(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データをコンピュータで処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想し、
前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成した後、
前記波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線とすると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線とし、
前記波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した照明光（入射光）の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セル毎に、当該微小セルの反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定し、前記波面分布面の各微小セル毎に、対応する波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとすることを特徴とした被検面形状測定方法。
【請求項２】
前記波面分布面の各微小セル毎に当該微小セルの反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する照明光（入射光）の光路を表す照明光波面側法線を特定するに際し、
当該波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線および当該照明光波面側法線と当該波面分布面側法線との交点を全て求め、
前記被検面が凸面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値から被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を減算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求める一方、
前記被検面が凹面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値に被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を加算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求め、
前記求められた照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定することを特徴とした請求項１記載の被検面形状測定方法。
【請求項３】
前記波面分布面の各微小セル毎に当該微小セルの反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定するに際し、
当該波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と当該波面分布面側法線とが成す角と前記被検面の法線と前記求められた照明光波面側法線とが成す角の差が最小となる照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定することを特徴とした請求項１記載の被検面形状測定方法。
【請求項４】
前記波面分布面の各微小セル毎に当該微小セルの反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定するに際し、
当該波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と、当該波面分布面側法線と、前記求められた照明光波面側法線とが同一平面上に位置する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定することを特徴とした請求項１記載の被検面形状測定方法。
【請求項５】
前記波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面として、前記１点に収束する入射光の収束位置を中心として有する球の表面を利用することを特徴とした請求項３または請求項４記載の被検面形状測定方法。
【請求項６】
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想する参照球面生成手段と、
前記参照球面生成手段によって仮想された前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する波面分布面データ生成手段と、
演算用のデータを一時記憶するための記憶手段と、
前記波面分布面データ生成手段によって生成された波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線として前記記憶手段に記憶させると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線として前記記憶手段に記憶させる法線データ抽出手段と、
前記記憶手段に記憶された波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した照明光（入射光）の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セルに対応して前記記憶手段に記憶された反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する照明光光路特定手段と、
前記波面分布面の各微小セル毎に、前記照明光光路特定手段によって対応関係を特定された波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとする実面形状データ生成手段とを備えたことを特徴とする被検面形状測定装置。
【請求項７】
前記被検面が凸面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値から被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を減算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求める一方、
前記被検面が凹面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値に被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を加算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求め、前記求められた照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項６記載の被検面形状測定装置。
【請求項８】
前記照明光光路特定手段が、前記記憶手段に記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と当該波面分布面側法線とが成す角と前記被検面の法線と前記求められた照明光波面側法線とが成す角の差が最小となる照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項６記載の被検面形状測定装置。
【請求項９】
前記照明光光路特定手段が、前記記憶手段に記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と、当該波面分布面側法線と、前記求められた照明光波面側法線とが同一平面上に位置する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項６記載の被検面形状測定装置。
【請求項１０】
前記照明光光路特定手段が、前記波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面として、前記１点に収束する入射光の収束位置を中心として有する球の表面を想定することを特徴とした請求項８または請求項９記載の被検面形状測定装置。
【請求項１１】
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理するコンピュータを制御するための被検面形状測定プログラムであって、
前記コンピュータを、
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理して得た波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想する参照球面生成手段、
前記参照球面生成手段によって仮想された前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する波面分布面データ生成手段、
前記波面分布面データ生成手段によって生成された波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線として前記コンピュータの記憶装置に記憶させると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線として前記コンピュータの記憶装置に記憶させる法線データ抽出手段、
前記前記コンピュータの記憶装置に記憶された波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セルに対応して前記前記コンピュータの記憶装置に記憶された反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する照明光光路特定手段、および、
前記波面分布面の各微小セル毎に、前記照明光光路特定手段によって対応関係を特定された波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとする実面形状データ生成手段として機能させることを特徴とした被検面形状測定プログラム。
【請求項１２】
前記被検面が凸面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値から被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を減算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求める一方、
前記被検面が凹面である場合には、前記波面分布面と前記交点との間の当該波面分布面側法線の長さと前記照明光波面と前記交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と照明光波面との間の離間距離に、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置から前記波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値に被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を加算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求め、前記求められた照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項１１記載の被検面形状測定プログラム。
