎｍの波長成分の±２次回折光の回折角度θ２は、θ２＝sin-1（400/828）より、θ２＝28.9度となる。一方、±１次回折光の回折角度θ３は、２ｄsinθ３＝λの関係より、λ＝400ｎｍの場合はθ３＝14度、λ＝800ｎｍの場合はθ３＝28.9度となる。すなわち、±１次回折光および±２次回折光を測定光として用いた場合、14度から75度の角度範囲に亘って測定光を照射することが可能となる。
【００８６】
〈８〉被検面７１Ａの各部に照射された測定光のうち、該被検面７１Ａに対し垂直に入射した測定光は再帰反射されて回折光学素子３２Ａに戻り、該回折光学素子３２Ａにおいて回折、偏向されて参照基準板３１Ａの参照基準面３１Ａａに戻る。本実施形態では、参照基準面３１Ａａを再び透過する測定光のうち、上記第２光束の経路を辿った光束成分（以下「第２光束成分」と称する）が被検光とされる。
【００８７】
〈９〉上記被検光は、参照基準面３１Ａａにおいて上記参照光と合波されて干渉光が得られる。この干渉光は、コリメータレンズ２１Ａおよびビームスプリッタ２０Ａを経由して結像レンズ２７Ａに入射し、該結像レンズ２７Ａにより撮像カメラ２８Ａの撮像素子２９Ａ上に結像される。
【００８８】
〈１０〉撮像カメラ２８Ａに干渉光が入射しても、撮像素子２９Ａ上に干渉縞画像が形成されるとは限らない。すなわち、該干渉光を構成する参照光および被検光は、低可干渉光と等価の可干渉距離しか有していないため、それらの光路長差（図３に示す番号の順番で、１１Ａ→１２Ａ→１４Ａａ→１５Ａ→１４Ａａ→１９Ａ→２０Ａａ→２１Ａ→３１Ａａまでの光路長と、１１Ａ→１２Ａ→１４Ａａ→１６Ａ→１４Ａａ→１９Ａ→２０Ａａ→２１Ａ→３１Ａａ→３２Ａ→７１Ａ→３２Ａ→３１Ａａまでの光路長との差）が、該可干渉距離以下となっていない場合には、参照光と被検光とによる光干渉は起きず、干渉縞画像は形成されない。
【００８９】
一方、上述の参照光と被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように、迂回路部１３Ａにおける上記第１光束の第２光束に対する迂回距離が調整された場合には、参照光と被検光とによる光干渉が起き、干渉縞画像が形成される。形成される干渉縞画像は、被検面７１Ａ内において、該干渉縞画像を構成する被検光が再帰反射された領域（測定光が垂直に入射した領域）に対応するものであり、幅の狭いリング状のものとなる。この干渉縞画像が撮像カメラ２８Ａにより撮像され、その画像信号が上記干渉縞画像生成部４８Ａに出力される。なお、迂回距離の調整は、上記迂回距離調整制御部４４Ａが上記可動ミラー位置調節部１７Ａの駆動を制御して、可動ミラー１５Ａの位置を調整することにより行われる。
【００９０】
〈１１〉干渉縞画像生成部４８Ａに入力された画像信号により、該干渉縞画像生成部４８Ａにおいて解析用干渉縞画像が生成され、その画像データ（解析用画像データ）が、上述の形状解析部４９Ａに入力される。
【００９１】
〈１２〉また、上記干渉縞画像が撮像された時点での上記レーザ光の中心波長データが上記中心波長走査部５１から上記光学距離算出部４７Ａおよび上記形状解析部４９Ａに入力され、上記干渉縞画像が撮像された時点での上記迂回距離のデータのデータが上記迂回距離調整制御部４４Ａから上記光学距離算出部４７Ａに入力される。この迂回距離のデータおよび上記中心波長データに基づき、該光学距離算出部４７Ａにおいて参照基準面３１Ａａから被検面７１Ａ（厳密には、干渉縞画像を形成する被検光が再帰反射される領域）までの測定光の光路上における光学距離が算出される。具体的には、被検光となる測定光の、参照基準面３１Ａａから回折光学素子３２Ａ、被検面７１Ａおよび回折光学素子３２Ａを順に経由して参照基準面３１Ａａに戻ってくるまでの光路長は、上記迂回路部１３Ａにおける第２光束に対する第１光束の迂回距離に一致するので、この迂回距離のデータにより、参照基準面３２Ａａから被検面７１Ａまでの測定光の光路上における光学距離を算出することができる。算出された光学距離のデータは上記形状解析部４９Ａに入力される。
【００９２】
