(57)【要約】【課題】被検光学系を通過した光の波面の状態を短い処理時間で高精度に評価する。【解決手段】物体光の波面の評価方法において、物体光と物体光を相対的にシフトさせて得られる光束との干渉縞の強度分布から物体光のｘ方向及びｙ方向のシアリング波面の位相を求める段階と、確定領域２５Ａ内の画素の位相を定める段階と、確定領域２５Ａに対して積分ルート２７Ａに沿って隣接する画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）について、確定領域２５Ａ内で画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）に隣接する画素Ｐ（ｍ，ｎ）の位相、及び画素Ｐ（ｍ−１，ｎ），Ｐ（ｍ，ｎ）間の位相差から物体光の位相を求める段階とを有する。【選択図】図４
2011185621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を通過した物体光の波面を評価する波面評価方法において、
前記物体光と前記物体光を互いに交差する第１方向及び第２方向にそれぞれ相対的にシフトさせて得られる光束との２つの干渉縞の強度分布から前記物体光の波面の前記第１方向及び第２方向の差分波面の位相の分布を求める段階と、
前記第１方向及び第２方向に沿って配列される複数の格子点のうちの第１の格子点を含む所定領域の格子点の位相を定める段階と、
前記所定領域の格子点に対して前記第１方向及び第２方向に隣接する複数の格子点のうちで前記差分波面の位相に応じて定まる積分経路に沿って隣接する第２の格子点について、前記所定領域内で前記第２の格子点に隣接する第３の格子点の位相、及び前記第３の格子点と前記第２の格子点との間の前記差分波面の位相から前記物体光の位相を求める段階と、
を含むことを特徴とする波面評価方法。
【請求項２】
前記積分経路は、前記差分波面の位相の絶対値が最小となる経路であることを特徴とする請求項１に記載の波面評価方法。
【請求項３】
前記第２の格子点の位相を求めるために、前記第３の格子点の位相に、前記第３の格子点と前記第２の格子点との間の前記差分波面の位相を加算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波面評価方法。
【請求項４】
前記第２の格子点を前記所定領域の格子点に含めて、前記第２の格子点の位相を求める段階を繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波面評価方法。
【請求項５】
前記第１方向及び第２方向は互いに直交しており、
前記複数の格子点は、前記干渉縞を受光する２次元センサの前記第１方向及び第２方向に配列された複数の画素に対応することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波面評価方法。
【請求項６】
物体を通過した物体光の波面を評価するために、コンピュータを、
前記物体光と前記物体光を互いに交差する第１方向及び第２方向にそれぞれ相対的にシフトさせて得られる光束との２つの干渉縞の強度分布情報を記憶する記憶手段、
前記強度分布情報を用いて前記物体光の波面の前記第１方向及び第２方向の差分波面の位相の分布を求める第１演算手段、
前記第１方向及び第２方向に沿って配列される複数の格子点のうちの第１の格子点を含む所定領域の格子点の位相を定める第２演算手段、
前記所定領域の格子点に対して前記第１方向及び第２方向に隣接する複数の格子点のうちで前記差分波面の位相に応じて積分経路を定める第３演算手段、及び
前記所定領域の格子点に対して前記積分経路に沿って隣接する第２の格子点について、前記所定領域内で前記第２の格子点に隣接する第３の格子点の位相、及び前記第３の格子点と前記第２の格子点との間の前記差分波面の位相から前記物体光の位相を求める第４演算手段、
として機能させるための波面評価用プログラム。
【請求項７】
前記第３演算手段は、前記差分波面の位相の絶対値が最小となるように前記積分経路を定めることを特徴とする請求項６に記載の波面評価用プログラム。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の波面評価用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を通過した光の波面を評価する波面評価技術に関し、例えばシアリング干渉で得られる干渉縞から物体光の波面情報を復元する場合に好適である。
【背景技術】
【０００２】
