(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計に適用され、
かつその適用時に前記測定光の光束中に挿入される波面変換光学系であって、
透過面とその面上に形成された所定の回折パターンとからなる透過型の回折面を有し、
前記透過面は、前記回折面における透過０次光が集束球面波を成すよう凹面状に形成されており、
前記回折パターンは、前記回折面における透過回折光が前記被検面の設計形状と等価な設計波面を成すよう設計されている
ことを特徴とする波面変換光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の波面変換光学系において、
前記干渉計は、フィゾー型干渉計であり、
球面のフィゾー面を有し、かつそのフィゾー面上に前記回折パターンを形成してなるフィゾーレンズとして構成されている
ことを特徴とする波面変換光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の波面変換光学系において、
前記フィゾー面を配置した最終レンズが交換可能に形成されている
ことを特徴とする波面変換光学系。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の波面変換光学系において、
前記回折パターンは、前記設計波面の生起位置が、前記集束球面波の集光点から所定距離だけずれるよう設計されている
ことを特徴とする波面変換光学系。
【請求項５】
測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、
前記測定光の光束中に挿入される波面変換光学系と
を備えた面形状測定装置であって、
前記波面変換光学系は、
透過面とその面上に形成された所定の回折パターンとからなる透過型の回折面を有し、
前記透過面は、前記回折面における透過０次光が集束球面波を成すよう凹面状に形成されており、
前記回折パターンは、前記回折面における透過回折光が前記被検面の設計形状の設計波面を成すよう設計されている
ことを特徴とする面形状測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の面形状測定装置において、
前記干渉計は、フィゾー型干渉計であり、
前記波面変換光学系は、球面のフィゾー面を有し、かつそのフィゾー面上に前記回折パターンを形成してなるフィゾーレンズである
ことを特徴とする面形状測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の面形状測定装置において、
前記フィゾー面を配置した最終レンズは、前記フィゾーレンズに対して交換可能に形成されている
ことを特徴とする面形状測定装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の面形状測定装置において、
前記回折パターンは、前記設計波面の生起位置が、前記集束球面波の集光点から所定距離だけずれるよう設計されている
ことを特徴とする面形状測定装置。
【請求項９】
測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の波面変換光学系と
を使用した面形状測定方法であって、
前記被検面のアライメントでは、
アライメント信号として、前記参照光と前記被検面における前記集束球面波の反射光とにより生起する干渉縞を参照し、
前記被検面の面形状測定では、前記被検面の形状信号として、前記参照光と前記被検面における前記設計波面の反射光とにより生起する干渉縞を参照する
ことを特徴とする面形状測定方法。
【請求項１０】
測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、
請求項４に記載の波面変換光学系と
を使用した面形状測定方法であって、
前記被検面アライメントでは、
アライメント信号として、前記参照光と前記被検面における前記集束球面波の反射光とにより生起する干渉縞を参照すると共に、アライメント位置を、その干渉縞がワンカラーに最も近くなるときの位置から前記所定距離だけずれた位置とし、
前記被検面の面形状測定では、前記被検面の形状信号として、前記参照光と前記被検面における前記設計波面の反射光とにより生起する干渉縞を参照する
ことを特徴とする面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉計を使用して、設計形状が球面や軸対称非球面（本明細書では単に「非球面」という。）である被検面の面形状（本明細書では単に「形状」という。）を測定する面形状測定に関し、特に、その干渉計に適用される波面変換光学系、その干渉計とその波面変換光学系とからなる面形状測定装置、及びその干渉計とその波面変換光学系とを使用した面形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
干渉計は、測定光を被検面に照射して得られる反射光を、所定の参照光と干渉させ、それにより生起する干渉縞を、撮像素子などの二次元検出素子によって検出するものである。
