(57)【要約】【課題】Ｄカットレンズなどの回転非対称の測定対象の形状誤差を正確に算出することができる形状測定装置及び形状測定方法並びに形状測定プログラムを提供する。【解決手段】回転非対称の測定対象Ｓは、光軸中心に関して回転対称である回転対称部Ｓａを含む。回転対称部Ｓａを測定子Ｐで走査して、回転対称部Ｓａの形状測定値を取得する。測定対象Ｓを測定子Ｐで走査して、測定対象Ｓの形状測定値を取得する。回転対称部Ｓａの形状測定値から、測定対象の配置状態を取得する。測定対象Ｓの配置状態における測定対象Ｓの測定用設計値と測定対象Ｓの形状測定値との誤差を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、
測定子を前記測定対象に接触させた状態で、前記測定子と前記測定対象の相対位置を変えながら、前記測定子により前記測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、前記測定対象の形状測定値を取得する形状測定部と、
前記回転対称部を前記測定子で走査して、前記回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、前記測定対象を前記測定子で走査して、前記測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行う走査シーケンス制御部と、
前記回転対称部の形状測定値から、前記測定対象の配置状態を取得する配置状態取得部と、
前記測定対象の配置状態における前記測定対象の測定用設計値と前記測定対象の形状測定値との誤差を算出する誤差算出部とを備える形状測定装置。
【請求項２】
前記配置状態取得部は、前記回転対称部の形状測定値と予め定められた前記回転対称部の初期設計値とを比較し、前記比較の結果から前記測定対象の配置状態を取得する請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記走査シーケンス制御部は、前記回転対称部において異なる位置に設けられた複数の走査ラインを走査して、前記走査ライン毎に前記回転対称部の形状測定値を取得し、
前記配置状態取得部は、各走査ラインにおける回転対称部の形状測定値と前記回転対称部の初期設計値とを比較して得られる複数の比較結果に基づいて、前記測定対象の配置状態を取得する請求項２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記測定対象の配置状態には、前記光軸中心からのズレと前記測定対象の傾きが含まれる請求項２または３記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記測定走査シーケンスには、前記測定対象のうち前記光軸中心から距離Ｄだけオフセットしたオフセット部を前記測定子で走査して、前記オフセット部の形状測定値を取得するオフセット部走査シーケンスが含まれ、
前記誤差算出部は、前記測定対象の配置状態における前記オフセット部の測定用設計値と前記オフセット部の形状測定値との誤差を算出する請求項１ないし４いずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記オフセット部走査シーケンスには、前記相対位置の変更によって、前記測定子を前記オフセット部に位置させるシーケンスが含まれる請求項５記載の形状測定装置。
【請求項７】
予め設定された前記測定対象の初期設計値と前記測定対象の配置状態から、前記測定対象の配置状態における前記オフセット部の測定用設計値を設定する設計値設定部を備え、
前記誤差算出部は、前記オフセット部の測定用設計値と前記オフセット部の形状測定値との誤差を算出する請求項５または６記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記オフセット部の測定用設計値は、複数の設計値用点群からなり、前記複数の設計値用点群の数は、前記測定子の走査に基づく複数の測定点群の数と同じ又は前記複数の測定点群の数以上である請求項７記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記複数の設計値用点群の数は５０以上、又は前記特定の測定ピッチに従って定められる請求項８記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記複数の設計値用点群から前記測定対象の勾配を算出する勾配算出部を備え、
前記走査シーケンス制御部は、前記測定子を、前記測定対象の勾配に応じて設定された走査速度で走査させる請求項８または９記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記測定対象は、前記光軸中心を通る第１方向の周の長さが、前記光軸中心を通り、且つ前記第１方向と直交する第２方向の周の長さよりも大きい請求項１ないし１０いずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記回転対称部走査シーケンスでは、前記測定子による前記第１方向への走査の距離を、前記第２方向への走査の距離よりも長くする請求項１１記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記測定対象はＤカットレンズである請求項１ないし１１いずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項１４】