〈１３〉上記形状解析部４９Ａに入力された解析用画像データ、中心波長データおよび光学距離データに基づき、該形状解析部４９Ａにおいて解析が行われ、被検面７１Ａの形状データが求められる。このときの形状データは、被検面７１Ａ上において、上記干渉縞画像を形成する被検光が再帰反射される所定の領域に対応したものとなる。そこで、上記中心波長走査部５１の制御により、波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の中心波長を走査しながら、その都度、上述の手順を繰り返すことにより、被検面７１Ａの各部に対応した形状データを求め、これらの各形状データを繋げることにより、被検面７１Ａの形状（被検面７１Ａ上において、中心波長別の測定光がそれぞれ再帰反射され得る領域の形状）を求めることができる。なお、被検面７１Ａの形状データの具体的な求め方は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００９３】
〈第３実施形態〉
第３実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置は、図５に示すように、干渉計１０Ｂ、光偏向素子３０Ｂおよび解析制御部４０Ｂを備え、被検レンズ７０Ｂが有する被検面７１Ｂ（光軸Ｃ７０Ｂに対し回転対称な非球面で構成されている）の形状を測定するように構成されている。
【００９４】
上記干渉計１０Ｂは、出力光の波長を変更し得るように構成された波長可変レーザ光源１１Ｂと、ビーム径変換用レンズ１９Ｂと、該ビーム径変換用レンズ１９Ｂを介して上記波長可変レーザ光源１１Ｂから出力された光束を、光束分岐面２０Ｂａにおいて図中下方に向けて反射するビームスプリッタ２０Ｂと、該ビームスプリッタ２０Ｂからの光束を平行光からなる測定光に変換し、測定光軸Ｃ１０Ｂに沿って出射するコリメータレンズ２１Ｂと、を備えている。また、干渉縞画像を得るための結像レンズ２７Ｂおよび撮像カメラ２８Ｂ（本実施形態における撮像手段を構成するものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２９Ｂを有する）を備えてなる。
【００９５】
上記光偏向素子３０Ｂは、参照基準板３１Ｂと回折光学素子３２Ｂとから構成されている。参照基準板３１Ｂは、光軸Ｃ３０Ｂに対し垂直な参照基準面３１Ｂａを備え、上記干渉計１０Ｂからの測定光を参照基準面３１Ｂａにおいて２つに分岐し、一方を参照光として干渉計１０Ｂに向けて反射するとともに、他方を回折光学素子３２Ｂに向けて出射するように構成されている。一方、回折光学素子３２Ｂは、光軸Ｃ３０Ｂを中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成された透過型のものであり、参照基準板３１Ｂからの測定光を回折することにより偏向して（測定光の波長が変わるので、その波長毎に偏向角度が異なる）、上記被検面７１Ｂに照射するように構成されている。また、被検面７１Ｂから再帰反射された被検光を偏向して参照基準面３１Ｂａに入射させ、該参照基準面３１Ｂａにおいて上記参照光と合波して干渉光を得、該干渉光を上記干渉計１０Ｂに向けて出射するように構成されている。
【００９６】
なお、被検面７１Ｂに照射する測定光としては、通常、回折光学素子３２Ｂからの＋１次回折光または−１次回折光（本明細書では、光軸Ｃ３０Ｂに近づくように出射される回折光を正の回折光、光軸から遠ざかるように出射される回折光を負の回折光とする）が用いられるが、±２次回折光や±３次回折光などの高次の回折光を測定光とすることも可能である。
【００９７】
上記解析制御部４０Ｂは、コンピュータ等からなる解析制御装置４１Ｂ（本実施形態における解析手段を構成する）と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置４２Ｂと、解析制御装置４１Ｂに対する各種入力を行うための入力装置４３Ｂとを備えており、この解析制御装置４１Ｂは、図６に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される波長走査部５２、干渉縞画像生成部４８Ｂ、光学距離算出部４７Ｂおよび形状解析部４９Ｂを備えてなる。
【００９８】
上記波長走査部５２は、上記波長可変レーザ光源１１Ｂから出力されるレーザ光の波長を所定の範囲（例えば、200〜400ｎｍ）で走査するように構成されている。
【００９９】