例えばレンズ又は投影光学系等の被検光学系の波面収差等の光学特性を計測する際に、被検光学系からの光（物体光）の波面の位相分布等の状態が評価（計測）される。従来、例えば縞走査干渉方式で物体光の波面の位相分布を評価する際には、干渉計を用いて物体光と参照光との干渉縞を２次元撮像素子上に形成し、物体光と参照光との位相差を段階的に変化させて得られる複数の干渉縞の強度分布を計測し、この強度分布を用いて所定の計算式によって各画素毎に物体光の波面の位相を求めていた。この場合、各画素の位相は例えば−π〜＋π（又は−π／２〜＋π／２）の範囲内に制限されている（以下、その範囲内に折りたたまれている、とも言う。）ため、所定の経路に沿って隣り合う画素間に２π（又はπ）の位相のとび（不連続）があるときに、一方の画素の位相を２π（又はπ）だけ補正して位相つなぎを行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、シアリング干渉計を用いて２つの直交する方向に横ずれして形成される２つの干渉縞（シアリング波面）から物体光の波面を復元する方法として、計測された２つのシアリング波面と一致するように最小二乗法を用いて直交する２方向に配列された複数の格子点の位相を求めるリマー法(Rimmer Method) が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３６１１３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ・Ｐ・リマー(Rimmer)、「横シアリング干渉縞の評価方法(Method for Evaluating Lateral Shearing Interferograms)」、アプライド  オプティックス(APPLIED OPTICS)、（米国）、１９７４年３月、第１３巻、第３号、pp.623-629
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の位相つなぎを行いながら物体光の波面の真の位相分布を求める方法は、位相をつなぎ合わせる順路に依存して得られる結果が異なる恐れがあるとともに、位相つなぎを行う前の位相分布に特異点（位相が周辺部と大きく異なる部分）があった場合に、位相つなぎを正確に行うことが困難である。
これに対して、従来のリマー法を用いた波面の復元方法は、位相つなぎを行う必要がないが、最小二乗法の処理に時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、被検光学系等の物体を通過した光の波面の状態を短い処理時間で高精度に評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、物体を通過した物体光の波面を評価する波面評価方法が提供される。この波面評価方法は、その物体光とその物体光を互いに交差する第１方向及び第２方向にそれぞれ相対的にシフトさせて得られる光束との２つの干渉縞の強度分布からその物体光の波面のその第１方向及び第２方向の差分波面の位相の分布を求める段階と、その第１方向及び第２方向に沿って配列される複数の格子点のうちの第１の格子点を含む所定領域の格子点の位相を定める段階と、その所定領域の格子点に対してその第１方向及び第２方向に隣接する複数の格子点のうちでその差分波面の位相に応じて定まる積分経路に沿って隣接する第２の格子点について、その所定領域内でその第２の格子点に隣接する第３の格子点の位相、及びその第３の格子点とその第２の格子点との間のその差分波面の位相からその物体光の位相を求める段階と、を含むものである。
【０００９】
また、本発明の第２の態様によれば、物体を通過した物体光の波面を評価するために、コンピュータを、その物体光とその物体光を互いに交差する第１方向及び第２方向にそれぞれ相対的にシフトさせて得られる光束との２つの干渉縞の強度分布情報を記憶する記憶手段、その強度分布情報を用いてその物体光の波面のその第１方向及び第２方向の差分波面の位相の分布を求める第１演算手段、その第１方向及び第２方向に沿って配列される複数の格子点のうちの第１の格子点を含む所定領域の格子点の位相を定める第２演算手段、その所定領域の格子点に対してその第１方向及び第２方向に隣接する複数の格子点のうちでその差分波面の位相に応じて積分経路を定める第３演算手段、及びその所定領域の格子点に対してその積分経路に沿って隣接する第２の格子点について、その所定領域内でその第２の格子点に隣接する第３の格子点の位相、及びその第３の格子点とその第２の格子点との間のその差分波面の位相からその物体光の位相を求める第４演算手段、として機能させるための波面評価用プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、物体光の差分波面の位相の分布を求め、その差分波面の位相に応じて定まる積分経路に沿ってその所定領域の格子点に隣接する第２の格子点について物体光の位相（波面）を求めている。従って、最小二乗法を用いる必要がないため、各格子点の位相（物体光の波面）を短い処理時間で求める（評価する）ことができる。さらに、例えば計測誤差の影響が小さくなるようにその積分経路を定めることによって、各格子点について求められる位相（波面）の精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の一例の干渉計及びコンピュータを示す図である。