光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、
形状測定部が、測定子を前記測定対象に接触させた状態で、前記測定子と前記測定対象の相対位置を変えながら、前記測定子により前記測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、前記測定対象の形状測定値を取得するステップと、
走査シーケンス制御部が、前記回転対称部を前記測定子で走査して、前記回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、前記測定対象を前記測定子で走査して、前記測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行うステップと、
配置状態取得部が、前記回転対称部の形状測定値から、前記測定対象の配置状態を取得するステップと、
誤差算出部が、前記測定対象の配置状態における前記測定対象の測定用設計値と前記測定対象の形状測定値との誤差を算出するステップとを備える形状測定方法。
【請求項１５】
光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定させる形状測定プログラムであって、
コンピュータに、
形状測定部が、測定子を前記測定対象に接触させた状態で、前記測定子と前記測定対象の相対位置を変えながら、前記測定子により前記測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、前記測定対象の形状測定値を取得するステップと、
走査シーケンス制御部が、前記回転対称部を前記測定子で走査して、前記回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、前記測定対象を前記測定子で走査して、前記測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行うステップと、
配置状態取得部が、前記回転対称部の形状測定値から、前記測定対象の配置状態を取得するステップと、
誤差算出部が、前記測定対象の配置状態における前記測定対象の測定用設計値と前記測定対象の形状測定値との誤差を算出するステップとを実行させるための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、非球面レンズなどの測定対象の形状を測定する形状測定装置及び形状測定方法並びに形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非球面レンズなどの略球状の部材の形状を測定する装置として、特許文献１に示すような形状測定装置が知られている。この特許文献１の形状測定装置では、略球状の部材などの測定対象の表面に測定子を接触させた状態で、測定子と測定対象の相対位置を動かして、測定子により測定対象の表面を走査している。この測定子による走査によって、測定対象の表面の形状測定値を取得し、この取得した形状測定値を設計値にアライメントするなどによって、測定対象の形状誤差を算出している。
【０００３】
また、特許文献２の形状測定装置では、測定対象の形状誤差の算出前に、測定対象の傾きなど測定対象の配置状態を取得している。そして、取得した測定対象の配置状態に合わせて設計値を補正し、補正後の設計値と形状測定値とから、測定対象の形状誤差を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３９９２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、光学関連の製品には、これまでとは異なる多種多様な形状を有するレンズが用いられている。例えば、プロジェクタ用の投影レンズとして、外周の一部をカットしたＤカットレンズが用いられつつある。このＤカットレンズをプロジェクタ装置に採用することで、プロジェクタ装置の小型軽量化の実現等を可能にする。一方で、Ｄカットレンズは、大部分が回転非対称の形状を有していることから、従来の回転対称の形状を有するレンズとは異なった光学的特徴を備えている。
【０００６】
例えば、図２に示すＤカットレンズは、図１９に示すようなＸ方向の形状誤差とＹ方向の形状誤差を有している。ＤカットレンズにおけるＸ方向の形状誤差は、Ｚ軸に関して非対称となる回転非対称となっており、このＸ方向の形状誤差は、光軸中心ＣＬを示す原点から離れれば離れるほど、大きくなっている（「Ｘプラス側の誤差Ｅ１」と「Ｘマイナス側の誤差Ｅ２」参照）。また、ＤカットレンズのＹ方向の形状は、外周の一部カットにより途中で途切れていることから、この途切れた部分に対応する形状誤差は存在しない。
【０００７】
