(57)【要約】【課題】被検物の波面収差を高精度に計測する。【解決手段】波面収差計測装置は、被検物１３０において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサ１６０を用いて計測する計測手段と、受光センサ上での計測光の微分波面としての計測微分波面を算出する計測微分波面算出手段１８０と、基準被検物において透過または反射した基準光の受光センサ上での微分波面である第１の基準微分波面を算出する基準微分波面算出手段１８０と、第１の基準微分波面に対して、基準光の受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の基準微分波面を算出する補正手段１８０と、第２の基準微分波面と計測微分波面とを用いて、被検物の波面収差を算出する波面収差算出手段１８０とを有する。【選択図】図１
2014190705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測するステップと、
前記受光センサ上での前記計測光の微分波面である第１の微分波面を算出するステップと、
前記第１の微分波面に対して、前記計測光の前記受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の微分波面を算出する補正ステップと、
前記第２の微分波面を用いて、前記被検物の波面収差を算出する波面収差算出ステップとを含むことを特徴とする波面収差計測方法。
【請求項２】
前記被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の前記受光センサ上での波面である基準波面を取得するステップを有しており、
前記波面収差算出ステップは、前記第２の微分波面を積分して得られる波面と前記基準波面との差を用いて、前記波面収差を算出することを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
【請求項３】
前記被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の前記受光センサ上での微分波面である基準微分波面を取得するステップを有しており、
前記波面収差算出ステップは、前記第２の微分波面と前記基準微分波面との差を積分することにより前記波面収差を算出することを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
【請求項４】
被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測するステップと、
前記受光センサ上での前記計測光の微分波面としての計測微分波面を算出するステップと、
前記被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の前記受光センサ上での微分波面である第１の基準微分波面を算出するステップと、
前記第１の基準微分波面に対して、前記基準光の前記受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の基準微分波面を算出する補正ステップと、
前記第２の基準微分波面と前記計測微分波面とを用いて前記被検物の波面収差を算出する波面収差算出ステップとを有することを特徴とする波面収差計測方法。
【請求項５】
前記波面収差算出ステップは、前記第２の基準微分波面と前記計測微分波面との差を積分することにより前記波面収差を算出することを特徴とする請求項４に記載の波面収差計測方法。
【請求項６】
前記補正ステップは、前記入射角の関数を用いて前記補正処理を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の波面収差計測方法 
【請求項７】
前記入射角の関数は、前記入射角の方向余弦であることを特徴とする請求項６に記載の波面収差計測方法。
【請求項８】
前記被検物は、非球面を有する光学素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の波面収差計測方法。
【請求項９】
光学素子を成形するステップと、
請求項１から８のいずれか一項に記載の波面収差計測方法を用いて、前記被検物である前記光学素子の波面収差を算出するステップと、
該波面収差を用いて前記光学素子を評価するステップとを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測する計測手段と、
前記受光センサ上での前記計測光の微分波面である第１の微分波面を算出する微分波面算出手段と、
前記第１の微分波面に対して、前記計測光の前記受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の微分波面を算出する補正手段と、
