(57)【要約】【課題】容易に高精度な校正を実行可能な計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置を提供すること。【解決手段】被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、センサからの出力に基づいて被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる非球面形状を有する第１の原器および第２の原器で反射したそれぞれの光を受光したセンサから各原器に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光からセンサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、各原器に対応する第１および第２の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第１の原器および第２の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、
各原器に対応する第１および第２の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記変更ステップは、各原器に対応する第１および第２の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも２つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記２つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの２つであることを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記変更ステップは、
各原器に対応する第１および第２の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第１のパラメータを算出するステップと、
各原器に対応する第１および第２の波面の差と前記第１のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第２のパラメータを算出するステップと、
前記第１および第２パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項５】
前記第１のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも２つであり、
前記第２のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも２つであることを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
【請求項６】
被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第１の原器および第２の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、
前記第１および第２の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第１または第２の原器、および前記センサのうち少なくとも２つの部材のそれぞれの各原器に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
【請求項７】
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項８】
前記変更ステップの後、前記第１の原器で反射した光を受光した前記センサから第３の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第１の原器で反射した光から前記センサが取得する第４の波面を算出する算出ステップと、
前記第３および第４の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第１の原器および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項９】
前記第１および第２の原器の各非球面形状の非球面量は、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１０】
前記第１および第２の原器の各中心曲率の差は、０．００１（１／ｍｍ）以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１１】
前記センサからの出力、および前記被検面と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検面の形状を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１２】
前記被検面と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項１１に記載の計測方法。
【請求項１３】
前記原器を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項１４】
光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第１の基準光学系および第２の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、
各基準光学系に対応する第１および第２の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
【請求項１５】
前記変更ステップは、各原器に対応する第１および第２の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも２つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項１６】
前記２つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの２つであることを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
【請求項１７】
前記変更ステップは、
各基準光学系に対応する第１および第２の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第１のパラメータを算出するステップと、
各基準光学系に対応する第１および第２の波面の差と前記第１のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第２のパラメータを算出するステップと、
前記第１および第２パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項１４に記載の計測方法。
【請求項１８】
前記第１のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも２つであり、
前記第２のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも２つであることを特徴とする請求項１７に記載の計測方法。