【請求項１３】
前記照明光光路特定手段が、前記コンピュータの記憶装置に記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と当該波面分布面側法線とが成す角と前記被検面の法線と前記求められた照明光波面側法線とが成す角の差が最小となる照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項１１記載の被検面形状測定プログラム。
【請求項１４】
前記照明光光路特定手段が、前記コンピュータの記憶装置に記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と、当該波面分布面側法線と、前記求められた照明光波面側法線とが同一平面上に位置する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定するように構成されていることを特徴とした請求項１１記載の被検面形状測定プログラム。
【請求項１５】
前記照明光光路特定手段が、前記波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面として、前記１点に収束する入射光の収束位置を中心として有する球の表面を想定することを特徴とした請求項１３または請求項１４記載の被検面形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像を利用して被検面の実面形状のデータを得る被検面形状測定方法および被検面形状測定装置と被検面形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検面の状況を観察するために利用される干渉計としては、例えば、特許文献１に開示されるように、参照レンズの参照面から発生した波面と被検面から発生した波面とを直接的に干渉させて干渉縞を検出するものと、特許文献２に開示されるように、基準レンズを使用せず、横ずらしをした光線を被検面に照射して其の反射光を合成することでシェア像を検出するものとが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示されるような構成を適用した場合、被検面が球面であれば単純な球面形状の参照レンズを利用して被検面の形状誤差を直接的に波面収差分布から得ることができるが、被検面が非球面となった場合には参照球面の部分的な計測やデータの合成等が必要であり、干渉像の検出後、膨大な画像の合成処理が必要となるため、処理速度等の面で実用上の問題があった。
無論、このような構成であっても、参照面として精度良く製造した物理的な非球面や其れに相当する波面を生成するモジュールで参照非球面を作れば参照球面の部分的な計測やデータの合成等の処理は省略されるが、被検対象物毎に異なる物理的な参照非球面の製造が必要となり、多くの費用と準備期間が掛かるという欠点があり実用的ではない。
また、どのような手段を講じたとしても、干渉像の形成に必要とされる２つの検査光の光路が離間しているために振動や空気のゆらぎ等の測定環境の影響を受けやすい特性は解消され得ず、測定室等の環境整備に多くの設備投資が必要となる不都合が残る。
【０００４】
一方、特許文献２に開示されるような構成を適用した場合にあっては、検出したシェア像に基いてフリンジスキャニング処理やフェイズアンラッピング処理を行って波面収差分布を得て、この波面収差分布から被検面の状況を推定するのが一般的である。
しかし、このようにして得られた波面収差分布は参照面から発生する波面と被検面からの波面とを直接的に比較した結果ではないので、絶対的な被検面の形状を特定すること、つまり、被検面の実面形状を直接的に把握することが困難であるという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２００７−５５７０４９号
【特許文献２】特願２００６−５０３１２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像を利用し、被検面の形状に関わりなく其の実面形状を直接的に把握することのできる被検面形状測定方法および被検面形状測定装置と被検面形状測定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の被検面形状測定方法は、干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像を利用して被検面の実面形状を直接的に把握するための被検面形状測定方法であり、前記目的を達成するため、
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データをコンピュータで処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想し、
前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成した後、
前記波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線とすると共に、測定時に、光源から発せられた後、光学系により、１点に収束する光路を辿る様に構成されかつ同心円状の波面分布を持った照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線とし、
前記波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セル毎に、当該被検面で反射され当該微小セルに至る反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定し、
前記波面分布面の各微小セル毎に、対応する波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとすることを特徴とした構成を有する。
【０００８】
まず、干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データをコンピュータで処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想し、この参照球面と波面収差分布のデータに基いて参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する。
被検面が完全な球面であれば、干渉計による測定に際して１点に収束（結像）する光路、つまり、照明光光学系から射出して、被検面に入射した入射光は、この照明光と同じ中心すなわち照明光の収束位置を中心とする球面からなる被検面で反射されて反射光となり、必ず入射時と同じ光路を辿って元来た方向に戻るが、被検面が完全な球面でない場合、例えば、本来は球面であるべき被検面の形状が加工の異常や損傷あるいは経年変化等によって球面でなくなった場合、または、元々の被検面の設計形状が非球面であって其の形状が適切に再現されている場合にあっては、被検面に入射した入射光は、被検面で反射されて反射光となった後、入射時とは異なる光路を辿って照明光光学系に戻ることになる。
何れの場合においても、これらの反射光は、最終的に干渉計の撮像素子によって被検面のシェア像を形成する画像の要素として検出されることになるが、既に述べた通り、被検面が完全な球面である場合には反射光の光路と入射光の光路とが完全に一致するにも関わらず、被検面が完全な球面でない場合には反射光の光路は入射光の光路とは全く一致しない。つまり、被検面が完全な球面でない場合に干渉計の撮像素子によって検出された反射光は、この反射光の光路とは一致しない別の入射光を反射して生成されたものであることを意味する。
要するに、従来の干渉計および干渉計に接続された処理装置は、撮像素子によって検出された反射光の光路が入射光の光路と一致したものであるのか、あるいは、反射光の光路とは一致しない別の入射光を反射して生成されたものであるのかを峻別せず、撮像素子によって検出された反射光の光路が入射光の光路と一致したものであることを前提として波面収差分布を最終結果として出力する構成であるため、被検面の実面形状を直接的に把握することができないのである。
そこで、本発明では、干渉計の撮像素子によって検出された反射光が完全な球面によって反射されたものであっても、あるいは、非球面によって反射されたものであっても、少なくとも、この反射光の生成原因となる入射光は、干渉計による測定に際して１点に収束する光路、つまり、仮想された照明光波面上の何れかの法線を辿って被検面に入射した入射光の１つであることに違いはないといった事実に基き、この反射光に対応する入射光の光路を突き止めることにより、これら２つの光路の交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとすることを基本的な作用原理として利用する。
より具体的には、波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の波面分布面側法線とすると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線とする。このうち、照明光波面側法線は、仮想された照明光波面上の何れかの法線を辿って被検面に入射した入射光の光路に相当し、また、波面分布面には被検面で反射された反射光が必ず直交して入射することから、波面分布面を区画して得た各微小セルの波面分布面側法線は、被検面で反射された反射光の光路に相当したものとなる。
従って、波面分布面側法線の各々が、干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した照明光の何れかの反射光の光路と一致することを利用し、波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セル毎に、当該微小セルの波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を特定し、波面分布面の各微小セル毎に、対応する波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めれば、被検面の実面形状のデータを得ることができる。
【０００９】
より具体的には、例えば、被検面が凸面である場合において被検面が完全な球面となる場合には照明光波面から前記１点に収束する入射光の収束位置に至る距離から被検面の近軸曲率半径を減じた距離が照明光波面から被検面に至る距離と一致し、被検面が凹面である場合において被検面が完全な球面となる場合には照明光波面から前記１点に収束する入射光の収束位置に至る距離に被検面の近軸曲率半径を加算した距離が照明光波面から被検面に至る距離と一致するという原則に従って、波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線および当該照明光波面側法線と当該波面分布面側法線との交点を全て求め、被検面が凸面である場合においては、波面分布面と交点との間の波面分布面側法線の長さと照明光波面と交点との間の照明光波面側法線の長さの和すなわち入射光と反射光の光路長の和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と前記照明光波面との間の離間距離に、一点に収束する照明光の収束位置と波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値から被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を減算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求める一方、被検面が凹面である場合においては、波面分布面と交点との間の波面分布面側法線の長さと照明光波面と交点との間の照明光波面側法線の長さの和すなわち入射光と反射光の光路長の和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と前記照明光波面との間の離間距離に、１点に収束する照明光の収束位置から波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値に被検面の設計上の近軸曲率半径の２倍の値を加算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求めることで、この照明光波面側法線と対応する波面分布面側法線を特定することができる。