この干渉縞は、参照光の波面の位相分布と、被検面から得られる反射光の波面の位相分布とに応じたものとなるので、被検面の形状は、その干渉縞から、参照光の波面を基準としたずれ（面精度誤差）として、波長以下の極めて高い精度で算出される（正確には、参照光の波面だけでなく被検面に照射される測定光の波面も基準となる。但し、フィゾー型干渉計では参照光の波面とこの測定光の波面とは一致する。）。
【０００３】
干渉計内では、適正な測定を行うために、少なくとも、その被検面に照射される測定光は、その被検面に略同位相で略垂直に入射するような光に（レンズなどにより）変換される。
因みに、このような光の波面は、被検面の設計形状に応じたものであるので、本明細書では「設計波面」という。
【０００４】
例えば、測定光は、被検面の設計形状が球面であるときには、球面波に変換され、被検面の設計形状が非球面であるときには、非球面波に変換される。
以下、球面波が使用される測定を、「球面測定」と称し、非球面波が使用される測定を、「非球面測定」と称す（なお、被検面の設計形状が非球面であっても、仮にその非球面量が十分に小さければ、球面測定によっても測定が可能である。そのような非球面については、面精度誤差の大きい球面とみなせるからである。）。
【０００５】
ここで、通常、被検面の測定に先立っては、被検面が測定光に対し位置合わせ（アライメント）される。アライメントにより被検面を配置すべき光軸方向の位置（アライメント位置）は、設計波面の形成位置である。このアライメントが必要な理由は、上記した球面波や非球面波は、進行するに従いその波面を変化させるため、設計波面の存在する位置は、光軸方向の特定箇所となるからである。
【０００６】
先ず、球面測定のアライメントでは、「干渉計が検出する干渉縞は、被検面に入射するのが、その被検面に最も近い形状をした波面（近似波面）であるときに、最も一様に近くなる」という現象が利用される。すなわち、アライメントに当たり、干渉縞がアライメント信号として参照され、その干渉縞がワンカラー又は最もワンカラーに近くなるような被検面の位置が、アライメント位置とみなされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このアライメントは、非球面測定には、そのまま適用することはできない。
なぜなら、被検面の面精度誤差は様々であるので、被検面の近似波面が、被検面の設計形状であるとは限らない。このため、上記アライメント信号の示している上記アライメント位置は、その近似波面の形成位置ではあるものの、設計波面の形成位置であるとは限らない。
【０００８】
なお、球面測定では、用いられる波面は球面波であり、放射状に広がるので、被検面の配置位置が、たとえ設計波面とは異なる近似波面の形成位置であったとしても、両波面の相違は曲率半径のみであるから、そのまま測定を行っても、測定の基準となった近似波面の曲率半径については別途簡単に測定することができるので、問題は生じない。
【０００９】
一方、非球面測定において、仮にこの球面測定と同じアライメントを行うのであれば、さらに測定時の被検面の位置を測定しておき、測定結果の基準となった近似波面の形状をその位置に基づいて推測する必要がある。また、そうでなければ、アライメント専用の部品や光路を使用する別のアライメント方法を適用せざるを得なかった。
【００１０】
そこで本発明の第１の目的は、このような非効率かつ煩雑な手順を省略するべく、干渉計の構成に変更をきたすことなく正確なアライメント信号を生成することのできる波面変換光学系、面形状測定装置、及び干渉計の構成に変更をきたすことなく確実にアライメントを行うことのできる面形状測定方法を提供することにある。
【００１１】
なお、特開平６−１１３２３号公報にも、干渉計の構成になるべく変更をきたすことなくアライメントを行うための技術が開示されている。
しかしながら、この技術では、アライメント信号の取得精度と形状信号の取得精度とを共に確保するためには、アライメント時と測定時とのそれぞれに対し個別の光源波長を設定する必要がある。すなわち、アライメント信号の取得精度と形状信号の取得精度とを共に確保するためには、干渉計の構成に変更をきたす。
【００１２】
そこで本発明の第２の目的は、干渉計の構成に変更をきたすことなく、アライメント信号の取得精度と形状信号の取得精度とを共に高く保つことを可能とする波面変換光学系、面形状測定装置、及び干渉計の構成に変更をきたすことなく、アライメントと測定とを共に高精度に行うことのできる面形状測定方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の波面変換光学系は、測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計に適用され、かつその適用時に前記測定光の光束中に挿入される波面変換光学系であって、透過面とその面上に形成された所定の回折パターンとからなる透過型の回折面を有し、前記透過面は、前記回折面における透過０次光が集束球面波を成すよう凹面状に形成されており、前記回折パターンは、前記回折面における透過回折光が前記被検面の設計形状と等価な設計波面を成すよう設計されていることを特徴とする。
【００１４】
前記集束球面波が被検面に入射して生起する反射光と参照光とが成す干渉縞は、この波面変換光学系と被検面との位置関係に応じて変化する。設計波面は、この集束球面波と同一の波面変換光学系により形成される。よって、この干渉縞は、設計波面の実際の形成位置（アライメント位置）を正確に示すアライメント信号として使用可能である。