前記第２の微分波面を用いて、前記被検物の波面収差を算出する波面収差算出手段とを有することを特徴とする波面収差計測装置。
【請求項１１】
被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測する計測手段と、
前記受光センサ上での前記計測光の微分波面としての計測微分波面を算出する計測微分波面算出手段と、
前記被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の前記受光センサ上での微分波面である第１の基準微分波面を算出する基準微分波面算出手段と、
前記第１の基準微分波面に対して、前記基準光の前記受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の基準微分波面を算出する補正手段と、
前記第２の基準微分波面と前記計測微分波面とを用いて、前記被検物の波面収差を算出する波面収差算出手段とを有することを特徴とする波面収差計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子等の被検物の波面収差を計測する計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物としての光学素子を透過または反射した光の波面（透過波面や反射波面）を計測する方法には、トールボット干渉計やシャックハルトマンセンサを用いた計測方法が知られている。そして、これらの計測方法による計測結果と光学素子の収差の設計値との差分を求めることで、光学素子の収差に対応した波面収差を計測することができる。
【０００３】
特許文献１には、トールボット干渉計やシャックハルトマンセンサによる波面の計測値と基準波面の値との差分（波面収差）から、被検物の収差を求める方法が開示されている。また、基準波面を求める方法として、形状および屈折率分布が既知である基準被検物を用いて計算した光路長を用いる方法も開示されている。
【０００４】
ただし、光路長を用いて求めた基準波面は、波面の形状が平面でない場合には、トールボット干渉計やシャックハルトマンセンサによる波面計測値との乖離が生じる。この乖離は、波面が球面波の場合には数式を用いて簡易に説明できる。例えば、図１０に示す点光源から平面であるセンサ面までの光路長Ｗｓは、以下の式（１）で表現できる。Ｌは点光源からセンサ面までの距離であり、ｒはセンサ面の中心からの距離（半径）である。
【０００５】
【数１】
2014190705.tif 000003
【０００６】
一方、トールボット干渉計およびシャックハルトマンセンサにより同じ被検物からの光の波面を計測すると、両方において等間隔の縞もしくは輝点が計測される。そして、この計測波面の微分値である微分波面はチルト波面であるため、計測波面Ｗｍはｒの２次関数になり、次式（２）で表現できる。
【０００７】
【数２】
2014190705.tif 000004
【０００８】
式（１）により表現される光路長Ｗｓと式（２）により表現される計測波面ＷｍとはＬが無限大、すなわち被検物からの光が平行光である場合にのみ一致し、それ以外の場合は互いに異なる値を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１５１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような乖離は、計測波面が非球面である場合には数式で表現することが難しいため、簡単に補正することができない。したがって、基準波面を光路長を用いて求める場合に、計測波面と基準波面との正しい差分が得られないことで、波面収差の計測精度が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、波面収差を高精度に求めることができるようにした波面収差計測方法、波面収差計測装置、さらには光学素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としての波面収差計測方法は、被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測するステップと、受光センサ上での計測光の微分波面である第１の微分波面を算出するステップと、第１の微分波面に対して、計測光の受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の微分波面を算出する補正ステップと、第２の微分波面を用いて、被検物の波面収差を算出する波面収差算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の一側面としての波面収差計測方法は、