【００１０】
また、均一な媒質中に置かれた任意の面での反射時において、その面上に存在し、かつその光線が反射する１点の接平面を考えた時、その点からその接平面に垂直に立てた法線に対して、光の入射角と反射角が等しいという原則（スネルの法則）に従って、波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と当該波面分布面側法線とが成す角と被検面の法線と前記求められた照明光波面側法線とが成す角の差が最小となる照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定してもよい。
【００１１】
あるいは、光が被検面の法線に対して対称的に入射反射するという原則に従って、波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面の法線と、当該波面分布面側法線と、前記求められた照明光波面側法線とが同一平面上に位置する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定してもよい。
【００１２】
また、特に、非球面レンズ等を被検面とすることを前提とした場合にあっては、波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置に想定する被検面として、前記１点に収束する入射光の収束位置を中心として有する球の表面を利用することが妥当である。
【００１３】
本発明の被検面形状測定装置は、前記と同様の目的を達成するため、
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想する参照球面生成手段と、
前記参照球面生成手段によって仮想された前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する波面分布面データ生成手段と、
演算用のデータを一時記憶するための記憶手段と、
前記波面分布面データ生成手段によって生成された波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線として前記記憶手段に記憶させると共に、前記、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線として前記記憶手段に記憶させる法線データ抽出手段と、前記記憶手段に記憶された波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セルに対応して前記記憶手段に記憶された反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する照明光光路特定手段と、
前記波面分布面の各微小セル毎に、前記照明光光路特定手段によって対応関係を特定された波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとする実面形状データ生成手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【００１４】
この被検面形状測定装置の作用原理については既に述べた通りである。
【００１５】
また、本発明の被検面形状測定プログラムは、干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理するコンピュータを制御するための被検面形状測定プログラムであり、前記と同様の目的を達成するため、
コンピュータを、
干渉計の撮像素子から出力される被検面のシェア像の画像データを処理して得た波面収差分布のデータで表される波面収差分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想する参照球面生成手段、
前記参照球面生成手段によって仮想された前記参照球面と前記波面収差分布のデータに基いて前記参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する波面分布面データ生成手段、
前記波面分布面データ生成手段によって生成された波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線として前記コンピュータの記憶装置に記憶させると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線として前記コンピュータの記憶装置に記憶させる法線データ抽出手段、
前記コンピュータの記憶装置に記憶された波面分布面側法線の各々が、前記干渉計による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面に入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、前記波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セルに対応して前記前記コンピュータの記憶装置に記憶された反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する照明光光路特定手段、および、
前記波面分布面の各微小セル毎に、前記照明光光路特定手段によって対応関係を特定された波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとする実面形状データ生成手段として機能させることを特徴とした構成を有する。
【００１６】
この被検面形状測定プログラムをインストールしたコンピュータの作用原理については既に述べた通りである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の被検面形状測定方法および被検面形状測定装置と被検面形状測定プログラムは、被検面からの反射光に対応する入射光の光路を突き止め、これら２つの光路の交点位置を求めて被検面の実面形状のデータとするようにしているので、干渉計の撮像素子によって検出された反射光の光路が入射光の光路と一致する場合であっても、また、入射光の光路が反射光の光路とは一致しない場合つまり本来は球面であるべき被検面の形状が加工の異常や損傷あるいは経年変化等によって球面でなくなった場合や、元々の被検面の設計形状が非球面であった場合であっても、被検面の実面形状を直接的に把握することができる。
【００１８】
従って、被検面が完全な球面でない場合、例えば、本来は球面であるべき被検面の形状が加工の異常や損傷あるいは経年変化等によって球面でなくなった場合、または、元々の被検面の設計形状が非球面であるような場合にあっても、参照面として機能する格別な非球面や其れに相当する波面を生成するモジュールを要することなく被検面の実面形状を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に関わる一実施形態の被検面形状測定装置の構成について簡略化して示した機能ブロック図である。
【図２】同実施形態で採用した干渉計の光学系について示した構成図である。
【図３】同実施形態の被検面形状測定装置のハードウェア構成について簡略化して示したブロック図である。
【図４】同実施形態の被検面形状測定装置のＣＰＵによって実行される被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートである。
【図５】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図６】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図７】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図８】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図９】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図１０】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図１１】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図１２】被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートの続きである。
【図１３】照明光波面側法線と波面分布面側法線を記憶する記憶手段のデータテーブルの構成例を示した概念図である。
【図１４】被検体の被検面に照射されて反射する第一，第二の検査光の幾つかの光路について例示した概念図である。
【図１５】照明光の波面と波面分布面との対応関係の一例を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について一例を挙げ、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１は本発明に関わる一実施形態の被検面形状測定装置の構成について簡略化して示した機能ブロック図、図２は此の実施形態で採用した干渉計の光学系ついて示した構成図、図３は被検面形状測定装置のハードウェア構成について簡略化して示したブロック図である。
【００２２】
まず、図２を参照して一種のシェアリング干渉計として機能する干渉計１の構成について簡単に説明する。
【００２３】
干渉計１の主要部は、He-Ne レーザ等で構成されるレーザ光源２と直線偏光用の偏光子として機能する偏光板３およびビームエキスパンダ４と集光レンズ５、ならびに、ビームスプリッタ６と複屈折光学素子７、および、コリメータレンズ８と対物レンズ８’、非球面レンズ等の被検体１３をセットするための支持具９、および、直線偏光用の検光子として機能する偏光板１０と結像レンズ１１、および、受光面として機能するＣＣＤ等の撮像素子１２によって構成される。
【００２４】
このうち、レーザ光源２，偏光板３，ビームエキスパンダ４，集光レンズ５，ビームスプリッタ６，複屈折光学素子７，コリメータレンズ８，対物レンズ８’，支持具９は此の順で単一の光軸Ｌ１上に備えられ、また、他の偏光板１０，結像レンズ１１，撮像素子１２は、光路Ｌ１から側方に光路分割されるかたちでビームスプリッタ６の側方に配備されている。
【００２５】
偏光板３は図２の紙面に垂直な方向の格子を備えたもので、レーザ光源２から出射された光を図２の紙面と垂直な方向の振動のみを有する偏光に直線偏光させる。