【００１５】
そして、設計波面を生成するための回折パターンは、凹面の有しているパワーの分だけ、付与すべきパワー（回折力）が小さく抑えられるので、その形成（特にその回折設計）が容易である。
請求項２に記載の波面変換光学系は、請求項１に記載の波面変換光学系において、前記干渉計は、フィゾー型干渉計であり、球面のフィゾー面を有し、かつそのフィゾー面上に前記回折パターンを形成してなるフィゾーレンズとして構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の波面変換光学系は、請求項２に記載の波面変換光学系において、前記フィゾー面を配置した最終レンズが交換可能に形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の波面変換光学系は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の波面変換光学系において、前記回折パターンは、前記設計波面の生起位置が、前記集束球面波の集光点から所定距離だけずれるよう設計されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の面形状測定装置は、測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、前記測定光の光束中に挿入される波面変換光学系とを備えた面形状測定装置であって、前記波面変換光学系は、透過面とその面上に形成された所定の回折パターンとからなる透過型の回折面を有し、前記透過面は、前記回折面における透過０次光が集束球面波を成すよう凹面状に形成されており、前記回折パターンは、前記回折面における透過回折光が前記被検面の設計形状の設計波面を成すよう設計されていることを特徴とする。
【００２０】
前記集束球面波が被検面に入射して生起する反射光と参照光とが成す干渉縞は、この波面変換光学系と被検面との位置関係に応じて変化する。設計波面は、この集束球面波と同一の波面変換光学系により形成される。よって、この干渉縞は、設計波面の実際の形成位置（アライメント位置）を正確に示すアライメント信号として使用可能である。
【００２１】
そして、設計波面を生成するための回折パターンは、凹面の有しているパワーの分だけ、付与すべきパワー（回折力）が小さく抑えられるので、その形成（特にその回折設計）が容易である。
請求項６に記載の面形状測定装置は、請求項５に記載の面形状測定装置において、前記干渉計は、フィゾー型干渉計であり、球面のフィゾー面を有し、かつそのフィゾー面上に前記回折パターンを形成してなるフィゾーレンズであることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の面形状測定装置は、請求項６に記載の面形状測定装置において、前記フィゾー面を配置した最終レンズは、前記フィゾーレンズに対して交換可能に形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の面形状測定装置は、請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の面形状測定装置において、前記回折パターンは、前記設計波面の生起位置が、前記集束球面波の集光点から所定距離だけずれるよう設計されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の面形状測定方法は、測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の波面変換光学系とを使用した面形状測定方法であって、前記被検面のアライメントでは、アライメント信号として、前記参照光と前記被検面における前記集束球面波の反射光とにより生起する干渉縞を参照し、前記被検面の面形状測定では、前記被検面の形状信号として、前記参照光と前記被検面における前記設計波面の反射光とにより生起する干渉縞を参照することを特徴とする。
【００２６】
このようなアライメント信号は、設計波面の実際の形成位置（アライメント位置）を正確に示すので、アライメントは、確実に行われる。
請求項１０に記載の面形状測定方法は、測定光を被検面に照射すると共にその被検面における反射光を参照光に干渉させ、前記被検面の面形状情報としてその干渉により生起する干渉縞を検出する干渉計と、請求項４に記載の波面変換光学系とを使用した面形状測定方法であって、前記被検面アライメントでは、アライメント信号として、前記参照光と前記被検面における前記集束球面波の反射光とにより生起する干渉縞を参照すると共に、アライメント位置を、その干渉縞がワンカラーに最も近くなるときの位置から前記所定距離だけずれた位置とし、前記被検面の面形状測定では、前記被検面の形状信号として、前記参照光と前記被検面における前記設計波面の反射光とにより生起する干渉縞を参照することを特徴とする。
【００２７】