【図２】波面評価動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】（Ａ）は物体光の波面の位相分布の一例を示す図、（Ｂ）は物体光のシアリング波面の折りたたまれて計測される位相分布を示す図、（Ｃ）は図３（Ｂ）の位相つなぎを行って得られるシアリング波面を示す図、（Ｄ）は図３（Ｃ）の位相分布を積算して得られる位相分布を示す図である。
【図４】（Ａ）は物体光とシア光との干渉縞が形成される領域を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）中のＢ部の拡大図、（Ｃ）は複数の画素を含む領域中の第１の積分ルートを示す図、（Ｄ）は第２の積分ルートを示す図である。
【図５】（Ａ）は第３の積分ルートを示す図、（Ｂ）は第４〜第８の積分ルートを示す図である。
【図６】実施形態のシミュレーション結果の一例を示し、（Ａ）は元の波面を示す図、（Ｂ）はｘ方向及びｙ方向の折りたたまれて計測されるシアリング波面を示す図、（Ｃ）は位相つなぎが行われたシアリング波面を示す図、（Ｄ）は復元された波面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の被検光学系５が配置されるシアリング干渉計１０、及びこの干渉計１０で得られる干渉縞の強度分布から被検光学系５の波面収差を求めるコンピュータ３０を示す。図１において、被検光学系５の光軸は図１の紙面に平行であり、その光軸に垂直な平面内の直交座標系（ｘ，ｙ）を、ｘ軸が図１の紙面に平行になり、ｙ軸が図１の紙面に垂直になるように設定して説明する。シアリング干渉計１０は、可干渉性の高いレーザ光ＩＬを射出する光源１１と、レーザ光ＩＬを折り曲げるミラー１３と、折り曲げられたレーザ光ＩＬを被検光学系５側に通すピンホールが形成されたピンホール板１４と、被検光学系５を通過したレーザ光よりなる物体光ＩＬＯのほぼ１／２を、ｘ方向のシア量（横ずれ量）ｓの物体光であるシア光ＩＬＳとして分岐するハーフミラー１２Ａと、シア光ＩＬＳ及びハーフミラー１２Ａを透過した物体光（これも物体光ＩＬＯと呼ぶ）を折り曲げるミラー１７Ａ，１７Ｂと、物体光ＩＬＯとシア光ＩＬＳとの干渉縞（ｘ方向のシアリング干渉光）を形成するハーフミラー１２Ｂとを備えている。
【００１３】
さらに、縞走査干渉方式を用いるものとして、シアリング干渉計１０は、シア光ＩＬＳの位相を少なくとも０から２π（ｒａｄ）の範囲内で調整可能な位相走査系（不図示）と、その干渉縞を受光するＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等の２次元の撮像素子（エリアセンサ）１８とを備えている。また、被検光学系５には、これを光軸の周りに９０°回転するための回転駆動部２０が設けられている。
【００１４】
被検光学系５が例えば対物レンズである場合、ピンホール板１４は被検光学系５の前側焦点面に配置され、撮像素子１８の受光面は被検光学系５の後側焦点面である瞳面上に配置される。撮像素子１８の受光面にｘ方向にＩ行、かつｙ方向にＪ列で多数の画素（格子点）が配列され（Ｉ，Ｊは例えば数１００の整数）、これらの画素が配列される領域に、物体光ＩＬＯとシア光ＩＬＳとの干渉縞が形成される。撮像素子１８において、例えば端部の画素の中心を原点として、各画素のｘ方向、ｙ方向の配列周期をそれぞれ１（単位長さ）とする。この場合、撮像素子１８の各画素の位置は、その中心の座標（ｘ，ｙ）で表されるとともに、各画素の位置（ｘ，ｙ）は、整数ｉ，ｊ（ｉ＝０，１，…，Ｉ；ｊ＝０，１，…，Ｊ）を用いて位置（ｉ，ｊ）で表される。
【００１５】