【００２６】
複屈折光学素子７はウォーラストンプリズムあるいはノマルスキープリズム等で構成される。この複屈折光学素子７は、レーザ光源２から出て偏光板３で直線偏光され更にビームエキスパンダ４で拡径されて集光レンズ５およびビームスプリッタ６を透過した光Ｓ０を、光軸Ｌ１を含み図２の紙面に垂直な面、すなわち、偏光板３による直線偏光の偏光面に対して交差する向きに出射角度が微小に異なる２つの光束Ｓ１，Ｓ２に分割する向きに配置されている。２つの光束Ｓ１，Ｓ２の内の一方が常光線で他方が異常光線である。
【００２７】
コリメータレンズ８、及び対物レンズ８’は、複屈折光学素子７から僅かに出射角度を違えて出射された光束Ｓ１，Ｓ２を相互に平行な光束とした上で、これらの光束Ｓ１，Ｓ２を第一，第二の検査光として非球面レンズ等の被検体１３の被検面１３ａを照射するためのものである。
【００２８】
複屈折光学素子７には、複屈折光学素子７の姿勢を保持した状態で該複屈折素子７を光軸Ｌ１に沿って移動および位置決め固定するための調整具１４が設けられている。
【００２９】
被検体１３をセットするための支持具９は、光軸Ｌ１に沿った直線移動と、光軸Ｌ１と直交する２軸の各軸方向の直線移動、および、光軸Ｌ１と直交する２軸の各軸の周りでの揺動動作を許容された支持具である。つまり、支持具９は、直線運動に関する自由度３と回転運動に関する自由度２を備えた５軸型の支持具であり、適切な操作によって非球面レンズ等の被検体１３の中心軸を確実に光軸Ｌ１に合致させられるようになっている。
【００３０】
調整具１４および支持具９の構造に関しては、光学機器におけるテレスコピック機構やチルト／シフト機構等として公知であり、調整具１４には、フリンジスキャニング処理に必要とされるπ／２の送りに必要とされる精度を備えた送り機構が設けられている。
【００３１】
偏光板１０は回転操作可能とされ、直線偏光に用いられる格子の配列方向を必要に応じて調整できるようになっている。
【００３２】
以上の構成において、レーザ光源２から出射されたレーザビームは、まず、偏光板３により図２の紙面と垂直な方向に直線偏光されてビームエキスパンダ４で拡径され、集光レンズ５およびビームスプリッタ６を透過して、複屈折光学素子７に照射される。
【００３３】
複屈折光学素子７に照射された光Ｓ０は、複屈折光学素子７を透過する過程で、偏光板３による直線偏光の偏光面に対して交差する向き、つまり、光軸Ｌ１を含み図２の紙面に垂直な面に対して交差する向きに出射角度が微小に異なる２つの光束Ｓ１，Ｓ２に分割され、更に、コリメータレンズ８、対物レンズ８’を透過する過程で相互に平行な光束とされて、支持具９にセットされた非球面レンズ等の被検体１３の被検面１３ａに第一，第二の検査光として垂直に照射される。
【００３４】
被検面１３ａに垂直に照射された第一，第二の検査光（光束Ｓ１，Ｓ２）は被検体１３の被検面１３ａで反射され、照射時の経路に沿って逆行する向きで対物レンズ８’とコリメータレンズ８と複屈折光学素子７を透過することで再び重ね合わせられ、ビームスプリッタ６によって光軸Ｌ１の側方に反射され、光軸Ｌ１から側方に光路分割された位置に配備された偏光板１０を透過して直線偏光された後、結像レンズ１１を経て撮像素子１２上に投影されて干渉縞を形成する。
但し、被検面１３ａが完全な球面でない場合にあっては、被検面１３ａに入射した入射光は被検面１３ａで反射されて入射時とは異なる光路を辿って反射し、対物レンズ８’，コリメータレンズ８，複屈折光学素子７，ビームスプリッタ６，偏光板１０，結像レンズ１１を経て撮像素子１２上に投影されることになる。
【００３５】
図１４は被検体１３の被検面１３ａに照射されて反射する第一，第二の検査光の幾つかの光路について例示した概念図である。l’１〜l’５は図２に示される対物レンズ８’から射出された第一，第二の検査光の光路の例であり、図１４に示される通り、被検体１３の被検面１３ａに対して垂直に、言い換えれば、被検体１３の球心Ｏを１点として収束するようにして入射する。ここで、被検面１３ａが完全な球面であれば、例えば、入射光l’１の反射光は入射時と全く同じ光路を辿ってｋ’１のように球の接平面３１の法線ｍ’１に沿って垂直に反射するが、被検面１３ａが完全な球面でない場合には、入射光l’１の反射光の光路は例えばｋ”１のようになり、入射時の光路l’１とは異なったものとなる。これは、被検面１３ａが非球面であるために入射光l’１の反射位置における接平面３２自体に傾きが生じているからであり、球でない部分の接平面３２の法線ｍ”１を基準として見れば、当然、入射反射の関係から、入射光l’１と接平面３２の法線ｍ”１が成す角と反射光ｋ”１と接平面３２の法線ｍ”１が成す角とは等しい値となり、また、光が被検面１３ａの法線ｍ”１に対して対称的に入反射することからも、入射光l’１の光路と法線ｍ”１と反射光ｋ”１の光路とが同一平面上にあることは明らかである。
【００３６】
なお、撮像素子１２上に投影される干渉縞の位相を調整する場合には、調整具１４を操作して複屈折光学素子７の配備位置を光軸Ｌ１の垂直方向に沿って移動させる。
【００３７】
干渉縞の中心が撮像素子１２の中心からずれている場合には、非球面レンズ等の被検体１３の中心軸が光軸Ｌ１と一致していないことを意味するので、支持具９を操作して被検体１３の位置および姿勢を調整することで被検体１３の中心軸を光軸Ｌ１に一致させる。
【００３８】
また、干渉縞が確認されない場合には、第一，第二の検査光が被検体１３の被検面１３ａに対して垂直に照射されていないことを意味するので、支持具９を操作して被検体１３と対物レンズ８’との離間距離を調整し、第一，第二の検査光が被検面１３ａに対して垂直に照射されるようにする。干渉縞の明度は偏光板１０を回転させることで調整できる。
【００３９】
図２に示される通り、レーザ光源２から出て偏光板３，ビームエキスパンダ４，集光レンズ５，ビームスプリッタ６を透過した光Ｓ０は複屈折光学素子７によって微小に出射角度の異なる２つの光束Ｓ１，Ｓ２に分割され、これらの光がコリメータレンズ８で相互に平行とされて、対物レンズ８’で被検体１３の被検面１３ａに第一，第二の検査光として照射され、その反射光が対物レンズ８’，コリメータレンズ８，複屈折光学素子７，ビームスプリッタ６，偏光板１０，結像レンズ１１を経て撮像素子１２に投影されるので、第一の検査光と其の反射光および第二の検査光と其の反射光の別に関わりなく、これらの光束が通る光学系は完全に同一のものとなり、理論上の測定精度や外乱に対する耐性は、従来型のフィゾー干渉計と比較して高い。
【００４０】
また、第一の検査光と其の反射光および第二の検査光と其の反射光の別に関わりなく、これらの光束が通る光学系が完全に同一であるから、仮に、振動その他の外乱が作用した場合であっても、其の外乱が第一，第二の検査光と其の反射光の光路に対して同等に作用することになり、特に、振動に対する耐性に優れ、干渉縞の生成や維持を容易に行なうことができる。
【００４１】
しかも、第一，第二の検査光が共に被検体１３の被検面１３ａによって反射されているので、振動等による光学部品間の微小な位置ずれは必ずしも重大な問題とはならず、この振動に抗して干渉縞を維持することが可能である。
【００４２】
結果として、干渉計１の設置に必要とされる防振対策の簡略化が可能であり、また、原器となる基準レンズを必要としないことから、非球面レンズ等を初めとする複雑な形状の被検体の被検面を測定する干渉計を低コストにて導入することが可能となる。
【００４３】
光軸Ｌ１上に設置された偏光板３に代えてレーザ光源２からの光を受ける側のビームスプリッタ６の面（図２におけるビームスプリッタ６の左端面）に各種のコーティング技術を用いて偏光子を形成し、光軸Ｌ１から側方に光路分割された位置に配備された偏光板１０の代わりに、撮像素子１２と対向するビームスプリッタ６の面（図２におけるビームスプリッタ６の上端面）に各種のコーティング技術を用いて検光子を形成するようにしてもよい。これにより、干渉計１の更なるコンパクト化が可能となる。
【００４４】
レーザ光源２，偏光板３，ビームエキスパンダ４，集光レンズ５，ビームスプリッタ６，複屈折光学素子７，コリメータレンズ８，対物レンズ８’，支持具９は、単一の光軸Ｌ１上に配置する必要があるが、光軸Ｌ１それ自体が単一の直線に沿っている必要はない。
【００４５】
例えば、干渉計１の全長を短縮する必要があるような状況下では、ビームエキスパンダ４と集光レンズ５の間、および、複屈折光学素子７とコリメータレンズ８との間に、相対的に９０°の角度を成す反射鏡を各１枚ずつ設置することで、全体としての光軸Ｌ１を略Ｕ字型に屈折させて装置全長の短縮が可能である。
【００４６】
この実施形態の被検面形状測定装置１６の主要部は、図１に示されるように、干渉計１の撮像素子１２から出力される被検面のシェア像の画像データを処理して得られる波面収差分布のデータで表される波面収差分布と、波面分布を算出するための参照球面を論理空間内に仮想する参照球面生成手段ａと、参照球面生成手段ａによって仮想された参照球面と波面収差分布のデータに基いて参照球面を基準とする波面分布面のデータを生成する波面分布面データ生成手段ｂと、演算用のデータを一時記憶するための記憶手段ｄと、波面分布面データ生成手段ｂによって生成された波面分布面のデータで表される波面分布面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の反射光を表す波面分布面側法線として記憶手段ｄに記憶させると共に、照明光波面を区画して得た各微小セル毎に当該微小セルの中心を通る法線を求めて各微小セル毎の照明光波面側法線として記憶手段ｄに記憶させる法線データ抽出手段ｃと、波面分布面には被検面１３ａで反射された反射光が必ず直交して入射すること、つまり、記憶手段ｄに記憶された波面分布面側法線の各々が、干渉計１による測定時に１点に収束する光路を辿って被検面１３ａに入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、波面分布面のデータで表される波面分布面の各微小セルに対応して記憶手段ｄに記憶された反射光を表す波面分布面側法線と此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する照明光光路特定手段ｅと、波面分布面の各微小セル毎に、照明光光路特定手段ｅによって対応関係を特定された波面分布面側法線と照明光波面側法線との交点位置を求めて被検面１３ａの実面形状のデータとする実面形状データ生成手段ｆによって構成される。
【００４７】
照明光光路特定手段ｅは、記憶手段ｄに記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線および当該波面分布面側法線と当該照明光波面側法線との交点を全て求め、波面分布面と交点との間の当該波面分布面側法線の長さと照明光波面と交点との間の照明光波面側法線の長さの和が、前記１点に収束する照明光（入射光）の収束位置と前記照明光波面との間の離間距離に、１点に収束する照明光の収束位置から波面分布面の算出に用いた参照球面までの距離を加算し、この値から被検面１３ａの設計上の近軸曲率半径の２倍の値を減算した距離に最も近似する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定する光路長条件対応法線特定機能と、記憶手段ｄに記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面１３ａの法線と当該波面分布面側法線とが成す角と被検面１３ａの法線と求められた照明光波面側法線とが成す角の差が最小となる照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定する入射反射角条件対応法線特定機能と、記憶手段ｄに記憶された波面分布面側法線と交差する照明光波面側法線を全て求め、当該波面分布面側法線と各照明光波面側法線とが交わる位置において想定される被検面１３ａの法線と、当該波面分布面側法線と、求められた照明光波面側法線とが同一平面上に位置する照明光波面側法線を求め、この照明光波面側法線を当該波面分布面側法線に対応する照明光波面側法線として特定する同一平面条件対応法線特定機能を備える。
