(57)【要約】 【課題】  被検面の曲率に伴って生じる被検面の位置の計測誤差を低減するために有利な技術を提供する。【解決手段】  計測装置は、収束光を被検面に照射する光学系と、前記被検面で反射された前記収束光の反射光を検出する検出部と、前記検出部が検出した結果を処理して前記反射光の評価値を生成し、前記評価値と、前記収束光の照射位置と評価値との関係を示す第１データと、前記被検面が曲率を持つことに起因する前記照射位置の計測だまされを示す第２データと、に基づいて前記被検面の位置を決定する処理部と、を備える。【選択図】  図１
2014215095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の位置を計測する計測装置であって、
収束光を前記被検面に照射する光学系と、
前記被検面で反射された前記収束光の反射光を検出する検出部と、
前記検出部が検出した結果を処理して前記反射光の評価値を生成し、前記評価値と、前記収束光の照射位置と評価値との関係を示す第１データと、前記被検面が曲率を持つことに起因する前記照射位置の計測だまされを示す第２データと、に基づいて前記被検面の位置を決定する処理部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記評価値は、前記反射光の波面のパワー成分の値である、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記検出部は、シャックハルトマン波面センサ、シアリング干渉を利用したシアリング波面センサまたはコノスコピック干渉を利用した波面センサを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記評価値は、前記反射光の光量である、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記反射光が通過する領域を制限する遮光部材を含み、前記処理部は、前記遮光部材を通過した反射光の光量を前記評価値として生成する、ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記評価値は、前記反射光の光量分布を示す値である、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項７】
前記処理部は、コントラスト法により前記光量分布の幅またはコントラストを前記評価値として生成する、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記処理部は、臨界角法、非点収差法またはナイフエッジ法により前記光量分布の非対称性を示す値を前記評価値として生成する、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記被検面の曲率をパラメータとする複数の第１データに基づいて前記被検面の曲率に応じた第１データを生成する、又は、前記複数の第１データの中から前記被検面の曲率に応じた第１データを選択することによって前記被検面の曲率に応じた第１データを決定し、該決定された第１データを用いて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記処理部は、前記被検面の形状の設計データ又は曲率に基づいて前記被検面の曲率に応じた第１データを演算によって生成し、該生成された第１データを用いて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記光学系の焦点位置と前記被検面との相対距離を変化させる駆動部をさらに備え、
前記処理部は、前記駆動部により前記相対距離を変化させながら前記検出部が検出した結果を処理して前記収束光の複数の照射位置における複数の評価値を生成し、該複数の照射位置における複数の評価値に基づいて前記被検面の曲率に応じた第１データを生成し、該生成された第１データを用いて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記処理部は、前記被検面の曲率をパラメータとする複数の前記第２データに基づいて前記被検面の曲率に応じた第２データを生成する、又は、前記複数の第２データの中から前記被検面の曲率に応じた第２データを選択することによって前記被検面の曲率に応じた第２データを決定し、該決定された第２データを用いて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の位置を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光を被検面上の検出部位に集光させ、被検面からの反射光の波面のパワー成分を検出することによって被検面の位置を算出する技術が知られている。