このように、所定距離だけずらせば、アライメント信号と、形状信号（前記設計波面が被検面に入射して生起する反射光と参照光とが成す干渉縞）とが同時に生起することは避けられるので、アライメント信号、形状信号のＳ／Ｎは共に高く保たれる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１、図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の面形状測定システム１の構成図である。
面形状測定システム１は、設計形状が非球面である被検面１１ａの形状データを干渉測定（非球面測定）により取得するものである。
【００３０】
本実施形態の面形状測定システム１は、参照光の生成と設計波面の生成との双方を同一の光学系（フィゾーレンズ１２）により実現させる、フィゾー型の干渉測定システムである。
面形状測定システム１には、フィゾー型の面形状測定装置１０、被検物１１（被検面１１ａを有した光学素子）を支持する支持部材１３、干渉縞を表示するモニタ１５、干渉縞の解析や面形状測定システム１の自動化などのために、不図示のコンピュータが使用される。
【００３１】
面形状測定装置１０には、フィゾー型の干渉計１４と、被検面１１ａの設計形状に応じた構成のフィゾーレンズ１２（請求項における波面変換光学系に対応する。）とが備えられ、これらは、干渉計１４から射出した測定光がフィゾーレンズ１２を介して被検面１１ａに入射し、かつ、被検面１１ａにおける反射光がフィゾーレンズ１２を介して干渉計１４に戻るような位置関係で、配置される。
【００３２】
干渉計１４には、測定光を出射する照明光学系６１、干渉光（後述）が成す干渉縞を検出する観察光学系６２、照明光学系６１から射出した測定光をフィゾーレンズ１２に導くと共に、フィゾー面１２ａにて反射して生起した参照光と、フィゾー面１２ａを透過後に被検面１１ａにて反射して再びフィゾーレンズ１２に入射した被検光とにより生起する干渉光を、観察光学系６２へと導くビームスプリッタ６４、不図示の波長板、偏光板などが備えられる。
【００３３】
照明光学系６１には、例えば、光源６１ｃ、及び光源６１ｃから出射された光束を平行光束に変換するコリメータレンズ６１ｄなどが配置される。
観察光学系６２には、例えば、フォーカシング並びにビーム径変換用レンズ６２ｄ、光束の断面に生成されている干渉縞を撮像する撮像素子６２ｃなどが配置される。この撮像素子６２ｃの出力は、モニタ１５、及び不図示のコンピュータに接続される。
【００３４】
なお、本実施形態では、被検物１１を光軸方向に移動させて被検面１１ａのアライメントを行うために、被検物１１を支持する支持部材１３は、ステージなどの移動機構により、少なくとも光軸方向に高精度に移動することが可能となっている。
ここで、フィゾーレンズ１２の最終面（被検面１１ａの側に配置された面）は、被検面１１ａの側に曲率中心を配した球面のフィゾー面１２ａである。
【００３５】
また、フィゾーレンズ１２内において、フィゾー面１２ａ以外の各面は、従来のフィゾーレンズにおける各面と同様に、照明光学系６１側から入射した平行光束を、フィゾー面１２ａに略垂直に略同位相で入射するよう変換するものである。
したがって、フィゾー面１２ａにおける反射０次光は、フィゾーレンズ１２を射出するときには平行光束となる。この反射０次光が、参照光である。
【００３６】
また、フィゾー面１２ａにおける透過０次光は、被検面１１ａの側に集光点を配する集束球面波となる。この集束球面波が、本実施形態ではアライメントに用いられる。
なお、このようなフィゾー面１２ａの曲率半径は、特に、被検面１１ａの設計形状に応じたものとする必要はない。
【００３７】
そして、本実施形態のフィゾー面１２ａには、被検面１１ａの側に輪帯状の回折パターンＰが形成されており、透過型の回折面としての機能が付加されている。
本実施形態において、被検面１１ａの設計形状に応じた形状に形成されるのは、この回折パターンＰである。
すなわち、この回折パターンＰは、フィゾー面１２ａにおける透過＋１次回折光が、その被検面１１ａについての設計波面（非球面である。）を形成するようなパターンとなっている。この透過＋１次回折光による非球面波が、本実施形態では測定に用いられる（なお、本明細書では、透過０次光よりも光軸に近い側へ回折する回折光の次数を「正」に採り、透過０次光よりも光軸から遠い側へ回折する回折光の次数を「負」に採ることとする。）。
【００３８】
なお、本実施形態では、この設計波面の形成位置は、前記したアライメント用の集束球面波の集光位置Ｌ０に一致しているとする。
ここで、以上説明した回折パターンＰは、被検面１１ａの設計形状と、集束球面波の集光位置Ｌ０とに応じて決定される。
また、本実施形態では、非球面波の強度、集束球面波の強度、参照光の強度が、後述するアライメント及び測定を行うのに十分なだけ得られるよう、フィゾー面１２ａの反射透過率特性及び回折パターンＰの回折効率が決定される。
【００３９】
なお、本実施形態では、非球面波の強度と集束球面波の強度との間では、前者の方を、後者より高く設定することが好ましい。
因みに、これは、回折パターンＰの回折効率（透過０次光と透過＋１次回折光とのバランス）を、段差設計（つまりパターンＰの形状や角度の設計）により設定することなどにより実現する。
【００４０】
なお、このフィゾー面１２ａを有した最終レンズ１２１は、回折パターンＰが形成されていること以外は、従来のフィゾーレンズにおける最終レンズと同じでよい。
