(57)【要約】非球面表面のいずれかを有するか、あるいは既知および未知の球面および非球面形状を比較することによって非球面波面を生成する回転ならびに非回転対称テスト光学素子を計測するための１つ以上の方法および装置をスキャンする干渉計。このテスト光学素子は、スキャン軸に対して配置され、既知の原点に対してスキャン軸に沿って選択的に移動する結果、球面形状は、非球面形状の頂点においておよび球面形状および非球面形状が共通接触点において交差する放射位置においてテスト光学素子と交差する。軸距離νおよび光路長ｐは、テスト光学素子が球面形状によって軸方向にスキャンされる場合、干渉的に計測される（ここで、νは、テスト光学素子が原点に対して移動される距離であり、ｐは、テスト光学素子に関連付けられた非球面形状の頂点と、共通接線における非球面形状を交差させる曲率の円の頂点との光路長の差である）。【選択図】図１
2004530898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面波面および表面の回転および非回転対称形状を計測するためのスキャン方法であって、
スキャン軸を提供するステップと、
該スキャン軸に沿って既知の原点に対して少なくとも１つを規定するステップと、
該既知の原点に対して該スキャン軸に沿った未知の非球面形状を選択的に移動させ、それにより、該既知の非球面形状は、該既知の非球面形状の頂点、ならびに該公知の形状および該非球面表面が共通の接触点において交差する放射位置において該未知の非球面形状と交差し、干渉信号の強度がスキャン位置と共におよび該頂点と放射位置との間の光路長差ｐに従って変化する該干渉信号を生成する、ステップと、
該軸距離νを干渉的に計測するステップであって、該非球面形状は、該原点に対して移動され、該非球面形状の頂点と該曲率の円の頂点との間の該光路長の差ｐは、該非球面形状および該既知の形状が互いに軸方向にスキャンする場合、共通接触点において非球面形状と交差する、ステップと、
該曲率の円が共通接触点において、および該干渉的に計測された距離νおよびｐに従って該非球面形状と交差する度に、該非球面形状の座標を計算する、ステップと、
該共通の接触点において座標値および表面勾配に従って該非球面形状の該未知の形状を決定するステップと
を包含する、非球面波面および表面の回転および非回転対称形状を計測するためのスキャン方法。
【請求項２】
前記既知の形状が球面形状であることを特徴とする、請求項１に記載のスキャン方法。
【請求項３】
前記球面形状は、少なくとも部分的に反射する実際の表面を包含し、前記非球面形状は、少なくとも部分的に屈折する光学系から出現する波面を包含することを特徴とする、請求項２に記載のスキャン方法。
【請求項４】
前記既知の球面形状は、前記既知の原点において配置された点源またはリング源から実質的に生成された球面波面であることを特徴とする、請求項２または３に記載のスキャン方法。
【請求項５】
前記球面形状は、前記スキャン軸から配置された少なくとも２つの点を有する放射源から生成された波面であり、該放射は、テスト光学素子に向かって同時に向けられることを特徴とする、請求項２に記載のスキャン方法。
【請求項６】
前記球面形状は、前記光軸に沿って既知の原点の球面状の波面を含み、前記非球面形状は、少なくとも部分的に反射的である表面を含むことを特徴とする、請求項１に記載のスキャン方法。
【請求項７】
前記既知の形状は、非球面形状を含むことを特徴とする、請求項１に記載のスキャン方法。
【請求項８】
前記既知の非球面形状は、円錐部であることを特徴とする、請求項７に記載のスキャン方法。
【請求項９】
ｚおよびｈは、非球面形状の座標であり、
【数１】
2004530898.tif 000012
および
【数２】
2004530898.tif 000013
によって与えられ、ここで、Ｒ＝Ｒ０＋ν−ｐであり、Ｒ０は、該非球面形状の相互の先端部の曲率に等しいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のスキャン方法。
【請求項１０】
前記非球面形状は、一般的に正の曲率および負の曲率の非球面反射表面を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載のスキャン方法。
【請求項１１】
前記非球面形状は、屈折光学素子によって提供され、該屈折光学素子の上流に固定された既知の反射表面を提供し、それにより前記球面波面は、該屈折光学素子を移動させ、該既知の非球面表面から反射し、再度該非球面表面を生成するための該既知の原点に向かって移動する該屈折光学素子を移動させることを特徴とする、請求項１〜１０に記載のスキャン方法。
【請求項１２】
非球面波面を有する対称テスト光学素子を回転および非回転的に計測するためのスキャン方法であって、
スキャン軸に沿って既知の原点から少なくとも部分的に球面波面を生成するステップと、
該スキャン軸に沿ってテスト光学素子を整列させ、該スキャン軸に沿って該テスト光学素子を該既知の原点に対して選択的に移動させ、それにより、該球面波面が、非球面表面の頂点、ならびに該球面波面および該非球面表面が共通の接触点において交差する放射位置において該テスト光学素子と交差し、干渉信号の強度がスキャン位置と共におよび該頂点と放射位置との間の光路長の差ｐに従って変化する該干渉信号を生成する、ステップと、
該軸距離νを干渉的に計測するステップであって、該テスト光学素子は、該原点に対して移動され、該テスト光学素子の非球面表面の頂点と該曲率の円の頂点との間の該光路長の差ｐは、該テスト光学素子が球面波面によって軸方向にスキャンされる場合、共通接触点において非球表面と交差する、ステップと、
該曲率の円が共通接触点において、および該干渉的に計測された距離νおよびｐに従って該非球面表面と交差する度に、該非球面表面の座標を計算する、ステップと
を包含する、非球面波面を有する対称テスト光学素子を回転および非回転的に計測するためのスキャン方法。
【請求項１３】
前記光路長の差ｐを干渉的に計測するステップは、前記球面表面の頂点からレトロリフレクトされた光と、前記テスト光学素子からの該球面波面と前記非球面表面との間の共通接触点からレトロリフレクトされた光とを干渉させ、ｐを示す情報を含む干渉図形を生成することを包含することを特徴とする、請求項１〜１２に記載のスキャン方法。
【請求項１４】
（ａ）前記干渉図形に寄与するレトロリフレクトされた光以外を空間的にフィルタリングするステップと、
（ｂ）前記光軸上および該光軸から離れるレトロリフレクションを偏光エンコードするステップと、
（ｃ）該干渉図形上で位相シフト干渉解析を実行するステップと、
の内の任意の１つ以上を特徴とする、請求項１２および１３に記載のスキャン方法。
【請求項１５】
ｚおよびｈは、非球面形状表面の座標であり、
【数３】
2004530898.tif 000014
および
【数４】
2004530898.tif 000015
によって与えられ、ここで、Ｒ＝Ｒ０＋ν−ｐであり、Ｒ０は、該非球面表面の相互の先端部の曲率に等しいことを特徴とする、請求項１２または１４に記載のスキャン方法。
【請求項１６】
前記球面波面は、前記スキャン軸から離れて配置された少なくとも２つの点を有する放射源から生成され、該放射は、テスト光学素子に向かって同時に向けられることを特徴とする、請求項１２、１４、および１５に記載のスキャン方法。
【請求項１７】
非球面波面を生成する対称テスト光学素子を回転および非回転的に計測するためのスキャン方法であって、
スキャン軸に沿った移動のために、該スキャン軸に沿って既知の原点とともに少なくとも部分的な球面ミラーを取り付けるステップと、から少なくとも部分的に球面波面を生成するステップと、
該スキャン軸に沿ってテスト光学素子を整列させ、該テスト光学素子を通過して波面を伝達し、それにより、該テスト光学素子が、非球面表面を生成し、そして該スキャン軸に沿って該球面ミラーを該既知の原点に対して選択的に移動させ、それにより、該テスト光学素子からの非球面波面は、該テスト光学素子の球面表面の頂点、ならびに該非球面波面および該球面ミラーが共通の接触点において交差する放射位置において該球面ミラーと交差し、干渉信号の強度がスキャン位置と共におよび該頂点と放射位置との間の光路長の差ｐに従って変化する該干渉信号を生成する、ステップと、