【請求項１９】
光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第１の基準光学系および第２の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各基準光学系に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、
前記第１および第２の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第１または第２の基準光学系、および前記センサのうち少なくとも２つの部材のそれぞれの各基準光学系に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
【請求項２０】
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項２１】
前記変更ステップの後、前記第１の基準光学系を透過した光を受光した前記センサから第３の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第１の基準光学系を透過した光から前記センサが取得する第４の波面を算出する算出ステップと、
前記第３および第４の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第１の基準光学系および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項１４から２０のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項２２】
前記センサからの出力、および前記被検光学系と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検光学系の透過波面を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項１４から２１のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項２３】
前記被検光学系と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項２２に記載の計測方法。
【請求項２４】
前記基準光学系を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項１４から２３のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか１項に記載の計測方法を実行可能であることを特徴とする計測装置。
【請求項２６】
請求項１から２４のいずれか１項に記載の計測方法に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造するステップと、を有する光学機器の製造方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の計測装置と、
前記計測装置からの情報に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造する製造部と、を有する光学機器の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を照射された被検面からの反射光をシャック・ハルトマンセンサにより計測し、センサからの出力を用いて被検面の面形状を非接触、かつ高速に計測する方法が提案されている（非特許文献１参照）。この計測方法は、ヌルレンズを用いた干渉計（特許文献１参照）と比較して、多様な設計値の被検面の形状を計測可能である。また、計測時にサンプルを移動させるスティッチング干渉計（特許文献２参照）や走査干渉計（特許文献３参照）と比較して、高精度に移動させるステージや測長機、さらには複雑な解析プログラムが不要である。
【０００３】
非特許文献１に開示された計測方法では、被検面が非球面である場合、入射光が被検面に対して垂直に照射されず、被検面からの反射光の光線角度は入射光の光線角度と異なる。このため、反射光はセンサの受光部で平行光にならず、平面波面から大きくずれた波面として検出される。したがって、センサの受光部で反射光の波面を計測したとしても、フィゾー干渉計のように波面がそのまま被検面の形状を表わさない。
【０００４】
計測波面から被検面の面形状を算出するためには、センサの横座標と被検面の横座標との比である位置倍率（いわゆるディストーション）と、センサ面での光線角度と被検面での光線角度の比である角度倍率とが必要となる。
【０００５】
ただし、位置倍率および角度倍率は、光軸からの距離に対して一定ではなく、分布を有する。これらの分布は、特に光学系に含まれるレンズの曲率半径の誤差、光軸方向の位置の誤差（いわゆるアライメントエラー）および球面収差等によって敏感に変化するので、校正する必要がある。特許文献４、５、６、７には、位置倍率分布の校正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−３２９４２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５７６８号公報
【特許文献３】特許第３９７１７４７号公報
【特許文献４】特開２０００−９７６６３号公報
【特許文献５】特開平１０−２８１７３６号公報
【特許文献６】特開２００６−１３３０５９号公報
【特許文献７】特開２００９−１８０５５４号公報
【特許文献８】特開２０１２−１３２６８２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊａｈａｎｎｅｓ  Ｐｆｕｎｄ，Ｎｏｒｂｅｒｔ  Ｌｉｎｄｌｅｉｎ  ａｎｄ  Ｊｏｈａｎｎｅｓ  Ｓｃｈｗｉｄｅｒ,“ＮｏｎＮｕｌｌ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｓｐｈｅｒｅｓ：ａ  ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  ｅｒｒｏｒ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，”Ａｐｐ．Ｏｐｔ．４０（２００１）ｐ．４３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献４、５、６に開示された校正方法では、被検面を既知量だけ移動させ、センサの受光部により計測される計測値の変化量を検出することで位置倍率分布の校正を行う。このため、高精度に移動させるステージと高精度に移動距離を計測する計測機が必要であるとともに、位置倍率と角度倍率を同時に高精度に校正することが困難である。
【０００９】
また、特許文献７に開示された校正方法では、光学系の一部の部材を移動させて位置倍率分布の校正を行う。しかしながら、受光面での干渉縞の径の大きさを指標として校正を行うため、被検面が非球面である場合は、干渉縞のピッチが細かくなりすぎて干渉縞の径が正確に把握できない。さらに、角度倍率分布を高精度に校正することは困難である。
【００１０】
さらに、特許文献８で開示された方法では、形状既知の１つの非球面を原器とし、被検面の差分計測によって形状を算出する。ここで、組立要因や計測中の環境要因などで、光学系が設計値と異なる状態になる場合、この誤差によって位置倍率分布や角度倍率分布が演算（設計）した倍率分布とは異なり、高精度に計測することが困難である。