図２は、本実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
以下に説明する面形状測定手順の一部又は全部は、不図示のコンピュータによって自動化されてもよいが、ここでは、面形状測定システム１の操作者により手動で行われるとして説明する。
【００４１】
被検面１１ａのアライメント（すなわち、被検物１１のアライメント）では、前記したように、フィゾー面１２ａにおいて発生する集束球面波（透過０次光）が使用される（図２（ａ）参照）。
【００４２】
このアライメントでは、アライメント信号として、この集束球面波が被検面１１ａに入射して生じた反射光と、参照光（反射０次光）とが互いに干渉することで生じた干渉縞が参照される。
ここで、このアライメント時には、このアライメント信号がモニタ１５上に明瞭に表示されるよう、集束球面波及び参照光の強度に応じたレンジ調整（光源６１ｃ又は撮像素子６２ｃ又はモニタ１５の調整）が行われているとする。
【００４３】
仮に、被検面１１ａが集束球面波の集光位置Ｌ０に位置していると、頂点反射を生じるが、仮に被検面１１ａの位置が集束球面波の集光位置Ｌ０からずれていると、頂点反射は生じない。
頂点反射した後の反射光は、垂直に同位相でフィゾー面１２ａへ入射するので、その入射後は、参照光（反射０次光）と略同一の波面となる。
【００４４】
したがって、被検面１１ａが集光位置Ｌ０に位置しているときにのみ、モニタ１５に表示されるアライメント信号が、図２（ａ'）に示すようにワンカラーを示す（集光位置Ｌ０から少しでもずれると、干渉縞は輪帯状になるはずである）。
したがって、アライメント信号がワンカラーとなったときを、被検面１１ａが集光位置Ｌ０に位置しているときとみなせる。
【００４５】
なお、実際には、干渉計１４の光学調整が理想的でない限りは、その被検面１１ａが集光位置Ｌ０に位置してたとしても、完全なワンカラーとならずに、縞が残留する可能性がある。したがって、被検面１１ａが集光位置Ｌ０に位置しているとみなされるのは、正確には、アライメント信号に残留した数本の縞が直線となるとき（本明細書では、この状態を「ワンカラーに近い状態」という。）である。
【００４６】
そして、前記したように、本実施形態では、この集光位置Ｌ０に、設計波面の形成位置が一致しているので、その集光位置Ｌ０が、被検面１１ａを配置すべきアライメント位置である。
【００４７】
このことを利用して、本実施形態の操作者は、アライメントを行うに当たり、モニタ１５に表示されるアライメント信号を参照しつつ被検物１１を移動機構（不図示）を介して光軸方向に移動させる。そして、干渉縞のパターンがワンカラーになったとき（又はワンカラーに近い状態になったとき）の被検面１１ａの位置をアライメント位置とみなし、被検物１１を停止させる。
【００４８】
次に、被検面１１ａの測定では、前記したように、フィゾー面１２ａにおいて発生する非球面波（透過＋１次回折光）が使用される（図２（ｂ）参照）。
この測定では、形状信号として、この非球面波が被検面１１ａに入射して生じた反射光と、参照光（反射０次光）とが互いに干渉することで生じた干渉縞を示すデータが、不図示のコンピュータによって取り込まれる。
【００４９】
ここで、この測定時には、この形状信号が明瞭に検知されるよう、非球面波及び参照光の強度に応じたレンジ調整（光源６１ｃ又は撮像素子６２ｃ又はコンピュータの調整）が行われているとする。
先行して行われたアライメントの結果、被検面１１ａは集光位置Ｌ０に位置しているので、被検面１１ａにはこの設計波面が略垂直に入射しているはずである。
【００５０】
したがって、形状信号は、例えば図２（ｂ'）に示すように、設計波面を基準とした被検面１１ａの形状を示すこととなる。
つまり、操作者は、この状態で、不図示のコンピュータに対し、この形状信号に基づく解析を行わせることによって、被検面１１ａの形状データを取得することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態の面形状測定システム１は、従来の球面のフィゾー面を有したフィゾー型干渉測定システムにおいて、回折パターンＰの形成されたフィゾー面１２ａを採用した（最終レンズ１２１を採用した）ものである（図１参照）。
【００５２】
しかも、本実施形態において、アライメント信号を生起させる波面（集束球面波）は、非球面波を生成するのと同じ波面変換光学系（フィゾーレンズ１２）によって生成されるので、そのアライメント信号は、非球面波による設計波面の実際の形成位置（アライメント位置）を、正確に示す。
すなわち、本実施形態によると、従来と同じ干渉計１４を使用しながらも、確実にアライメントを行うことが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では、その波面変換光学系（フィゾーレンズ１２）は、参照光を生成するための波面変換光学系（所謂参照面）を兼ねているので、面形状測定装置１０において使用される部品点数は、低く抑えられている。