該軸距離νを干渉的に計測するステップであって、該球面ミラーは、該原点に対して移動され、該テスト光学素子に関連付けられた非球面表面の頂点と該曲率の円の頂点との間の該光路長の差ｐは、該非球面波面が該球面ミラーによって軸方向にスキャンされる場合、共通接触点において球面ミラーと交差する、ステップと、
該曲率の円が共通接触点において、および該干渉的に計測された距離νおよびｐに従って該非球面表面と交差する度に、該非球面表面の座標を計算する、ステップと、
該座標の値に基づいて該非球面表面の形状を決定する、ステップと
を包含する、非球面波面を生成する対称テスト光学素子を回転および非回転的に計測するためのスキャン方法。
【請求項１８】
前記光路長の差ｐを干渉的に計測するステップは、前記球面表面の頂点からレトロリフレクトされた光と、前記テスト光学素子からの該非球面波面と前記球面表面との間の共通接触点からの光とを干渉させ、ｐを示す情報を含む干渉図形を生成することを包含することを特徴とする、請求項１７に記載のスキャン方法。
【請求項１９】
ｚおよびｈは、非球面波面の座標であり、
【数５】
2004530898.tif 000016
および
【数６】
2004530898.tif 000017
によって与えられ、ここで、Ｒ＝Ｒ０＋ν−ｐであり、Ｒ０は、該非球面表面の相互の先端部の曲率に等しいことを特徴とする、請求項１７または１８に記載のスキャン方法。
【請求項２０】
前記球面波面は、前記スキャン軸から離れて配置された少なくとも２つの点を有する放射源から生成され、該放射は、同時に出ることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１つに記載のスキャン方法。
【請求項２１】
（ａ）前記干渉図形に寄与するレトロリフレクトされた光以外を空間的にフィルタリングするステップと、
（ｂ）前記光軸上および該光軸から離れるレトロリフレクションを偏光エンコードするステップと、
（ｃ）該干渉図形上で位相シフト干渉解析を実行するステップと、
の内の任意の１つ以上を特徴とする、請求項１８に記載のスキャン方法。
【請求項２２】
前記テスト光学素子は、一般的に正の曲率および負の曲率の非球面屈折エレメントを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１２〜２１のいずれか１つに記載のスキャン方法。
【請求項２３】
前記テスト光学素子は、屈折光学素子を包含し、該屈折光学素子の上流に固定された既知の反射表面を提供し、それにより前記球面波面は、該屈折光学素子を移動させ、該既知の非球面表面から反射し、再度該非球面表面を生成するための該既知の原点に向かって進行する該屈折光学素子を移動させることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか１つに記載のスキャン方法。
【請求項２４】
非球面波面および表面の回転および非回転対称形状を計測するための干渉装置であって、
スキャン軸を提供する手段と、
該スキャン軸に沿って既知の原点に対して少なくとも１つを規定するための手段と、
該既知の原点に対して該スキャン軸に沿った未知の非球面形状を選択的に移動させ、それにより、該既知の非球面形状は、該既知の非球面形状の頂点、ならびに該公知の形状および該非球面表面が共通の接触点において交差する放射位置において該未知の非球面形状と交差し、干渉信号の強度がスキャン位置と共におよび該頂点と放射位置との間の光路長差ｐに従って変化する該干渉信号を生成するための手段と、
該軸距離νを干渉的に計測するための手段であって、該非球面形状は、該原点に対して移動され、該非球面形状の頂点と該曲率の円の頂点との間の該光路長の差ｐは、該非球面形状および該既知の形状が互いに軸方向にスキャンする場合、共通接触点において非球面形状と交差する、手段と、
該曲率の円が共通接触点において、および該干渉的に計測された距離νおよびｐに従って該非球面形状と交差する度に、該非球面形状の座標を計算するための手段と、
該共通の接触点において座標値および表面勾配に従って該非球面形状の該未知の形状を決定するための手段と
を包含する、非球面波面および表面の回転および非回転対称形状を計測するための干渉装置。
【請求項２５】
前記既知の形状が球面形状であることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記球面形状は、少なくとも部分的に反射する実際の表面を含み、前記非球面形状は、少なくとも部分的に屈折する光学系から出現する波面を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記既知の形状を規定するための手段は、球面波面を生成するために、前記既知の原点において配置された点源を含む、請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記既知の球面形状を規定するための手段は、球面波面の少なくとも一部を生成するためのリング源であることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記既知の形状を規定するための手段は、前記スキャン軸から離れた少なくとも２つの点を有する放射減を含み、該放射が同時に生成されることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記既知の形状を規定するための手段は、既知波面を生成するための前記光軸に沿った該既知の原点において配置された点源を含み、該非球面形状は、少なくとも部分的に反射的である表面を含むことを特徴とする、請求項２４〜２９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３１】
前記既知の形状は、非球面形状を含むことを特徴とする、請求項２４〜３０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３２】
前記既知の非球面形状は、円錐部であることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記光路長の差ｐを干渉的に計測するための手段は、前記球面表面の頂点からレトロリフレクトされた光と、前記既知の形状と前記非球面表面との間の共通接触点からレトロリフレクトされた光とを干渉させ、ｐを示す情報を含む干渉図形を生成することを特徴とする、請求項２４〜３２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３４】
（ａ）前記干渉図形上で位相シフト干渉解析を実行するための手段と、
（ｂ）該干渉図形に寄与するレトロリフレクトされた光以外を空間的にフィルタリングする手段と、
（ｃ）前記光軸上および該光軸から離れるレトロリフレクションを偏光エンコードするための手段と、
の内の任意の１つ以上を特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
ｚおよびｈは、非球面形状の座標であり、
【数７】
2004530898.tif 000018
および
【数８】
2004530898.tif 000019
によって与えられ、ここで、Ｒ＝Ｒ０＋ν−ｐであり、Ｒ０は、該非球面形状の相互の先端部の曲率に等しいことを特徴とする、請求項２４〜３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記非球面形状は、一般的に正の曲率および負の曲率の非球面反射表面を含む群から選択されることを特徴とする、ことを特徴とする、請求項２４〜３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記非球面形状は、屈折光学素子によって提供され、該屈折光学素子の上流に固定された既知の反射表面を提供し、それにより球面波面は、該屈折光学素子を移動させ、該既知の非球面表面から反射し、再度該非球面表面を生成するための該既知の原点に向かって移動する該屈折光学素子を移動させることを特徴とする、請求項２４〜３６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本発明は、干渉計の分野に関し、特に、絶対的な態様で非球面表面および波面の高精度な計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