この技術は、被検面に検出部位に集光させる光学系の焦点位置と被検面の検出部位が一致した場合に反射光の波面のデフォーカス成分が消失する、という原理を利用している。ここで波面のデフォーカス成分は、波面のパワー成分を検出することによって取得できる。焦点位置と被検面との間に距離があった場合、その距離に応じて発生する波面のデフォーカス成分は、理論式や原器の実測値などに基づいて算出可能である。
【０００３】
したがって、検出したデフォーカス成分を上述の手法により焦点位置からの距離に変換し、その距離に焦点距離を加算したものが光学系の主点位置と被検面の位置である。このようにして被検面の位置を計測している。また別の一例では、実際にデフォーカス成分が０となる位置まで相対距離を変化させ、その駆動値と焦点距離から被検面の位置を算出する方法もある。これらの技術の従来例としては、特許文献１に示すようなシャックハルトマン波面センサを用いたものや、特許文献２に示すようなシアリング干渉を利用したものや、特許文献３に示すようなコノスコピック干渉を利用したものがある。
【０００４】
また別の従来の技術として、非特許文献１に示すような共焦点を利用して被検面の位置を算出する技術がある。ここでは、共焦点位置にピンホールや入射径の小さい光ファイバや導波路等を設けて、そこを通過した光の光量の検出を行う。この技術は、焦点位置と被検面が一致した場合に最も強度の高い光量が検出される、という原理を利用して被検面の位置の計測を行っている。即ち、焦点位置と被検面との相対距離を変化させて光量の変化を検出し、最も強度の高い駆動位置と焦点距離から被検面の位置を算出する。
【０００５】
また別の従来の技術として、非特許文献１に示すような一般にコントラスト法、臨界角法、非点収差法、ナイフエッジ法として知られている、反射光の光量分布を検出して被検面の位置を算出する技術がある。光量分布の評価量は、コントラスト法の場合には光量分布の広がりやコントラストであり、臨界角法、非点収差法、ナイフエッジ法では光量分布の非対称性などである。これらの技術は、駆動位置に対する光量分布の変化から被検面の位置の計測を行っている。なおこれらの技術についてさらに詳細な計測原理については非特許文献１を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３３０８８号公報
【特許文献２】特開昭５９−１１６６０５号公報
【特許文献３】米国特許５９２６２９５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】計測と制御，第５０巻第２号２月号，ｐｐ．８９−９６
【非特許文献２】ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ  Ｖｏｌ．４．  Ｉｓｓ．  １２，ｐｐ．１５６２−１５６９（１９６５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術はいずれも被検面が平面である場合に精度良く計測することが可能であるが、被検面に曲率があった場合は以下の理由により精度が低下してしまう。まず、波面のパワー成分により計測する場合には被検面に曲率があると、焦点位置と被検面が一致していても波面のデフォーカス成分が消失せず、焦点位置と被検面がある距離を持った位置でデフォーカス成分が消失する。すなわち、その距離の分だけ誤差が発生する。次に、共焦点を利用して計測する場合には被検面に曲率があると、焦点位置と被検面が一致しても最も高い強度とならず、焦点位置と被検面がある距離を持った位置で最も高い強度が検出される。すなわち、その距離の分だけ誤差が発生する。
【０００９】
次に、光量分布の広がりを利用して計測する場合には被検面に曲率があると、焦点位置と被検面が一致しても最も狭い分布とならず、焦点位置と被検面がある距離を持った位置で最も狭い分布が検出される。すなわち、その距離の分だけ誤差が発生する。次に、光量分布の非対称性を利用して計測する場合には被検面に曲率があると、焦点位置と被検面が一致しても光量分布は対称形とならず、焦点位置と被検面がある距離を持った位置で対称形が検出される。すなわち、その距離の分だけ誤差が発生する。