また、本実施形態の波面変換光学系（フィゾーレンズ１２）では、非球面波を生成するための回折パターンが、凹面（ここでは球面）上に形成されている。同じ非球面波を生成する場合同士で比較すると、回折パターンを平面上に形成するときよりも凹面上に形成するときの方が、球面の有しているパワーの分だけ、回折パターンに付与すべきパワー（回折力）が小さく抑えられるので、回折パターンの形成（特にその回折設計）が容易であるという利点もある。
【００５４】
なお、以上説明した本実施形態では、アライメント信号（図２（ａ'）参照）と形状信号（図２（ｂ'））と（これらは同時に生起する）の一方のみを参照するために、レンジ調整が行われているが、レンジ調整を行う代わりに、干渉縞をコンピュータにより解析させ、空間周波数成分に応じた分離演算（特定成分のみを抽出する演算）を行わせてもよい。
【００５５】
＜第２実施形態＞
図３、図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
上述した第１実施形態では、アライメント信号（図２（ａ'）参照）と、形状信号（図２（ｂ'）参照）とは、同時に生起している。このため、第１実施形態は、レンジ調整（又は分離演算）を要していた。
【００５６】
また、たとえレンジ調整をしても、一方の信号よる他方の信号への雑音重畳を完全に避けらるのは困難であるため、アライメント信号と形状信号との両信号のＳ／Ｎが低下する可能性があった。
図３は、本実施形態の面形状測定システム２の構成図である。図３において、図１に示した面形状測定システム１における要素と同一のものには、同一の符号を付して示した。
【００５７】
本実施形態の面形状測定システム２は、第１実施形態の面形状測定システム１と同様、設計形状が非球面である被検面１１ａの形状データを干渉測定（非球面測定）により取得するものである。
但し、面形状測定システム２は、面形状測定システム１において、フィゾー面１２ａに代えてフィゾー面２２ａを使用している（本実施形態の最終レンズ２２１におけるフィゾー面２２ａ以外の各面は、最終レンズ１２１におけるフィゾー面１２ａ以外の各面と同じでよい）。
【００５８】
このフィゾー面２２ａに形成された回折パターンは、回折パターンＰとは異なる、輪帯状の回折パターンＰ'である。
回折パターンＰ'は、回折パターンＰと同様に、フィゾー面２２ａにおける透過＋１次回折光が、その被検面１１ａについての設計波面を形成する非球面波となるようなパターンとなっているが、その設計波面の形成位置（すなわちアライメント位置）は、アライメント用の集束球面波の集光位置Ｌ０から、十分に大きい所定距離Δだけ光軸方向にずれた位置Ｌ０’となっている。
【００５９】
なお、アライメント位置Ｌ０’の採り方は、集光位置Ｌ０を基準として、フィゾー面２２ａの側であっても、フィゾー面２２ａの反対側であってもよい。
また、所定距離Δの大きさは、十分に大きく、アライメント位置Ｌ０’が、アライメント時における被検物１１の微小移動範囲（後述するように、集光位置Ｌ０の近傍の微小範囲である。）の外となるような値（例えば３ｍｍ）に採られる。
【００６０】
次に、本実施形態の面形状測定手順を説明する。なお、本実施形態の面形状測定手順の一部又は全部は、面形状測定システム２の操作者により手動で行われてもよいが、ここでは、図３に示したコンピュータ２９（コンピュータ２９内のＣＰＵ２９ａ）によって自動化されるとして説明する。
ここで、コンピュータ２９は、面形状測定システム２の各駆動部を駆動制御する制御ボードが実装されたコンピュータなどであり、少なくとも、ＣＰＵ２９ａ、ＣＰＵ２９ａの処理に使用されるメモリ２９ｂ、及び、面形状測定システム２の制御回路２９ｃを有する。
【００６１】
また、図３に示したように、面形状測定システム２には、自動化のため、支持部材１３を光軸方向に移動させるステージなどの移動機構２６、その移動機構２６を駆動するモータ２８、移動機構２６の光軸方向の位置を測定するための光測長器などの位置センサ（不図示）などが備えられている。
面形状測定システム２内の各駆動部（光源６１ｃ、撮像素子６２ｃ、モータ２８など）は、コンピュータ２９内の制御回路２９ｃに接続され、この制御回路２９ｃを介してＣＰＵ２９ａにより駆動制御される。
【００６２】
ＣＰＵ２９ａは、例えば、被検物１１を移動させる際には、制御回路２９ｃを介して、位置センサ（不図示）の出力Ｘを参照しつつ、モータ２８に駆動信号を与える。
また、ＣＰＵ２９ａは、撮像素子６２ｃから干渉縞を示すデータを取り込む際には、制御回路２９ｃを介して、撮像素子６２ｃを駆動すると共に、撮像素子６２ｃの出力信号を取り込む。
【００６３】
図４は、本実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
被検面１１ａのアライメントでは、ＣＰＵ２９ａは、被検物１１の位置を光軸方向に移動させる（図４（ａ））。
【００６４】
また、この移動の範囲は、フィゾー面２２ａの曲率半径の設計値により決まる、予定集光位置の近傍の微小移動範囲である（例えば、１ｍｍ程度）。
また、この移動中に、ＣＰＵ２９ａは、アライメント信号として、被検物１１が各位置にあるときに検出される干渉縞のデータを取り込む。
そして、ＣＰＵ２９ａは、被検物１１が各位置にあるときに検出された各データに基づいて、被検物１１の移動中に生起する干渉縞の縞の本数の変化を参照する。
【００６５】