被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測するステップと、受光センサ上での計測光の微分波面としての計測微分波面を算出するステップと、被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の受光センサ上での微分波面である第１の基準微分波面を算出するステップと、第１の基準微分波面に対して、基準光の受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の基準微分波面を算出する補正ステップと、第２の基準微分波面と計測微分波面とを用いて被検物の波面収差を算出する波面収差算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
なお、光学素子を成形するステップと、上記波面収差計測方法を用いて被検物である光学素子の波面収差を算出するステップと、該波面収差を用いて光学素子を評価するステップとを有する光学素子の製造方法も、本発明の他の一側面を構成する。
【００１５】
さらに、本発明の他の一側面としての波面収差計測装置は、被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測する計測手段と、受光センサ上での計測光の微分波面である第１の微分波面を算出する微分波面算出手段と、第１の微分波面に対して、計測光の受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の微分波面を算出する補正手段と、第２の微分波面を用いて、被検物の波面収差を算出する波面収差算出手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の他の一側面としての波面収差計測装置は、被検物において透過または反射した計測光の強度分布を、受光センサを用いて計測する計測手段と、受光センサ上での計測光の微分波面としての計測微分波面を算出する計測微分波面算出手段と、被検物に対して基準となる形状を有する基準被検物において透過または反射した基準光の受光センサ上での微分波面である第１の基準微分波面を算出する基準微分波面算出手段と、第１の基準微分波面に対して、基準光の受光センサへの入射角に応じた補正処理を行うことで第２の基準微分波面を算出する補正手段と、第２の基準微分波面と計測微分波面とを用いて、被検物の波面収差を算出する波面収差算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、計測波面と基準波面から高精度に被検物の波面収差を求めることができる。したがって、その波面収差を用いることで、光学素子を高い精度で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１である波面収差計測装置の構成を示す図。
【図２】実施例１における波面収差の算出手順を示すフローチャート。
【図３】実施例１における計測手法を模式的に示す図。
【図４】実施例１における基準波面の計算を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施例２である波面収差計測装置の構成を示す図。
【図６】シャックハルトマンセンサを示す図。
【図７】実施例２における波面収差の算出手順を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施例３における波面収差の算出手順を示すフローチャート。
【図９】各実施例で得られた波面収差を用いた光学素子の製造工程を示すフローチャート。
【図１０】光路長を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。実施例において、「計測波面」とは、被検物において透過または反射した計測光を受光センサである波面センサ（以下、単にセンサともいう）により計測し、該センサから得られた信号を解析し、回復された波面（計測光の波面）を意味する。「被検物」は、非球面または球面を被検面として有する光学素子（レンズ等）である。一方、「基準被検物」とは、設計上の被検物と形状が同一で（つまりは被検物に対して基準となる形状を有し）、かつ該形状が既知である被検物をいう。また、「基準波面」は、基準被検物が既知の位置に配置された際に該基準被検物において透過または反射した基準光について計測または計算される光路長分布を意味する。また、計測波面と基準波面との差分を、波面収差という。
【実施例１】
【００２０】
図１には、本発明の実施例１である波面収差計測装置の構成を示している。該計測装置は、光源１００からの光を被検物１３０に照射し、該被検物１３０を透過した光の波面である透過波面（以下、被検物１３０の透過波面ともいう）を、波面センサを含む検出器１６０により計測する。そして、計測装置は、コンピュータである演算部１８０において、検出器１６０からの信号を用いて被検物の波面収差を演算により求める。本実施例では、透過波面を計測する計測系（計測手段）としてトールボット（Ｔａｌｂｏｔ）干渉計を用いる。演算部１８０は、微分波面算出手段、補正手段および波面収差算出手段として機能する。
【００２１】
レーザ光源（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ）１００から光軸に沿って射出されたレーザ光１０１は、ピンホール（ＰＨ）１１０を通過する際に回折する。ピンホール１１０で回折したレーザ光（参照光）１０２は、コリメータレンズ（ＣＬ）１２０により収束光１０３に変換されて被検物１３０を透過する。被検物１３０を透過したレーザ光は、２次元回折格子である直交回折格子１５０を通過し、検出器１６０により撮像（計測）される。ピンホール１１０の直径φは、回折した参照光１０２を理想球面波と見なせる程度に小さく、物体側の開口数ＮＡＯとレーザ光源１００の波長λとを用いて、以下の式（３）を満たすように設計されている。
【００２２】
【数３】
2014190705.tif 000005
【００２３】
λが６００ｎｍであり、ＮＡＯが０．３程度である場合は、ピンホール１１０の直径φは２μｍ程度でよい。ピンホールの代わりにファイバー射出端を用いてもよい。
被検物１３０の像側ＮＡが小さい場合、回折格子１５０と検出器１６０間の距離Ｚ（以下、Ｔａｌｂｏｔ距離という）が、以下の式（４）で示されるＴａｌｂｏｔ条件を満たすと、検出器１６０上に回折格子１５０の偽解像が干渉縞として得られる。
【００２４】
【数４】
2014190705.tif 000006
【００２５】
ただし、ｍは０を除く整数であり、pは回折格子１５０のピッチである。Ｚ０は回折格子１５０と該回折格子１５０に入射する光の集光位置との間の距離である。回折格子１５０の格子ピッチpは、被検物１３０の収差の大きさに応じて決められる。
【００２６】
被検物１３０は、平行偏心機構１４０上に配置され、該平行偏心機構１４０によって光軸方向および該光軸方向に対して直交する方向に移動可能である。また、コリメータレンズ１２０、回折格子１５０および検出器１６０（平行偏心機構１４０）は、除振台１７０上に光軸方向に延びるように設置された不図示のレール上を相対移動可能である。
【００２７】
被検物１３０の透過波面の計測において、演算部１８０は被検物１３０の屈折力（パワー）に応じて、被検物１３０、回折格子１５０および検出器１６０の最適な配置を計算する。被検物１３０、回折格子１５０および検出器１６０は、その計算された配置に対応する位置に移動される。このとき、被検物１３０は平行偏心機構１４０上にて移動され、回折格子１５０および検出器１６０は上述したレール上にて移動される。ここにいう最適な配置とは、被検物１３０を透過した光（光束）が検出器１６０に収まり、かつ該光束のＮＡが小さくなる配置である。
【００２８】
図１では、被検物１３０が凹レンズの場合を示しているが、被検物１３０が凸レンズである場合には、被検物１３０の位置をコリメータレンズ１２０の集光点よりも検出器側に移動させて、発散光が被検物１３０に入射するように配置する。演算部１８０による被検物１３０、回折格子１５０および検出器１６０（以下、これらをまとめて素子という）の最適配置の決定と各素子の最適配置への移動とを、配置調整ともいう。
【００２９】
図２には、検出器１６０により撮像された画像を用いて、被検物１３０の波面収差を算出する処理（波面収差計測方法）の手順を示している。この算出処理は、図１に示した演算器（コンピュータ）１８０が、コンピュータプログラムに従って行う。
【００３０】
演算器１８０は、ステップＳ１１〜Ｓ１６において計測波面を算出し、ステップＳ１７，Ｓ１８において基準波面を算出する。これら計測波面と基準波面の算出の順序は、いずれか先であってもよい。
【００３１】
まず基準波面の算出について説明する。本実施例では、基準波面を光線追跡によって算出する。最初に、基準被検物の形状と配置を設定し、演算器１８０に対して、図１に示した計測装置での各素子（ただし、被検物１３０は基準被検物とする）の配置と同じ配置を入力する。演算器１８０は、ステップＳ１７において、図１に示したＰＨ１１０から検出器１６０の波面センサの受光面（以下、センサ面という）までの基準光（光線）の複数の光路に対する光線追跡を行い、それぞれの光路での光路長を計算する。次に、ステップＳ１８において、演算器１８０は、センサ面上（受光センサ上）にて得られた光路長の分布（マップ）を基準波面とする。
【００３２】