【００１０】
本発明は、被検面の曲率に伴って生じる被検面の位置の計測誤差を低減するために有利な技術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】
【００１１】
本発明は、被検面の位置を計測する計測装置であって、収束光を前記被検面に照射する光学系と、前記被検面で反射された前記収束光の反射光を検出する検出部と、前記検出部が検出した結果を処理して前記反射光の評価値を生成し、前記評価値と、前記収束光の照射位置と評価値との関係を示す第１データと、前記被検面が曲率を持つことに起因する前記照射位置の計測だまされを示す第２データと、に基づいて前記被検面の位置を決定する処理部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検面の曲率に伴って生じる被検面の位置の計測誤差を低減するために有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の計測装置を説明する図である。
【図２】第１実施形態の原理を説明する図である。
【図３】第２実施形態の計測装置を説明する図である。
【図４】第２実施形態の原理を説明する図である。
【図５】第３実施形態の計測装置を説明する図である。
【図６】第３実施形態の原理を説明する図である。
【図７】第３実施形態の計測装置の別の一例を説明する図である。
【図８】第３実施形態の計測装置の別の一例を説明する図である。
【図９】第３実施形態の計測装置の別の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず始めに、曲率を持つ光学面（被検面）に入射し光学面から出射する光の基本原理を述べる。以下では簡単のために光をガウスビームとして説明すると、焦点距離ｆを有する光学面の入射及び出射において式１が成立する（非特許文献２）。
（１／ｑ２）＝（１／ｑ１）−（１／ｆ）・・・（１）
【００１５】
ここでｑ１、ｑ２はそれぞれ式２で定義され、それぞれ入射側のビーム状態、出射側のビーム状態を表すパラメータである。
ｑｊ＝ｚｊ＋ｉ（πωｊ２）／λ  （ｊ＝１、２）・・・（２）
【００１６】
ここで、πは円周率、ｉは虚数、λは波長である。ｚ１は入射側のビームウエストと光学面の入射側の主面との間の距離であり、ｚ２は出射側のビームウエストと光学面の出射側の主面との間の距離である。ω１は入射側のビームウエストの半径であり、ω２は出射側のビームウエストの半径である。符号及び符号の定義は非特許文献２の符号及び符号の定義と同じものを使用しており、これより詳細な各符号の定義及び説明は非特許文献２を参照されたい。
【００１７】
また別の表記として、入射側の主面上での波面の曲率半径をＲ１、出射側の主面上での波面の曲率半径をＲ２としたとき、以下の式３が成立する（非特許文献２）。
（１／Ｒ２）＝（１／Ｒ１）−（１／ｆ）・・・（３）
【００１８】
また、一般に曲率半径ｒを持つ反射面の焦点距離ｆは、式４で表される。
ｆ＝−（ｒ／２）・・・（４）
【００１９】
次に、上記理論式に基づき、被検面が曲率を有する場合に計測だまされが発生することを紹介する。ここで、光学系は焦点位置にビームウエストを形成する構成であるとする。計測装置の光学系の焦点位置と被検面とが一致する相対位置において被検面が平面の場合は、式４によりｆ＝∞となり、式３の各項には、（１／Ｒ１）＝０、（１／ｆ）＝０、が代入され、その結果、（１／Ｒ２）＝０が導かれる。これは被検面で反射した反射光の波面のパワー成分を検出した際に、デフォーカス成分が発生しないことを意味している。
【００２０】
しかしながら、被検面が曲率半径ｒを持つ場合には、同様に式３、式４より（１／Ｒ２）＝（２／ｒ）となり零にならない。これは反射光の波面のパワー成分を検出した際にデフォーカス成分が発生することを意味している。即ち、焦点位置と被検面とが一致する相対位置においても波面のデフォーカス成分が存在しており、逆に焦点位置と被検面がある距離を持った位置でデフォーカス成分は消失する。以上の理由により、デフォーカス成分により被検面の位置を計測する場合、その距離の分だけ被検面が曲率を有することに起因する計測だまされが発生する。