ここで、前記したように、本実施形態では、アライメント位置Ｌ０’は、集束球面波の集光位置Ｌ０よりも十分に大きい所定距離Δだけずらされているので、上記移動中には、アライメント信号は生起するものの、形状信号は生起しない。
ＣＰＵ２９ａは、参照した縞の本数が最も少なくなったとき、すなわち、アライメント信号がワンカラーになったとき（又はワンカラーに近い状態になったとき）（図４（ａ'））における位置センサの出力Ｘ０を認識する。この位置センサの出力Ｘ０が、集光位置Ｌ０を示している。
【００６６】
アライメント位置Ｌ０’の集光位置Ｌ０からのずれ量は、光軸方向の所定距離Δであるので、続いてＣＰＵ２９ａは、位置センサの出力が（Ｘ０＋Δ）を示すような位置に、被検面１１ａを配置する（図４（ｂ））。これによって、被検面１１ａは、アライメント位置Ｌ０’に配置される。
なお、アライメント位置Ｌ０’と集光位置Ｌ０とがずらされているので、被検物１１がこのアライメント位置Ｌ０’に配置されているとき（図４（ｃ））には、アライメント信号は生起せず、形状信号のみが生起する（図４（ｃ'））。
【００６７】
ＣＰＵ２９ａは、この状態で検出されるこの形状信号に基づく解析を行うことによって、被検面１１ａの形状データを取得することができる。
以上、本実施形態では、アライメント位置Ｌ０’と集光位置Ｌ０とをずらすことによって、アライメント信号と形状信号とのそれぞれが同時に生起することを避けている。したがって、一方の信号による他方の信号に対する雑音重畳が回避され、その結果、両信号のＳ／Ｎが共に高く保たれる。したがって、本実施形態によれば、アライメント精度と測定精度との双方が高く保たれる。
【００６８】
なお、上記本実施形態において、アライメント信号がワンカラーの状態（又はワンカラーに近い状態）の検出については操作者が手動で行うこととし、被検物１１のアライメント位置までの移動についてはコンピュータ２９により自動化する場合には、例えば、次のようにするとよい。
操作者は、撮像素子６２ｃに接続されたモニタ上でアライメント信号を監視しながら、被検物１１を移動させ、そのアライメント信号がワンカラーを示す状態（又はワンカラーに近い状態）のときに、コンピュータ２９に対し何らかの合図（オフセット信号）を入力する。コンピュータ２９内のＣＰＵ２９ａは、このオフセット信号を受信すると、その時点における被検物１１の位置から、被検物１１を所定距離Δだけ移動させる。
【００６９】
＜第３実施形態＞
図５を参照して本発明の第３実施形態について説明する。なお、ここでは、第１実施形態又は第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
図５は、本実施形態の面形状測定システムの構成、及び本実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
【００７０】
本実施形態の面形状測定システムは、第１実施形態の面形状測定システム１又は第２実施形態の面形状測定システム２と同様、設計形状が非球面である被検面１１ａの形状データを、干渉測定（非球面測定）により取得するものである。
但し、本実施形態の面形状測定システムは、互いに異なる設計形状の複数種の被検面１１ａ-1，・・・，１１ａ-nを測定することこと前提としている。
【００７１】
本実施形態の面形状測定システムは、図１に示した面形状測定システム１又は図３に示した面形状測定システム２において、様々な設計形状の被検面１１ａを測定可能にするために、フィゾーレンズ３２を使用する。
フィゾーレンズ３２内のフィゾー面３２ａ-iには、第１実施形態のフィゾー面１２ａ又は第２実施形態のフィゾー面２２ａと同様、或る特定の被検面１１ａ-iの設計形状に応じた回折パターンＰiが形成されている。また、フィゾーレンズ３２内においてフィゾー面３２ａ-i以外の各レンズ３２２についても、第１実施形態や第２実施形態におけるものと同じである。
【００７２】
但し、本実施形態のフィゾーレンズ３２において、フィゾー面３２ａ-iを有したレンズ（最終レンズ）３２１-iは、その他のレンズ３２２に対して交換可能に形成されている。
そして、本実施形態の面形状測定システムでは、ｎ種類の被検面１１ａ-1，・・・，１１ａ-nとの種類数と同じ数（ｎ個）の最終レンズ３２１-1，・・・，３２１-nが用意される。
【００７３】
ｎ個の最終レンズ３２１-1，・・・，３２１-nは、互いに異なる被検面１１ａ-1，・・・，１１ａ-nについての設計波面を生起するべく、互いに異なる回折パターンＰ1，・・・，Ｐnが形成されている。
このような本実施形態の面形状測定システムでは、被検面１１ａの種類が別のものに交換されるときには、フィゾーレンズ３２内の最終レンズ３２１をそれに応じたものに交換するだけで、他には何に変更も加えることなく測定が可能である。
【００７４】
しかもこれら複数の最終レンズ３２１-1，・・・，３２１-nの間で、互いに異なるのは、回折パターンＰ1，・・・，Ｐnのみで、その他の形状（基板となるレンズ形状）は互いに同じなので、その全体の製造コストは、低く抑えられる。
したがって、本実施形態の面形状測定システムは、第１実施形態や第２実施形態において、複数種の被検面の測定を、極めて安価かつ簡単に実現させることができる。
【００７５】