また、コンピュータ３０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）を含む情報処理装置３１と、入力装置４１と、モニタ等の出力装置４２と、デジタル・ヴァーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の記録再生装置４３とを備えている。記録再生装置４３からＤＶＤ４４（記録媒体）に記録された波面収差評価用プログラムを読み出し、読み出されたプログラムを情報処理装置３１に実行させることによって、後述のように被検光学系５の波面収差を求めることができる。情報処理装置３１は、磁気ディスク及びＲＡＭ等の記憶装置３３と、入出力制御部３４とを備えている。さらに、情報処理装置３１は、オペレーティングシステムとしての機能である制御部３２と、その波面収差評価用プログラム（ソフトウェア）上で実行される機能である第１演算部３５、第２演算部３６、第３演算部３７、及び第４演算部３８（第１演算手段、第２演算手段、第３演算手段、第４演算手段）とを備えている。干渉計１０の２次元の撮像素子１８の検出信号はＡ／Ｄ変換器１９を介して第１演算部３５に取り込まれる。なお、演算部３５〜３８の少なくとも一部を個別のハードウェアによって実行してもよい。
【００１６】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１のシアリング干渉計１０を用いて被検光学系５の波面収差を求めるためのコンピュータ３０の動作（波面評価方法）の一例につき説明する。この動作は制御部３２の制御のもとでＤＶＤ４４から読み込まれた波面収差評価用プログラムに従って実行される。
先ず図２のステップ１１１において、シアリング干渉計１０において被検光学系５を通過した物体光ＩＬＯとシア光ＩＬＳ（ｘ方向のシア量をｓｘとする。）との２次元の干渉縞（ｘ方向のシアリング干渉光）の強度分布、即ち撮像素子１８の各位置（ｉ，ｊ）の画素（画素Ｐ（ｉ，ｊ）とする）毎に強度Ｉ0(i,j)を検出し、検出結果を第１演算部３５を介して記憶装置３３に記憶する。このときのシア光ＩＬＳの位相を０（ｒａｄ）とする。一例として、物体光ＩＬＯの波面（位相分布）ψ（ｘ，ｙ）の一部は、図３（Ａ）の曲線２４Ａで表され、シア光ＩＬＳの波面（位相分布）の一部は図３（Ａ）の曲線２４ＡＸで表される。この後、第１演算部３５は、上記の位相走査系（不図示）を介してシア光ＩＬＳの位相を順次π／２、π、及び３π／２（ｒａｄ）だけ変化させて、それぞれ得られる干渉縞の強度分布を撮像素子１８で検出し、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に検出された強度Ｉ1(i,j)，Ｉ2(i,j)，及びＩ3(i,j)を記憶装置３３に記憶する。
【００１７】
次のステップ１１２において、回転駆動部２０で被検光学系５を９０°回転させて、実質的に被検光学系５の瞳面上でｘ軸とｙ軸とを入れた変えた後、ステップ１１１と同様に、シア光ＩＬＳの位相を順次０、π／２、π、及び３π／２（ｒａｄ）だけ変化させて、それぞれ物体光ＩＬＯとシア光ＩＬＳ（ｙ方向のシア量をｓｙとする。）との２次元の干渉縞（ｙ方向のシアリング干渉光）の強度分布を撮像素子１８で検出し、検出された強度分布を記憶装置３３に記憶する。
【００１８】
ここで、撮像素子１８上でのｘ方向のシアリング干渉光は、例えば図４（Ａ）の干渉縞２１Ｘとなり、ｙ方向のシアリング干渉光も、ほぼ同じ領域に分布する干渉縞２１Ｙとなる。図４（Ｂ）に示すように、干渉縞２１Ｘ，２１Ｙの強度分布はｘ方向、ｙ方向に配列された各画素Ｐ（ｉ，ｊ）で検出される。以下では、ｘ方向、ｙ方向のシアリング干渉光の位相をシアリング波面と呼ぶこととする。
【００１９】
次のステップ１１３において、第１演算部３５は、記憶装置３３に記憶された干渉縞の強度分布を用いて、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）で検出されるｘ方向及びｙ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）の範囲（−π，π］内に折りたたまれた位相φｘ（ｉ，ｊ），φｙ（ｉ，ｊ）を計算する。具体的に、位相φｘ（ｉ，ｊ）は記憶装置３３に記憶された干渉縞の強度分布を用いて、次のように計算できる。φｙ（ｉ，ｊ）も同様である。計算結果は記憶装置３３に記憶される。
【００２０】
φｘ（ｉ，ｊ）＝ｔａｎ-1｛（Ｉ3(i,j)−Ｉ1(i,j)）／（Ｉ0(i,j)−Ｉ2(i,j)）｝＝ｔａｎ-1（ΔＩ31／ΔＩ02）  …（１）
なお、例えば特開２００４−３６１１３３号公報等に開示されているように、シア光ＩＬＳの位相をπ／ＮＤ（ＮＤは３以上の整数）ずつ変化させて、それに応じて定められる計算式を用いてφｘ（ｉ，ｊ）等を計算してもよい。
【００２１】
また、式（１）のｔａｎ-1の値は、一例として−π以上でπより小さい主値の範囲（−π，π］内に制限されている。なお、ｔａｎ-1の主値は通常は−π／２〜π／２の範囲であるが、式（１）の場合には、強度の差分ΔＩ31，ΔＩ02の符号から位相の象限が判定できるため、位相を−π〜π（又は０から２π等）の範囲内で特定することができる。