【００２１】
また、式３のかわりに式１を用いることで、上述同様の手順により光学系の焦点位置と被検面が一致している際のビームウエストの位置を計算することができる。すなわち、被検面が平面の場合はｚ１＝０、（１／ｆ）＝０が代入されるため、式１よりｚ２＝０が導かれる。これは被検面側にある焦点の共焦点位置においてビームウエストが形成されることを意味している。よって、共焦点位置においてピンホールや光ファイバ等を用いて光束の一部の光量を検出した場合、被検面と焦点が一致していない場合に比べて最も強い強度が検出される。しかしながら被検面が曲率半径ｒを持つ場合は、式１よりｚ２は零にならない。これは共焦点位置においてビームウエストが形成されないことを意味しており、共焦点位置における切り出し光量は最大にはならず、逆に被検面と焦点がある距離を持った位置にビームウエストが形成され、切り出し光量が最大となることを意味する。よって、共焦点位置での切り出し光量により被検面の位置を計測する場合、その距離の分だけ計測だまされが発生する。
【００２２】
また上述のｚ２が零にならないということは、反射後の被検面側の実また虚のビームウエストが被検面から乖離した位置に形成されることを示している。例えば、コントラスト法、臨界角法、非点収差法、ナイフエッジ法などでは、それぞれ光量分布の評価量は異なるが、結果的に反射後の被検面側の実また虚のビームウエストの位置を算出することにより被検面の位置の計測を行っている。したがって、被検面の曲率による反射後の被検面側の実また虚のビームウエストの位置のずれは、これらの方法において計測だまされが発生する。
【００２３】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は第１実施形態の計測装置１００のを表す概略断面図である。計測装置１００は、計測ヘッド１０１と、計測ヘッド１０１の焦点位置と被検面１０６との相対距離を変化させる駆動部２０１と、処理部２００と、を備える。駆動部２０１は、計測ヘッド１０１の位置情報を取得する機能も有している。光源１０３から射出された光は、光学部材１０４Ａ、１０４Ｂにより収束光とされて光軸１０２に沿って被検面１０６に照射される。被検面１０６で反射された収束光の反射光は、光路を分岐する部材１０５により検出部１０７に入射し、検出部１０７によって検出される。検出部１０７は、シャックハルトマン波面センサであっても良いし、シアリング干渉を利用したシアリング波面センサであっても良いし、コノスコピック干渉を利用した波面センサであっても良い。また、検出部１０７は、これらの波面センサに限定されず、少なくとも波面のパワー成分が検出できる様々な波面センサであって構わない。
【００２５】
処理部２００は、検出部１０７が検出された結果を処理して反射光の波面のパワー成分のデフォーカス成分量（評価値）を生成する。デフォーカス成分の生成は、検出された波面から理想状態でも生じる波面を除く処理である。例えば収束光又は発散光の場合には、検出したパワー成分から理想球面波のパワー成分を差し引いてデフォーカス成分を生成する。図１では駆動部２０１により計測ヘッド１０１の全体が駆動する例を示している。しかし、駆動部２０１は、これに限定されず、計測ヘッド１０１の焦点位置と被検面１０６との相対距離を変化させるような駆動で構わない。駆動部２０１は、例えば、光源１０３や光学部材１０４Ａ、１０４Ｂの少なくとも一部を駆動して焦点位置を変化させる構成でも構わないし、被検面１０６自体を駆動する構成でも構わないし、計測装置１００全体を駆動する構成でも構わない。
【００２６】
デフォーカス成分による被検面１０６の位置の計測方法について図２（Ａ）を用いて説明する。図２（Ａ）の評価値ｈ１は、被検面１０６が平面であって計測ヘッド１０１が位置ｘ３に位置する場合のデフォーカス成分量を示している。なお、計測ヘッドの位置は、収束光の照射位置と相関関係を有する。理論式等を用いれば、計測ヘッド１０１の位置に対するデフォーカス成分の変化率を演算によって生成できるため、その変化率と計測値ｈ１とを用いて線Ｌ１を決定することが可能である。決定された線Ｌ１よりデフォーカス成分量が零となる位置ｘ１が算出できる。ここで原理より、デフォーカス成分が零となる位置では、焦点と被検面１０６とが一致するために計測ヘッド１０１の主点と被検面１０６との相対距離が焦点距離と等しくなる。したがって被検面１０６の位置は、焦点距離、計測ヘッド１０１の位置ｘ３及び算出した位置ｘ１を用いて算出することができる。