【００４８】
この実施形態の被検面形状測定装置１６はワークステーションやパーソナルコンピュータ等の一般的なコンピュータによって構成されるもので、図３に示されるように、演算処理用のＣＰＵ１７と、ＣＰＵ１７の駆動制御に必要とされる基本的な制御プログラムを格納したＲＯＭ１８（またはハードディスクドライブ２１）、および、各種のパラメータ等を記憶するための不揮発性メモリ１９と、演算データの一時記憶等に利用されるＲＡＭ２０、ならびに、大容量記憶装置として機能するハードディスクドライブ２１等を備え、ＣＰＵ１７の入出力回路２２には、マン・マシン・インターフェイスとして機能するキーボード２４およびマウス２５とモニタ２３等が接続されている。
【００４９】
図２に示される干渉計１のレーザ光源２は、被検面形状測定装置１６側の入出力インターフェイス２６とレーザ駆動回路２７を介してＣＰＵ１７によってオン／オフ制御され、また、干渉計１の支持具９に設けられた送り機構１５も、入出力インターフェイス２６とドライバ２８を介してＣＰＵ１７によって駆動制御されるようになっている。なお、キーボード２４からの手動操作でパルス発生器２９を作動させてドライバ２８にパルス信号を入力することにより送り機構１５を駆動して調整具１４に微小送りを掛けることも可能である。
【００５０】
干渉計１に設けられたＣＣＤ等の撮像素子１２によって撮像された干渉縞の画像は、ＣＣＤ制御回路３０と入出力インターフェイス２６を介してＣＰＵ１７に読み込まれる。
【００５１】
被検面形状測定装置１６のＣＰＵ１７は、図１の機能ブロック図に示される参照球面生成手段ａ，波面分布面データ生成手段ｂ，法線データ抽出手段ｃ，照明光光路特定手段ｅおよび実面形状データ生成手段ｆとして機能するもので、ＣＰＵ１７を参照球面生成手段ａ，波面分布面データ生成手段ｂ，法線データ抽出手段ｃ，照明光光路特定手段ｅおよび実面形状データ生成手段ｆとして機能させるためのプログラム、および、ＣＰＵ１７を照明光光路特定手段ｅにおける光路長条件対応法線特定機能実現手段，入射反射角条件対応法線特定機能実現手段および同一平面条件対応法線特定機能実現手段として機能させるためのプログラムからなる被検面形状測定プログラムが、予めハードディスクドライブ２１にインストールされている。
【００５２】
また、ＲＡＭ２０は図１の機能ブロック図に示される記憶手段ｄに相当するもので、ＣＰＵ１７が入出力インターフェイス２６およびＣＣＤ制御回路３０を介して撮像素子１２から読み取った干渉縞の画像を一時記憶するためのフレームメモリとしての機能や中間データの一時記憶の機能の他、参照球面生成手段ａが仮想した参照球面や波面分布面データ生成手段ｂが生成した波面分布面のデータ、および、法線データ抽出手段ｃが求めた波面分布面側法線や照明光波面側法線に関連したデータを記憶する機能を有する。
【００５３】
図４〜図１２はコンピュータからなる被検面形状測定装置１６のＣＰＵ１７によって実行される被検面形状測定プログラムの概略について示したフローチャートである。
【００５４】
この段階では既に被検体１３が支持具９に適切にセットされてレーザ光源２の作動が開始されているものとし、図４〜図１２を参照して本実施形態の被検面形状測定方法および被検面形状測定装置１６における参照球面生成手段ａ，波面分布面データ生成手段ｂ，法線データ抽出手段ｃ，記憶手段ｄ，照明光光路特定手段ｅ，実面形状データ生成手段ｆの全体的な処理動作と被検面形状測定プログラムについて具体的に説明する。
【００５５】
測定処理を開始したＣＰＵ１７は、まず、撮像素子１２からの画像の取り込み回数を計数する指標ｉの値を一旦０に初期化した後（ステップａ１）、該指標ｉの値を１インクリメントして（ステップａ２）、その現在値がフリンジスキャニングの必要回数たとえば４回に達しているか否かを判定する（ステップａ３）。
【００５６】
指標ｉの現在値がフリンジスキャニングの必要回数である４回に達していなければ、ＣＰＵ１７は、撮像素子１２からシェア画像のデータを取り込んでＲＡＭ２０の記憶領域の一部を利用して構成されたフレームメモリｉに記憶してから撮像素子１２をリフレッシュし（ステップａ４）、入出力インターフェイス２６およびドライバ２８を介して送り機構１５を駆動し、調整具１４および調整具１４に取り付けられた複屈折光学素子７に、レーザ光の波長の位相でπ／２に相当する量の送りを掛ける（ステップａ５）。
【００５７】
そして、ＣＰＵ１７は前記と同様にしてステップａ２〜ａ５の処理を繰り返し実行し、フレームメモリ１〜フレームメモリ４の各々に０，π／２，π，３π／２の位相のシェア画像を取り込み、ステップａ３の判定結果が偽となって必要数のシェア画像４枚の取り込みが確認された時点で、これらの画像に基いて従来と同様にしてフェイズアンラッピングによる位相接続の処理を実行して波面収差分布の数値データを得て（ステップａ６）、その内容をＲＡＭ２０に一時記憶する（ステップａ７）。
【００５８】
次いで、参照球面生成手段ａとして機能するＣＰＵ１７が、波面収差分布のデータで表される波面収差分布の算出に必要とされる参照球面Ｂを論理空間となるＲＡＭ２０内に仮想する。この参照球面Ｂは被検体１３の球心Ｏと同じ球心を有する球面であればどのようなものであっても構わないが、ここでは一例として、干渉計１の照明光学系の光軸上の射出瞳位置に頂点を置いた参照球面Ｂを利用している。被検体１３および参照球面Ｂの球心Ｏと照明光学系の射出瞳面の位置は干渉計１の機械座標系上で固定的な位置を占めるので、参照球面Ｂを仮想するための格別の演算処理といったものは特に必要なく、参照球面Ｂを現す方程式をハードディスクドライブ２１からＲＡＭ２０に読み込めばこと足りる。そして、波面分布面データ生成手段ｂとして機能するＣＰＵ１７が、ステップａ７の処理でＲＡＭ２０に一時記憶した波面収差分布の数値データと参照球面Ｂの方程式とに基いて、参照球面Ｂを基準とした波面分布面Ｗを表すデータを生成する（以上、ステップａ８）。
【００５９】
参照球面Ｂと波面分布面Ｗとの対応関係の一例を図１５の概念図に示す。参照球面Ｂは既に述べた通り被検体１３の球心Ｏと同じ球心を有して、この球心Ｏと干渉計１の照明光学系の射出瞳位置を結んだ長さを曲率半径に持つ仮想された球面であり、また、波面分布面Ｗは、ＲＡＭ２０に一時記憶した波面収差分布の数値データを参照球面Ｂと比較し算出して得たデータである。波面収差分布の数値データはステップａ６の位相接続の処理によって得られた単純な偏差データの集合体であり、この偏差データの各々を参照球面Ｂに比較し算出して各データの偏差を参照球面Ｂの法線方向に反映させることで波面分布面Ｗを表すデータが得られる。
より具体的には、波面収差分布の各数値データを（ｙｉ，ｚｉ），球心Ｏを中心とする参照球面Ｂの半径をＲ１，使用するレーザ光源２の波長をλ１，参照球面が存在する媒質の屈折率をｎ１，波面収差をｗとした場合、球心Ｏから波面分布面Ｗ上の（ｙｉ，ｚｉ）の対応位置までの距離Ｒ２はＲ２＝ｎ１×ｗ×λ１＋Ｒ１となり、波面分布面Ｗ上の（ｙｉ，ｚｉ）の対応位置と球心Ｏを結ぶ線分が光軸Ｌ１（図１４参照）と成す角θがθ＝ｃｏｓ−１〔（ｙｉ）・（ｙｉ／Ｒ２）〕となることから、波面分布面Ｗ上のｚｉの対応位置ｚはｚ＝Ｒ２・ｓｉｎ（θ）となる。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ１７は、波面分布面データ生成手段ｂによって生成されたデータで表される波面分布面Ｗを予め設定されたセル分割条件Ｃ１つまりセルの分割数の設定値に従ってＣ１個の区画に分割し、各微小セルを現すセルデータＷ１〜ＷＣ１を生成してＲＡＭ２０に記憶させる（ステップａ９）。また、これと同様に、照明光波面Ｅを予め設定されたセル分割条件Ｃ２つまりセルの分割数の設定値に従ってＣ２個の区画に分割し、各微小セルを現すセルデータＥ１〜ＥＣ２を生成してＲＡＭ２０に記憶させる（ステップａ１０）。
【００６１】
次いで、ＣＰＵ１７は、被検面１３ａの実面形状を表すデータの総数を計数するカウンタＱの値と波面分布面Ｗを構成する各微小セルのデータＷ１〜ＷＣ１を順に選択するための指標ｉの値を共に０に初期化した後（ステップａ１１，ステップａ１２）、指標ｉの値を１インクリメントし（ステップａ１３）、その現在値が波面分布面Ｗを構成する微小セルの総数Ｃ１に達しているか否かを判定する（ステップａ１４）。
【００６２】
指標ｉの値が微小セルの総数Ｃ１に達していなければ、法線データ抽出手段ｃとして機能するＣＰＵ１７が、指標ｉの現在値に基いてＲＡＭ２０から波面分布面Ｗを構成する１つの微小セルのデータＷｉを読み込み（ステップａ１５）、この微小セルＷｉの中心Ａｉの座標と中心Ａｉを通る法線ｋｉつまり微小セルＷｉに対応した波面分布面側法線ｋｉの方程式を求めて、記憶手段ｄとして機能するＲＡＭ２０に記憶させる（ステップａ１６）。
【００６３】
図１５に示されるように、被検面１３ａで反射された反射光は必ず波面分布面Ｗに直交して入射することから、この波面分布面側法線ｋｉは、被検面１３ａで反射されて波面分布面Ｗを構成する１つの微小セルＷｉに入射した反射光の光路に相当するものであるということができる。
【００６４】
次いで、ＣＰＵ１７は、この段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと交差する照明光波面側法線の総個数を計数するカウンタｎの値と照明光波面Ｅを構成する各微小セルのデータＥ１〜ＥＣ２を順に選択するための指標ｊの値を共に０に初期化した後（ステップａ１７，ステップａ１８）、指標ｊの値を１インクリメントし（ステップａ１９）、その現在値が照明光波面Ｅを構成する微小セルの総数Ｃ２に達しているか否かを判定する（ステップａ２０）。
【００６５】
指標ｊの値が微小セルの総数Ｃ２に達していなければ、法線データ抽出手段ｃとして機能するＣＰＵ１７は、指標ｊの現在値に基いてＲＡＭ２０から照明光波面Ｅを構成する１つの微小セルのデータＥｊを読み込み（ステップａ２１）、この微小セルＥｊの中心Ｄｊの座標と中心Ｄｊを通る法線lｊつまり微小セルのデータＥｊに対応した照明光波面側法線lｊの方程式を求める（ステップａ２２）。
ここでは、一例として、波面分布面Ｗの場合と同様の手続によって照明光波面Ｅを分割して入射光の光路を表す照明光波面側法線l１〜lＣ２を立てるための微小セルE１〜EＣ２を仮想し、その中心Ｄ１〜ＤＣ２に照明光波面側法線l１〜lＣ２を立てるようにしているが、照明光波面側法線l１〜lＣ２を立てるために必ずしも照明光波面Ｅを分割する必要はなく、例えば、照明光波面Ｅ上の点Ｄ１〜ＤＣ２を予めユーザが指定した任意の微小な刻み間隔で選択し、球心Ｏと点Ｄ１〜ＤＣ２の各関係から照明光波面側法線l１〜lＣ２を求めるようにしてもよい。この場合、選択された照明光波面Ｅ上の点Ｄ１〜ＤＣ２それ自体が微小セルE１〜EＣ２の中心を意味するので、照明光波面Ｅを分割する処理や微小セルE１〜EＣ２の中心を計算するステップａ１０の処理は不要である。