一例として、物体光及びｘ方向のシア光の波面の一部が図３（Ａ）の曲線２４Ａ及び２４ＡＸで表される場合には、ｘ方向のシアリング波面は図３（Ｃ）の曲線２４ＢＸで表される。曲線２４ＢＸ中で各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の位置の位相がシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ）である。そして、式（１）から計算される位相φｘ（ｉ，ｊ）の値は、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ｃ）の位相を範囲（−π，π］内に折りたたんだものである。
【００２２】
その後、得られた位相φｘ（ｉ，ｊ）及びφｙ（ｉ，ｊ）に対して、それぞれ隣接する画素間の位相差が例えばπ〜２πとなった場合に、一方の位相に２πを加えることによって位相つなぎ（位相とびの補正）を行う。これによって、図３（Ｃ）に示すような位相がほぼ連続的に変化するｘ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ）、及びｙ方向のシアリング波面Ｗｙ（ｉ，ｊ）（不図示）が得られる。各画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に得られるシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）のデータは記憶装置３３に記憶される。
【００２３】
なお、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、撮像素子１８の画素Ｐ（ｉ，ｊ）のｘ方向、ｙ方向の配列周期（＝１）とｘ方向、ｙ方向のシア量ｓｘ，ｓｙとは異なっていてもよい。また、シア量ｓｘ，ｓｙは互いに異なっていてもよい。このように、シア量ｓｘ，ｓｙが１（単位長さ）でない場合には、得られたシアリング波面をｗｘ（ｉ，ｊ），ｗｙ（ｉ，ｊ）とすると、一例として以下のように近似的にシア量が１のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）を求めればよい。これは、シアリング波面（差分波面）から近似的に微分波面を求めることを意味する。
【００２４】
Ｗｘ（ｉ，ｊ）＝ｗｘ（ｉ，ｊ）／ｓｘ  …（２Ｘ）
Ｗｙ（ｉ，ｊ）＝ｗｙ（ｉ，ｊ）／ｓｙ  …（２Ｙ）
次のステップ１１４において、第２演算部３６は、一例として撮像素子１８の受光面の中央の被検光学系５の光軸に対応する位置に最も近い画素を画素Ｐ（ｍ，ｎ）（ｍ，ｎは整数）として、画素Ｐ（ｍ，ｎ）における物体光ＩＬＯの波面（位相）ＷＲ（ｍ，ｎ）の値をφ０（ｒａｄ）に設定する。φ０は例えば−π〜πの範囲内の任意の値であるが、例えば０でもよい。図４（Ｃ）に示すように、画素Ｐ（ｍ，ｎ）が実線で囲まれた最初の位相が確定した確定領域２５Ａ内の画素となる。
【００２５】
次のステップ１１５において、第３演算部３７は、図４（Ｃ）の確定領域２５Ａの外側で、かつ確定領域２５Ａにｘ方向、ｙ方向に隣接する領域である、点線で囲まれた最初の隣接領域２６Ａを特定する。そして、第３演算部３７は、隣接領域２６Ａ内の全部の画素Ｐ（ｍ，ｎ−１），Ｐ（ｍ＋１，ｎ），Ｐ（ｍ，ｎ＋１），Ｐ（ｍ−１，ｎ）中で、確定領域２５Ａ内のｘ方向又はｙ方向に隣接する画素（ここでは画素Ｐ（ｍ，ｎ））に対する物体光の波面（位相）の差分値（ここでは実質的に微分値）の絶対値、即ちｘ方向又はｙ方向のシアリング波面（差分波面の位相）の絶対値が最小となる画素に向かう積分ルート２７Ａを設定する。
【００２６】
図４（Ｃ）の場合、隣接領域２６Ａ内の画素Ｐ（ｍ，ｎ−１）と確定領域２５Ａの画素Ｐ（ｍ，ｎ）との波面の差分値は、ｙ方向のシアリング波面Ｗｙ（ｍ，ｎ）であり、画素Ｐ（ｍ＋１，ｎ）と画素Ｐ（ｍ，ｎ）との波面の差分値は、ｘ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｍ＋１，ｎ）である。同様に、画素Ｐ（ｍ，ｎ＋１）と画素Ｐ（ｍ，ｎ）との波面の差分値は、ｙ方向のシアリング波面Ｗｙ（ｍ，ｎ＋１）であり、画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）と画素Ｐ（ｍ，ｎ）との波面の差分値は、ｘ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｍ，ｎ）である。そこで、第３演算部３７は、それらの４つの波面（物体光の位相）の差分値Ｗｙ（ｍ，ｎ），Ｗｘ（ｍ＋１，ｎ），Ｗｙ（ｍ，ｎ＋１），Ｗｘ（ｍ，ｎ）の絶対値のうちで最小の差分値を求める。ここでは、差分値Ｗｘ（ｍ，ｎ）の絶対値が最小であるとすると、第３演算部３７は、波面の差分値がシアリング波面Ｗｘ（ｍ，ｎ）となる画素Ｐ（ｍ，ｎ）から画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）に向かうルートを第１の積分ルート２７Ａとする。なお、その４つの波面の差分値の絶対値のうちで最小になるものが複数個ある場合には、一例として、そのうちでｘ方向及びｙ方向の配列番号ｉ，ｊが最小の画素に向かうルートを積分ルート２７Ａとすればよい。