非球面表面は、現代の光学系においてますます重要になりつつある。なぜなら、非球面表面は、その性能を最適化する間にシステムを簡略化するために、より多くの数のパラメータを提示するためである。これは、より小さい表面を有するシステム、より小さい重量、より小さい寸法、およびより高い補正状態を生じ、わずかのみの利点を言及する。これは、多くの数の光学表面が実用的ではない分野（表面の数をできる限り少なく維持することが必須である、リソグラフィーツールのために使用された１３．６ｎｍのＥＵＶ波長の天体望遠鏡または垂直入射反射表面等において）において特に真実である。このような場合では、選択がないが、非球面表面を使用することである。ＥＵＶ方式において動作する完全なシステムに関する高い品質性能に対する要求によって、このようなシステム内部の反射表面の表面誤差は、０．１ｎｍ未満に維持される必要があり、決定論的態様で表面を作製することを可能にする。このような誤差に対する精度および正確性を計測することは、一層高くならなければならない。さらに、１９３ｎｍおよび１５７ｎｍの波長で動作するマルチエレメントリソグラフィーレンズにおけるレンズ表面は、作製されたより低い数のエレメントに対して非球面にする。レンズ表面は、貴重かつ高価な材料である。これらの場合、最もフィットする球面からの逸脱は、１０００μｍと同じくらいの大きさであり得、このようなレンズ表面の寸法は、ほぼ５００ｍｍに増加されてきた。
【０００３】
光学系では、任意のそのレンズエレメントの機能は、全体のシステムの光学設計に従って、このレンズエレメントによって伝達された波面を修正することである。球面波面または平面波面がこのようなレンズに入射する場合、最も適する球面からの非常に高い逸脱を有する非球面波面が作製される。それにより、球面または非球面表面を有する基礎単一レンズエレメントでさえも、テストセットアップにおいて球面波面を処理することが可能である場合、単に適切にテストされ得る。さらに、この能力は、レンズエレメントを介して波面をテストするために非常に重要である。なぜなら、レンズ材料自体の不均質性は、他の場合表面が誤差のない場合であっても、波面を劣化させ得る。
【０００４】
非球面表面および波面の計測は、最も適する球面からかなり逸脱しているために非常に困難であった。干渉法計測を用いて、高正確度は、計測のダイナミックレンジを非常に小さくすることによって可能である。この目的のために、非球面波面と比較して、基準波面の波面は、完全に計測されるべき波面に理想的に適合するように同様に非球面的に作製されなければならない。従来技術では、これは、そのエレメントが、それが設計によってテストセットアップに配置される場所において設計非球面表面に適合させるように、その補償エレメントを移動する場合、屈折システム、いわゆる「ヌルレンズ」によって、または、既知かつ計測可能な形状を変更する、屈折エレメント、いわゆる「コンピュータによって生成されたホログラム」を用いてなされてきた。
【０００５】
このような場合の全てにおいて、補償エレメントは、正確な波面が比較のために送られることを確実にするようにテストされなければならない。しかし、このタイプのテストのための同じ困難が存在することが明らかである。なぜなら、再度、非球面波面が作製されるためである。従って、間接的なテスト方法のみが、例えば、球面表面の支援によって排他的に構築されるヌルシステムにおいて使用された各レンズエレメントの表面を計測することによって適用される。あるいは、レンズ材料の屈折率、レンズ厚、およびレンズの空気間隔が慎重に計測される。にもかかわらず、計測誤差およびレンズ材料内の不均質の不確実性のために、最終的な精度は問題が多い。
【０００６】
非球面光学面を計測するために、従来技術の多くの方法および装置が存在する。例えば、１．プロファイラに基づくスタイラスを接触および非接触すること、２．座標計測機に基づく接触および非接触スタイラス、３．球面波面干渉計、４．横方向および放射状シヤリング干渉計、５．計測経路内にヌルレンズを有する干渉計、６．球面波干渉計をスキャンすること、７．白色光干渉計をスキャンすること、８．サブアパーチャスティッチング（Ｓｕｂ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）干渉計、９．コンピュータによって生成されたホログラムＣＧＨを用いる干渉計、１０．点回折干渉計ＰＤＬ、１１．より長い波長干渉計、および、１２．２つの波長の干渉計である。これらの技術は、多くの用途に対して有用性を有するが、これらの技術は、今日の関連するリソグラフィー用途に対する必要性と比較した動作能力または精度において限定されない。
【０００７】
プロファイラに基づく接触および非接触スタイラスは、テスト下で非球面表面を機械的にスキャンするため遅い。なぜなら、それらは一度に数データのみを計測するためである。遅い技術は、計測の間の温度変動による計測誤差を非常に受けやすい。同じ制限が座標計測機に基づく接触および非接触スタイラスに与えられる。
【０００８】
球面波面干渉計は、通常、球面波面を生成するエレメントと非球面表面との間の空間を必要とし、それにより、テスト下での全体の表面に対する計測時間を増加させ、それにより、空間がスキャンされる場合、適応する種々の領域からデータを接続するために、スティッチングとして通常公知の別の計測デバイスおよび手段によって通常計測されなければならない別のパラメータを導入する。
【０００９】
白色光干渉計をスキャンすることは、球面波面干渉計として多くの同じ制限を有する。横方向および放射状シヤリング干渉計は、通常、テスト下で表面の勾配を計測し、それにより、勾配の統合によって、テスト下で表面の再構成の間に計測誤差を導入する。制限のこの後者のタイプは、同様にプロファイリング技術を同様に適用する。
【００１０】
サブアパーチャスティッチング干渉計は、スティッチングプロセスにおいて重大な計測誤差を導入する。コンピュータによって生成されたホログラムを用いる干渉計は、ＣＧＨおよびストレイモアレパターンによって導入された誤差の影響を受けやすい。較正すること（すなわち、ＣＧＨの較正を知ること）もまた困難である。点屈折干渉計は、球面は面干渉計のクラスであり、従って、多くの同じ制限、および低い横方向空間解像度を有する。
【００１１】
従来技術のアプローチは、全体的に満足できない。なぜなら、従来技術の各々は、計測装置および方法の設計に関して長い準備時間を配置するトレードオフを含むため、さらなる製造を必要とし、計測装置の使用および較正の困難性を増加し、正確度および精度を低減し、そして非球面光学エレメントのコストおよび送り時間を大幅に増加させる。
【００１２】
非球面を計測するための前述のアプローチにおける所定の欠陥の結果、本発明は、主に、伝達の際の最終的な光学レンズの最終光学部分または波面の表面のいずれかである非球面表面または非球面波面の高精度な絶対的な計測のため、あるいは、反射タイプの屈折、回折のいずれかである非球面の計測に対する補償エレメントに絶対的に権限を与えることによる方法および装置を探求し、それにより、大量生産されるべきコンポーネントの計測のためのより製造的な方法を可能にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はまた、大きい非球面偏差および表面勾配を有する非球面表面および波面を計測するための方法および装置を提供することを探求する。
【００１４】
本発明はまた、大きい直径および明確なアパーチャを有する非球面表面および波面を計測するための方法および装置を提供することを探求する。
【００１５】
本発明はまた、異なる計測目的、ならびに非球面表面および波面に対して簡単な態様で適応され得る方法および装置を提供することを探求する。
【００１６】
本発明はまた、絶対的に較正され得る非球面波面および波面を計測するための方法および装置を提供することを探求する。
【００１７】
本発明はまた、非球面表面および波面を計測する場合、変動に対して高度に低減された感度を有する方法および装置を提供することを探求する。
【００１８】