【００２７】
被検面１０６が曲率を有する場合、上述の平面の被検面１０６と同じ位置関係にあったとしても検出されるデフォーカス成分は、計測値ｋ１となり計測値ｈ１と異なる値を持つ。計測値ｈ１と上述の変化率とを用いて線Ｌ３を求め、線Ｌ２により算出されたデフォーカス成分が零となる位置が位置ｘ２である。このように、被検面１０６が曲率を持つ場合はデフォーカスが零になる位置が、距離ｄ（＝ｘ２−ｘ１）だけずれてしまい、このずれｄが被検面１０６が曲率を有することに起因した被検面１０６の位置の計測だまされの値（第２データ）になる。
【００２８】
また別の計測方法では、駆動部２０１により相対距離を変化させてデフォーカス成分量を検出し、デフォーカス成分量が零となる位置を算出する。図２（Ｂ）を用いてこの方法を説明する。平面の被検面１０６において駆動部２０１により計測ヘッド１０１の位置を変えながら計測した計測値が計測値ｈ１〜ｈ５である。これらの計測値を補間して線Ｌ１を決定し、デフォーカス成分量が零となる位置ｘ１を算出する。被検面１０６が曲率を持つ場合にはデフォーカス成分量は計測値ｋ１〜ｋ５のようになり、これらの計測値ｋ１〜ｋ５を補間して求めた線が線Ｌ２である。デフォーカス成分量が零となる位置は線Ｌ２より位置ｘ２’と算出される。したがって、被検面１０６が曲率を持つ場合には、デフォーカス成分量が零になる位置が距離ｄ’（＝ｘ２’−ｘ１）だけずれてしまい、このずれが被検面１０６の位置の計測だまされの値になる。
【００２９】
線Ｌ１や線Ｌ２のように被検面１０６と計測ヘッド１０１の相対位置を変化させたときに生じる波面のデフォーカス成分量の変化を、波面のデフォーカス成分のデフォーカス特性と呼ぶこととする。被検面１０６の曲率が変わればデフォーカス特性は異なる。デフォーカス特性は、収束光の照射位置と評価値である波面のデフォーカス成分量との関係を示す第１データを構成している。デフォーカス成分はもともと波面のパワー成分から抽出するため、上述の議論を波面のパワー成分の値に置き換えても構わない。例えば、波面のパワー成分の値はデフォーカス成分量にオフセットを乗せたように表される。
【００３０】
被検面１０６が曲率を持つことに起因する計測だまされを低減するために、処理部２００は、平面及び曲面を有する複数の被検面１０６における波面のデフォーカス成分又はパワー成分のデフォーカス特性と計測だまされ量とを予め取得する。処理部２００は、これに予め取得した被検面１０６の曲率を対応させることにより、複数のデフォーカス特性の中から被検面１０６の曲率に対応するものを選択し、被検面１０６の曲率で発生するデフォーカス特性を決定する。ここで、複数のデフォーカス特性の中から被検面１０６に相当するデフォーカス特性を選択する過程は、処理部２００の複雑化の低減などの理由により、処理部２００外や計測装置１００外で行っても構わない。その場合、処理部２００は、予め選定された被検面１０６の曲率に相当するデフォーカス特性と計測だまされ量とを取得する。ここで、予め取得された被検面１０６の曲率は、被検面１０６の形状の設計データでもよいし、予め計測された形状の曲率データでも良い。また、取得されたデフォーカス特性及び計測だまされ量は、式１〜４を用いて演算によって生成したものでも良いし、回折や電磁場解析といったより詳細なシミュレーションにより算出したものでも良いし、原器等を用いて実測したものでも構わない。
【００３１】
処理部２００は、計測ヘッドの少なくとも１つの位置における波面のデフォーカス成分量に対して予め取得された被検面１０６の曲率に相当するデフォーカス特性を対応させ、デフォーカス成分が零となる位置を算出する。次に、処理部２００は、算出された位置に対して計測だまされの値を補正値として補正を行う。以上の処理により、処理部２００は、被検面１０６の曲率により発生する計測だまされが低減された被検面１０６の位置を得ることができる。
【００３２】