或いは、球心Ｏを通る直線l１〜lＣ２を予めユーザが指定した任意の微小な刻み角度で選択し、直線l１〜lＣ２の各々を照明光波面側法線l１〜lＣ２とし、照明光波面側法線l１〜lＣ２と照明光波面Ｅとの交点を前述のＤ１〜ＤＣ２としても同じことである。
【００６６】
次いで、法線データ抽出手段ｃおよび実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７は、ステップａ１６の処理で求められた波面分布面側法線ｋｉすなわち現時点で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと照明光波面側法線lｊが交わるか否かを判定し（ステップａ２３）、両者が交わる場合に限ってカウンタｎの値を１インクリメントし（ステップａ２４）、記憶手段ｄとして機能するＲＡＭ２０内に構築されたデータテーブルｇの第ｎアドレスに、照明光波面側法線lｊの方程式を方程式lｎとして記憶させ、また、波面分布面側法線ｋｉと照明光波面側法線lｊの交点の座標を交点Ｐｎとして記憶させ、更に、この微小セルＥｊの中心Ｄｊの座標を中心Ｄｎとして記憶させる（ステップａ２５）。図１３にデータテーブルｇの論理構成の一例を示す。
なお、ステップａ２３の判定結果が偽となった場合、つまり、現時点で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと照明光波面側法線lｉとが交わらないことが明らかとなった場合には、ステップａ２４〜ステップａ２５の処理は非実行とされ、カウンタｎの値は其のままの状態に保持され、データテーブルｇには何も書き込まれない。
【００６７】
そして、ＣＰＵ１７は、指標ｊの値を改めて１インクリメントし（ステップａ１９）、その現在値が照明光波面Ｅを構成する微小セルの総数Ｃ２に達しているか否かを判定し（ステップａ２０）、達していなければ、前記と同様にしてステップａ２１〜ステップａ２５の処理とステップａ１９〜ステップａ２０の処理を繰り返し実行する。
【００６８】
従って、指標ｊの値が照明光波面Ｅを構成する微小セルの総数Ｃ２に達してステップａ２０の判定結果が偽となった時点では、照明光波面Ｅを構成する微小セルのデータＥ１〜ＥＣ２の各々に対応した照明光波面側法線l１〜lＣ２のうちステップａ１６の処理で求められた波面分布面側法線ｋｉつまり現時点で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと交差する全ての照明光波面側法線が抽出され、各照明光波面側法線の方程式および此れに関連する交点と中心の座標がデータテーブルｇに全て記憶されることになる（図１３参照）。
【００６９】
そして、データテーブルｇに記憶されるデータセットの個数はカウンタｎの最終値に反映される。
【００７０】
一例として、波面分布面Ｗを構成する１つの微小セルＷｉを例にとり、その中心Ａｉを通る波面分布面側法線ｋｉと此の波面分布面側法線ｋｉに交差する照明光波面側法線の幾つかの例について図１５に示す。
既に述べた通り、波面分布面側法線ｋｉは波面分布面Ｗを構成する１つの微小セルＷｉに入射した被検面１３ａからの反射光の光路に相当するものであり、照明光波面側法線l１〜l９の各々は、照明光波面Ｅ上の何れかの法線を辿って被検面１３ａに入射した入射光の光路に相当するものである。図１５に示される例では、照明光波面側法線l１〜l９のうち照明光波面側法線l１〜l７が此の時点で評価対象とされている波面分布面側法線ｋｉと交差するが、照明光波面側法線l８〜l９は波面分布面側法線ｋｉとは交差しないので、これらの照明光波面側法線l１〜l９うちデータテーブルｇに記憶されるのは照明光波面側法線l１〜l７の方程式および此れに関連する交点と中心の座標のみで、照明光波面側法線l８〜l９に関連するデータは全て無視されることになる。この場合、カウンタｎの最終値は７となる。
また、被検面１３ａで反射された反射光は必ず波面分布面Ｗに直交して入射することとなるから、波面分布面側法線ｋｉが被検面１３ａで反射されて微小セルＷｉに入射した反射光の光路と同等あることは自明である。
干渉計１の撮像素子１２によって検出されたシェアリング像を作る反射光が完全な球面によって反射されたものであっても、あるいは、非球面によって反射されたものであっても、少なくとも、この反射光の生成原因となる入射光は、干渉計１による測定に際して１点に収束する光路、つまり、照明光波面Ｅの何れかの法線を辿って被検面１３ａに入射した入射光の１つであることには疑いの余地はなく、図１５に示される照明光波面側法線l１〜l９のうち被検面１３ａで反射されて波面分布面側法線ｋｉと同等の光路を有する反射光を形成する可能性があるのは、反射光に相当する波面分布面側法線ｋｉと交差する入射光、つまり、照明光波面側法線l１〜l７に相当する入射光のみということになる。従って、これを一般化すれば、全ての照明光波面側法線l１〜lＣ２のうちステップａ２５で抽出された照明光波面側法線、つまり、データテーブルｇに記憶された照明光波面側法線l１〜lｎのみが、波面分布面側法線ｋｉと同等の光路を有する反射光を形成する可能性のある入射光を表す方程式の候補となる。
【００７１】
次いで、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、データテーブルｇに記憶された照明光波面側法線つまり反射光に対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線を特定する際に乖離度の判定に用いる最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．に設定可能最大値を初期値として設定し（ステップａ２６）、この段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと交差した照明光波面側法線の各々に関連したデータをデータテーブルｇから順に読み出すための指標ｊの値を０に初期化した後（ステップａ２７）、指標ｊの値を１インクリメントし（ステップａ２８）、該指標ｊの値がデータテーブルｇに記憶されたデータセットの総数ｎに達しているか否かを判定する（ステップａ２９）。
【００７２】
そして、指標ｊの現在値がデータテーブルｇに記憶されたデータセットの総数ｎに達していなければ、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、指標ｊの現在値に基いてデータテーブルｇから１セットのデータ、つまり、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉに交差する１つの照明光波面側法線の方程式lｊと、この照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊと、この照明光波面側法線lｊに対応する照明光波面Ｅの微小セルの中心Ｄｊとを読み出し（ステップａ３０）、更に、図１５に示されるように、被検体１３の球心Ｏを中心として照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを通る球Ｒを想定して球Ｒ上の位置Ｐｊにおける法線の方程式ｍｊを求めた後（ステップａ３１）、照明光光路特定手段ｅを起動して、ステップａ３０の処理で読み出したデータセットに対応する照明光波面側法線が現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと対を成すものとして適当であるか否かを判定するための処理を開始する。
【００７３】
既に述べた通り、この実施形態の照明光光路特定手段ｅには、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと対を成す照明光波面側法線を特定するための機能として、光路長条件対応法線特定機能，入射反射角条件対応法線特定機能，同一平面条件対応法線特定機能といった３つの機能があり、ユーザからの要望に応じたフラグの切り替え処理等により、何れかの機能を選択して波面分布面側法線ｋｉと対を成す照明光波面側法線を特定することかできるようになっている。
【００７４】
ここで、光路長条件対応法線特定機能が選択されていた場合、つまり、ステップａ３２の判定結果が真となった場合には、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７はＳＵＢ（Ａ）の処理に移行し、まず、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉに対応する波面分布面Ｗの微小セルＷｉの中心としてステップａ１６の処理でＲＡＭ２０に記憶された中心Ａｉの値と、ステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊの値とに基いて、中心Ａｉと交点Ｐｊとの間の離間距離ＡＰ、つまり、波面分布面Ｗから波面分布面側法線ｋｉと照明光波面側法線lｊとの交点Ｐｊに至る波面分布面側法線ｋｉの長さＡＰを求め（図１５参照）、この値をレジスタＡＰに一時記憶する。
また、これと同様に、ステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊに対応する照明光波面Ｅの微小セルの中心Ｄｊの値と、ステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊの値とに基いて、中心Ｄｊと交点Ｐｊとの間の離間距離ＢＰ、要するに、照明光波面Ｅから波面分布面側法線ｋｉと照明光波面側法線lｊとの交点Ｐｊに至る照明光波面側法線lｊの長さＢＰを求め（図１５参照）、この値をレジスタＢＰに一時記憶する（ステップｂ１）。
【００７５】
次いで、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、球心Ｏを１点として収束する照明光の収束位置Ｏと照明光波面Ｅとの間の離間距離に、１点に収束する照明光の収束位置Ｏから波面分布面の算出に用いた既知である参照球面までの距離を加算し、この値から既知である被検面１３ａの設計上の近軸曲率半径ｒの２倍の値を減算した距離の値Ｖ（以下、等光路長条件という）から、離間距離ＡＰと離間距離ＢＰの加算値を減算することによりＶとＡＰ＋ＢＰとの間の偏差Ｓ＝｜Ｖ−（ＡＰ＋ＢＰ）｜を求め（ステップｂ２）、偏差Ｓと最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の現在値との大小関係を比較する（ステップｂ３）。
但し、近軸曲率半径ｒの値を減じるのは被検面１３ａが凸面の場合であり、被検面１３ａが凹面の場合は近軸曲率半径ｒを球心Ｏを１点として収束する照明光の収束位置と照明光波面Ｅとの間の離間距離に加算することになる。
【００７６】
ここで、ステップｂ３の判定結果が偽となった場合、つまり、これ以前に求められてきた全ての偏差の値よりも此の度の処理で求められた偏差Ｓの値の方が小さいと判定された場合には、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、取り敢えず、今回のステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊに対応する入射光が現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉに対応する反射光と対を成すものとなる可能性が最も高いと見做し、この照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを、波面分布面Ｗの微小セルＷｉに対応した被検面１３ａ上の実面形状の位置を表すデータの１候補としてデータ候補記憶レジスタＲに一時記憶すると共に（ステップｂ４）、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の値を偏差Ｓの現在値つまり現時点で最小となっている偏差の値Ｓに置き換える（ステップｂ５）。