本発明はまた、非球面表面および波面の計測の温度変化に対して低減された感度を有する方法および装置を提供することを探求する。
【００１９】
本発明はまた、非球面表面および波面の計測の際、干渉計（計測）キャビティにおけるガスの乱気流に対して低減された感度を有する方法および装置を提供することを探求する。
【００２０】
本発明はまた、非球面偏差のみに等しいコヒーレント長さの光源と共に働き得る方法および装置を提供することを探求する。
【００２１】
本発明はまた、点検出器が存在する（ＵＶまたはＩＲレンジ）波長と共にさらに作用し得る方法および装置を提供することを探求する。
【００２２】
本発明はまた、計測点がサンプリングされる空間的場所に対して自動的に調整する方法および装置を提供することを探求する。
【００２３】
本発明はまた、計測に対して必要とされた空間的解像度に対して調整され得る方法および装置を提供することを探求する。
【００２４】
本発明はまたｈ、計測の適当なスピードを有する方法および装置を提供することを探求する。
【００２５】
本発明はまた、非球面表面の臨界座標（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）（空間距離ｈおよび軸距離ｚ）の両方を、検出器の表面上への幾何学的マッピングからではなく、単に干渉計測から計算する方法および装置を提供することを探求する。
【００２６】
本発明の他の目的は、部分的に明らかになり、詳細な説明が図面を参照しながら読まれる場合、以後部分的に現れる。
【００２７】
本発明による非球面表面および波面を計測するための方法および装置の一局面では、非球面表面は、中央および放射「領域」に存在するいくつかの場所において表面のみの形状に適合する波面と共に照射される。これらの場所では、表面は、照明波面と同じ勾配を有する（すなわち、光線は、垂直入射における非球面表面と衝突し、自動コリメーションによって再度反射される）。それは、計測データ点が垂直入射の瞬間にサンプリングされる場所においてのみ存在する。
【００２８】
基本的な原理の１つの改変では、光線の発生は、表面に対して垂直ではないが、実際の計測点がサンプリングされる表面の部分は、単位倍率で（しかし、反転された実像で）光源を結像するように再度作用する。
【００２９】
本発明によると、中心と「領域」との間の光路差は、これらの光線を互いに干渉させ、そして干渉の強度を計測することによって計測される。この干渉に対する正確かつ有用な光線は、アパーチャの使用によって自動的にサンプリングされ、それにより光源の像に配置される。
【００３０】
本発明によると、非球面テスト表面は、光軸に沿ってシフトされ、そして非球面テスト表面が進行する場合、以前のような同じ中心部が光線によって衝突し、以後、アパーチャに入射するが、ここで「ゾーン」は、テスト表面の軸位置に従って新しい位置に放射状にシフトする。放射状の「ゾーン」の各々において、垂直入射の基準、または光源のアパーチャへの結像基準が満たされる。非球面表面をスキャンすることは、光線間の光路差を中心から軸方向に発生させ、放射状に移動しているゾーンを変化させ、そして干渉の計測された強度が変調される。スライドウインドウ技術および適切な位相計測アルゴリズムを用いて、位相情報は、計測された強度から抽出され、位相を形成し、光路差が計算される。これは、非球面表面上の軸位置ｚばかりではなく、光線がサンプリングされる各放射状の「ゾーン」の横方向の高さｈの計算を可能にする。これは、２つの光線の光路差（すなわち、（１）光源からゾーンおよびサンプリングアパーチャへの戻り、ならびに（２）光源から中心および干渉的にサンプリングアパーチャへの戻り）を計測することによって達成されつつ、外部距離計測干渉計（ＤＭＩ）の支援によって非球面表面のスキャンをさらに計測する。その結果、２つの量は、満たされた自動コリメーションの条件（光線が表面に垂直に入射するかまたは等価的に、しかしより一般的には、光源が倍率＝−１を有するサンプリングアパーチャに結像される）によって干渉正確度を用いて計測される。
【００３１】
本発明の別の局面に従って、光源および対応するサンプリングアパーチャは、テスト表面の像を検出器上に方位角方向に分解することができるほど十分な大きさの直径を有するリングであり、探索されるテスト表面上の小さい領域からのコヒーレントな光を分離するのに十分小さいリング幅を有する幅である。
【００３２】
方位角方向に関して、放射方向（すなわち、表面の像）におけるテスト表面と結合して（しかし、光源と結合して（すなわち、像））配置されないことが、本発明の特殊な特徴である。この構成では、中心と「ゾーン」からの光線が干渉させられる。なぜなら、光線は検出器上に分離されないが、互いに上部に存在するようにされる。サンプリングアパーチャの背後の結像光学装置は、アナモルフィックアパーチャであるが、放射状座標の意味においては、通常の場合のようなデカルト座標ではない。この特別のアナモルフィック結像は、ホログラフィック光学素子（フレネルゾーンプレートと同様）によって誘導される。検出器に対して、同様の感度および周波数応答を有するＰＩＮダイオード等が好適である。
【００３３】
本発明の別の局面に従って、テストセットアップは、未知の非球面表面が探索されるノと同様な未知の形状の非球面表面を計測することによって（すなわち、軸方向にスキャンすることによって）絶対的に較正される。この既知の表面は放物線であり得、例えば、その表面は、絶対的な態様でこれらの表面を計測することに対して利用可能な公知の手順を用いて公知の平面ミラーおよび公知の球面ミラーの支援によって絶対的に計測され得る。別の可能性は、公知の自動コリメーションミラーを用いる伝達において使用される球面表面を有するレンズを使用することである。このレンズは、他の結合の使用と共に絶対的な態様で伝達前に計測され得る。
【００３４】
本発明の他の目的および利点と共に、本発明の構造、動作、および方法論が、図面と共に詳細な説明を読むことによって最良に理解され得る。図面中では、各部分は、その部分が種々の図面において現れる度にその部分を識別する割り当てられた参照符号を有する。
【００３５】
ここで、アルゴリズムに関連した好適な実施形態は、より詳細な態様で説明される。ここで、図１への参照がなされ、図１は、本発明の簡単な実施形態を示す。コヒーレントな光源１からの光は、レンズ２によってアパーチャ３にフォーカスされ、ビームスプリッタ４に衝突する。アパーチャ３は、コリメータレンズ５の焦点平面に配置され、そして平面波がコリメートレンズ５から現われる。この平面波は、スリットアパーチャ６に衝突し、この平面波は、金属片に作用され得るか、またはガラス板上でエバポレート（ｅｖａｐｏｒａｔｅ）される。図１では、スリットアパーチャ６は、光軸上の光線を通過させ、光軸の下の構成を遮断するが、光軸周辺の所定の領域は、常に開いている（例えば、スリットアパーチャ６は、光軸において正確に終了しない（図２のスリット６ａを参照のこと）。
【００３６】
図１では、スリット６ａを通過する光線は、デコリメータレンズ７に入り、デコリメータレンズ７は、アパーチャ３の像である焦点８において光をフォーカスする。レンズ５および７は、ほぼ理想的な球面波面は、除去されるスリットアパーチャ６を有する焦点８から出るように無視できる球面収差のみを有するように高度に補正される。しかし、スリットアパーチャ６を適切な位置（ｉｎ  ｐｌａｃｅ）を用いて、収束球面波面の部分のみが、非球面テスト表面９に向かって向けられる。
【００３７】
非球面テスト表面９の軸位置は、焦点８から出射された波面によってスキャンされる光軸に沿ってその軸位置を移動することによって選択的に変化させ得る。これは、構成角度機械式リード１１の支援によってなされる。非球面表面９の位置は、非球面表面９のマウントの背面上に取り付けられ、かつ入力および出力計測ビームとして機能する光線１３によって探索されるコーナーキューブ１２の支援によって１つ以上の距離計測干渉計（ＤＭＩ）２４によって計測され得る。この計測のための１つ以上の軸を使用することは、さらにより有利である。例えば、光軸から等距離および互いに１２０°だけ離れて円周方向に配置されている、これらのコーナーキューブの使用は、シフトばかりでなく、テスト下で表面のチップおよびティルトを計測され、閉じたループ構成においてこれらを自動的に補正され得る。同様に、スキャン方向（すなわち光軸）に平行な表面を有する２つの平面ミラーは、テスト中の表面と共に取り付けられ、そしてＤＭＩの別の２つの軸によって探索され、非球面表面の移動の間に発生し得る横方向シフトをモニタかつ補償し得る。回転対称光学素子が計測される５つの自由度および回転対称光学素子が計測される６つの自由度を説明するサイトマップを使用し、それによりその移動の十分な制御が高正確度でなされ得ることが好ましい。