以上、予め被検面１０６の曲率を取得する方法を紹介したが、被検面１０６の曲率を取得しない方法もある。その場合には、処理部２００は、まず駆動部２０１を駆動させながら計測ヘッドの複数の位置で計測を行い、計測値の補間によりデフォーカス特性を算出する。処理部２００は、この計測値により得られたデフォーカス特性と類似性が高いものを予め取得されたデフォーカス特性から選択し、選択されたデフォーカス特性と対になる計測だまされ量を算出する。処理部２００は、このようにして被検面１０６で発生する計測だまされ値を算出することが可能になる。そして、処理部２００は、算出された計測だまされ量を補正値として補正を行うことにより、被検面１０６の曲率により発生する計測だまされが低減された被検面１０６の位置を得ることができる。
【００３３】
以上、予めデフォーカス特性を取得する方法を紹介したが、デフォーカス特性を取得せず、計測だまされ量のみを取得する方法もある。その場合、処理部２００は、被検面１０６で発生する計測だまされ量を取得し、駆動部２０１を駆動させながら複数個所での計測を行い計測値の補間によりデフォーカス特性を算出する。処理部２００は、このデフォーカス特性からデフォーカス成分が零になる位置を算出する。そして、処理部２００は、補間により算出されたデフォーカス成分が零になる位置に対して、予め取得した計測だまされ値を補正値として補正することにより、被検面１０６の曲率により発生する計測だまされが低減された被検面１０６の位置を得ることができる。
【００３４】
２つの光学部材１０４Ａ、１０４Ｂ及び光路を分岐する部材１０５等の個数や構成はその目的の範囲で様々に変更可能である。また、被検面１０６の曲率の符号が場所ごとに変化する場合は、曲率の符号が予め取得されていてもよい。または曲率の符号を予め取得しない場合は、被検面１０６上の周囲の計測データから補間により曲率の符号を算出しても構わない。
【００３５】
［第２実施形態］
図３を用いて本発明の第２実施形態を説明する。図３は第２実施形態の計測装置１００を表す概略断面図である。計測装置１００は、計測ヘッド１０１と、計測ヘッド１０１の焦点位置と被検面１０６との相対距離を変化させる駆動部２０１と、処理部２００とを備える。駆動部２０１は、計測ヘッド１０１の位置情報を取得する機能も有している。光源１０３から射出した光は、光学部材１０４Ａ、１０４Ｂにより収束光とされて光軸１０２に沿って被検面１０６に照射される。被検面１０６で反射した収束光の反射光は、光路を分岐する部材１０５によって分岐され光学部材１０４Ｃによって反射光が通過する領域を制限する遮光部材１０８に照射される。遮光部材１０８のピンホールを通過した反射光を検出部１０９によって検出する。図３では駆動部２０１により計測ヘッド１０１の全体が駆動する例を示しているが、これに限定されず、計測ヘッド１０１の焦点位置と被検面１０６との相対距離を変化させるような駆動機構で構わない。駆動部２０１は、例えば、光源１０３や光学部材１０４Ａ、１０４Ｂの少なくとも一部を駆動して焦点位置を変化させる構成でも構わないし、被検面１０６自体を駆動する構成でも構わないし、計測装置１００全体を駆動する構成でも構わない。
【００３６】
検出部１０９が検出した結果を処理して生成された反射光の光量を反射光の評価値とする場合の被検面１０６の位置の計測方法について図４を用いて説明する。線Ｍ１は、平面の被検面１０６に対し駆動部２０１を用いて計測ヘッド１０１を複数の位置に駆動し、複数の位置における反射光の光量値の補間によって算出した線を示している。光量が最大となる位置ｘ１では、焦点と被検面１０６とが一致するために計測ヘッド１０１の主点と被検面１０６の相対距離が焦点距離と等しくなる。したがって、位置ｘ１と焦点距離を用いて、被検面１０６の位置を算出することができる。ここで、被検面１０６が曲率を有する場合、上述の平面の被検面１０６と同じ位置関係にあったとしても、検出される光量は線Ｍ２となり、光量が最大となる位置はｘ２となる。このように、被検面１０６が曲率を持つ場合は光量が最大となる位置が距離ｄ（＝ｘ２−ｘ１）だけずれてしまい、これが被検面１０６の位置の計測だまされになる。ここで簡単のために、線Ｍ１や線Ｍ２のように被検面１０６と計測ヘッド１０１の相対位置を変化させたときに生じる反射光の光量の変化を、光量のデフォーカス特性と呼ぶこととする。
【００３７】