【００２７】
次のステップ１１６において、第４演算部３８は、積分ルート２７Ａに沿って計算対象となる画素（ここでは画素Ｐ（ｍ−１，ｎ））における物体光ＩＬＯの波面（位相）ＷＲ（ｍ−１，ｎ）を、次のように画素Ｐ（ｍ，ｎ）の波面ＷＲ（ｍ，ｎ）と積分ルート２７Ａにおける波面の差分値（ここでは−Ｗｘ（ｍ，ｎ））との積算値として計算し、計算結果を記憶装置３３に記憶する。
【００２８】
ＷＲ（ｍ−１，ｎ）＝ＷＲ（ｍ，ｎ）−Ｗｘ（ｍ，ｎ）  …（３）
この後、図４（Ｄ）に示すように、画素Ｐ（ｍ，ｎ）及び新たに位相が確定した画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）を含む領域が次の確定領域２５Ｂとなる。
次のステップ１１７において、第４演算部３８は、撮像素子１８の全部の有効な画素（シアリング波面が求められた画素）における物体光ＩＬＯの波面（位相）が確定したかどうかを判定する。ここでは、全部の有効な画素については波面が確定していないため、動作はステップ１１５に戻り、第３演算部３７は、図４（Ｄ）の確定領域２５Ｂの外側で、かつ確定領域２５Ｂにｘ方向、ｙ方向に隣接する領域である、点線で囲まれた次の隣接領域２６Ｂを特定する。そして、第３演算部３７は、隣接領域２６Ｂ内の全部の画素Ｐ（ｍ−１，ｎ−１），…，Ｐ（ｍ−２，ｎ）中で、確定領域２５Ｂ内のｘ方向又はｙ方向に隣接する画素（ここでは画素Ｐ（ｍ，ｎ）又はＰ（ｍ−１，ｎ））に対する物体光の波面の差分値（差分波面）の絶対値、即ちｘ方向又はｙ方向のシアリング波面の絶対値が最小となる画素に向かう第２の積分ルート（ここでは積分ルート２７Ｂ）を設定する。この場合、隣接領域２６Ｂ内の画素Ｐ（ｍ−１，ｎ−１），…，Ｐ（ｍ，ｎ＋１），…，Ｐ（ｍ−２，ｎ）と確定領域２５Ｂの隣接する画素との波面の差分値は、それぞれシアリング波面Ｗｙ（ｍ−１，ｎ−１），…，Ｗｘ（ｍ，ｎ＋１），…，Ｗｘ（ｍ−２，ｎ）であり、これらの絶対値のうちで、積分ルート２７Ｂに沿った差分値であるｙ方向のシアリング波面Ｗｙ（ｍ，ｎ＋１）の絶対値が最小と想定されている。
【００２９】
次のステップ１１６において、第４演算部３８は、第２の積分ルート２７Ｂに沿って計算対象となる画素Ｐ（ｍ，ｎ＋１）における物体光ＩＬＯの波面ＷＲ（ｍ，ｎ＋１）を、次のように確定領域２５Ｂ内で積分ルート２７Ｂに沿って隣接する画素Ｐ（ｍ，ｎ）の既知の波面ＷＲ（ｍ，ｎ）と積分ルート２７Ｂにおける波面の差分値（ここではＷｙ（ｍ，ｎ＋１））との積算値として計算し（積分し）、計算結果を記憶装置３３に記憶する。
【００３０】
ＷＲ（ｍ，ｎ＋１）＝ＷＲ（ｍ，ｎ）＋Ｗｙ（ｍ，ｎ＋１）  …（４）
この後、図５（Ａ）に示すように、図４（Ｂ）の確定領域２５Ｂに新たに位相が確定した画素Ｐ（ｍ，ｎ＋１）を加えた領域が次の確定領域２５Ｃとなる。
次のステップ１１７においても、全部の有効な画素については位相が確定していないため、動作はステップ１１５に戻る。そして、図５（Ａ）の確定領域２５Ｃの外側で、かつ確定領域２５Ｃに隣接する点線で囲まれた次の隣接領域２６Ｃが特定される。さらに、隣接領域２６Ｃ内の全部の画素Ｐ（ｍ−１，ｎ−１），…，Ｐ（ｍ−２，ｎ）中で、確定領域２５Ｃ内で隣接する画素に対する物体光の波面の差分値の絶対値が最小となる画素（ここでは画素Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）とする）に向かう第３の積分ルート２７Ｃが設定される。
【００３１】
また、次のステップ１１６において、計算対象となる画素Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）における物体光ＩＬＯの波面ＷＲ（ｍ−１，ｎ＋１）は、次のように確定領域２５Ｃ内で積分ルート２７Ｃに沿って隣接する画素Ｐ（ｍ，ｎ＋１）の既知の波面ＷＲ（ｍ，ｎ＋１）と積分ルート２７Ｃにおける波面の差分値（ここでは−Ｗｘ（ｍ，ｎ＋１））との積算値として計算される。
【００３２】
ＷＲ（ｍ−１，ｎ＋１）＝ＷＲ（ｍ，ｎ＋１）−Ｗｘ（ｍ，ｎ＋１）  …（５）