一方、計測波面の算出は以下のように行う。まず演算器１８０は、ステップＳ１１において、計測装置にて各素子の配置調整が完了した状態で、レーザ光源１００からのレーザ光１０１を、ＰＨ１１０およびＣＬ１２０を介して、収束光１０３として被検物１３０に入射させる。そして、演算器１８０は、ステップＳ１１において、被検物１３０からの計測光により検出器１６０のセンサ面上に形成された干渉縞（つまりはセンサ面上での計測光の強度分布）の画像を検出器１６０から取得する。さらに、演算器１８０は、ステップＳ１２において、取得した干渉縞を解析し、微分波面としてのシア波面（第１の微分波面）を算出する。
【００３３】
シア波面の算出は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法によって行う。ＦＦＴ法による波面回復は、収差が干渉縞のキャリア縞を乱す性質を利用して、キャリア縞と収差とを分離する方法である。具体的には、干渉縞に２次元ＦＦＴを行い、周波数マップに変換する。次に、周波数マップにおけるキャリア周波数の近傍部分のみを切り出して、キャリア周波数が原点になるように座標変換をした上で、ｉＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を行う。これにより、複素振幅マップの位相項が求められる。その結果得られた位相マップが、シア波面となる。
【００３４】
続いて、演算器１８０は、ステップＳ１３において、次式（５）を用いてシア波面から検出器１６０に入射する計測光（光線）の入射角θを算出する。
【００３５】
【数５】
2014190705.tif 000007
【００３６】
ただし、ｘ，ｙは検出器１６０上の座標を示し、Ｗは波面を示す。また、ΔＷｘ，ΔＷｙはＸシア波面およびＹシア波面を示し、ｓはシア量を示す。以下、シア波面から入射角θを算出するための数式について説明する。図３には、発散波に対するＴａｌｂｏｔ干渉計を模式的に示している。無収差の発散波系において、センサ面上で得られる干渉縞の周期ｐ′は、回折格子の格子周期ｐを用いて、以下の式（６）により表される。
【００３７】
【数６】
2014190705.tif 000008
【００３８】
ただし、Ｌは点光源からセンサ面までの距離を示し、Ｌｔは回折格子からセンサ面までの距離を示す。このとき、干渉縞の周波数Ｆと、シア量sと、tanθはそれぞれ、次式（７）により表される。ただし、Ｄはセンサ面のサイズである。
【００３９】
【数７】
2014190705.tif 000009
【００４０】
シア量より小さい領域おいて波面が一定であると見なすと、シア波面ΔＷは微分波面の式（８）を用いて表現できる。
【００４１】
【数８】
2014190705.tif 000010
【００４２】
ただし、ΔＷｒはｒ方向のシア波面を示し、r微分波面（∂Ｗ／∂ｒ）とｘ微分波面（∂Ｗ／∂ｘ）とｙ微分波面（∂Ｗ／∂ｙ）との間には以下の式（９）で示す関係がある。
【００４３】
【数９】
2014190705.tif 000011
【００４４】
センサ面上において光軸からの半径がrの位置の周辺の微小領域においては、干渉縞の周波数は一定であると見なせる。このため、ΔＷｒは次式（１０）で表現できる。
【００４５】
【数１０】
2014190705.tif 000012
【００４６】
以上の式（８）〜（１０）を用いると、式（５）を導くことができる。
【００４７】
以下のステップＳ１４，Ｓ１５は補正ステップに相当する。上述したように検出器１６０（センサ面）に入射する光線の入射角θを求めた演算器１８０は、ステップＳ１４において、該入射角θを用いてシア波面に対する補正量Ｃを計算する。補正量Ｃは、計測波面の微分波面（シア波面）と基準波面の微分波面との比で定義する。補正量Ｃは、以下のように算出する。まず、計測波面と基準波面のそれぞれに対する微分波面と入射角との関係を求める。
【００４８】
計測波面の微分波面と光線の入射角の関係は、式（８），（１０）から、式（１１）のようになる。なお、ここでは、計測波面の微分波面を、∂Ｗ／∂ｒに引数Ｍを付して表す。
【００４９】
【数１１】
2014190705.tif 000013
【００５０】
一方、基準波面の微分波面と光線の入射角との関係は、以下のようにして求めることができる。ここでは、基準波面の微分波面を、∂Ｗ／∂ｒに引数Ｓを付して表す。図４には、基準波面の微分波面を求める方法を模式的に示している。
【００５１】
図４中のＰ，Ｑは、センサ面上においてきわめて近接した２点であり、それぞれの位置に光線１および光線２として示した光線が入射する。光線１および光線２と光軸とのなす角度はそれぞれ、θおよびθ+Δθであるとする。Ｒは、点Ｐにおける等位相面と光線２との交点である。このとき、基準波面の微分波面は以下の式（１２）により表される。
【００５２】
【数１２】
2014190705.tif 000014