以上で説明した被検面１０６の曲率に起因する計測だまされを低減するために、処理部２００は、平面及び曲面を有する複数の被検面１０６における計測だまされ量を予め取得する。処理部２００は、計測だまされ量に予め取得した被検面１０６の曲率を対応させることにより、計測だまされ量の中から被検面１０６の曲率に対応するものを選定し、被検面１０６の曲率で発生する計測だまされ量を決定する。ここで、複数の計測だまされ量の中から被検面１０６に相当する計測だまされ量を選定する過程は、処理部２００の複雑化の低減などの理由により、処理部２００外又は計測装置１００外で行っても構わない。その場合、処理部２００は、被検面１０６の曲率に相当する計測だまされ量のみを取得する。予め取得する被検面１０６の曲率は、被検面１０６の形状の設計データでもよいし、予め計測された形状の曲率データでも良い。また、予め取得する計測だまされ量は、式１〜４を用いて算出された特性でも良いし、回折や電磁場解析といったより詳細なシミュレーションにより算出された特性でも良いし、原器等を用いて実測された特性でも構わない。
【００３８】
以上、予め被検面１０６の曲率を取得する方法を紹介したが、被検面１０６の曲率を取得しない方法もある。その場合、処理部２００は、平面及び曲面を有する複数の被検面１０６における光量のデフォーカス特性及び計測だまされ量を予め取得する。そして、処理部２００は、駆動部２０１によって複数個所での計測を行い、計測値の補間によりデフォーカス特性を算出する。処理部２００は、この計測値により得られたデフォーカス特性と類似性が高いものを予め取得したデフォーカス特性から選択し、選択されたデフォーカス特性と対になる計測だまされ量を算出する。そして、処理部２００は、算出した計測だまされ量を補正値として補正を行うことにより、被検面１０６の曲率により発生する計測だまされが低減された計測値を得ることができる。この方法において被検面１０６の曲率の符号が場所ごとに変化する場合は、曲率の符号が予め取得されていてもよい。または曲率の符号を予め取得しない場合は、被検面１０６上の周囲の計測データから補間により曲率の符号を算出しても構わない。
【００３９】
３つの光学部材１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ及び光路を分岐する部材１０５等の個数や構成はその目的の範囲で様々に変更可能である。また本実施形態では遮光部材１０８を用いた計測方法を紹介したがこれに限定されず、例えば光ファイバや光導波路のように、微小な領域を通過する光を選択する目的の範囲で様々な構成に変更可能である。
【００４０】
［第３実施形態］
図５を用いて本発明の第３実施形態を説明する。図５は第３実施形態の計測装置１００を表す概略断面図である。計測装置１００は、計測ヘッド１０１と、計測ヘッド１０１の焦点位置と被検面１０６の相対距離を変化する駆動部２０１と、処理部２００とを備える。駆動部２０１は計測ヘッド１０１の位置情報を取得する機能も有している。光源１０３から射出した光は、光学部材１０４Ａ、１０４Ｂにより収束光とされて光軸１０２に沿って被検面１０６に照射される。被検面１０６で反射した光は、光路を分岐する部材１０５によって分岐され光学部材１０４Ｄによって光の強度分布を計測する検出部１１０に入射する。図５では駆動部２０１により計測ヘッド１０１の全体が駆動する例を示しているが、これに限定されず、計測ヘッド１０１の焦点距離と被検面１０６との相対距離を変化させるような駆動機構で構わない。駆動部２０１は、例えば、光源１０３や光学部材１０４Ａ、１０４Ｂの少なくとも一部を駆動して焦点位置を変化する構成でも構わないし、被検面１０６自体を駆動する構成でも構わないし、計測装置１００全体を駆動する構成でも構わない。
【００４１】
検出部１１０の検出結果を処理して生成された反射光の光量分布を示す値を評価値とする場合の被検面１０６の位置の計測方法について図６を用いて説明する。図６の線Ｎ１は、平面の被検面１０６に対し駆動部２０１を用いて計測ヘッド１０１を複数の位置に駆動し、複数の位置における光量分布を示す値を補間によって算出した線を示している。光量分布を示す値は、例えば光量分布の半値幅や、分散や、標準偏差や、積算強度が検出強度全体の９５％になる幅や、コントラストなどの値である。光量分布の値が最小となる位置ｘ２では、焦点と被検面１０６とが一致するために計測ヘッド１０１の主点と被検面１０６の相対距離が焦点距離と等しくなる。したがって、処理部２００は、位置ｘ２と焦点距離とを用いて、被検面１０６の位置を算出することができる。被検面１０６が曲率を有する場合には、上述の平面の被検面１０６と同じ位置関係にあったとしても、検出される光量は線Ｎ１となり広がり値が最小となる位置はｘ１となる。このように、被検面１０６が曲率を持つ場合は広がり値が最小となる位置が距離ｄ（＝ｘ２−ｘ１）だけずれてしまい、このずれが被検面１０６の位置の計測だまされになる。ここで簡単のために、線Ｎ１や線Ｎ２のように被検面１０６と計測ヘッド１０１の相対位置を変化させたときに生じる光量分布の変化を、光量分布のデフォーカス特性と呼ぶこととする。