【００３８】
図１に示された非球面表面９の極端な左軸位置では、光線１４ｂと共に光線（光線１４ａは、スリット６ａによって実際に遮断される）は、最初に、垂直入射でまたはほぼ垂直入射で表面および軸の非常に近傍における光線に衝突し得る。所定の円１５では、さらに光線１４ｂの近傍において、垂直入射のこの条件が違反されるが、非常にわずかである。他の光線の全てに対して、表面の垂直衝突（非垂直入射）の条件が強く違反される。それにより、アウトバウンシング（ｏｕｔ  ｂｏｕｎｃｉｎｇ）光線は、バウンシング光線と一致しない。スリットアパーチャ６を２回通過した後、そしてレンズ５によるデコリメーションの後、光線は、ビームスプリッティングデバイス４を通過し、非常に小さいアパーチャ（ピンホール）２０に達する。中心からの光線およびゾーンからの光線（そこでは、光線は表面に正確に垂直である）のみが、ピンホール２０を通過し得る。ピンホールの直後にあるのは、動作波長（好ましくはピンフォトダイオードまたはフォト乗算器）に敏感なフォト検出器２１であり、フォト検出器２１は、中心およびゾーンからの光線の干渉を感知する。従って、非垂直な光線の他のクラスの全ては、フォト検出器２１へのさらなる進行から空間的にフィルタリングされる。ピンホール２０とフォト検出器２１との間の距離が非常に小さく、ピンホール２０は、光を円錐に回折する。従って、波面は、ピンホールの前の異なる入射方向にもかかわらず、オーバーラップおよび干渉し得る。
【００３９】
表面９が軸方向にシフトされず、そしてスリット６ａが一定の方位角位置に残っている場合、計測された強度は、理想的には一定であり得る。光線がかなり分離される領域内部のいくつかの空気移動が存在する場合、計測された強度におけるいくつかの変動は、移動する空気の屈折率の差によって信号内に存在し得、従って、光路差を変更する。セットアップの機械的振動は、干渉計では通常の場合ではあるが、著しい強度変調を生じない。なぜなら、第１の順序で、光路差は、この点において感度を低下させる。
【００４０】
表面９が軸方向にスキャンされないが、スリットアパーチャ６は、周波数ｆｓｌｉｔを用いて回転される場合、ゾーンからの光線の計測された干渉強度および中心からの光線強度は、回転対称非球面表面が正確に調整されない場合（例えば、表面９の光軸は、テストセットアップの光軸と一致しない場合）、変調され得る。これを避けるためには、調整は、強度変動の振幅を最小化することによって実行され得る。検査下の表面９は、いくつかの非点収差を有する場合、強度の変動の振幅をゼロにすることを可能ではないかもしれないが、にもかかわらず、最小変調は、正確な調整を示す。
【００４１】
表面９の計測は、スキャン軸に沿って表面９をスキャンすることによって、およびスリット６を同時に回転することによって実行される。焦点８が表面の頂点に対する曲率中心と一致する位置（すなわち図２の位置１０）でスキャンが開始される場合、表面は、２つのビーム（１つは、中心部に滞留し、もう一方は、中心において螺旋状に滞留し、そしてそこから表面の非常に鋭いエッジまで進むことを説明する）を用いて探索される。この螺旋の回転数は、完全なスキャンの間の回転数によって与えられる。これは、スキャンならびにスリットアパーチャの回転を制御することにより、コンピュータ２２によって適切な設定によって調整され得る。図２では、開始位置１０に近い、非球面表面の別の中間位置が示される。ここで、光線１９ａおよび１９ｂは、以後検出器に到達し、そして中心からの光線とそこで干渉する。これらの光線によって探索されたゾーンは、表面の１６ａおよび１６ｂにおいて配置される。
【００４２】
リードデバイス１１は、モータ２３によって駆動され、軸スキャンに影響を与え、本目的のためにコンピュータ２２に供給される距離計測干渉計２４からの情報によって制御される。コンピュータ２２はまた、スリットアパーチャ６の回転を制御し、検出器２１に置いて計測された干渉から強度計測を収集する。さらに、アルゴリズムを実現するためにソフトウエア形態で適切な命令がコンピュータ２２に供給され、汎用ハウスキーピング機能を実行し、オペレータインターフェースとして機能する。焦点８と表面９との間の距離が回転するスリットアパーチャ６によって変化する場合、表面９は、プログラムされためいれに応答して任意の回転数での空間的掃引を用いる空間的な態様でスキャンされることが指摘されるべきである。全体の軸スキャンがスリットアパーチャ６の任意の回転なしで実行される場合、特定の場合が発生し、この状況のジオメトリが図２から明らかになるべきである。この場合、半分の直径が表面９上で探索される。その後、スリット６ａが回転され、同じスキャンが再度繰り返される。
【００４３】
この特殊な場合、表面９の非球面プロファイルの評価が図３の支援によって説明される。図１に示されたように、軸スキャンは、表面の位置１０で開始し、表面９の位置でνの軸シフトの後に終了する。開始位置１０では、表面は、焦点８からＲ０の距離を有し、表面９の終了位置において、焦点８からの表面の頂点の距離は、Ｒ０＋νである。
【００４４】
図３では、回転対称非球面表面９の切断が与えられ、ｚ軸に対してさらに対称性を有する非球面曲線を確立する。以下の両が与えられる。
【００４５】
Ｋは、対称性（回転対称非球面曲線Ａに対するｚ軸）に関してその中心を有する最も高い当てはめ円である。この円は、点Ｑ（ｈ，ｚ）（ＫおよびＡに対して共通）で非球面曲線Ａと接触する。Ｑ（ｈ，ｚ）の接線に垂直な直線は、点Ｍ（０，Ｒ０＋ν）においてｚ軸を切断する。Ｑ（ｈ，ｚ）からＭ（０，Ｒ０＋ν）までの距離は、円の半径Ｒ＝Ｒ０＋ν−ｐによって与えられる。その円は、点Ｓｋ（０，ｐ）においてｚ軸を切断し、その点は円の頂点と呼ばれる。非球面曲線の頂点は、ＳＡ（０，０）、すなわち非球面の頂点に対する球の頂点の距離はｐである。円の中心点Ｍ（０，Ｒ０＋ν）がｚ軸に沿って距離νだけシフトする場合、点Ｑ（ｈ，ｚ）は、非球面曲線に沿って進行し、Ｑ（ｈ，ｚ）が非球面曲線ＳＡ（０，０）の頂点と一致する場合、定義によってそのシフトは、ν＝０である。従って、非球面曲線の頂点の最良の当てはめの円の半径はＲ０である。
【００４６】
以下のために、Ｒ０が既知であり、円の中心が距離ν＝０．．．νｍａｘだけシフトすると想定する。これらの条件下では、小さい量ｐに関係するシフトが計測される。ここで、点Ｑ（ｈ，ｚ）のｈおよびｚを計算することを可能にすることが示され、それにより関数ｐ＝Ｐ（ｖ）および
【００４７】
【数９】
2004530898.tif 000003
の知識からスリット６ａの方位角位置によって定義された半分の直径に対する非球面曲線を定義する。言い換えると、非球面曲線が独立パラメータνおよび２つの従属パラメータｐ（ｖ）およびｐ’（ｖ）を用いてパラメータ形態で定義される。
ｈ＝（ｖ，ｐ，ｐ’）  ｚ＝（ｖ，ｐ，ｐ’）
円に対する等式は、以下のように書かれ得る（図３を参照）
【００４８】
【数１０】
2004530898.tif 000004
中心点が微小距離ｄνだけシフトする場合、円の半径は、別の微小量ｄｑによって成長し、新しい円は、古い円を共通点Ｑ（ｈ，ｚ）において切断する。新しい円に対する等式は、
【００４９】
【数１１】
2004530898.tif 000005
座標ｚおよびｈを計算するために、式（１）および（２）は、取得するために量ｚおよびｈについて解かれる。
【００５０】
【数１２】
2004530898.tif 000006
最終項が無視され得る。なぜなら、ｄｐ→０に対してゼロになるためである。それにより、最終的にｚは、
【００５１】
【数１３】
2004530898.tif 000007
となり、ｈに対して
【００５２】
【数１４】
2004530898.tif 000008
軸座標ｚおよび横方向座標ｈが２つの量ｖおよびｐから計算され得、それにより非常に高い正確度で干渉法によって両方計算される。検出器が放射状座標ｈを分解することが必要ではない。