【００５３】
ただし、ＰＱおよびＲＱは、線分ＰＱおよび線分ＲＱの長さを表す。∠ＲＰＱをθ+δθと置くと、∠ＱＲＰは、
π/２+Δθ-δθ
となる。ここで、正弦定理から以下の式（１３）に示す関係を導くことができ、基準波面の微分波面は、式（１２），（１３）を用いて式（１４）として得られる。
【００５４】
【数１３】
2014190705.tif 000015
【００５５】
【数１４】
2014190705.tif 000016
【００５６】
そして、補正量Ｃは、計測波面の微分波面と基準波面の微分波面とを用いて、以下の式（１５）に示すようにそれらの比として求められる。この場合、補正量Ｃは入射角θの方向余弦となる。このように補正量Ｃを入射角θに応じて異ならせるのは、基準被検物と被検物１３０との差が大きい場合には、基準波面から算出した光線の入射角と、被検物を計測した際の光線の入射角とに差が生じるため、補正量に誤差が生じるからである。
【００５７】
【数１５】
2014190705.tif 000017
【００５８】
続いて、ステップＳ１５では、演算器１８０は、計測されたシア波面（第１の微分波面）に対して、計測光のセンサ面への入射角θに応じた補正処理を行うことにより、該補正処理後のシア波面である補正シア波面（第２の微分波面）を算出する。具体的には、計測されたシア波面に対して補正量Ｃを乗じることで補正シア波面を算出する。本実施例では、入射角θを式（５）によって表現したため、補正シア波面は以下の式（１６）により表現される。
【００５９】
【数１６】
2014190705.tif 000018
【００６０】
入射角θが小さい場合には、補正シア波面を以下の式（１７）を用いて表現してもよい。
【００６１】
【数１７】
2014190705.tif 000019
【００６２】
補正量Ｃは、ｃｏｓθ、ｔａｎθまたはシア波面の計測値を用いて表現することができる。これらのｃｏｓθ、ｔａｎθおよびシア波面はいずれも入射角θの関数である。このため、ステップＳ１４において入射角に応じて補正量Ｃを算出する際の「入射角」には、θ，ｃｏｓθ，ｔａｎθおよびシア波面の計測値といった入射角の関数も含む。
【００６３】
以下のステップＳ１６，Ｓ１９は、波面収差算出ステップに相当する。ステップＳ１６では、演算器１８０は、補正シア波面に対する積分処理を行うことで計測波面を算出する。ここにいう積分処理は、一般に知られている経路積分を用いて行ってもよいし、予め求められた関数群を用意して、その差分関数によるフィッティングにより行ってもよい。例えば、波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数で求める場合には、この多項式をシア量だけ横ずらしして互いに差し引いた差分のＺｅｒｎｉｋｅ関数を用いて補正シア波面をフィッティングすればよい。また、本ステップでは、一般に知られている他の積分処理を行うことも可能である。
【００６４】
最後に、ステップＳ１９では、演算器１８０は、ステップＳ１６で求めた計測波面とステップＳ１８で求めた基準波面との差分としての波面収差を計算する。そして、演算器１８０は、計算した波面収差を出力して、本処理を完了する。以上説明した処理により、被検物１３０の波面収差を高精度に求めることができる。
【００６５】
なお、本実施例では、基準波面を演算器１８０が光線追跡により求める方法を説明したが、低コヒーレンス干渉計を用いて、光路長を直接計測することで基準波面を求めてもよい。
【００６６】
また、本実施例では、計測系としてトールボット干渉計を用いることにより、大きな収差を有する透過波面の計測が可能となっている。トールボット干渉計はラテラルシアリング干渉計の一種であり、透過波面が横ずらし（シア）された自身の透過波面との差分を干渉縞として計測する。このためシアリング干渉計は、透過波面の傾きに相当する量を求める計測系と言える。透過波面の横ずらし量は、シア量と呼びシア量を小さくすることで、透過波面の大きな収差に対しても、干渉縞が密にならない程度の小さい収差（シア波面）として計測が可能になる。
【００６７】
シアリング干渉計では、一般に、シア量が小さすぎるとシア波面がノイズに埋もれて精度が落ちるため、シア量は瞳の直径に対して３〜５％程度がよいとされる。しかし、本実施例では大きな収差の透過波面を小さいシア波面で計測するために、シア量を１．５％以下、好ましくは０．３〜０．９％程度まで小さくするとよい。シア量ｓｈｅａｒは、回折格子１５０と検出器１６０との間の距離Ｚｔと、検出器１６０上の干渉縞データの直径Ｄｉを用いて以下の式で定義される。
【００６８】
【数１８】
2014190705.tif 000020
【００６９】
式（１８）は、式（４）と、回折格子１５０上の光束の直径Ｄ０とを用いて、以下のようにも表現できる。