上記干渉縞画像生成部４８Ｂは、上記波長走査部５２により上記波長可変レーザ光源１１Ｂからのレーザ光の波長が走査されている期間において、上記撮像カメラ２８Ｂにより順次得られた各画像信号に基づき、光偏向素子３０Ｂから被検面７１Ｂまでの測定光の光路上における光学距離を算出するための干渉縞画像（以下「測距用干渉縞画像」と称する）を順次生成するとともに、被検面７１Ｂの形状解析を行うための干渉縞画像（以下「解析用干渉縞画像」と称する）を生成するように構成されている。
【０１００】
上記光学距離差算出部４７Ｂは、上記干渉縞画像生成部４８Ｂにより順次生成された測距用干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、参照基準面３１Ｂａから被検面７１Ｂまでの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【０１０１】
上記形状解析部４９Ｂは、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面７１Ａの形状解析を行うように構成されている。
【０１０２】
なお、本実施形態では、上述の波長走査部５２と光学距離差算出部４７Ｂとにより光学距離測定手段が構成されている。
【０１０３】
以下、第３実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置の作用について説明する。なお、測定光の波長に対する回折光学素子３２Ｂの回折角は既知とする。
【０１０４】
また、測定に先立って、測定光軸Ｃ１０Ｂに対する光偏向素子３０Ｂおよび被検レンズ７０Ｂのアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、光偏向素子３０Ｂおよび被検レンズ７０Ａをそれぞれ保持する各アライメント機構（図示略）を用いて行われる。このアライメント調整の手順は、上記第２実施形態と同様であるので説明は省略する。ただし、上記第２実施形態では、迂回路部１３Ａにおける迂回距離の調整が必要になるのに対し、本実施形態では、この迂回距離の調整が不要になる点が異なっている。以下、アライメント調整完了後の測定時の作用について説明する。
【０１０５】
（測定時の作用）
〈１〉図５に示す波長可変レーザ光源１１Ｂからレーザ光が出射される。このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１９Ｂおよびビームスプリッタ２０Ｂを介して（光束分岐面２０Ｂａで図中下方に反射されて）コリメータレンズ２１Ｂに入射し、該コリメータレンズ２１Ｂにおいて平行光に変換され光偏向素子３０Ｂに向けて出射される。
【０１０６】
〈２〉光偏向素子３０Ｂに入射した平行光は、参照基準面板３１Ｂの参照基準面３１Ｂａにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ２１Ｂに向けて再帰反射され、他方は測定光軸Ｃ１０Ｂに平行な測定光として回折光学素子３２Ｂに入射し、該回折光学素子３２Ｂにおいて回折、偏向される。本実施形態では、回折光学素子３２Ｂにおいて回折された測定光のうち、０次回折光（被検面７１Ｂにおいて光軸Ｃ７０Ｂに対し垂直となる頂点部分および尾根状の領域の測定に用いられる）と±１次回折光が被検面７１Ｂに照射される測定光として利用される。
【０１０７】
なお、上記波長可変レーザ光源１１Ｂからの出力光の波長可変帯域を400〜800ｎｍとし、λ＝800ｎｍの波長成分に対する回折光学素子３２Ｂの±２次回折光の回折角度θ１を75度に設定する場合、回折光学素子３２Ｂの格子ピッチはｄは、２ｄsinθ１＝２λの関係より、ｄ＝828ｎｍとなる。また、このとき、400ｎｍの波長成分の±２次回折光の回折角度θ２は、θ２＝sin-1（400/828）より、θ２＝28.9度となる。一方、±１次回折光の回折角度θ３は、２ｄsinθ３＝λの関係より、λ＝400ｎｍの場合はθ３＝14度、λ＝800ｎｍの場合はθ３＝28.9度となる。すなわち、±１次回折光および±２次回折光を測定光として用いた場合、14度から75度の角度範囲に亘って測定光を照射することが可能となる。
【０１０８】
〈３〉被検面７１Ｂの各部に照射された測定光のうち、該被検面７１Ｂに対し垂直に入射した測定光は被検光として再帰反射されて回折光学素子３２Ｂに戻り、該回折光学素子３２において回折、偏向されて参照基準板３１Ｂの参照基準面３１Ｂａに戻る。
【０１０９】