なお、各最終レンズ３２１-1，・・・，３２１-nによる設計波面の形成位置は、統一されなくてもよい。但し、第２実施形態と同様に面形状測定をする際に、統一されないときには、コンピュータ２９に対し、各被検面１１ａ-1，・・・，１１ａ-nに対しそれぞれ固有の値Δ1，・・・，Δn（設計波面の形成位置と集束球面波の集光位置とのずれ量）を認識させる必要がある。これは、操作者が、コンピュータ２９に対する登録作業を、予め行うか又は被検面の種類が変更されるたびに行うことによって実現される。
【００７６】
＜その他＞
なお、図１、図２（第１実施形態）、図３、図４（第２実施形態）、及び図５（第３実施形態）では、何れも被検面が凹面（凹面の非球面）である場合について示したが、被検面が凸面である場合にも、上記各実施形態と同様の測定を行うことが可能である。因みに、被検面が凸面であるときの測定で用いられる非球面波は、図６に示すように、透過−１次回折光による非球面波である（但し、透過０次光よりも光軸に近い側へ回折する回折光の次数を「正」に採り、透過０次光よりも光軸から遠い側へ回折する回折光の次数を「負」に採った。）。なお、図６（ａ）に示す形態と、図６（ｂ）に示す形態との相違は、第１実施形態と第２実施形態との相違に対応する。
【００７７】
また、上記各実施形態では、設計形状が非球面である被検面の測定しか説明していないが、同様の面形状測定システムにより、設計形状が球面である被検面を測定することもできる。球面の場合、アライメント及び測定を、非球面波を使用することなく、集束球面波のみを使用して行うことができる。
また、上記各実施形態では、フィゾー型の干渉計を示したが、測定光に挿入される波面変換光学系と、参照光を生成するための参照面とが別になっている、トワイマン・グリーン型などの他の干渉計（測定腕と参照腕とを個別に有した干渉計）にも、本発明は適用できる。この場合、参照光を生成する参照面は、上記波面変換光学系とは別に形成される。
【００７８】
また、トワイマン・グリーン型の干渉計においては、例えば、次のような各波面変換光学系の何れかを使用することが考えられる。
平面基板とその上に形成された回折パターンとを有し、その回折パターンが、設計波面と集束球面波との双方を生成し、かつ設計波面の形成位置と集束球面波の集光位置とが所定距離だけずれるよう設計されたもの。また、特開平６−１１３２３号公報に開示された光学素子（図中符号４，４１，４２，４４，４３，４５の何れか１つ）において、設計波面の形成位置を集束球面波の集光位置から所定距離だけずらしたもの。
【００７９】
このような場合の被検面のアライメントも、上記第２実施形態における被検面のアライメントと同様に行われ、干渉計の構成に変更をきたすことなく、アライメント信号の取得精度と形状信号の取得精度とを共に高く保つことが可能となり、アライメントと測定とを共に高精度に行うことができる。
また、上記各実施形態において、ＣＰＵ２９ａによる動作のうち、解析などの複雑な演算については、駆動制御を行うコンピュータとは別のコンピュータ内のＣＰＵに、行わせることとしてもよい。
【００８０】
また、上記各実施形態において、コンピュータ（ＣＰＵ）の動作の一部又は全部は、面形状測定装置内に配置された回路基板などで実現されてもよく、また面形状測定装置の外部に配置された専用のコントローラなどで実現されてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、干渉計の構成に変更をきたすことなく正確なアライメント信号を生成することのできる波面変換光学系、面形状測定装置、及び干渉計の構成に変更をきたすことなく確実にアライメントを行うことのできる面形状測定方法が実現する。
【００８２】
また、干渉計の構成に変更をきたすことなく、アライメント信号の取得精度と形状信号の取得精度とを共に高く保つことを可能とする波面変換光学系、面形状測定装置、及び干渉計の構成に変更をきたすことなく、アライメントと測定とを共に高精度に行うことのできる面形状測定方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の面形状測定システム１の構成図である。
【図２】第１実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
【図３】第２実施形態の面形状測定システム２の構成図である。
【図４】第２実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
【図５】第３実施形態の面形状測定システムの構成、及び第３実施形態の面形状測定手順を説明する図である。
【図６】その他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
１，２  面形状測定システム
１２，２２，３２  フィゾーレンズ
１２１，２２１，３２１  最終レンズ
１２ａ，２２ａ，３２ａ  フィゾー面
Ｐ  回折パターン
１１ａ  被検面
１０，２０  面形状測定装置
１４  干渉計
【図１】
0004635371.tif 000002
【図２】
0004635371.tif 000003
【図３】
0004635371.tif 000004
【図４】
0004635371.tif 000005
【図５】
0004635371.tif 000006
【図６】
0004635371.tif 000007