【００７０】
【数１９】
2014190705.tif 000021
【００７１】
上記数式からシア量と回折格子１５０の格子ピッチは比例することがわかる。回折格子のピッチは、式（４）から分かるように、回折格子１５０と検出器１６０間の距離Ｚｔにも影響を与えるため、素子間の干渉を考えて決定する必要がある。例えば、ｍ＝０．５のときに、Ｄ０が１０〜２０ｍｍ程度であるとすると、格子ピッチは４０〜１８０μｍ程度が望ましい。
【実施例２】
【００７２】
図５には、本発明の実施例２である波面収差計測装置の構成を示している。実施例１の計測装置と共通する構成要素は、図５において実施例１（図１）と同符号を付している。本実施例では、波面を計測する検出器２２０がシャックハルトマンセンサであり、被検物２００の面形状を計測する際の波面収差計測方法について説明する。
【００７３】
被検物２００の被検面が凹面である場合には、コリメータレンズ１２０の集光点の後方に被検物２００を配置し、発散波を被検面に入射させる。そして、被検面にて反射した反射波（計測光）をハーフミラー２１０により、検出器２２０の方向に反射させる。検出器２２０として用いられるシャックハルトマンセンサは、図６に示すように、レンズアレイとＣＣＤとにより構成されている。
【００７４】
図７には、検出器２２０により撮像された画像を用いて、被検物１３０の波面収差を算出する処理（波面収差計測方法）の手順を示している。この算出処理は、図５に示した演算器（コンピュータ）１８０が、コンピュータプログラムに従って行う。なお、図７のフローチャートは、実施例１（図２）のフローチャートにおけるステップＳ１１〜Ｓ１３を、ステップＳ２１〜Ｓ２３に変更したものであるため、ここではステップＳ２１〜Ｓ２３を中心に説明する。
【００７５】
ステップＳ２１では、演算器１８０は、シャックハルトマンセンサ２２０を用いて、被検物２００（被検面）からの反射波により形成される光学像（つまりは計測光の強度分布）の画像を取得する。シャックハルトマンセンサ２２０では、レンズアレイの個々のレンズセルによって集光スポット像がＣＣＤの受光面（センサ面）上に形成される。このため、取得される画像は、レンズアレイにおけるレンズセルの数だけ集光スポットが集合した画像となる。次に、ステップＳ２２では、演算器１８０は、それぞれの集光スポットの重心位置（以下、スポット重心位置という）を求める。
【００７６】
続いて、ステップＳ２３では、演算器１８０は、求めたスポット重心位置から、センサ面への光線（計測光）の入射角θと微分波面とを求める。シャックハルトマンセンサ２２０のレンズアレイの焦点距離をｆとし、スポット重心位置と平行光をシャックハルトマンセンサ２２０に入射させたときのスポット重心位置との距離をｌｓとする。このとき、入射角θおよび微分波面（∂Ｗ／∂ｘおよび∂Ｗ／∂ｙ）は次式（２０）により表される。ただし、θｘおよびθｙはそれぞれ、入射角θのｘ成分およびｙ成分である。
【００７７】
【数２０】
2014190705.tif 000022
【００７８】
以下、実施例１にて説明したステップＳ１４以降の処理を行って、最終的に被検物２００の波面収差を高精度に求める。
【実施例３】
【００７９】
次に、本発明の実施例３について説明する。基準波面と計測波面との差異が小さい場合には、実施例１にて説明した補正量Ｃを、計測により得られた微分波面を用いて計算するのではなく、完全に演算のみにより得ることも可能である。図８のフローチャートには、このような場合における波面収差の算出処理（波面収差計測方法）の手順を示している。この算出処理も、図１（または図５）に示した演算器（コンピュータ）１８０が、コンピュータプログラムに従って行う。演算器１８０は、計測微分波面算出手段、基準微分波面算出手段、補正手段および波面収差算出手段として機能する。なお、図８のフローチャートのステップＳ１１，Ｓ１２は、実施例１（図２）のフローチャートにおけるステップＳ１１，Ｓ１２と同じであるため、その説明は省略する。
【００８０】
まず基準被検物の形状と配置を設定し、演算器１８０に対して、図１に示した計測装置での各素子（ただし、被検物１３０は基準被検物とする）の配置と同じ配置を入力する。演算器１８０は、ステップＳ３１において、図１に示したＰＨ１１０から検出器１６０のセンサ面に到達する基準光における複数の光線に対する光線追跡を行い、各光線の光線追跡情報から検出器１６０への入射角θを求める。そして、ステップＳ３２では、演算器１８０は、実施例１のステップＳ１４と同様にして入射角θから補正量Ｃを算出する。このステップＳ３２と後述するステップＳ３５が、補正ステップに相当する。
【００８１】