〈４〉上記被検光は、参照基準面３１Ｂａにおいて上記参照光と合波されて干渉光が得られる。この干渉光は、コリメータレンズ２１Ｂおよびビームスプリッタ２０Ｂを経由して結像レンズ２７Ｂに入射し、該結像レンズ２７Ｂにより撮像カメラ２８Ｂの撮像素子２９Ｂ上において干渉縞画像を形成する。
【０１１０】
〈５〉この干渉縞画像が形成される際、参照基準面３１Ｂａから被検面７１Ｂまでの光学距離を算出するために、上記波長走査部５２の制御により、上記波長可変レーザ光源１１Ｂから出力されるレーザ光の波長が所定の範囲で走査される。
【０１１１】
〈６〉レーザ光の波長が走査される期間、所定のタイミングで上記撮像カメラ２８Ｂにより干渉縞画像が順次撮像される。それらの各画像信号はビデオ信号として出力され、上記干渉縞画像生成部４８Ｂにより各測距用干渉縞画像が生成され、それら画像データ（測距用画像データ）が上記光学距離差算出部４７Ｂに出力される。
【０１１２】
〈７〉上記光学距離差算出部４７Ｂにおいて、各測距用干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数が求められ、この回数に基づき、参照基準面３１Ｂａから被検面７１Ｂまでの測定光の光路上における光学距離が、干渉光（レーザ光）の波長別に算出される。この光学距離の算出は、具体的には以下の手順で行われる。
【０１１３】
すなわち、波長可変レーザ１１Ｂから出力されるレーザ光の波長走査により、波数をｋ１からｋ２に走査し、Δｋ毎に干渉縞画像を撮像した場合、干渉縞強度変化Ｉ(ｘ、ｙ、ｋ)は、下式（１）で表される。
【０１１４】
【数１】
0005394317.tif 000002
【０１１５】
ここで、Ｌ（ｘ、ｙ、ｋ）は被検光と参照光との光路長差、Ｉ０（ｘ、ｙ）は強度分布、γは干渉縞モジュレーションをそれぞれ示す。このときの所定の画素における干渉縞変化がｎ回であったとすると、下式（２）で表される。
【０１１６】
【数２】
0005394317.tif 000003
【０１１７】
ここで、ｋ=２π／λであるから、下式（３）が求められる。
【０１１８】
【数３】
0005394317.tif 000004
【０１１９】
すなわち、波長を走査した際の周波数ｎ（所定の画素における干渉縞変化の回数）を求めることにより、被検光と参照光との光路長差を算出することが可能となる。なお、このような手法の詳細は、特許第４１００６６３号公報に記載されている。
【０１２０】
算出された被検光と参照光との光路長差は、本実施形態の場合、光偏向素子３０Ｂの参照基準面３１Ｂａから回折光学素子３２Ｂを経由して被検面７１Ｂに至るまでの測定光の光路上における光学距離の２倍に相当するので、参照基準面３１Ｂａと被検面７１Ｂとの測定光の光路上における光学距離を算出することができる。
【０１２１】
〈８〉一方、上記干渉縞画像生成部４８Ｂにより、被検面７１Ｂの形状解析を行うための解析用干渉縞画像が、干渉光（レーザ光）の波長別に生成され、それらの画像データが（解析用画像データ）が上記形状解析部４９Ｂに出力される。
【０１２２】
〈９〉上記形状解析部４９Ｂに入力された波長別の各解析用画像データおよび光学距離データに基づき、該形状解析部４９Ｂにおいて解析が行われ、被検面７１Ｂの各形状データが求められる。このときの各形状データは、被検面７１Ｂ上において、上記解析用干渉縞画像を形成する、波長別の各測定光が再帰反射される所定の領域にそれおそれ対応したものとなる。そこで、これらの各形状データを繋げることにより、被検面７１Ｂの形状（被検面７１Ｂ上において、波長別の各測定光がそれぞれ再帰反射され得る領域の形状）を求めることができる。なお、被検面７１Ｂの形状データの具体的な求め方は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１２３】
〈第４実施形態〉
第４実施形態に係る回転対称非球面形状測定装置は、図７に示すように、干渉計１０Ｃ（測定光軸Ｃ１０Ｃ）、透過型の参照基準板６０（光軸Ｃ６０）および光偏向素子３０Ｃ（光軸Ｃ３０Ｃ）を備え、被検レンズ７０Ｃが有する被検面７１Ｃ（光軸Ｃ７０Ｃに対し回転対称な非球面で構成されている）の形状を測定するように構成されている。
【０１２４】