【００５３】
焦点８と非球面表面との間の軸分離および最良の当てはめの円の半径を干渉的に計測する簡単な手段（ｅｘｐｅｄｉｅｎｃｙ）を介して非球面表面上の局所的な勾配およびその位置（すなわちｐ）をどのようにして計算するかを説明してきた。どのようにして位相計測が影響を与え得るかについてのトピックが以下に議論される。
【００５４】
図２は、１つの方位角位置においてスリットアパーチャ６を示し、表面９が軸宝庫にスキャンされ得る間、アパーチャ６ａはこの位置に留まる。ここで、その量（すなわちｐ）によって与えられた２つの干渉ビーム間の光路差を有するビームの干渉のために、強度が検出器２１において変調され、計測された強度は、
【００５５】
【数１５】
2004530898.tif 000009
ここでＡ（ｖ）は平均強度であり、Ｂ（ｖ）は変調であり、λはこの計測のために使用された波長である。ｐ（ν）は、スキャンνの単調増加関数である限り、高サンプリングレート（例えば、余弦関数の周期当たり２０回の読み取り）でキャプチャＩ（ν）することが可能である。これは、複数の異なる方法でなされ得るが、１つのみがここで説明される。
【００５６】
非球面表面または波面の設計が既知である場合、量ｐ（ν）の設計値が計算され得、その強度値がキャプチャされ得る位置νが決定され得る。従って、νから導かれた量を用いて検出値の読み取りがトリガされる。この場合、余弦関数の１周期内のほぼ等間隔の強度を整列することが可能であり、例えば、Ｗｏｍａｃｋ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｖｏｌ３（１９８４）３９１〜３９５頁によって説明された空間同期検出方法と同様のスライディング技術を用いるか、または一時的な位相シフトに対して使用された多くの周知の補償アルゴリズムの内の１つを適用することによって、強度読み取りの位相抽出がなされ得る。この想定は、平均強度Ａ（ν）および変調Ｂ（ν）が非常に遅い変調関数のみであり、１つの式内部で使用された強度計測の数に対して一定であると考えられ得ることである。多くの数の強度値が１周期内でキャプチャされる場合、適切な式によってＡ（ν）およびＢ（ν）における変動に対して正規化することも可能である。
【００５７】
ｐ（ν）の推定後、微分ｐ’（ν）は、関数（例えば、多項式またはより高次の区分スプライン関数）をｐ＝ｐ（ν）にあてはめ、微分を計算することによって同様に計算される。式（３）および（４）は、スリット６ａが設定される方位各方向θに対する非球面表面輪郭を獲得するために解かれる。
【００５８】
ここで、スリット６ａは、約１７０°回転され、この新しい方位角方向に対するこの手順が繰り返される。３６０の異なる方位角方向の後、例えば、３６０スキャンの後、全体の表面９がかなり高密度で探索された。
【００５９】
３点で切断する球から０．５ｍｍの非球面偏差を想定すると、頂点における非球面曲線を当てはめる球からの非球面偏差は、例えば、図５に示されるように、３ｍｍであり得る。さらなる想定した使用は、余弦関数の周期当たり２０の強度読み取りを用いて０．４μｍの波長を有するレーザ光が作られ、次いで、合計ｍ＝２０＊２＊３０００μｍ／０．４μｍ＝３０００００計測が必要とされる。これは、３秒内で容易に実行され得る。なぜなら、１００ｋＨｚは、１２ビットから１４ビットの高解像度を有する強度読み取りの精密なＡ／Ｄ変換に対して厳しい負担を課さない。３６０のスキャンの全てに対して、次いで、１８分のみがデータをキャプチャするために必要である。表面９の移動の加速および減速のために必要とされた余分な時間を用いて、３０分の全計測時間を判断することが合理的であり、いくつかの目的のために、長いと考えられ得る。図４は、表面９上に投影された検出器リングのトレースを示し、解像度は、リングの直径およびその内部の検出器の数に方位角方向に依存する。このことから、計測時間が、より高いサンプリングレートに対して配置された、より多くの検出器を用いて短縮され得ることが理解され得る。
【００６０】
次いで、計測速度を改善するためには、スリットアパーチャ６の代わりに複数の検出器の使用がなされ得る。方位角座標を分解することができるために、およびゾーンからの光線および中央からの光線を互いに干渉させ、そして任意の瞬間において、非球面表面に垂直な光線を自動的に選択するのと同時に、図１のピンホール３および２０が、本明細書中でその全内容が参考として援用される、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ（Ｓ）  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＴＨＥ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＦ  ＣＯＨＥＲＥＮＴ  ＡＲＴＩＦＡＣＴＳ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ」と題された、２００１年５月３日に出願された米国特許出願第０９／８４８，０５５号においてより詳細に説明されたような、非常に薄いリング形状のアパーチャによって置換される。これは、方位角の分解が保存される利点を有し、ここで、平行な態様で複数の検出器アレイの使用を可能にする。
【００６１】
図６は、共通のエレメントが図１と同一の数値を保持した改変された構成を示す。光源１からのビームは、ホログラフィック光学エレメント２５およびレンズ２によって、リングアパーチャ２６のようなリング形状の形態に変換される。リングの幅は、非常に小さい（３０μｍ〜１００μｍのオーダー）。リング２６は、レンズ５および７によって第２の縮小されたリングの像２７に結像される。テスト像下の非球面表面９は、リングを非球面表面自体に結像するが、β＝−１（すなわち、画像が物体に対して反転される）の結像スケールを用いる。テスト下の表面９のいくつかの部分のみがこの結像を実行することが可能である。すなわち、これらの部分は、円形状のリング像２７の中心からの光が表面９の垂線（すなわち、図６の１４ａおよび１４ｂ、ならびに１５）によって衝突される再度中央部分および「ゾーン」であることが留意されるべきである。これらの１は、レンズ７によってレンズ５とレンズ７との間の交差する空間にある２８に配置された像に結像される。２７におけるリングは、レンズ７および５によって、２９に配置された像にさらに結像される。これは、リングアパーチャ２６の最終結合である。２９では、別の物理リング形状アパーチャが配置され、このアパーチャは、放射方向に非常に狭い空間フィルタとして機能するが、方位角方向にかなりの長さを有する。この態様では、テスト下の表面９上の方位各方向を分解することが可能である。
【００６２】
２６と同じ物理寸法を有するリング形状アパーチャ２９の後方に、無限焦点または望遠鏡系３０が配置され、その系は、検出器２１の構成にリング２９を結像する。検出器２１（２１ａおよび２１ｂに示される）は、望遠鏡３０の第２のレンズの後焦点面内の円で構成される。望遠鏡３０の拡大は、リング内に配置され得るより多くの数の検出器を最適化するために選択される。この空間がさらに小さすぎる場合、９０°だけ光を反射させるレンズ３０と検出器との間の多切子面を有するピラミッドを挿入し、それにより、光軸に向かって全て見ることが可能であり、それにより大きい円を確立することが可能であり得る。あるいは、本目的のためにホログラフィック光学エレメントを使用することが可能である。すなわち、方位各方向の表面９および放射方向のセンシングアパーチャ２９を検出器２１に同時に結像する。このようなホログラフィック光エレメントは、簡単のために、図６に含まれないが、以後の図９にエレメント４８として示される。
【００６３】
検出器２１の各々は、それ自体の位相計測電子機器を有し、それによりその対応する信号は、平行に処理され得るが、これらは、当業者に理解されるように図６に例示的に示されない。
【００６４】