【００１１】
このような課題に鑑みて、本発明は、容易に高精度な校正を実行可能な計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造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】
【００１２】
本発明の一側面としての計測方法は、被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる非球面形状を有する第１の原器および第２の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、各原器に対応する第１および第２の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる非球面形状を有する第１の原器および第２の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、前記第１および第２の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第１または第２の原器、および前記センサのうち少なくとも２つの部材のそれぞれの各原器に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる特性を有する第１の基準光学系および第２の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、各基準光学系に対応する第１および第２の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる特性を有する第１の基準光学系および第２の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第１の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各基準光学系に対応する第２の波面を算出する算出ステップと、前記第１および第２の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第１または第２の基準光学系、および前記センサのうち少なくとも２つの部材のそれぞれの各基準光学系に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、容易に高精度な校正を実行可能な計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の計測方法を実行する計測装置の概略構成図である。
【図２】センサの構成図である。
【図３】実施例１の計測方法を示すフローチャートである。
【図４】実施例１の前処理を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の校正処理を示すフローチャートである。
【図６】実施例１の計測処理を示すフローチャートである。
【図７】実施例１の解析処理を示すフローチャートである。
【図８】実施例３の計測方法を示すフローチャートである。
【図９】実施例３の計測時校正処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施例３の別の計測時校正処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施例４の前処理を示すフローチャートである。
【図１２】光線の位置と角度を説明するための図である。
【図１３】実施例４の校正処理を示すフローチャートである。
【図１４】実施例４の解析処理を示すフローチャートである。
【図１５】実施例５の計測方法を示すフローチャートである。
【図１６】実施例６の光学機器の製造装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
図１（ａ）は、本実施例の計測方法を実行可能な計測装置１００の概略構成図である。光源１は、単色のレーザ光を発するレーザ光源、またはレーザーダイオードである。光源１から射出された光は、集光レンズ２によってピンホール３に向けて集光される。ピンホール３は、収差が小さい球面波を生成する。なお、ピンホール３の代わりに、シングルモードファイバを用いてもよい。ピンホール３からの球面波は、ハーフミラー４で反射され、投光レンズ５により収束光に変換される。収束光は、２つの原器６１、６２のそれぞれの原器面６１ａ、６２ａまたは被検物７の被検面７ａで反射し、投光レンズ５、ハーフミラー４および結像レンズ９を透過してセンサ１１に入射する。投光レンズ５、ハーフミラー４および結像レンズ９により、各原器面または被検面７ａで反射した光をセンサ１１に導く光学系が構成される。解析演算部（制御部）１３は、コンピュータにより構成され、波面計測部、波面演算部、校正部および形状演算部として機能する。
【００２０】
本実施例では、異なる非球面形状を有する原器（第１の原器、第２の原器）６１、６２を用いて光学系の校正を行う。原器６１、６２はいずれも、被検物７と異なる設計値で作製されている。原器６１、６２のそれぞれの原器面６１ａ、６２ａは計測装置１００とは別の装置、例えばプローブ式の計測装置によって精度良く計測され、解析演算部１３は計測された面形状のデータを保存する。
【００２１】
投光レンズ５および結像レンズ９はそれぞれ、複数のレンズエレメントにより構成される。投光レンズ５および結像レンズ９の焦点距離、曲率半径および直径や、投光レンズ５と結像レンズ９を組み合わせた光学系の倍率は、被検面７ａの直径（有効径）、曲率半径およびセンサ１１の受光部の大きさに基づいて決定される。
【００２２】
被検物７は、被検面７ａとセンサ共役面とが光軸上において一致する位置に配置されることが好ましい。この場合、センサ１１上において被検面７ａで反射された光の重なりが発生しないため、センサ１１は光線の角度分布を精度良く計測することができる。
【００２３】
センサ１１は、図２（ａ）に示されるように、多数の微小集光レンズがマトリックス状に配置されたマイクロレンズアレイ２１と、ＣＣＤ等の撮像素子２２とにより構成され、一般的にはシャック・ハルトマンセンサと称される。センサ１１において、マイクロレンズアレイ２１を透過した光線（光束）は、微小集光レンズごとに撮像素子２２上に集光される。撮像素子２２は、微小集光レンズからの光線により形成された光学像を光電変換して電気信号を出力する。撮像素子２２に入射する光線の角度φは、微小集光レンズにより集光されるスポットの位置と、あらかじめ校正された位置、例えば平行光を入射させたときのスポット位置との差Δｐを検出することで求められる。光線の角度φは、マイクロレンズアレイ２１と撮像素子２２との距離をｆとすると、以下の式（１）で表される。
【００２４】
φ＝ａｔａｎ（Δｐ／ｆ）                                   （１）
全ての微小集光レンズに対して上記処理を行うことで、センサ１１に入射する光線の角度分布を、センサ１１からの出力を用いて算出することができる。
【００２５】
なお、センサ１１は、波面またはあるいは光線の角度分布が計測できればよく、シャック・ハルトマンセンサに限定されない。例えば、センサ１１として、ハルトマン板や図２（ｂ）に示される回折格子２３と、撮像素子２４と、により構成されるシアリング干渉計やＴａｌｂｏｔ干渉計を用いてもよい。