上記干渉計１０Ｃは、上述の第１実施形態の干渉計１０や第２実施形態の干渉計１０Ａまたは第３実施形態の干渉計１０Ｂと同様の構成とすることができる。また、図示していないが、第１実施形態の解析制御部４０や第２実施形態の解析制御部４０Ａまたは第３実施形態の解析制御部４０Ｂと同様の解析制御部を備えている。
【０１２５】
上記参照基準板６０は、光軸Ｃ６０に対し垂直な参照基準面６０ａを有しており、上記干渉計１０Ｃからの測定光の一部を該参照基準面６０ａにおいて参照光として再帰反射するとともに、その他の測定光を光偏向素子３０Ｃに向けて出射するように構成されている。
【０１２６】
上記光偏向素子３０Ｃは、その光軸Ｃ３０Ｃを中心として複数の輪帯状の反射型回折格子３３が同心に形成された反射型の回折光学素子からなり、入射した測定光を回折、偏向して、被検面７１Ｃに照射するように構成されている。また、被検面７１Ｃから再帰反射された被検光を回折、偏向し、参照基準板６０に向けて出射するように構成されている。
なお、本実施形態の作用は、上述の第１実施形態乃至第３実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。
【０１２８】
例えば、上述の光偏向素子３０において、参照基準板３１と回折光学素子３２とを別体分離の構成とすることも可能である（光偏向素子３０Ａ，３０Ｂにおける参照基準板３１Ａ，３１Ｂおよび回折光学素子３２Ａ，３２Ｂについて同じ）。
【０１２９】
また、コーンレンズ等の屈折素子を回折光学素子と組み合わせたものを、光偏向素子として用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ      干渉計
１１      低可干渉光源
１１Ａ，１１Ｂ      波長可変レーザ光源
１２，１２Ａ，２１，２１Ａ，２１Ｂ，２３      コリメータレンズ
１３，１３Ａ      迂回路部
１４，１４Ａ，２０，２０Ａ，２０Ｂ      ビームスプリッタ
１４ａ，１４Ａａ，２０ａ，２０Ａａ，２０Ｂａ      光束分岐面
１５，１５Ａ      可動ミラー
１６，１６Ａ      固定ミラー
１７，１７Ａ      可動ミラー位置調節部
１８，１８Ａ      ＰＺＴ素子
１９，１９Ａ，１９Ｂ      ビーム径変換用レンズ
２２      色分解光学系
２４      回折格子板
２５      収束レンズ
２６      ピンホール板
２６ａ    ピンホール
２７，２７Ａ，２７Ｂ      結像レンズ
２８，２８Ａ，２８Ｂ      撮像カメラ
２９，２９Ａ，２９Ｂ      撮像素子
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ      光偏向素子
３１，３１Ａ，３１Ｂ，６０      参照基準板
３１ａ，３１Ａａ，３１Ｂａ，６０ａ      参照基準面
３２，３２Ａ，３２Ｂ      回折光学素子
３３      反射型回折格子
４０，４０Ａ，４０Ｂ      解析制御部
４１，４１Ａ，４１Ｂ      解析制御装置
４２，４２Ａ，４２Ｂ      モニタ装置
４３，４３Ａ，４３Ｂ      入力装置
４４，４４Ａ      迂回距離調整制御部
４５      傾斜角度調整制御部
４６      干渉光波長算出部
４７，４７Ａ，４７Ｂ      光学距離算出部
４８，４８Ａ，４８Ｂ      干渉縞画像生成部
４９，４９Ａ，４９Ｂ      形状解析部
５０      波長変調部
５１      中心波長走査部
５２      波長走査部
７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ      被検レンズ
７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ      被検面
Ｃ１０，Ｃ１０Ａ，Ｃ１０Ｂ，Ｃ１０Ｃ      測定光軸
Ｃ３０，Ｃ３０Ａ，Ｃ３０Ｂ，Ｃ３０Ｃ，Ｃ６０，Ｃ７０，Ｃ７０Ａ，Ｃ７０Ｂ，Ｃ７０Ｃ      光軸
【図１】
0005394317.tif 000005
【図２】
0005394317.tif 000006
【図３】
0005394317.tif 000007
【図４】
0005394317.tif 000008
【図５】
0005394317.tif 000009
【図６】
0005394317.tif 000010
【図７】
0005394317.tif 000011