Ｄカットレンズは以上のような光学的特性を有しているため、形状測定の際、特許文献２のように、光軸中心からのズレや傾きなど測定対象Ｓの配置状態を正確に算出することが難しい。そのため、測定対象Ｓの配置状態に合わせて設計値を補正することなく、形状測定値を設計値にアライメントすることがあった。例えば、Ｘ方向の形状誤差について、形状測定値を単に設計値にアライメントして求めた場合、傾斜補正や光軸中心の認識が誤って行われるため、形状誤差が小さくなって、実際とは大きく異なる誤った測定結果がでてしまうことがある（図１０（本来の形状誤差）、図１２（形状測定値を設計値に単にアライメントした場合の形状誤差）参照）。また、Ｙ方向の形状誤差について、形状測定値を単に設計値にアライメントして求めた場合、測定対象Ｓが光軸中心ＣＬからずれているのか倒れているのかが判別できず、実際とは大きく異なる誤った測定結果がでてしまうことがある（図１１（本来の形状誤差）、図１３（形状測定値を設計値に単にアライメントした場合の形状誤差）参照）。
【０００８】
以上から、Ｄカットレンズなどの回転非対称形状の測定対象は、特許文献１、２のような従来の形状測定装置では、光軸中心からのズレや傾きなど配置状態を正確に算出することができず、結果として、形状誤差を正確に算出することができなかった。
【０００９】
本発明は、Ｄカットレンズなどの回転非対称の測定対象の形状誤差を正確に算出することができる形状測定装置及び形状測定方法並びに形状測定プログラム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】
【００１０】
本発明は、光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、測定子を測定対象に接触させた状態で、測定子と測定対象の相対位置を変えながら、測定子により測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、測定対象の形状測定値を取得する形状測定部と、回転対称部を測定子で走査して、回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、測定対象を測定子で走査して、測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行う走査シーケンス制御部と、回転対称部の形状測定値から、測定対象の配置状態を取得する配置状態取得部と、測定対象の配置状態における測定対象の測定用設計値と測定対象の形状測定値との誤差を算出する誤差算出部とを備える。
【００１１】
配置状態取得部は、回転対称部の形状測定値と予め定められた回転対称部の初期設計値とを比較し、比較の結果から測定対象の配置状態を取得することが好ましい。走査シーケンス制御部は、回転対称部において異なる位置に設けられた複数の走査ラインを走査して、走査ライン毎に回転対称部の形状測定値を取得し、配置状態取得部は、各走査ラインにおける回転対称部の形状測定値と回転対称部の初期設計値とを比較して得られる複数の比較結果に基づいて、測定対象の配置状態を取得することが好ましい。測定対象の配置状態には、光軸中心からのズレと測定対象の傾きが含まれることが好ましい。
【００１２】
測定走査シーケンスには、測定対象のうち光軸中心から距離Ｄだけオフセットしたオフセット部を測定子で走査して、オフセット部の形状測定値を取得するオフセット部走査シーケンスが含まれ、誤差算出部は、測定対象の配置状態におけるオフセット部の測定用設計値とオフセット部の形状測定値との誤差を算出することが好ましい。オフセット部走査シーケンスには、相対位置の変更によって、測定子をオフセット部に位置させるシーケンスが含まれることが好ましい。
【００１３】
予め設定された測定対象の初期設計値と測定対象の配置状態から、測定対象の配置状態におけるオフセット部の測定用設計値を設定する設計値設定部を備え、誤差算出部は、オフセット部の測定用設計値とオフセット部の形状測定値との誤差を算出することが好ましい。オフセット部の測定用設計値は、複数の設計値用点群からなり、複数の設計値用点群の数は、測定子の走査に基づく複数の測定点群の数と同じ又は複数の測定点群の数以上であることが好ましい。複数の設計値用点群の数は５０以上、又は特定の測定ピッチに従って定められることが好ましい。
【００１４】
複数の設計値用点群から測定対象の勾配を算出する勾配算出部を備え、走査シーケンス制御部は、測定子を、測定対象の勾配に応じて設定された走査速度で走査させることが好ましい。測定対象は、光軸中心を通る第１方向の周の長さが、光軸中心を通り、且つ第１方向と直交する第２方向の周の長さよりも大きいことが好ましい。回転対称部走査シーケンスでは、測定子による第１方向への走査の距離を、第２方向への走査の距離よりも長くすることが好ましい。測定対象はＤカットレンズであることが好ましい。
【００１５】
本発明は、光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、形状測定部が、測定子を測定対象に接触させた状態で、測定子と測定対象の相対位置を変えながら、測定子により測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、測定対象の形状測定値を取得するステップと、走査シーケンス制御部が、回転対称部を測定子で走査して、回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、測定対象を測定子で走査して、測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行うステップと、配置状態取得部が、回転対称部の形状測定値から、測定対象の配置状態を取得するステップと、誤差算出部が、測定対象の配置状態における測定対象の測定用設計値と測定対象の形状測定値との誤差を算出するステップとを備える。