【００２６】
また、センサ１１が受光する光線の大きさ（径）がセンサ１１の受光面積より大きい場合、センサ１１を受光面（ｘｙ面）内で移動させて光線の角度分布を算出し、算出されたデータをつなぎ合わせて全体の光線角度分布を作成してもよい。
【００２７】
以下、図３のフローチャートを参照して、本実施例の非球面形状である被検面７ａの面形状の計測方法を説明する。本実施例の計測方法は、解析演算部１３により、コンピュータプログラムとしての処理プログラムに従って実行される。なお、処理プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
【００２８】
ステップＳ１０では、解析演算部１３は、前処理を実行する。図４は、前処理を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップＳ１０１では、解析演算部１３は、計測装置１００とは別の高精度に形状計測が可能な計測装置、例えば、触針式の計測装置によって計測された原器面６１ａ、６２ａの互いに異なる面形状（非球面形状）のデータを取得するとともに、保存する。
【００３０】
ステップＳ１０２では、解析演算部１３は、ステップＳ１０１で計測された原器面６１ａ、６２ａの面形状と、計測装置１００の光学系の設計情報と、を用いてセンサ１１から取得される各波面（算出波面、第２の波面）Ｗｃａｌ１、Ｗｃａｌ２を算出する。すなわち、解析演算部１３は、計測装置１００の光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合に、ステップＳ１０１で計測された原器面６１ａ、６２ａの面形状に基づいてセンサ１１から取得される各波面を算出する。光学系の設計情報は、光学配置だけでなく、あらかじめ計測した光学系の収差や組立誤差、レンズの面形状やホモジニティー情報、屈折率分布情報などを含んでいてもよい。波面は、例えば、直交関数であるＺｅｒｎｉｋｅ関数で表すことができる。
【００３１】
ステップＳ１０３では、解析演算部１３は、校正のために必要な敏感度を算出する。具体的には、解析演算部１３は、各原器面の面形状を設計情報から微小量だけ変化させた場合にセンサ面で取得される波面を算出し、この波面とステップＳ１０２で算出された波面との差分を用いて、面形状に対する敏感度を算出する。同様に、各原器面と結像レンズ９の光軸方向（ｚ軸方向）の位置を設計情報から微小量だけ変化させることで、光軸方向の配置に対する敏感度を算出する。面形状や光軸方向の配置以外にも、レンズ内の面間隔、曲率半径、各種収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布などの変化に対応した敏感度を算出してもよい。なお、敏感度は、例えば、直交関数であるＺｅｒｎｉｋｅ関数で表すことができる。また、本実施例では、波面を算出したが、各原器、結像レンズ９、およびセンサ１１をステージによって移動させ、センサ１１で計測することで波面を取得してもよい。この場合、敏感度の算出時にステージ誤差が含まれることに注意が必要である。
【００３２】
ステップＳ１１では、解析演算部１３は、校正処理を実行する。光学系は、レンズ加工誤差、アライメント誤差および保持変形などにより、設計情報通りに製作することは困難である。そこで、本実施例では、光学系の状態を正確に把握して高精度な面形状の計測を行うために、図５のフローに沿って校正処理を行う。図５は、校正処理を示すフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ１１１では、解析演算部１３は、原器６１が計測装置１００に設置された状態で、センサ１１に原器面６１ａで反射した光の波面（計測波面）Ｗｇ１を計測させる。
【００３４】
ステップＳ１１２では、解析演算部１３は、原器６２が計測装置１００に設置された状態で、センサ１１に原器面６２ａで反射した光の波面（計測波面）Ｗｇ２を計測させる。
【００３５】
本実施例では、ステップＳ１１１、Ｓ１１２で計測された計測波面Ｗｇ１、Ｗｇ２を第１の波面とする。解析演算部１３は、調節移動機構（不図示）に、計測波面と算出波面とのチルト成分およびコマ成分の差が十分小さくなるように、各原器面の光軸に直交する面（ｘｙ面）内での位置およびｘｙ面に対する傾きを調節させる。この調節によって、各原器のアライメント誤差を低減する。被検物７ａを計測する場合も同様のアライメントを行う。
【００３６】
ステップＳ１１３では、解析演算部１３は、まず、以下の式（２）に示されるように、計測波面Ｗｇ１と算出波面Ｗｃａｌ１との差分ΔＷｇ１、および計測波面Ｗｇ２と算出波面Ｗｃａｌ２との差分ΔＷｇ２を算出する。続いて、差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２がそれぞれ所定値より小さくなるように、敏感度を用いて光学系の光学パラメータを算出する。
【００３７】
【数１】
2018084464.tif 000003
【００３８】
ここで、前処理で算出された敏感度を用いて、光学系の光学パラメータを算出する方法について具体的に説明する。本実施例では、Ｚｅｒｎｉｋｅ関数の球面成分（Ｚ４項とＺ９項）を用いて、光学パラメータとして「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」と、「面形状の設計情報からの誤差量」を算出する。計測波面と算出波面との差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２の球面成分のＺ４項成分（２次成分）とＺ９項成分（４次成分）は、以下の式（３）で表される。
【００３９】
【数２】
2018084464.tif 000004
【００４０】
ここで、ΔＷｇ１＿Ｚ４とΔＷｇ１＿Ｚ９は、差分ΔＷｇ１の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分である。ΔＷｇ２＿Ｚ４とΔＷｇ２＿Ｚ９は、差分ΔＷｇ２の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分である。Ｓ１原器＿Ｚ４とＳ１原器＿Ｚ９は、原器６１を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分の敏感度である。Ｓ２原器＿Ｚ４とＳ２原器＿Ｚ９は、原器６２を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分の敏感度である。Ｓ１レンズ＿Ｚ４とＳ１レンズ＿Ｚ９は、原器６１が設置された状態で結像レンズ９を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分の敏感度である。Ｓ２レンズ＿Ｚ４とＳ２レンズ＿Ｚ９は、原器６２が設置された状態で結像レンズ９を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分の敏感度である。Ｓ１面形状１＿Ｚ４とＳ１面形状１＿Ｚ９は、原器６１が設置された状態の光学系のうちの１つのレンズ（第１レンズ）の面形状誤差に対する敏感度である。Ｓ２面形状１＿Ｚ４とＳ２面形状１＿Ｚ９は、原器６２が設置された状態の第１レンズの面形状誤差に対する敏感度である。Ｓ１面形状２＿Ｚ４とＳ１面形状２＿Ｚ９は、原器６１が設置された状態の光学系のうちの別のレンズ（第２レンズ）の面形状誤差に対する敏感度である。Ｓ２面形状２＿Ｚ４とＳ２面形状２＿Ｚ９は、原器６２が設置された状態の第２レンズの面形状誤差に対する敏感度である。