この後、同様にステップ１１５，１１６を繰り返すことによって、図５（Ｂ）に示すように、次第に積分ルート２７Ｄ〜２７Ｈが定められ、積分ルート２７Ｄ〜２７Ｈに沿って画素Ｐ（ｍ＋１，ｎ）〜Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）の波面が計算される。そして、確定領域２５Ｉに対してそれを囲む隣接領域２６Ｉ内の画素に対して、さらにステップ１１５，１１６の波面の計算動作が繰り返される。
【００３３】
その後、ステップ１１７で、全部の有効な画素について物体光ＩＬＯの波面（位相）が確定したときに、動作はステップ１１８に移行する。この場合、撮像素子１８の全部の有効な画素Ｐ（ｉ，ｊ）に関して求めた物体光ＩＬＯの波面ＷＲ（ｉ，ｊ）は、オフセット分を除いて、図３（Ａ）の曲線２４Ａで表される物体光ＩＬＯの波面ψ（ｘ，ｙ）にほぼ等しい。従って、その波面ＷＲ（ｉ，ｊ）から例えば所定の次数の範囲のゼルニケ(Zernike)多項式の係数（ゼルニケ係数）を計算することによって、被検光学系５の波面収差を高精度に求めることができる。
【００３４】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、図２の波面評価方法によって所定の物体光の波面（位相）を計算したシミュレーション結果を示す。図６（Ａ）は元の仮定した物体光の波面の位相分布を示し、図６（Ｂ）の波面Ｂ１及びＢ２は、それぞれステップ１１１及び１１２で取得されるｘ方向及びｙ方向のシアリング波面の折りたたまれた位相分布を示す。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）等において、位相は例えば暗部から明部にかけて次第に大きくなっている。さらに、図６（Ｃ）の波面Ｃ１及びＣ２は、波面Ｂ１及びＢ２に対して位相つなぎを行って得られるシアリング波面の位相分布を示し、図６（Ｄ）は、波面Ｃ１及びＣ２のデータを用いて図２のステップ１１４〜１１７の動作によって求められた物体光の波面を示す。なお、ステップ１１４において設定される中央の画素の位相値φ０としては、例えば同じ位置にある図６（Ａ）の画素の位相値が使用されている。図６（Ａ）と図６（Ｄ）との比較より、本実施形態の波面評価方法で元の波面が高精度に復元できることが分かる。
【００３５】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態のコンピュータ３０及びシアリング干渉計１０によって被検光学系５（物体）を通過した物体光ＩＬＯの波面を評価する波面評価方法は、物体光ＩＬＯと物体光ＩＬＯを互いに直交するｘ方向（第１方向）及びｙ方向（第２方向）にそれぞれ相対的にシフトさせて得られるシア光ＩＬＳとの２つの干渉縞２１Ｘ，２１Ｙの強度分布から物体光ＩＬＯの波面のｘ方向及びｙ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）（差分波面の位相の分布）を求めるステップ１１１〜１１３を有する。さらにその波面評価方法は、ｘ方向及びｙ方向に沿って配列される複数の画素Ｐ（ｉ，ｊ）（格子点）のうちの画素Ｐ（ｍ，ｎ）（第１の格子点）を含む確定領域２５Ａ（所定領域）の画素の波面（位相）ＷＲ（ｍ，ｎ）を定めるステップ１１４と、確定領域２５Ａの画素に対してｘ方向及びｙ方向に隣接する隣接領域２６Ａ内の複数の画素Ｐのうちで、そのシアリング波面に応じて定まる積分ルート２７Ａ（積分経路）に沿って隣接する画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）（第２の格子点）について、確定領域２５Ａ内で画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）に隣接する画素Ｐ（ｍ，ｎ）（第３の格子点）の波面ＷＲ（ｍ，ｎ）、及び画素Ｐ（ｍ，ｎ）と画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）との間のシアリング波面（差分波面の位相）から波面ＷＲ（ｍ−１，ｎ）を求めるステップ１１５，１１６と、を有する。
【００３６】
また、本実施形態のコンピュータ３０の波面収差評価用プログラム（波面評価用プログラム）は、被検光学系５を通過した物体光ＩＬＯの波面を評価するために、コンピュータ３０を、物体光ＩＬＯと物体光ＩＬＯをｘ方向及びｙ方向にそれぞれ相対的にシフトさせて得られるシア光ＩＬＳとの２つの干渉縞２１Ｘ，２１Ｙの強度分布情報を記憶する記憶装置３３、その強度分布情報を用いてｘ方向及びｙ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）（差分波面の位相の分布）を求める第１演算部３５、ｘ方向及びｙ方向に沿って配列される複数の画素Ｐ（ｍ，ｎ）（格子点）のうちの画素Ｐ（ｍ，ｎ）を含む確定領域２５Ａ（所定領域）の画素の位相を定める第２演算部３６、確定領域２５Ａの画素に対してｘ方向及びｙ方向に隣接する複数の画素のうちでシアリング波面に応じて積分ルート２７Ａを定める第３演算部３７、及び確定領域２５Ａの画素に対して積分ルート２７Ａに沿って隣接する画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）について、確定領域２５Ａ内で画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）に隣接する画素Ｐ（ｍ，ｎ）の波面、及び画素Ｐ（ｍ，ｎ）と画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）との間のシアリング波面から波面を求める第４演算部３８、として機能させている。
【００３７】
本実施形態によれば、物体光ＩＬＯのシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）を求め、そのシアリング波面に応じて定まる積分ルート２７Ａに沿って確定領域２５Ａに隣接する画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）について物体光ＩＬＯの波面ＷＲ（ｍ−１，ｎ）を求めている。従って、最小二乗法を用いる必要がないため、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の物体光ＩＬＯの波面（位相）を短い処理時間で求める（評価する）ことができる。さらに、例えば計測誤差の影響が小さくなるようにその積分ルート２７Ａを定めることによって、各画素について求められる波面の精度を向上できる。
【００３８】
（２）また、本実施形態において、第３演算部３７は、ステップ１１５において、隣接する画素Ｐ（ｍ−１，ｎ）及び画素Ｐ（ｍ，ｎ）間のｘ方向又はｙ方向のシアリング波面Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）（差分波面の位相）の絶対値が最小となるように積分ルート２７Ａを定めている。従って、積分ルート２７Ａは、隣接する画素間の物体光の波面の位相差が最小になるように定められるため、計測誤差の影響が最小になり、計測精度が向上する。
【００３９】
なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
上記の実施形態では、直交するｘ方向及びｙ方向のシアリング波面を用いているが、その代わりに９０度以外の角度で交差する２方向のシアリング波面を用いてもよい。
また、上記の実施形態では、シアリング干渉計１０の計測結果を用いて縞走査干渉方式（フリンジスキャン法）で物体光のシアリング波面の折りたたまれた位相を求めているが、その方法は任意である。例えば、フーリエ変換法でその折りたたまれた位相を求める場合にも本発明が適用できる。フーリエ変換法では、物体光とシア光とを傾斜させ、得られる干渉縞をフーリエ変換して、物体光の位相情報を抽出する。この場合、物体光とシア光とを傾斜させるため、例えば物体光の光路上に回折格子を配置し、回折格子からの０次光（物体光）と１次回折光（シア光）との干渉縞を検出してもよい。
【００４０】
また、本発明は、例えばシャック・ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の計測装置で物体光の波面の位相を求める場合にも適用することが可能である。
なお、上記の実施形態の波面評価方法は、対物レンズ又は単体のレンズ等の他に、例えば半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、又はマイクロマシン等の電子デバイスの製造工程でマスクパターンを基板上に転写するために使用される露光装置の投影光学系の波面収差等の光学特性を評価する際にも適用することができる。また、上記の実施形態の波面評価方法は、カメラ用のレンズ、顕微鏡用のレンズ等の種々の光学系の波面収差等の光学特性を評価する際にも適用することができる。
【００４１】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
５…被検光学系、１０…シアリング干渉計、１８…撮像素子、３０…コンピュータ、３１…情報処理装置、Ｐ（ｉ，ｊ）…画素、Ｗｘ（ｉ，ｊ），Ｗｙ（ｉ，ｊ）…シアリング波面、ＷＲ（ｉ，ｊ）…物体光の復元された波面
【図１】
2011185621.tif 000003
【図２】
2011185621.tif 000004
【図３】
2011185621.tif 000005
【図４】
2011185621.tif 000006
【図５】
2011185621.tif 000007
【図６】
2011185621.tif 000008