【００１６】
本発明は、光軸中心に関して回転対称である回転対称部を含む回転非対称の測定対象の形状を測定させる形状測定プログラムであって、コンピュータに、形状測定部が、測定子を測定対象に接触させた状態で、測定子と測定対象の相対位置を変えながら、測定子により測定対象の表面を特定の測定ピッチで走査することにより、測定対象の形状測定値を取得するステップと、走査シーケンス制御部が、回転対称部を前記測定子で走査して、回転対称部の形状測定値を取得する回転対称部走査シーケンスと、測定対象を測定子で走査して、測定対象の形状測定値を取得する測定走査シーケンスを行うステップと、配置状態取得部が、回転対称部の形状測定値から、測定対象の配置状態を取得するステップと、誤差算出部が、測定対象の配置状態における測定対象の測定用設計値と測定対象の形状測定値との誤差を算出するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｄカットレンズなどの回転非対称の測定対象の形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】形状測定装置の外観図である。
【図２】光軸中心ＣＬをＸＹ座標の原点に対応させたＤカットレンズの平面図である。
【図３】ＸＹ可動ステージの平面図である。
【図４】回転対称部走査シーケンスの説明図である。
【図５】非オフセット部走査シーケンスの説明図である。
【図６】オフセット部走査シーケンスの説明図である。
【図７】演算処理部の機能を示すブロック図である。
【図８】測定対象Ｓの傾き量とズレ量の算出方法を示す説明図である。
【図９】設計値用点群及び測定点群を示す説明図である。
【図１０】測定用設計値を用いて形状誤差を算出した場合における測定対象ＳのＸ方向の形状誤差を示す説明図である。
【図１１】測定用設計値を用いて形状誤差を算出した場合における測定対象ＳのＹ方向の形状誤差を示す説明図である。
【図１２】初期設計値のままで形状誤差を算出した場合における測定対象ＳのＸ方向の形状誤差を示す説明図である。
【図１３】初期設計値のままで形状誤差を算出した場合における測定対象ＳのＹ方向の形状誤差を示す説明図である。
【図１４】測定対象Ｓの形状誤差を算出する一連の流れを示すフローチャートである。
【図１５】測定子Ｐによる複数の走査ラインの走査を示す説明図である。
【図１６】測定対象Ｓの勾配に応じた走査速度設定機能を備える演算処理部の機能を示すブロック図である。
【図１７】測定対象Ｓの勾配に応じた走査速度の設定方法を示す説明図である。
【図１８】回転対称部におけるＸ方向への走査の距離とＹ方向への走査の距離が異なることを示す説明図である。
【図１９】ＤカットレンズのＸ方向の形状誤差及びＹ方向の形状誤差を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、形状測定装置１０は測定対象Ｓの形状を測定する。測定対象Ｓとして、本実施形態では、非球面のＤカットレンズなどの回転非対称の形状を有する測定対象Ｓの形状測定について説明する。測定対象Ｓは、図２に示すように、光軸中心ＣＬから径方向に一定範囲の中心範囲においては、光軸中心ＣＬに関して回転対称である回転対称部Ｓａを有しているとともに、中心範囲の外側においては、光軸中心ＣＬに関して回転非対称となっている。また、測定対象Ｓは、光軸中心ＣＬを通るＸ方向（第１方向）の周の長さＬｘが、光軸中心ＣＬを通るＹ方向（第２方向）の周の長さＬｙよりも大きくなっている。
【００２０】
図１に示すように、形状測定装置１０は、基台１２と、この基台１２の上に設けられたＸＹ可動ステージ１４と、ＸＹ可動ステージ１４に載置された測定対象Ｓの表面の形状を測定する形状測定部１６と、これらを操作するための操作部１８と、走査シーケンス制御部２０と、演算処理部２２とを備えている。
【００２１】
図３に示すように、ＸＹ可動ステージ１４は、測定子Ｐを測定対象Ｓに接触させた状態で、測定子Ｐと測定対象Ｓとの相対位置を変更する機構であり、Ｘ可動ステージ１４ａとＹ可動ステージ１４ｂからなる。Ｘ可動ステージ１４ａは基台１２の上をＸ方向に移動可能となっており、Ｙ可動ステージ１４ｂは、Ｘ可動ステージ１４ａの上をＸ方向と直交するＹ方向に移動可能となっている。Ｘ可動ステージ１４ａ及びＹ可動ステージ１４ｂは、走査シーケンス制御部２０によって駆動制御される。この走査シーケンス制御部２０はＸ可動ステージ１４ａ又はＹ可動ステージ１４ｂを駆動したときに、測定対象ＳのＸ方向のＸ座標データ又はＹ方向のＹ座標データを形状測定部１６に出力する。なお、ＸＹ可動ステージ１４は、測定対象Ｓの姿勢を調整するための姿勢調整部（図示しない）を備えている。
【００２２】