【００７７】
次いで、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、この段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉと交差した照明光波面側法線の各々に関連したデータをデータテーブルｇから順に読み出すための指標ｊの値を改めて１インクリメントし（ステップａ２８）、該指標ｊの値がデータテーブルｇに記憶されたデータセットの総数ｎに達しているか否かを判定する（ステップａ２９）。
【００７８】
指標ｊの現在値がデータセットの総数ｎに達していなければ、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、指標ｊの現在値に基いて前記と同様にしてステップａ３０〜ステップａ３２およびＳＵＢ（Ａ）の処理を繰り返し実行する。
【００７９】
このようにして、指標ｊの値が順次インクリメントされ、その都度、指標ｊの値に対応した照明光波面側法線lｊに関連したデータセットがデータテーブルｇから次々と読み出されてステップａ２９〜ステップａ３２およびＳＵＢ（Ａ）の処理の対象とされる。
【００８０】
従って、最終的にステップａ２９の判定結果が偽となった時点で、此れらの照明光波面側法線l１〜lｎのうち偏差Ｓの値が最小となる照明光波面側法線、要するに、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉの表す反射光に対応した入射光の光路を表す照明光波面側法線として適切であると考えられる照明光波面側法線が一義的に特定され、この照明光波面側法線と波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊの値が実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７によってデータ候補記憶レジスタＲに保持されることとなる。
【００８１】
次いで、実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７は、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉが表す反射光に対応した照明光の光路を表す照明光波面側法線として特定された照明光波面側法線に対応して求められた偏差Ｓの値、つまり、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の最終値が許容値εの範囲内にあるか否かを判定する（ステップａ３４）。
【００８２】
ここで、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の最終値が許容値εの範囲内にあれば、実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７は、このＤｍｉｎ．の値を偏差Ｓとして備えた照明光波面側法線が、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉの表す反射光に対応した入射光の光路を示す照明光波面側法線として適切なものであると見做して、被検面１３ａの実面形状を表すデータの総数を計数するカウンタＱの値を１インクリメントし（ステップａ３５）、カウンタＱの現在値に対応する実面形状データ記憶レジスタＲ（Ｑ）にデータ候補記憶レジスタＲの値を其のまま記憶させる（ステップａ３６）。
また、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の最終値が許容値εの範囲を超えている場合には、実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７は、このＤｍｉｎ．の値を偏差Ｓとして備えた照明光波面側法線は、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉの表す反射光に対応した照明光の光路を表す照明光波面側法線としては不適切なものであると見做してステップａ３５〜ステップａ３６の処理を非実行とする。従って、この場合、カウンタＱの値は更新されず、データ候補記憶レジスタＲの値も形状データ記憶レジスタには転送されない。
【００８３】
つまり、ステップａ２８〜ステップａ３２およびＳＵＢ（Ａ）によって形成されるループ処理とステップａ３４〜ステップａ３６の処理によって得られるのは、波面分布面Ｗ（Ｗｉ）と交点Ｐｊとの間の波面分布面側法線ｋｉの長さＡＰと照明光波面Ｅ（Ｅｊ）と交点Ｐｊとの間の照明光波面側法線lｊの長さＢＰの和であるＡＰ＋ＢＰの値が、１点に収束する照明光（入射光）の収束位置である球心Ｏと照明光波面Ｅとの間の離間距離に、１点に収束する照明光の収束位置Ｏから波面分布面の算出に用いた既知である参照球面までの距離を加算し、この値から既知である被検面１３ａの設計上の近軸曲率半径ｒの２倍の値を減算した値Ｖに最も近似するようになる照明光波面側法線lｊと、この照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊ（Ｒ（Ｑ））の値である。
【００８４】
この実施形態では、被検面１３ａの実面形状と設計上の被検面１３ａの形状が完全に一致した際にＳ＝｜Ｖ−（ＡＰ＋ＢＰ）｜＝０となることから、偏差Ｓの値が最小となる照明光波面側法線lｊを、その段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉが表す反射光に対応した入射光の光路を表す照明光波面側法線として最も適切なものとして判断するようにしている。
【００８５】
次いで、ＣＰＵ１７は、波面分布面Ｗを構成する各微小セルのデータＷ１〜ＷＣ１を順に選択するための指標ｉの値を改めて１インクリメントし（ステップａ１３）、その現在値が波面分布面Ｗを構成する微小セルの総数Ｃ１に達しているか否かを判定し（ステップａ１４）、達していなければ、指標ｉの現在値に基いてＲＡＭ２０から波面分布面Ｗを構成する１つの微小セルのデータＷｉを新たに読み込み（ステップａ１５）、前記と同様にして、ステップａ１６〜ステップａ２７の処理と、ステップａ２８〜ステップａ３２およびＳＵＢ（Ａ）によって形成されるループ処理と、ステップａ３４〜ステップａ３６の処理を繰り返し実行する。
【００８６】
従って、最終的にステップａ１４の判定結果が偽となった時点で、例えば、波面分布面Ｗを構成する各微小セルＷ１〜ＷＣ１に対応する波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１の全てについて、各波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１の各々と対を成す照明光波面側法線l１〜lＣ１が特定され、波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１と照明光波面側法線l１〜lＣ１との交点Ｐ１〜ＰＣ１が求められ、交点Ｐ１〜ＰＣ１の位置データが形状データ記憶レジスタＲ（１）〜Ｒ（Ｃ１）に格納されることになる。
【００８７】
次いで、ＣＰＵ１７は、形状データ記憶レジスタＲ（１）〜Ｒ（Ｃ１）に格納された位置データＲ（１）〜Ｒ（Ｃ１）を公知のＺｅｒｎｉｋｅフィッティングや最少二乗近似法などを利用して最適化して補間し、これらの位置データＲ（１）〜Ｒ（Ｃ１）によって表される被検体１３の実面形状の画像を例えばモニタ２３等に出力して表示し（ステップａ３７）、更に、必要に応じて被検体１３の設計データをハードディスクドライブ２１等から読み出し、位置データＲ（１）〜Ｒ（Ｃ１）によって表される被検体１３の実面形状と設計上の形状とを比較して両者間の偏差（加工誤差等）を被検体１３の実面形状の要所要所に対応させてモニタ２３に数値表示するなどの処理を行なう（ステップａ３８）。
【００８８】
そして、ＣＰＵ１７は、キーボード２４やマウス２５を利用してユーザがリトライ要求を入力しているか否かを判定し（ステップａ３９）、リトライ要求があれば、このリトライ要求に応じてセル分割条件Ｃ１，Ｃ２の変更処理や照明光波面側法線を特定するための機能の切り替えに要するフラグの設定変更処理など実行した後（ステップａ４０）、改めてステップａ９の処理に復帰して、再設定されたセル分割条件や再選択された照明光波面側法線の特定機能等に従って、前記と同等の処理操作を繰り返し実行する。
【００８９】
次に、入射反射角条件対応法線特定機能が選択されていた場合の処理、つまり、ステップａ３２の判定結果が偽かつステップａ３３の判定結果が真となった場合の処理について説明する。
【００９０】
この場合、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７はＳＵＢ（Ｂ）の処理に移行し、まず、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉつまりステップａ１６の処理でＲＡＭ２０に記憶された波面分布面側法線ｋｉと被検体１３の球心Ｏを中心として照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを通る球Ｒを想定して球Ｒ上の位置Ｐｊにおいて求めた法線ｍｊとが成す角θ１を求め（ステップｃ１／図１５参照）、更に、ステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊと法線ｍｊとが成す角θ２を求めてから（ステップｃ２／図１５参照）、両者間の角度の偏差Ｓ＝｜θ１−θ２｜を求め（ステップｃ３）、偏差Ｓと最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の現在値との大小関係を比較する（ステップｃ４）。
【００９１】
ここで、ステップｃ４の判定結果が偽となった場合、つまり、これ以前に求められてきた全ての偏差の値よりも此の度の処理で求められた偏差Ｓの値の方が小さいと判定された場合には、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、取り敢えず、今回のステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊに対応する入射光が現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉに対応する反射光と対を成すものとなる可能性が最も高いと見做し、この照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを、波面分布面Ｗの微小セルＷｉに対応した被検面１３ａ上の実面形状の位置を表すデータの１候補としてデータ候補記憶レジスタＲに一時記憶すると共に（ステップｃ５）、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の値を偏差Ｓの現在値つまり現時点で最小となっている偏差の値Ｓに置き換える（ステップｃ６）。