【００４２】
以上で説明した被検面１０６の曲率により発生する計測だまされを低減するために、処理部２００は、平面及び曲面を有する複数の被検面１０６における計測だまされ量を予め取得する。処理部２００は、これに予め取得した被検面１０６の曲率を対応させることにより、計測だまされ量の中から被検面１０６の曲率に対応するものを選定し、被検面１０６の曲率で発生する計測だまされ量を決定する。ここで、複数の計測だまされ量の中から被検面１０６に相当する計測だまされ量を選定する過程は、処理部２００の複雑化の低減などの理由により、処理部２００外又は計測装置１００外で行っても構わない。その場合、処理部２００は、被検面１０６の曲率に相当する計測だまされ量のみを取得する。ここで、予め取得した被検面１０６の曲率は、被検面１０６の形状の設計データでもよいし、予め計測された形状の曲率データでも良い。また、予め取得した計測だまされ量は、式１〜４を用いて算出した特性でも良いし、回折や電磁場解析といったより詳細なシミュレーションにより算出した特性でも良いし、原器等を用いて実測した特性でも構わない。
【００４３】
以上、予め被検面１０６の曲率を取得する前提での方法を紹介したが、被検面１０６の曲率を取得しない方法もある。その場合、処理部２００は、平面及び曲面を有する複数の被検面１０６における光量のデフォーカス特性及び計測だまされ量を予め取得する。そして、処理部２００は、駆動部２０１によって複数個所での計測を行い、計測値の補間によりデフォーカス特性を算出する。処理部２００は、この計測値により得られたデフォーカス特性と類似性が高いものを予め取得したデフォーカス特性から選択し、選択されたデフォーカス特性と対になる計測だまされ量を算出する。処理部２００は、算出した計測だまされ量を補正値として補正を行うことにより、被検面１０６の曲率により発生する計測だまされが低減された計測値を得ることができる。この方法において被検面１０６の曲率の符号が場所ごとに変化する場合は、曲率の符号が予め取得されていてもよい。曲率の符号を予め取得しない場合は、被検面１０６上の周囲の計測データから補間により曲率の符号を算出しても構わない。３つの光学部材１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｄ及び光路を分岐する部材１０５等の個数や構成はその目的の範囲で様々に変更可能である。
【００４４】
図５では光量分布の幅又はコントラストを評価して被検面１０６の位置の検出を行ういわゆる「コントラスト法」に属する一例を紹介した。しかし、これに限定されず、非特許文献１記載の臨界角法、非点収差法、ナイフエッジ法などに光量分布の非対称性を示す値を評価する位置の検出方法においても本発明は有効である。各手法の構成を図７〜９を用いて説明する。図７は、臨界角法を用いる計測装置１００の一例を表す概略断面図である。プリズム１１１により臨界角法による計測が可能である。図８は、非点収差法を用いる計測装置１００の一例を表す概略断面図である。シリンドリカルレンズ１１２により非点収差法による計測が可能である。図９は、ナイフエッジ法を用いる計測装置１００の一例を表す概略断面図である。光束の一部を遮光するナイフエッジ１１３によりナイフエッジ法による計測が可能である。これら図７〜９で示した構成における被検面１０６の曲率で発生する計測だまされ及び計測だまされの低減方法は、図５を用いて説明したコントラスト法によるものと同じである。また図７のプリズム１１１は、これに限定されず臨界角法を構成する目的で変更可能である。また図８のシリンドリカルレンズ１１２は、これに限定されず非点収差法を構成する目的で変更可能である。また図９のナイフエッジ１１３は、これに限定されずナイフエッジ法を構成する目的で変更可能である。
【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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