【００４１】
解析演算部１３は、差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２がそれぞれ所定値より小さくなるように、式（３）を解く。そうすることで、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」（＝原器・レンズ配置変化量）と、２つの面の「面形状の設計情報からの誤差量」（＝面形状変化量１、２）が算出される。
【００４２】
算出された原器やレンズの設計情報からの誤差量や面形状の設計情報からの誤差量は、実際に光学系に発生している誤差量とは必ずしも同じではない。しかしながら、複数誤差の相互作用で発生した誤差を打ち消すことができる。
【００４３】
本実施例では計測波面と算出波面との差の球面成分のＺ４項成分とＺ９項成分を用いて光学パラメータを算出したが、計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出することが重要であり、算出方法はこれに限定されない。例えば、高次の球面成分まで考慮し、高次の波面差まで一致するように（所定量より小さくなるように）光学パラメータを算出してもよい。多くの情報を用いることで、高精度に校正することができる。
【００４４】
また、本実施例では式（３）に表されるように、原器およびセンサの光軸方向の配置と、２つの面の面形状情報を光学パラメータとして求め、校正を行ったが、２つより多くの面の面形状情報を用いて校正を行ってもよい。さらに、１つの面の面形状をＺｅｒｎｉｋｅ関数で表現し、より高次の球面成分を用いてもよい。他に、各原器および結像レンズ９以外にも、光学系の他の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長やそれぞれの変化量など種々の光学パラメータを用いてもよい。複数の光学パラメータを用いて校正を行う場合、敏感度が異なるものを選ぶことが望ましい。
【００４５】
さらに、式（３）に基づいて敏感度を用いて設計情報からの誤差量を算出するのではなく、光線追跡を行い２つの波面差ΔＷｇ１、ΔＷｇ２が所定量より小さくなるように光学パラメータを算出してもよい。また、演算上で計測波面が得られる最も尤もらしい光学パラメータを推定する方法を用いてもよい。求める光学パラメータには特に制約はなく、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサの計測波面の線形性誤差量、光源の波長や、それぞれの変化量でもよい。図１（ｂ）に示されるように、ダミー面１４を設定して任意の位相分布を与えるなどの方法を用いてもよい。
【００４６】
また、本実施例では、２つの原器を用いた校正について説明したが、原器を３つ以上用いることで、より高精度な校正を行うことができる。さらに、計測波面と算出波面とを一致させる波面の周波数や、光学系の誤差を校正するためのパラメータの数は多いほうがより高精度な校正を実現できるが、少なくとも式（４）に表されるように２つは必要である。
【００４７】
【数３】
2018084464.tif 000005
【００４８】
また、２つの原器の非球面形状の差が大きい場合、波面の敏感度に差が生じるとともに、光学系を通る光路が異なり、光学系の誤差をより反映した波面を取得することができる。そのため、２つの原器の各中心曲率の差は、０．００１（１／ｍｍ）以上である（より好ましくは０．１０（１／ｍｍ）以上である、あるい２．００（１／ｍｍ）以下である）ことが好ましい。また、球面からの乖離量である非球面量が大きい場合、波面の敏感度に差が生じる。そのため、２つの原器の各非球面形状の非球面量は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。また、上記条件を満たした原器を３つ以上用意し、校正の際に被検面７ａの設計値に合わせて２つの原器を選択してもよい。このとき、被検面７ａとの形状差が小さい原器を選択することが好ましい。
【００４９】
球面成分（回転対称成分）は上記のように求めることができるが、算出波面には非点収差などの回転非対称成分が残存する。回転非対称成分を除去するためには、原器や被検物を光軸回りに回転させて、回転前後のセンサ１１からの出力に基づいて光学系の設計情報を変更すればよい。また、回転非対称成分に対する敏感度も同様に算出して、種々のＺｅｒｎｉｋｅ関数での上記関係式を算出し、すべての成分において２つの波面差が所定値より小さくなる解を求めてもよい。すべての成分において２つの波面差が所定値より小さくなる解を求めることができれば、原器や被検面を回転させる手間がなくなり、高精度の計測を高速で行うことが可能になる。
【００５０】
ステップＳ１１４では、解析演算部１３は、光学系の設計情報をステップＳ１１３で算出した光学パラメータに基づいて変更する。変更された新たな設計情報では、加工や組み立てで発生した誤差が校正後の光学系の設計情報として用いられる。校正後の光学系の設計情報は、実際に光学系に発生している誤差と必ずしも同じではないが、複数誤差の相互作用で発生した誤差が打ち消され、センサ１１から取得される計測波面を算出波面と等しくすることができる。すなわち、本実施例の方法により、光学系を校正することができる。
【００５１】
本実施例の校正処理では計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、２つの原器の光学配置が等しくなるように光学パラメータを算出してもよい。この場合、２つの原器がそれぞれ設置された場合の各原器、光学系の少なくとも一部の部材、およびセンサ１１のうち少なくとも２つの部材のそれぞれの各原器に対応する光軸方向の光学配置（駆動量）の差が小さくなるように光学パラメータを算出すればよい。
【００５２】
また、本実施例の校正処理では、算出された光学パラメータに基づいて光学系の設計情報を変更したが、各部材を算出した駆動量だけステージを用いて実際に駆動させてもよい。
【００５３】
ステップＳ１２では、解析演算部１３は、計測処理を実行する。図６は、計測処理を示すフローチャートである。
【００５４】
ステップＳ１２１では、解析演算部１３は、センサ１１に、計測装置１００に被検物７が設置された状態で、被検面７ａからの反射光を計測させる。解析演算部１３は、調節移動機構（不図示）に、計測波面と算出波面とのチルト成分およびコマ成分の差が十分小さくなるように、被検物７の位置および傾きを調節させる。光軸方向の位置に関しては、別途、測長機や変位計等の外部測定器によって原器面６１ａ（６２ａ）と被検面７ａのそれぞれの中心位置を計測し、原器面６１ａ（６２ａ）の位置と一致するように被検面７ａの位置を調節してもよい。本実施例では、センサ１１としてシャック・ハルトマンセンサを用いているため、反射光の光線分布角度Ｖｓを計測することができる。解析演算部１３は、計測された光線分布角度Ｖｓを保存する。
【００５５】
ステップＳ１３では、解析演算部１３は、被検面７ａの形状情報を算出するために、センサ１１が計測した被検面７ａの波面情報に基づいて解析処理を実行する。図７は、解析処理を示すフローチャートである。
【００５６】