【００９２】
これ以降の処理に関しては、前述の光路長条件対応法線特定機能が選択されていた場合の処理と同様であり、最終的にステップａ２９の判定結果が偽となった時点で、照明光波面側法線l１〜lｎのうち偏差Ｓの値が最小となる照明光波面側法線、要するに、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉの表す反射光に対応した照明光（入射光）の光路を表す照明光波面側法線として適切であると考えられる照明光波面側法線が一義的に特定され、この照明光波面側法線と波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊの値が実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７によってデータ候補記憶レジスタＲに保持されることとなる。
【００９３】
この実施形態では、光の入射角と反射角が等しいという原則に従って、Ｓ＝｜θ１−θ２｜の値が最小となる照明光波面側法線lｊつまりθ１の値とθ２の値が最も近似するようになる照明光波面側法線lｊを、その段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉが表す反射光に対応した入射光の光路を表す照明光波面側法線として最も適切なものとして判断するようにしている。
【００９４】
また、照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊにおける被検面１３ａの実面形状として球心Ｏを中心として照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを通る球Ｒを想定し、この球Ｒ上の接平面が入射光を反射しているものと想定するのは、被検体１３となるものとしては球面レンズあるいは非球面レンズといったものが一般的であり、被検面１３ａの表面に不連続的な傾きの変化が生じないことを前提しているからである。
【００９５】
次に、同一平面条件対応法線特定機能が選択されていた場合の処理、つまり、ステップａ３２およびステップａ３３の判定結果が共に偽となった場合の処理について説明する。
【００９６】
この場合、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７はＳＵＢ（Ｃ）の処理に移行し、まず、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉつまりステップａ１６の処理でＲＡＭ２０に記憶された波面分布面側法線ｋｉの方向ベクトルと被検体１３の球心Ｏを中心として照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを通る球Ｒを想定して球Ｒ上の位置Ｐｊにおいて求めた法線ｍｊの方向ベクトルとの外積Ｖ１を求め（ステップｄ１）、更に、ステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊの方向ベクトルと外積Ｖ１の内積Ｖ２を求めてから（ステップｄ２）、内積Ｖ２と最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の現在値との大小関係を比較する（ステップｄ３）。
【００９７】
ここで、ステップｄ３の判定結果が偽となった場合、つまり、これ以前に求められてきた全ての内積の値よりも此の度の処理で求められた内積Ｖ２の値の方が小さいと判定された場合には、照明光光路特定手段ｅとして機能するＣＰＵ１７は、取り敢えず、今回のステップａ３０の処理で読み出された照明光波面側法線lｊに対応する入射光が現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉに対応する反射光と対を成すものとなる可能性が最も高いと見做し、この照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを、波面分布面Ｗの微小セルＷｉに対応した被検面１３ａ上の実面形状の位置を表すデータの１候補としてデータ候補記憶レジスタＲに一時記憶すると共に（ステップｄ４）、最小エラー値記憶レジスタＤｍｉｎ．の値を内積Ｖ２の現在値つまり現時点で最小となっている内積Ｖ２の値に置き換える（ステップｄ５）。
【００９８】
これ以降の処理に関しては、前述の光路長条件対応法線特定機能が選択されていた場合の処理や入射反射角条件対応法線特定機能が選択されていた場合の処理と同様であり、最終的にステップａ２９の判定結果が偽となった時点で、照明光波面側法線l１〜lｎのうち内積Ｖ２の値が最小となる照明光波面側法線、要するに、現段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉの表す反射光に対応した入射光の光路を表す照明光波面側法線として適切であると考えられる照明光波面側法線が一義的に特定され、この照明光波面側法線と波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊの値が実面形状データ生成手段ｆの一部として機能するＣＰＵ１７によってデータ候補記憶レジスタＲに保持されることとなる。
【００９９】
この実施形態では、光が被検面１３ａの法線ｍｊに対して対称的に入射反射するという原則に従って、内積Ｖ２の値が最小となる照明光波面側法線lｊつまり被検面１３ａの法線ｍｊと照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとが同一平面状にあることを条件として、その段階で評価対象として選択されている波面分布面側法線ｋｉが表す反射光に対応した入射光の光路を表す照明光波面側法線として最も適切な照明光波面側法線lｊを特定するようにしている。
【０１００】
既に述べた通り、照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊにおける被検面１３ａの実面形状として球心Ｏを中心として照明光波面側法線lｊと波面分布面側法線ｋｉとの交点Ｐｊを通る球Ｒを想定し、この球Ｒ上の接平面が入射光を反射しているものと想定するのは、被検体１３となるものとしては球面レンズあるいは非球面レンズといったものが一般的であり、被検面１３ａの表面に不連続的な傾きの変化が生じないことを前提しているからである。
【０１０１】
以上に述べた通り、この実施形態の被検面形状測定方法，被検面形状測定装置，被検面形状測定プログラムにあっては、波面分布面Ｗを区画して得た各微小セルＷ１〜ＷＣ１毎の波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１の各々が、干渉計１による測定時に被検体１３の球心Ｏとなる１点に収束する光路を辿って被検面１３ａに入射した入射光の何れかの反射光の光路と一致することに基いて、波面分布面Ｗの微小セルＷ１〜ＷＣ１における波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１すなわち被検面１３ａからの反射光に相当する波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１毎に、これに対応する照明光波面側法線l１〜lＣ１つまり入射光の光路を突き止め、これら２つの光路すなわち波面分布面側法線ｋ１〜ｋＣ１と照明光波面側法線l１〜lＣ１の交点位置Ｒ（１）〜Ｒ（Ｃ１）を求めて被検面１３ａの実面形状のデータとするようにしているので、干渉計１の撮像素子１２によって検出された反射光の光路が入射光の光路と一致する場合（被検面１３ａが球面の場合）であっても、また、入射光の光路が反射光の光路とは一致しない場合（被検面１３ａが非球面の場合）であっても、被検体１３の被検面１３ａの実面形状を直接的に把握して画像による表示もしくは数値データによる表示で的確に示すことができる。
【０１０２】
従って、被検面１３ａが完全な球面でない場合、例えば、本来は球面であるべき被検面１３ａの形状が加工の異常や損傷あるいは経年変化等によって球面でなくなった場合、または、元々の被検面１３ａの設計形状が非球面であるような場合にあっても、参照面として機能する物理的な非球面や其れに相当する波面を生成するモジュールを要することなく被検面１３ａの実面形状を容易かつ廉価に測定することができ、また、被検面１３ａの部分的な計測やデータの合成等も不要なことから演算に必要とされる所要時間も短縮され、非接触式の測定であるから高価な被検レンズ損傷させるといった心配もなく、製造現場において高価な被検レンズの全数検査を実施することも可能となる。
【０１０３】
以上に述べた実施形態では、照明光光路特定手段ｅが、光路長条件対応法線特定機能と入射反射角条件対応法線特定機能と同一平面条件対応法線特定機能のうちから何れか１つの機能をユーザからの要望に応じて選択し、選択した１つの機能のみに基いて波面分布面Ｗの各微小セルＷｉに対応する反射光を表す波面分布面側法線ｋｉと此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線lを特定するようにした例について述べたが、光路長条件対応法線特定機能，入反射角条件対応法線特定機能，同一平面条件対応法線特定機能を２つ以上組み合わせて、或いは、全ての機能を併用して、波面分布面側法線ｋｉと此れに対応する入射光の光路を表す照明光波面側法線lを特定するようにしてもよい。
【０１０４】
また、以上に述べた実施形態では、シェアリング干渉計に対して被検面形状測定方法，被検面形状測定装置，被検面形状測定プログラムを適用する場合について例示したが、本発明の被検面形状測定方法，被検面形状測定装置，被検面形状測定プログラムの用途は、特にシェアリング干渉計に限定されるものではなく、物理的な参照球面の有無に関わらず、３次元的に波面収差分布を測定する機能を有する干渉計でさえあれば、被検面の形状を特定し、かつ、被検面と設計値の乖離量となる誤差等を計測することが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  干渉計
２  レーザ光源
３  偏光板
４  ビームエキスパンダ
５  集光レンズ
６  ビームスプリッタ
７  複屈折光学素子
８  コリメータレンズ
８’  対物レンズ
９  支持具
１０  偏光板
１１  結像レンズ
１２  撮像素子
１３  被検体
１３ａ  被検面
１４  調整具
１５  送り機構
１６  被検面形状測定装置
１７  ＣＰＵ（参照球面生成手段，波面分布面データ生成手段，法線データ抽出手段，照明光光路特定手段，実面形状データ生成手段）
１８  ＲＯＭ
１９  不揮発性メモリ
２０  ＲＡＭ（記憶手段）
２１  ハードディスクドライブ
２２  入出力回路
２３  モニタ
２４  キーボード
２５  マウス
２６  入出力インターフェイス
２７  レーザ駆動回路
２８  ドライバ
２９  パルス発生器
３０  ＣＣＤ制御回路
３１，３２  接平面
ａ  参照球面生成手段
ｂ  波面分布面データ生成手段
ｃ  法線データ抽出手段
ｄ  記憶手段
ｅ  照明光光路特定手段
ｆ  実面形状データ生成手段
ｇ  データテーブル
Ｂ  参照球面
Ｗ  波面分布面
Ｅ  照明光の波面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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