図１に示すように、形状測定部１６は、ＸＹ可動ステージ１４の動きに合わせて、測定子Ｐで測定対象Ｓを走査することによって、測定対象Ｓの形状測定値を取得する。この形状測定部１６は、基台１２上に設けられた略直方体状のコラム２３に対して、上下方向のＺ方向に移動可能に取り付けられている。形状測定部１６は、Ｘ方向に進退可能なアーム２４を備えており、このアーム２４に測定子Ｐが取り付けられている。測定子Ｐは、Ｚ方向に変位可能となっており、この測定子ＰのＺ方向への変位を、測定子Ｐに設けられた変位検出センサ（図示しない）で検出する。
【００２３】
変位検出センサは、測定子Ｐの変位の検出に合わせて、Ｚ方向変位データを出力する。形状測定部１６では、変位検出センサから出力されるＺ方向変位データと、このＺ方向変位データを取得したときのＸ座標データ又はＹ座標データとを対応付けることによって、形状測定値を生成する。生成された形状測定値は、演算処理部２２に出力される。
【００２４】
走査シーケンス制御部２０は、予め定められた走査シーケンスに従って、ＸＹ可動ステージ１４を制御する。この走査シーケンス制御部２０で行われる走査シーケンスとしては、初期設定シーケンスと、回転対称部走査シーケンスと、非オフセット部走査シーケンスと、オフセット部走査シーケンスがある。初期走査シーケンスは、測定対象Ｓの測定前に行われるシーケンスであり、ＸＹ可動ステージ１４をＸＹ方向に、又は形状測定部１６をＺ方向に動かして、測定子Ｐを、ＸＹ可動ステージ１４に載置された測定対象Ｓの初期位置の表面に接触させる。初期位置は、測定対象Ｓのうち回転対称部Ｓａの表面上の位置である。これにより、初期シーケンスが完了する。なお、本発明の「測定走査シーケンス」には、上記の「非オフセット部走査シーケンス」と「オフセット部走査シーケンス」が含まれる。
【００２５】
回転対称部走査シーケンスは、測定対象Ｓの配置状態を検出するために、回転対称部Ｓａを測定子Ｐで走査するシーケンスである。この回転対称部走査シーケンスでは、Ｘ可動ステージ１４ａを予め定められた測定ピッチＷ（特定の測定ピッチ）で動かすことによって、測定対象ＳをＸ方向に移動させる。この測定対象ＳのＸ方向への移動によって、図４に示すように、測定子Ｐが回転対称部Ｓａの表面上を測定ピッチＷで走査する。この測定子Ｐの走査によって、測定対象ＳのＸ方向の所定位置におけるＺ方向の変位が測定される。この測定結果は、形状測定部１６から、回転対称部ＳａのＸ方向の形状測定値として出力される。
【００２６】
回転対称部走査シーケンスでは、上記と同様の方法で、Ｙ可動ステージ１４ｂを測定ピッチＷで動かして、測定子Ｐで回転対称部ＳａをＹ方向に走査する。この測定子ＰのＹ方向の走査によって、形状測定部１６から、回転対称部ＳａのＹ方向の形状測定値を出力する。なお、測定子Ｐにより回転対称部ＳａをＸ方向に走査する距離ＬＳｘとＹ方向に走査する距離ＬＳｙは同じにしている。
【００２７】
非オフセット部走査シーケンスは、図５に示すように、測定対象Ｓのうち光軸中心ＣＬを通る非オフセット部３０のＸ方向又はＹ方向の形状測定値を取得するために、測定対象Ｓの表面全体を測定子Ｐで走査するシーケンスである。この非オフセット部走査シーケンスでは、測定対象ＳをＸ方向又はＹ方向に動かすことによって、測定子Ｐが測定対象Ｓの表面上を測定ピッチＷでＸ方向又はＹ方向に走査する。この測定子ＰのＸ方向又はＹ方向の走査によって、形状測定部１６から、非オフセット部３０のＸ方向又はＹ方向の形状測定値を出力する。例えば、図５の場合であれば、形状測定部１６は、非オフセット部３０における断面３０ａのＸ方向の形状測定値を出力する。
【００２８】
オフセット部走査シーケンスは、図６に示すように、測定対象Ｓのうち光軸中心ＣＬを通らないオフセット部３２のＸ方向又はＹ方向の形状測定値を取得するために、オフセット部３２の表面を測定子Ｐで走査するシーケンスである。このオフセット部走査シーケンスでは、まず、測定対象ＳをＸ方向又はＹ方向に動かすことによって、測定子Ｐの位置を光軸中心ＣＬからＸ方向又はＹ方向に距離Ｄだけオフセットさせるシーケンスが行われる。例えば、図６の場合であれば、測定子Ｐは光軸中心ＣＬからＹ方向に距離Ｄだけオフセットさせる。
【００２９】
測定子Ｐのオフセットが完了した後は、測定対象ＳをＸ方向又はＹ方向に動かすことによって、測定子Ｐがオフセット部３２の表面上を測定ピッチＷでＸ方向又はＹ方向に走査する。例えば、図６の場合であれば、Ｘ軸から距離Ｄだけ離れた部分が、測定子Ｐで走査するオフセット部３２の走査ラインとなる。測定子ＰのＸ方向又はＹ方向の走査によって、形状測定部１６から、オフセット部３２のＸ方向又はＹ方向の形状測定値を出力する。例えば、図６の場合であれば、形状測定部１６は、オフセット部３２における断面３２ａのＸ方向の形状測定値を出力する。
【００３０】
演算処理部２２は、図７に示すように、配置状態取得部４０と、設計値設定部４２と、誤差算出部４４とを備えている。配置状態取得部４０は、回転対称部走査シーケンスで得られた回転対称部Ｓａの形状測定値に基づいて、測定対象Ｓの配置状態を取得する。配置状態取得部４０では、予め定められた測定対象Ｓの形状に関する初期設計値と回転対称部の形状測定値とを比較し、この比較の結果から得られる測定対象Ｓの配置状態を取得する。なお、回転対称部Ｓａは、光軸中心ＣＬに近い領域であるため、形状誤差が小さくなっている。そのため、回転対称部Ｓａの形状測定値には、形状誤差がほとんど含まれない一方で、測定対象Ｓの傾きや光軸中心ＣＬからのズレなどの測定対象Ｓの配置状態の情報については多く含まれている。したがって、回転対称部Ｓａの形状測定値から初期設計値を差し引くことで、測定対象Ｓの配置状態の情報を分離して取得することが可能となる。