ステップＳ１３１では、解析演算部１３は、校正処理で変更された光学系の設計情報を用いて光線追跡を行い、保持する光線位置分布と光線角度分布Ｖｓから、被検面７ａでの光線位置と光線角度分布ｖｓを求める。被検面７ａの形状は未知であるが、被検面７ａの設計形状に基づいて光線追跡を行えばよい。
【００５７】
ステップＳ１３２では、解析演算部１３は、ステップＳ１３１で求められた光線位置と光線角度分布ｖｓから積分によって被検面７ａの形状を算出する。
【００５８】
このように、光線追跡を行ってセンサ１１上の情報から被検面７ａ上の情報に変換するためには、計測装置１００内に光線追跡ソフトウェアを内蔵する必要がある。しかしながら、光線追跡を行うことで、高速で高精度な計測が可能となる。また、回転非対称成分の影響も考慮できる。
【００５９】
以上説明したように、異なる非球面形状を持つ少なくとも２つの原器を用いる本実施例の計測方法を用いることで、組立や環境によって光学系が設計値と異なる場合でも、校正を容易に行うことができる。結果として、被検面７ａの形状を非接触で高速かつ高精度に計測できる。
【００６０】
なお、本実施例では、被検サンプルはレンズとしたが、レンズには限らず、レンズと同等の形状を有するもの、例えば金型であってもよい。また、本実施例では、被検面７ａが凸非球面である場合について説明したが、凹非球面であってもよい。この場合でも、図１（ｃ）に示されるように、少なくとも２つの原器６１、６２を用いて校正すればよい。２つの原器６１、６２は、互いに異なる凹非球面形状を有することが好ましい。
【実施例２】
【００６１】
実施例１では、校正処理において、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」および「面形状の設計情報からの誤差量」を同時に算出した。本実施例では、前者を算出した後、後者を算出する。そうすることで、ばらつきが少ない、精度の高い校正結果を取得することができる。他の構成および処理は、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施例では、Ｚｅｒｎｉｋｅ関数の球面成分（Ｚ４、９、１６、２５、３６…項）に着目し、計測波面と算出波面との差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２が所定値より小さくなるように、敏感度を用いて光学系の光学パラメータを算出する。本実施例では、「光学系において誤差の大きい、または空間的に低次周波数の波面が変化する、少なくとも２つのパラメータの値」と「光学系において誤差の小さい、または空間的に高次周波数の波面が変化する、少なくとも２つのパラメータの値」を算出する。本実施例では、前者を算出した後、後者を算出する。そうすることで、ばらつきが少ない、精度の高い校正結果を取得することができる。以下、前者を「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」、後者を「面形状の設計情報からの誤差量」として説明する。なお、光学系において誤差の大きい、または空間的に低次周波数の波面が変化するパラメータとは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長である。また、光学系において誤差の小さい、または空間的に高次周波数の波面が変化するパラメータとは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布である。
【００６３】
本実施例では、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」は、結像レンズ９、各原器、およびセンサ１１の３つの駆動量である。また、「面形状の設計情報からの誤差量」は、それぞれ複数のレンズで構成されている投光レンズ５および結像レンズ９のうち、３つのレンズ面の面形状誤差量である。
【００６４】
本実施例では、解析演算部１３は、まず、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」を算出する。計測波面と算出波面との差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）は、以下の式（５）で表される。
【００６５】
【数４】
2018084464.tif 000006
【００６６】
ここで、ΔＷｇｉ＾２＿１とΔＷｇｉ＾２＿２（ｉは２〜６の整数）はそれぞれ、差分ΔＷｇ１と差分ΔＷｇ２の球面成分のＺｉ＾２項成分である。Ｓ＿ｉ＾２＿１＿ｌｅｎｓとＳ＿ｉ＾２＿２＿ｌｅｎｓ（ｉは２〜６の整数）はそれぞれ、原器６１、６２が設置された状態で結像レンズ９を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）の敏感度である。Ｓ＿ｉ＾２＿１＿ｓｍｐとＳ＿ｉ＾２＿２＿ｓｍｐ（ｉは２〜６の整数）はそれぞれ、原器６１、６２を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）の敏感度である。Ｓ＿ｉ＾２＿１＿ｓｎｓとＳ＿ｉ＾２＿２＿ｓｎｓ（ｉは２〜６の整数）はそれぞれ、原器６１、６２が設置された状態でセンサ１１を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）の敏感度である。Ｍｌｅｎｓ、Ｍｓｍｐ、およびＭｓｎｓはそれぞれ、結像レンズ９、原器６１または原器６２、およびセンサ１１の移動量である。
【００６７】
式（５）は、移動量の変数が３個に対して式が１０個あるため解けないが、左辺と右辺の差が最小になる移動量を最小二乗法やＳＶＤ（特異値分解）法を用いて求めればよい。
【００６８】
次に、解析演算部１３は、「面形状の設計情報からの誤差量」を算出する。差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２から、算出された移動量と敏感度の積を引いた値の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）は、以下の式（６）で表される。
【００６９】
【数５】
2018084464.tif 000007
【００７０】
ここで、Ｄｉ＾２＿１とＤｉ＾２＿２（ｉは２〜６の整数）はそれぞれ、差分ΔＷｇ１、ΔＷｇ２から、算出された移動量と敏感度の積を引いた値の球面成分のＺｉ＾２項成分（ｉは２〜６の整数）である。Ｓｉ＾２＿１＿ｔ＿ｋとＳｉ＾２＿２＿ｔ＿ｋはそれぞれ、原器６１、６２が設置された状態のレンズ面の面形状誤差に対する敏感度である。ｋは、投光レンズ５および結像レンズ９のうち使用する３つのレンズ面を表し、１〜３の整数である。ｔは、各レンズ面に面形状誤差を付加するときのＺｅｒｎｉｋｅ関数の番号の変数を表し、９または１６である。Ｇｔ＿ｋは、ｋで指定したレンズ面のＺｔ項の係数である。
【００７１】
式（５）と同様に、左辺と右辺の差が最小になる面形状誤差を最小二乗法やＳＶＤ（特異値分解）法を用いて求めればよい。
【００７２】
算出された原器やレンズの設計情報からの誤差量や面形状の設計情報からの誤差量は、実際に光学系に発生している誤差量とは必ずしも同じではない。しかしながら、複数誤差の相互作用で発生した誤差を打ち消すことができる。
【００７３】
本実施例では計測波面と算出波面との差の球面成分のＺ３６項までの成分を用いて光学パラメータを算出したが、計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出することが重要であり、算出方法はこれに限定されない。例えば、より高次の球面成分まで考慮し、高次の波面差まで一致するように（所定量より小さくなるように）光学パラメータを算出してもよい。多くの情報を用いることで、高精度に校正することができる。