一方、ステップＳ３３では、演算器１８０は、ステップＳ３１と同様の光線追跡を行って、光路長の分布、すなわち基準波面を計算する。そして、ステップＳ３４では、演算器１８０は、基準波面の微分値としての基準微分波面（第１の基準微分波面）を計算する。基準波面の微分値は、ステップＳ３１で求めた入射角θを用いて計算してもよいし、ステップＳ３２で分布を求めた複数の光路長のうち隣り合う光路長の差分を用いて計算してもよい。
【００８２】
次に、ステップＳ３５では、演算器１８０は、ステップＳ３４で求めた第１の基準微分波面に対して、計測光のセンサ面への入射角θに応じた補正処理を行うことにより、該補正処理後の基準微分波面である補正基準微分波面（第２の基準微分波面）を算出する。具体的には、第１の基準微分波面に対して補正量Ｃを乗じることで補正基準微分波面を算出する。
【００８３】
そして、ステップＳ３６では、演算器１８０は、ステップＳ１２で求めたシア波面とステップＳ３５で求めた補正基準微分波面との差分としての微分波面差分値を計算する。続いて、ステップＳ３７では、演算器１８０は、実施例１のステップＳ１６と同様にして、微分波面差分値に対する積分処理を行うことで計測波面を算出する。この後、演算器１８０は、実施例１で説明したステップＳ１９にて、ステップＳ３７で求めた計測波面とステップＳ１８で求めた基準波面との差分としての波面収差を計算し、これを出力して、本処理を完了する。
【００８４】
なお、本実施例と実施例１または実施例２とを組み合わせた手順を用いて波面収差を算出してもよい。具体的には、実施例３にて説明したように基準波面から入射角を算出し、その入射角に応じて、実施例１，２にて説明したように計測された微分波面に対する補正処理を行ってもよい。また、実施例１，２にて説明したように、計測された微分波面から入射角を算出し、その入射角を用いて実施例３にて説明したように基準微分波面に対する補正処理を行ってもよい。
【実施例４】
【００８５】
実施例１〜３にて説明した計測装置（計測方法）によって計測された結果を、レンズ等の光学素子の製造方法にフィードバックすることも可能である。図９には、モールド成形法を用いた光学素子の製造方法の例を示している。
【００８６】
図９において、ステップＳ３００は光学素子を設計するステップであり、設計者が光学設計ソフト等を用いて光学素子を設計する。
【００８７】
ステップＳ３１０は、ステップＳ３００で設計された光学素子に基づいて、光学素子を硝材や樹脂材料を用いてモールド成形するための金型を設計・加工するステップである。
【００８８】
ステップＳ３２０は、ステップＳ３１０で加工された金型を用いて、光学素子をモールド成形するステップである。
【００８９】
ステップＳ３３０は、ステップＳ３２０で成形された光学素子の形状を計測し、その精度を評価するステップである。ステップＳ３３０にて評価された形状が、要求する精度を満足しなかった場合、ステップＳ３４０にて金型の補正量が算出され、ステップＳ３１０で再度金型を加工する。
【００９０】
ステップＳ３５０は、ステップＳ３３０で所望の形状精度を満足していた光学素子の光学性能を評価するステップである。このステップでは、実施例１〜３のいずれかで説明した計測装置を用いて光学素子（被検物）の波面収差（さらには光学面の面形状）を計測したり、他の光学特性を計測したりする。このステップにて評価された光学性能が、要求する仕様に達しなかった場合は、ステップＳ３６０にて光学面の補正量が算出され、その結果を用いてステップＳ３００で再度、光学素子が設計される。
【００９１】
ステップＳ３７０は、ステップＳ３５０で所望の光学性能を実現できた光学素子の製造条件で、光学素子を量産するステップである。
【００９２】
実施例１〜３にて説明した計測方法によって光学素子の波面収差を高精度に計測することができるので、良好な光学性能を有する光学素子を量産することが可能になる。
【００９３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
光学素子等の被検物の波面収差を高精度に計測可能な計測技術を提供することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１３０，２００  被検物
１６０，２２０  検出器
１８０  演算器
【図１】
2014190705.tif 000023
【図２】
2014190705.tif 000024
【図３】
2014190705.tif 000025
【図４】
2014190705.tif 000026
【図５】
2014190705.tif 000027
【図６】
2014190705.tif 000028
【図７】
2014190705.tif 000029
【図８】
2014190705.tif 000030
【図９】
2014190705.tif 000031
【図１０】
2014190705.tif 000032