６０の検出器が円内に配置され、以前のように、同じ方位角解像度が想定される。テスト下の表面９の外周における３６０の位置が分解されるべきであり、必要な時間は３０分から３０秒に低減される。６０の検出器のみを有する３６０の異なる方位角の場所を分解することが可能であるために、各１°の６ステップで検出器の円を回転させる必要がある。より良好な解像度は、ステップがより小さく選択される場合に達成され得る。１０のステップを選択することが合理的であり、それにより、完全な円における合計２１６０の位置に至る。３００ｍｍの非球面表面に対する直径を想定することは、計測された点の間隔が、外周において約０．４４ｍｍであることを意味する。放射方向におけるデータをサンプリングするための空間密度は、球から非球面表面の偏差の勾配に依存する。その直径上の約６００，０００点を有する平均値として、その間隔は０．５μｍである（すなわち、任意の場合において、非常に小さいリップルであっても、見付けそして検出するのみ十分精細である）。放射方向のはるかに大きいサンプリング密度は、式（３）および（４）と共にｈ、ｚ座標の精密な推定のために必要である。計測された位相一次導関数を計算することが必要であるために、ノイズが増幅され、それにより、区分多項式当てはめと共に複数の計測点の使用は、精密度を大幅に改善する。
【００６５】
式（５）に従って、強度計測から位相値を検出するための上述の方法は、平均強度Ａ（ν）または変調Ｂ（ν）の変動が計算された値ｐ（ν）に影響を与える欠点を有する。従って、このような変動は発生しないことが確実でなければならない。非球面構造が示し得る高周波数構造により、および非常に小さいリングアパーチャ（ラウンドスリットのような）を有する「ナイフエッジ状の」光構成により、この想定は、全ての状況を満足させ得ない。従って、図１および６を用いて与えられた構成を有する計測からの位相抽出に対する代替の方法を使用することが必要であり得る。
【００６６】
１つのアプローチは、非球面の中心におけるビームおよびゾーンにおけるビームに対して異なる偏光ステージを使用することである。これは、図７における３１に示されたように、図６のレンズ５とレンズ７との間に配置された間隔に挿入された追加のエレメントによって達成され得る。図７の他のエレメントの全ては、以前の数値的な同一性を保持する。この追加のエレメント３１は、ガラスプレートであり、中央におけるガラスプレートでは、１／４波長板として作用する二重屈折エレメント３２が適用される。これは、二重屈折結晶の非常に小さいディスクであり、ガラスプレートの中心に接合される。レンズは、テスト下でガラスプレート上の表面に結像されるため、非球面表面の中心の非常に小さい部分のみが残りの表面に対する基準として機能する。スキャンの間に、ガラスプレート３１をフォーカスに維持するためには、精密スライド４０上のガラスプレートをコンピュータ制御の態様で軸方向にシフトすることが必要である。
【００６７】
ビームの中央部が１／４波長板を２回横切る場合、直線偏光された波が９０°回転された偏光面を有する。従って、２つのビームがその偏光状態によって「エンコード」され、ビーム間の相対位相は、光学手段を制御する変更によってシフトされ得る。図７および図８に与えられた適用され得る少なくとも２つの可能性が存在する。
【００６８】
図７では、４つの干渉図形がそれらの間の９０°の位相シフトを用いて得られる。これは、直交信号と呼ばれる。非偏光ビームスプリッタ３７を用いて、直交する直線偏光を有する両方の波面が倍加される。ここで、１つのビームにおける１／４波長板３９は、直交偏光の内の１つの位相を９０°だけ偏光させる。偏光ビームスプリッタ３８の後に、２つの波面は、互いに１８０°だけ位相の外部にある２つの強度パターンを干渉かつ生成し得る。２つのリング形状の取り付けられたピンフォトダイオード３３および３４を用いてセンシングされた信号を減算することは、バイアスＡ（ｖ）および
【００６９】
【数１６】
2004530898.tif 000010
の結果に比例するＤＣフリー信号を除去する。２つの他の検出器リング３５および３６が同様に減算され、そしてここでは、
【００７０】
【数１７】
2004530898.tif 000011
の結果に比例するＤＣフリー信号を同様に減算される。これらの信号のアークタンジェントから、所望の量のｐ（ｖ）が導かれる。この技術は、距離計測干渉計を用いて頻繁に適用され、そして約１．０ｎｍのｒ．ｍ．ｓの精度を有するとして公知である。
【００７１】
図８では、１つのみの検出器リングを必要とする別の可能性が示される。ここで、位相シフトは、同じタイミングで実行されなければならない（すなわち、パラレルではなく、連続的に）。この位相シフトは、スキャン手順によって導かれた位相シフトに加えて達成され得、そして任意のスキャンなしで、テスト下でその部分の回転を用いて方位角方向における計測をさらに可能にする。
【００７２】
偏光による位相シフトの原理は周知である。すなわち、直交偏光方向を有する２つの直線偏光されたビームが適切に配向された１／４波長板を移動し、次いで回転している半波長板を移動する。このプレートの回転と共に、位相変調が発生する。ビームが作られた場合、ビームは、最終的に偏光子を有する同じ偏光を干渉し得る。
【００７３】
図９は、再度図６のセットアップの変動を示す。共通のエレメントは、その前者の同一性を保持する。ここでリングアパーチャ２９は、ビームスプリッタと発散レンズ７ｂとの間に配置される。従って、１つのみのこのようなアパーチャが必要であり、このアパーチャもまた調整を簡単にする。ここで、２つの以前に使用されたコリメートレンズ５および７は、１つの単一の発散レンズ７ｂによって置換され、この発散レンズは、セットアップをさらに簡単にする。中間焦点２７が図９の装置で使用されないために、テスト下の表面９と発散レンズ７ｂとの間の空気経路がより短くなる。この主要な差異は、テスト下で、方位角方向における検出器リングへの表面９の結像のための光学方式および放射方向におけるアパーチャのセンシングである。その結果、この結像は、フレネルゾーンプレート炉同様のホログラフィック光学エレメントの支援によって実行され得る特殊なアナモルフィック結像である。このエレメントは、図９において４８として示されている。このエレメントは方位角方向に出力を有さない。従って、レンズ７ｂと共にレンズ４７は、方位角方向に検出器リング上への表面９のシャープな像を形成し、リング形状のアパーチャ２９は、その像のアパーチャとして作用する。放射方向において、ホログラフィック光学素子４８に、検出器リング上リングへのアパーチャ２９の結像する程の十分な出力を提供する。ここで、エレメント４８の焦点距離は、エレメント４８からの検出器リングの距離によって与えられる。この結像（一次回折）と共に、直径の拡大が達成される。ホログラフィックエレメント４８および検出器リングは、表面がスキャンされる場合、再フォーカスされなければならない。これは、コンピュータ制御された高正確度スライド４９およびモータ５０を用いてなされる。
【００７４】
図１０では、非球面波面のテストが示される。この波面は、レンズ５１によって送られる。レンズ５１は、球面波および球面自動コリメーションミラーによって探索される。自動コリメーションミラーは、レンズ５１の後方にある最初の位置５２から最後の位置５３までの小さい距離だけスキャンされる。結合（レンズ５１の物体点および像点）のための多くの種類の異なる構成が存在し、これらの構成は、伝達された波からの非球面偏差がかなり異なり、このレンズは、衝突球面波を与える。これは、非球面偏差を最小化し、それにより、最高計測正確度となるよう使用される。なぜなら、テストセットアップを正確に調整するための許容差はまた、この場合低下される。しかし、そのレンズと同様な構成のレンズ５１をテストすることもまた可能であり、そのレンズは、光学系において以後使用される。原理的に、「レンズおよび自動コリメーションミラー」の組み合わせは、非球面ミラーと同様な態様で光学的に作用する。
【００７５】
図１１では、この概念のモジュラー実施形態が示される。異なる構成を可能にするために、従来のＦｉｚｅａｕ干渉計ハウジング検出器のメインフレーム、ビームスプリッタ、およびリングアパーチャ、ならびにフォーカス手段と非常に類似して働き得る機器を構築するのに有用である。さらなる光学素子との光学干渉は、平面波５４の円錐によって存在し、さらなる光学素子は、そのフォーカスにおけるリング形状アパーチャを用いてレンズ５をコリメートすることによって生成される。光源１およびコンピュータおよび電子機器は、熱的な理由のためにメインフレームのハウジングの外部に存在し得る。