【００７４】
また、式（５）では、各原器、結像レンズ９、およびセンサ１１の光軸方向の移動量を算出したが、その他の誤差の大きいパラメータ、例えばセンサ１１のリニアリティ計測誤差や光源１の波長誤差を同時に算出してもよい。
【００７５】
また、本実施例では、３つの移動量と、３つの面の面形状を光学パラメータとして求め、校正したが、３つより多くの面形状を使った校正を行ってもよい。さらに、１つの面形状をＺｅｒｎｉｋｅ関数で表現し、より高次の球面成分を用いてもよい。他に、他の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布など、種々の光学パラメータを用いてもよい。複数の光学パラメータを用いた校正を行う場合、敏感度が異なるものを選ぶことが望ましい。また、２つの原器の非球面形状の差が大きい場合、波面の敏感度に差が生じるとともに、光学系を通る光路が異なり、光学系の誤差をより反映した波面を取得することができる。そのため、２つの原器の各中心曲率の差は、０．００１（１／ｍｍ）以上であることが好ましい。また、球面からの乖離量である非球面量が大きい場合、波面の敏感度に差が生じる。そのため、２つの原器の各非球面形状の非球面量は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。また、上記条件を満たした原器を３つ以上用意し、校正の際に被検面７ａの設計値に合わせて２つの原器を選択してもよい。このとき、被検面７ａとの形状差が小さい原器を選択することが好ましい。
【実施例３】
【００７６】
本実施例では、校正処理を、初期校正処理（組立校正処理）と計測時校正処理とに分けて実行する。校正処理以外の構成及び処理は、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７７】
以下、図８のフローチャートを参照して、本実施例の計測方法を説明する。本実施例の計測方法は、解析演算部１３により、コンピュータプログラムとしての処理プログラムに従って実行される。なお、処理プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
【００７８】
実施例１で説明したように、計測装置１００の光学系は、レンズの加工誤差、組立誤差、被検物のアライメント誤差、および温度変化などの環境要因などで、設計値通りに配置されない。そのため、光学系の状況を正確に把握する校正を行うことで、高精度計測が可能になる。
【００７９】
本実施例では、初期校正処理および計測時校正処理を校正処理として実行する。初期校正処理では、レンズの加工誤差や組立誤差など、一度校正すると変化しない誤差要因や、長い時間をかけて変化する誤差要因の校正を行う。この処理では、実施例１と同様に、図５のフローに沿って、異なる既知の非球面形状を有する２つの原器を使用した校正が行われる。計測時校正処理では、環境や装置内の部材に起因する温度変化による光学系誤差など、計測ごとに（短時間で）変化する誤差要因の校正を行う。この処理では、既知の非球面形状を有する１つの原器を使用した校正が行われる。本実施例では、誤差の発生要因と、変化の時間軸に合わせて、２つの校正処理を使い分けることで、更に高精度な計測が可能となる。
【００８０】
図９は、計測時校正処理を示すフローチャートである。面形状や位相分布などの複雑な情報を算出するためには、初期校正処理のように、少なくとも２つ以上の原器の情報が必要である。しかしながら、温度変化など、光軸方向の駆動量の誤差を補正する場合には、１つの原器の情報だけで校正することが可能である。この処理では、初期校正処理で用いた２つの原器のうちの１つを原器として用いればよい。本実施例では、原器として原器６１を使用する。
【００８１】
ステップＳ２０１では、解析演算部１３は、計測波面を取得するために、計測装置１００に原器６１が設置された状態で、センサ１１に原器６１からの反射光を計測させる。
【００８２】
ステップＳ２０２では、解析演算部１３は、初期校正処理で変更された光学系の設計情報に基づいて、原器６１からの反射光のセンサ面での波面（算出波面）を算出する。解析演算部１３は、ステップＳ２０１で取得した計測波面と算出波面とが一致する（波面の差が所定値より小さくなる）ように、再度光学パラメータを算出する。計測時校正処理では短時間で変化する誤差要因の影響を低減することを目的としているため、算出される光学パラメータは短時間で変化するものを選ぶことが好ましい。例えば、短時間の温度変化を校正するために、フォーカス成分、面間隔、ならびにレンズ、センサ、および被検物などの配置を選べばよい。
【００８３】
ステップＳ２０３では、解析演算部１３は、光学系の設計情報をステップＳ２０２で算出した光学パラメータに再度変更する。したがって、校正後の光学系の設計情報は、レンズの加工誤差や組立誤差などの変化しにくい誤差要因に加えて、計測時に発生する誤差要因も考慮されている。
【００８４】
図１０は、図９を用いて説明した計測時校正処理とは異なる計測時校正処理を示すフローチャートである。この計測時校正処理では、短時間で変化する誤差要因の影響を低減するために、１つの原器を計測した結果から、原器および結像レンズを光軸に沿って移動させる。図９の計測時校正処理と同様に、原器として原器６１を使用する。
【００８５】
ステップＳ２１１では、解析演算部１３は、計測波面を取得するために、計測装置１００に原器６１が設置された状態で、センサ１１に原器６１からの反射光を計測させる。
【００８６】
ステップＳ２１２では、解析演算部１３は、初期校正処理で変更された光学系の設計情報に基づいて、原器６２からの反射光のセンサ面での波面（算出波面）を算出する。そして、ステップＳ２１１で取得した計測波面と算出波面との差が所定値より小さいかどうかを判定する。所定値より大きい場合、ステップＳ２１３に進み、所定値より小さい場合、フローを終了する。
【００８７】
ステップＳ２１３では、解析演算部１３は、計測波面と算出波面とが一致する（波面の差が所定値より小さくなる）ように、図４のステップＳ１０３で算出した敏感度を用いて原器６１および結像レンズ９の駆動量を算出する。
【００８８】
ステップＳ２１４では、解析演算部１３は、ステップＳ２０３で算出した駆動量に基づいて、原器６１および結像レンズ９を駆動させる。
【００８９】
本実施例の計測方法では、計測時に発生している誤差をリアルタイムに補正することが可能となり、より高精度な計測が行える。また、計測時校正処理は１つの原器で実現できることから、トータルの計測時間を短くすることができる。また、使い勝手を向上させることができるとともに、校正負荷を軽減することができる。
【実施例４】
【００９０】
実施例１では、センサ１１により計測された光線角度分布Ｖｓと光線位置分布から、被検面７ａでの光線角度分布ｖｓと光線位置を算出する方法に説明した。本実施例では、位置倍率分布と角度倍率分布のテーブルに基づいて、被検面７ａでの光線位置と光線角度分布ｖｓを算出する方法について説明する。被検面７ａとセンサ面との相対関係を表す倍率変化テーブルを使うことで、光線追跡ソフトを計測装置に搭載する必要がなくなる。本実施例は、実施例１に対して、倍率分布を計算する点と、計測波面から被検面形状を求める点だけが異なる。