【００３１】
測定対象Ｓの配置状態として、測定対象ＳのＸ方向の傾き量、測定対象ＳのＹ方向の傾き量、測定対象ＳにおけるＸ方向及びＹ方向の二次元の傾斜面の傾き量、測定対象Ｓの回転中心、又は光軸中心ＣＬのズレ量などを求めることが好ましい。測定対象ＳのＸ方向の傾き量を求める場合には、回転対称部におけるＸ方向の初期設計値と形状測定値から、Ｘ方向の傾き量を求める。例えば、図８に示すように、回転対称部におけるＸ方向の初期設計値が曲線５０で表され、回転対称部のＸ方向の形状測定値が曲線５２で表される場合には、測定対象ＳのＸ方向の傾きは、曲線５０と曲線５２のＺ方向の差分ｄｚを、この差分ｄｚを求めた部分のＸ座標の距離Ｌａｘで除することで得られる。これと同様の方法にして、測定対象ＳのＹ方向の傾き量も求めることができる。
【００３２】
また、測定対象ＳにおけるＸ方向及びＹ方向の二次元の傾斜面の傾き量を求める場合には、回転対称部におけるＸ方向の初期設計値と形状測定値とともに、回転対称部におけるＹ方向の初期設計値と形状測定値とから、二次元の傾斜面の傾き量を求めることができる。測定対象Ｓの回転中心についても、回転対称部におけるＸ方向の初期設計値と形状測定値、及び回転対称部におけるＹ方向の初期設計値と形状測定値から求めることができる。光軸中心ＣＬのズレ量については、例えば、図８に示すように、曲線５０と曲線５２のＸ方向の差分ｄｘが測定対象Ｓの光軸中心ＣＬのズレ量となる。
【００３３】
設計値設定部４２は、非オフセット部の形状誤差を算出するために、測定対象Ｓの配置状態に基づいて、非オフセット部の測定用設計値を変更する。また、設計値設定部４２は、オフセット部の形状誤差を算出するために、測定対象Ｓの配置状態に基づいて、オフセット部の測定用設計値を変更する。なお、設計値設定部４２では、測定対象Ｓの配置状態が測定対象のＸ方向又はＹ方向の傾き量などの場合の他、測定対象Ｓの配置状態が、測定対象における傾斜面の傾き量である場合であっても、その傾斜面の傾き量に合わせて、非オフセット部の測定用設計値又はオフセット部の測定用設計値を変更（補正）することが可能である。
【００３４】
設計値設定部４２は、下記式（１）に表す関数で示される初期設計値を予め記憶しており、（式１）の初期設計値の関数と測定対象Ｓの配置状態に従って、オフセット部の測定用設計値及び非オフセット部の測定用設計値を設定する。具体的には、設計値設定部４２は、（式１）の初期設計値の関数に対して、測定対象Ｓの配置状態に対応した調整量を加え、この調整量を加えた（式１）の関数に従って、オフセット部の測定用設計値及び非オフセット部の測定用設計値を設定する。
【数１】
2018072065.tif 000003
ただし、（式１）においてｈ2は「ｘ2＋ｙ2」を表しており、「ｘ」はＸ方向の座標を、「ｙ」はＹ方向の座標を表している。「ｚ」はＺ方向の座標を表している。「ｃ」、「ｋ」はパラメータであり、「Ａk」は非球面係数である。
【００３５】
例えば、測定対象Ｓが特定の傾き量で傾いており、また、特定のズレ量で光軸中心ＣＬからずれている場合、設計値を測定対象Ｓの傾きに合わせるために、（式１）において、特定の傾き量に対応したＺ方向の調整量を加える。また、設計値を測定対象の特定のズレ量に合わせるために、（式１）の「ｘ」に、特定のズレ量に対応した調整量を加える。そして、以上の２つの調整量を加えた（式１）の関数に従って、非オフセット部の測定用設計値及びオフセット部の測定用設計値を設定する。
【００３６】
なお、非オフセット部の測定用設計値又はオフセット部の測定用設計値は、複数の設計値用点群、又は、これら複数の設計値用点群を非球面式化したものであることが好ましい。図９に示すように、測定用設計値を複数の設計値用点群から構成した場合には、複数の設計値用点群Ｋ１〜Ｋｉ（ｉは２〜Ｉの間の自然数（Ｉは３以上の自然数））の数は、測定子Ｐの走査に基づく複数の測定点群Ｍ１〜Ｍｊ（ｊは２〜Ｊの間の自然数（Ｊは３以上の自然数））の数と同じ、又は複数の測定点群Ｍ１〜Ｍｊの数以上であることが好ましい。例えば、複数の設計値用点群Ｋ１〜Ｋｉの数は５０以上、又は測定ピッチＷに従って定めることが好ましい。
【００３７】
誤差算出部４４は、設計値設定部４２で設定した非オフセット部の測定用設計値と非オフセット部の形状測定値から、非オフセット部の形状誤差を算出する。この非オフセット部の形状誤差は、非オフセット部の形状測定値と非オフセット部の測定用設計値との差分処理により、得られる。また、誤差算出部４４は、設計値設定部４２で設定したオフセット部の測定用設計値とオフセット部の形状測定値から、オフセット部の形状誤差を算出する。オフセット部の形状誤差の算出方法は、非オフセット部の形状誤差の算出方法と同様である。これらの形状誤差の算出にあたっては、上記のように、測定対象の配置状態に合わせて初期設計値を調整した測定用設計値を用いているため、測定対象Ｓのように回転非対称の形状を有する場合であっても、形状誤差を正確に算出することができる。
【００３８】
なお、図２に示すＤカットレンズの場合であれば、非オフセット部のＸ方向の形状誤差については、図１０に示すように、Ｘプラス側の形状誤差がＸマイナス側の形状誤差とＺ軸に関して対称でない回転非対称の形状誤差が得られる。また、非オフセット部のＹ方向の形状誤差についても、図１１に示すように、一部が途切れた形状誤差が得られる。
【００３９】
ここで、設計値設定部４２で設定した測定用設計値ではなく、測定対象Ｓの配置状態に合わせずに、初期設計値のままで形状誤差を求めた場合には、図１０で示した非オフセット部のＸ方向の形状誤差については、図１２に示すように、形状誤差が小さくなってしまうことがある。また、図１１で示した非オフセット部のＹ方向の形状誤差については、図１３に示すように、測定対象Ｓの配置状態と形状誤差が混在して、本来の正しい形状誤差とならないことがある。
【００４０】
次に、測定対象Ｓの形状誤差を算出する一連の流れについて、図１４に示すフローチャートに沿って説明する。まず、初期設定シーケンスが行われる。走査シーケンス制御部２０は、初期設定シーケンスに従って、測定子Ｐが回転対称部Ｓａの表面上の初期位置に位置するように、ＸＹ可動ステージ１４をＸＹ方向に、又は形状測定部１６をＺ方向に移動させる。測定子Ｐが初期位置に接触したときに、初期設定シーケンスが完了する。
【００４１】
次に、回転対称部走査シーケンスが行われる。走査シーケンス制御部２０は、回転対称部走査シーケンスに従って、測定子Ｐが回転対称部Ｓａの表面上を測定ピッチＷで走査するように、ＸＹ可動ステージ１４を移動させる。測定子Ｐによる回転対称部Ｓａの走査に従って、形状測定部１６から回転対称部Ｓａの形状測定値が出力される。測定子Ｐの走査はＸ方向とＹ方向に行われるため、形状測定部１６から、回転対称部ＳａのＸ方向の形状測定値と回転対称部ＳａのＹ方向の形状測定値が演算処理部２２に出力される。
【００４２】
回転対称部測定シーケンスが完了した後は、配置状態取得ステップが行われる。配置状態取得部４０は、予め定められた測定対象Ｓの形状に関する初期設計値と回転対称部Ｓａの形状測定値とを比較し、この比較の結果から得られる測定対象Ｓの配置状態を取得する。
【００４３】
配置状態取得ステップが完了した後は、非オフセット部走査シーケンスが行われる。走査シーケンス制御部２０は、非オフセット部走査シーケンスに従って、測定子Ｐが測定対象Ｓの非オフセット部の表面上を測定ピッチＷで走査するように、ＸＹ可動ステージ１４を移動させる。測定子Ｐによる非オフセット部の走査に従って、形状測定部１６から非オフセット部の形状測定値が出力される。測定子Ｐの走査はＸ方向とＹ方向に行われるため、形状測定部１６からは、非オフセット部のＸ方向の形状測定値と非オフセット部のＹ方向の形状測定値が、演算処理部２２に出力される。
【００４４】
非オフセット部走査シーケンスが完了した後は、非オフセット部の形状誤差算出ステップが行われる。設計値設定部４２は、測定対象Ｓの形状に関する初期設定値と測定対象Ｓの配置状態に基づいて、測定対象Ｓの配置状態における非オフセット部の測定用設計値を設定する。次に、誤差算出部４４は、非オフセット部の測定用設計値と非オフセット部の形状測定値から、非オフセット部の形状誤差を算出する。算出した結果は、グラフなどにより、モニタ６０に表示される。
【００４５】
非オフセット部の形状誤差算出ステップが完了した後は、オフセット部走査シーケンスが行われる。走査シーケンス制御部２０は、オフセット部走査シーケンスに従って、まず、測定子Ｐが光軸中心ＣＬから距離Ｄだけオフセットされるように、ＸＹ可動ステージ１４を移動させる。次に、走査シーケンス制御部２０は、測定子Ｐが測定対象Ｓのオフセット部の表面上を測定ピッチＷで走査するように、ＸＹ可動ステージ１４を移動させる。測定子Ｐによるオフセット部の走査に従って、形状測定部１６からオフセット部の形状測定値が出力される。測定子Ｐの走査はＸ方向とＹ方向に行われるため、形状測定部１６からは、オフセット部のＸ方向の形状測定値とオフセット部のＹ方向の形状測定値が、演算処理部２２に出力される。
【００４６】
オフセット部走査シーケンスが完了した後は、オフセット部の形状誤差算出ステップが行われる。設計値設定部４２は、測定対象Ｓの形状に関する初期設定値と測定対象Ｓの配置状態に基づいて、測定対象Ｓの配置状態におけるオフセット部の測定用設計値を設定する。次に、誤差算出部４４は、オフセット部の測定用設計値とオフセット部の形状測定値から、オフセット部の形状誤差を算出する。算出した結果は、グラフなどにより、モニタ６０に表示される。なお、以上の図１４に示すような、測定対象Ｓの形状誤差を算出する一連のステップは、演算処理部２２で実行可能な形状測定プログラムとして、演算処理部２２内のハードディスク等の記憶部に記憶されている。
【００４７】
なお、上記実施形態では、回転対称部Ｓａの形状測定値から、測定対象Ｓの配置状態を算出しているが、配置状態の算出精度向上させるために、回転対称部走査シーケンスでは、次のような処理を行ってもよい。例えば、図１５に示すように、回転対称部Ｓａを測定子Ｐで走査する際、光軸中心ＣＬを通る第１走査ラインＳｃ１だけでなく、光軸中心ＣＬからＹプラス方向に距離Ｄ１だけオフセットした第２走査ラインＳｃ２、光軸中心ＣＬからＹマイナス方向に距離Ｄ２だけオフセットした第３走査ラインＳｃ３の合計３ラインで測定子Ｐを走査して、各走査ラインにおいて形状測定値を取得する。