【００９１】
図１１は、本実施例の前処理を示すフローチャートである。ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０４の処理はそれぞれ、実施例１で説明した図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
ステップＳ４０３では、解析演算部１３は、センサ面とセンサ共役面との間の位置倍率分布α、角度倍率分布β、および主光線角度分布ηを算出する。位置倍率分布αおよび角度倍率分布βはそれぞれ、センサ面とセンサ共役面との間での各原器面および被検面７ａの設計値面で反射した光線の位置関係および角度関係を示す。
【００９３】
具体的には、図１２に示されるように、位置倍率分布αは、センサ面上において光軸から光線の入射位置までの距離をｒ、センサ共役面上において光軸から光線の入射位置までの距離をＲとした場合、以下の式（７）で表される。
【００９４】
α＝Ｒ／ｒ                                                 （７）
角度倍率分布βは、以下の式（８）で表される。ここで、各原器面および設計値である被検面７ａを微小角度だけ傾けた場合において、センサ共役面上でのメリジオナル面における光線反射角度の変化をΔＶ、センサ面上でのメリジオナル面における光線入射角度の変化をΔｖとする。
【００９５】
β＝Δｖ／ΔＶ                                      （８）
主光線角度分布ηは、各原器面および設計値である被検面７ａを用いてセンサ１１から光軸と平行に（つまり、光軸に対して０°の光線角度で）光線追跡演算を行った場合の各原器面および被検面７ａに入射する光線の角度分布である。
【００９６】
位置倍率分布α、角度倍率分布β、および主光線角度分布ηは、設計値ごとに算出する必要がある。本実施例では、２つの原器の各原器面と、被検面７ａはいずれも設計値が異なるため、それぞれの設計値に対応した分布を求める必要がある。
【００９７】
図１３は、本実施例の校正処理を示すフローチャートである。ステップＳ４１１〜Ｓ４１４の処理はそれぞれ、実施例１で説明した図５のステップＳ１１１〜Ｓ１１４と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。
【００９８】
ステップＳ４１５では、解析演算部１３は、変更された光学パラメータに基づいて、図１１のステップＳ４０３で説明した方法を用いて倍率分布を算出する。
【００９９】
図１４は、本実施例の解析処理を示すフローチャートである。ステップＳ４４３の処理は、実施例１で説明した図７のステップＳ１３２と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。
【０１００】
ステップＳ４４１では、解析演算部１３は、以下の式（９）を用いて、センサ１１により計測された光線角度分布Ｖｓからセンサ共役面上の光線角度分布ｖｓを算出する。
【０１０１】
【数６】
2018084464.tif 000008
【０１０２】
続いて、解析演算部１３は、以下の式（１０）を用いて、センサ共役面上の光線位置分布ｒｓを算出する。
【０１０３】
ｒｓ＝αｓ×ｒ                                      （１０）
ここで、ｒは、センサ１１の光線計測位置分布である。光線計測位置分布ｒとは、シャック・ハルトマンセンサでは、撮像素子上での座標におけるマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの中心位置に相当する。また、光線計測位置分布ｒおよび光線位置分布ｒｓは、ｘｙ面上での座標で表される光軸からの距離である。
【０１０４】
ステップＳ４４２では、解析演算部１３は、光線位置分布ｒｓおよび光線角度分布ｖｓを用いて光線追跡演算を行い、被検面７ａの設計面との交点ｒｂｓを求める。交点ｒｂｓは、ｘｙ面での座標で表される光軸からの距離を示す。
【０１０５】
以上説明したように、本実施例の倍率校正分布を用いた変換を行うことによって、光線追跡を行わずに簡単に被検面の形状を算出することができる。
【実施例５】
【０１０６】
実施例１〜５では、被検物の反射光を計測する場合について説明したが、本実施例では、単レンズの透過光を計測する場合について説明する。被検物（被検光学系）として、単レンズ以外にも、レンズを複数組み合わせたレンズユニット、液浸した単レンズ、およびマッチングオイルを塗布したものも同様に計測できる。図１５は、本実施例の計測方法を実行可能な計測装置（透過波面計測装置）２００の概略構成図である。計測装置２００を用いることで、単レンズ７０の透過光を計測することができる。
【０１０７】
本実施例では、校正処理のために、互いに異なる特性（例えば、非球面形状）を有する２つのレンズを基準光学系（原器）６１０、６２０として用いる。各基準光学系は反射面のように既知であることが望ましいが、透過波面情報は既知にはできない。そのため、基準光学系を精度よく製作する、また、事前に形状、曲率、内部透過率、および偏心などを計測し、できるだけ不確かさを小さくしておくことが望ましい。
【０１０８】
他の構成要素や処理（前処理、校正処理、計測処理、解析処理）は、他の実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【実施例６】
【０１０９】
図１６を参照して、本実施例の光学機器の製造装置について説明する。図１６は、光学機器の製造装置３００の概略構成図である。製造装置３００は、実施例１から５で説明した計測装置１００からの情報に基づいて光学機器を製造する。
【０１１０】
図１６において、５０は被検レンズの材料（素材）であり、３０１は材料５０に対して切削や研磨などの加工を行って光学素子としての被検レンズ５１を製造する製造部である。被検レンズ５１は、非球面形状を有する。
【０１１１】
製造部３０１で加工された被検レンズ（被検面）の形状は、計測部としての計測装置１００において、実施例１で説明した計測方法を用いて計測される。実施例１で説明したように、計測装置１００は、被検面を目標の面形状に仕上げるために、被検面の面形状の計測データと目標データとの差に基づいて被検面に対する修正加工量を計算し、これを製造部３０１に出力する。これにより、製造部３０１による被検面に対する修正加工が行われ、目標の面形状に至った被検面を有する被検レンズ５１が完成する。
【０１１２】
なお、被検レンズ５１がカメラや交換レンズ等の光学機器に内蔵されて使用される場合、製造部３０１は被検レンズを光学機器に組み込む工程を実行するように構成されてもよい。
【０１１３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１      光源
７ａ    被検面
９      結像レンズ
１１    センサ
１３    解析演算部（制御部）
６１    第１の原器
６２    第２の原器
１００  計測装置
【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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【図１６】
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