【００４８】
そして、第１走査ラインＳｃ１の形状測定値と初期設計値との比較により、測定対象Ｓの仮の第１配置状態を取得し、第２走査ラインＳｃ２の形状測定値と初期設計値との比較により、測定対象Ｓの仮の第２配置状態を取得し、第３走査ラインＳｃ３の形状測定値と初期設計値との比較により、測定対象の仮の第３配置状態を取得する。そして、これら仮の第１〜第３配置状態を平均化することにより、測定対象Ｓの配置状態を求める。例えば、配置状態の一つである傾き量については、第１走査ラインＳｃ１について仮の傾き量β１を取得し、第２走査ラインＳｃ２について仮の傾き量β２を取得し、第３走査ラインＳｃ３について仮の傾き量β３を取得する。そして、これら仮の傾き量β１、β２、β３を平均化して、測定対象Ｓの傾き量βを正式に求める。なお、３つの走査ラインから形状測定値を取得しているが、配置状態の算出精度を上げるためには、３以上の走査ラインを走査して、３以上の形状測定値を取得することが好ましい。
【００４９】
なお、上記実施形態では、測定子Ｐは一定の走査速度で測定対象Ｓを走査しているが、測定対象Ｓの形状は勾配が急になったり、緩やかになったりするため、勾配に応じて測定子Ｐの走査速度を変更してもよい。この場合、演算処理部２２に、図１６に示すように、測定対象Ｓの形状の勾配を算出するための勾配算出部７０と、勾配算出部７０で算出した勾配に従って測定子Ｐの走査速度を設定する走査速度設定部７２が設けられる。
【００５０】
勾配算出部７０は、で設定された非オフセット部の測定用設計値又はオフセット部の測定用設計値から、複数の設計用点群を取得する。そして、勾配算出部７０は、複数の設計用点群から測定対象Ｓの勾配を算出する。走査速度設定部７２は、測定子Ｐの走査速度が、測定対象Ｓの勾配に応じて異なるように設定する。例えば、図１７に示すように、測定対象Ｓの勾配が緩やかな場合には走査速度を速くする一方、測定対象Ｓの勾配が急な場合には、走査速度を遅くする。走査シーケンス制御部２０は、走査速度設定部７２で設定した走査速度に従って、ＸＹ可動ステージ１４を移動させる。これにより、測定子Ｐは、測定対象Ｓの勾配に応じて設定された測定速度で、測定対象Ｓを走査する。
【００５１】
なお、上記実施形態では、回転対称部走査シーケンスにおいて、測定子Ｐにより回転対称部ＳａをＸ方向に走査する距離ＬＳｘとＹ方向に走査する距離ＬＳｙは同じにしているが（図４参照）、測定対象ＳはＸ方向の長さＬｘはＹ方向の長さＬｙよりも大きいため、図１８に示すように、Ｘ方向に走査する距離ＬＳｘをＹ方向に走査する距離ＬＳｙよりも長くしてもよい。ただし、この場合、Ｘ方向に走査する範囲が回転対称部Ｓａに入っていることが好ましい。
【００５２】
上記実施形態において、配置状態取得部４０、設計値設定部４２、誤差算出部４４など演算処理部２２で各種の処理を実行する処理部（processing unit)のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ（processor）である。各種のプロセッサには、ソフトウエア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＦＰＧＡ (Field Programmable Gate Array) などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device:ＰＬＤ）、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。
【００５３】
１つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合せ（例えば、複数のＦＰＧＡや、ＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウエアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:ＳｏＣ）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを１つ以上用いて構成される。
【００５４】
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路（circuitry）である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  形状測定装置
１２  基台
１４  ＸＹ可動ステージ
１４ａ  Ｘ可動ステージ
１４ｂ  Ｙ可動ステージ
１６  形状測定部
１８  操作部
２０  走査シーケンス制御部
２２  演算処理部
２３  コラム
２４  アーム
３０  非オフセット部
３０ａ  断面
３２  オフセット部
３２ａ  断面
４０  配置状態取得部
４２  設計値設定部
４４  誤差算出部
５０  曲線
５２  曲線
６０  モニタ
７０  勾配算出部
７２  走査速度設定部
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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