【００７６】
以下の図１２〜図２３では、図１１のメインフレームの正面に配置され得る異なる構成が示される。これらの構成は、以下の計測タスクのための解決策を与える。
【００７７】
・屈折するヌルレンズまたは回折ＣＧＨをテストする（すなわち、ヌルレンズの最終的な用途における補正マトリクスとして使用される波面誤差を見出す）
・非球面表面をテストする
・従来から公知の非球面表面の支援を用いてテストセットアップを較正する。この可能性は、以下により詳細に説明される。
【００７８】
・「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」と題された、２００１年６月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／２９９，５１２号において説明されたタスクにおいて説明され、そのタスクに対して必要とされたような、屈折ヌルレンズに権限を与える。
【００７９】
・異なる構成で伝達する際にレンズをテストする
図１２は、屈折ヌルレンズまたはＣＧＨをテストするために発散屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨ１００、ならびに発散球面ミラー１０２を利用する構成を示す。
【００８０】
図１３は、ヌルレンズまたはＣＧＨをテストするために発散屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨ１０４、ならびに発散球面ミラー１０６を利用する構成を示す。
【００８１】
図１４は、ヌルレンズまたはＣＧＨをテストするために発散屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨ１０８、ならびに発散球面ミラー１１０を利用する構成を示す。
【００８２】
図１５は、未知の非球面表面をテストするため、またはセットアップを較正するために、デコリメータ１１２、ならびに未知の非球面表面または既知の非球面１１４を利用する構成を示す。
【００８３】
図１６は、未知の非球面表面をテストするため、またはセットアップを較正するために、発散レンズ１１６、ならびに未知の非球面表面または既知の非球面１１８を利用する構成を示す。
【００８４】
図１７は、未知の非球面表面またはセットアップの構成のための既知の非球面をテストするために、デコリメータ１２０および未知の非球面表面または既知の非球面１２２を利用する構成を示す。
【００８５】
図１８は、反射ヌルレンズ１２４、球面ミラー１２６、および非球面基準表面１２５が、反射ヌルレンズ１２４を資格認定するために使用される構成を示す。
【００８６】
図１９は、反射ヌルレンズ１２８、非球面基準表面１３０、および球面ミラー１３２、が、反射ヌルレンズ１２８を資格認定するために使用される構成を示す。
【００８７】
図２０は、伝達の際の負の出力を有するレンズおよび球面ミラー１３６が無限で１つの結合を有する伝達の際のレンズの非球面波面を計測するために使用され得る。
【００８８】
図２１は、発散器（ｄｉｖｅｒｇｅｒ）１３７、伝達の際の負の出力を有するレンズ１３８、および球面ミラー１４０が、伝達の際に、無限において最小の非球面偏差のために最適化された結合を有する非球面波面を計測するために使用される。
【００８９】
図２２は、伝達の際に正の出力を有するレンズ１４２および球面ミラー１５０が、最小の非球面偏差に対して最適化された結合を有するレンズ１４８の非球面波面を計測するために使用され得る構成である。
【００９０】
図２３は、伝達の際に生の出力を有する発散器１４６、レンズ１４８および球面ミラー１５０が、最小の非球面偏差に対して最適化された結合を有するレンズ１４８の非球面波面を計測するために使用され得る構成である。
【００９１】
上述の全ての実施形態では、１つの自動コリメーションエレメントを軸方向にシフトすることによって放射方向における表面または波面を介してスキャンすることが可能である。このシフトと共に、位相計測に対するヘテロダイン周波数が自動的に送られる。光源のコヒーレンス長さは、全ての場合において非球面偏差と同じように小さくあり得、ビームを干渉させるためにビームの光路長を調整する必要がない。あるいは、ほぼ共通の経路の原則により、振動に対する感度は、かなり低減され、その感度は、タイミングよく予測可能な単調かつ平滑な位相関数の実現に対して重要である。あるいは、計測量内部の乱気流の感度が低減される。なぜなら、この量内の空気勾配のみが有害であるが、これらは、両方のアームにおける空気のより小さい相関のためにはるかに小さいためである。あるいは、図１２〜図２３に示されたように、最小の空気経路を有する計測問題を解くための感知可能な態様が常に存在することが示される。
【００９２】
テストセットアップを較正するためのこれらの可能性が図１５、図１６、および図１７に示される。この場合、基礎にある概念は、デコリメータまたは発散レンズの前面にある既知の非球面表面をスキャンすること、および現在既知の非球面を使用して、その後の未知の非球面表面の計測の支援を行うことである。このように、計測は、究極的には、従来公知の非球面の表面に基づく。式（３）および（４）と共に説明された計測手順およびアルゴリズムは中間ステップである、なぜなら、表面は、互いに直接的な態様で比較され得ないためである。スキャン手順は、表面間の「変成器」として働く。
【００９３】
すなわち、計測の最終的な精度は、特殊の非球面表面（放物線のような）が実行され得る品質に基づく。放物線の計測は、平面および球の計測に関連付けられ得、そしてその両方が絶対的に実行され得ることが理解されるべきである。較正プロセスに対する別の候補は双曲線であり、これらは、２つの球の支援によってテストされ得る。さらに、自動コリメーションのための球面と共に伝達する際のレンズが使用され得る。さらに、特殊な構成（１つのみの球面波面を用いてテストされ得る）における斑点は面を送り、較正のために使用され得る、異なる構成における強い非球面波面を送るレンズが存在する。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態の概略的側面上面図である。
【図２】図２は、図１の実施形態において利用されたスリットアパーチャの概略的正面上面図である。
【図３】図３は、本発明を用いるテスト下の非球面形状の数学的推定において使用された種々のパラメータおよびその関係を示す図である。
【図４】図４は、テスト表面上の検出器リングのトレースを示す概略図である。
【図５】図５は、テスト非球面曲線を３点で切断する球面波を有するテスト非球面曲線およびその非球面の頂点における曲率中心に適合する球を示す概略図である。
【図６】図６は、リング形状照射源および複数の検出器を有する非球面表面を計測するための別の実施形態の概略的側面上面図である。
【図７】図７は、本発明の偏光しているバージョンの別の実施形態の概略的側面図である。
【図８】図８は、偏光符号化および位相変調を利用する本発明の上面側面上面図である。
【図９】図９は、発散レンズおよびテスト非球面表面のための対応する結像構成を用いる本発明の別の実施形態の概略的側面上面図である。
【図１０】図１０は、レンズから伝達された非球面表面をテストするために構成された本発明の実施形態の概略的側面上面図である。
【図１１】図１１は、リングアパーチャを有する干渉計メインフレームの概略的側面上面図である。
【図１２】図１２は、屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨのテストを示す概略的側面図である。
【図１３】図１３は、屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨのテストを示す概略的側面図である。
【図１４】図１４は、屈折ヌルレンズまたは回折ＣＧＨのテストを示す概略的側面図である。
【図１５】図１５は、非球面表面のテストまたはセットアップを構成することを示す概略的側面図である。
【図１６】図１６は、非球面表面のテストまたはセットアップを構成することを示す概略的側面図である。
【図１７】図１７は、別の非球面表面のテストまたはセットアップを構成することを示す概略的側面図である。
【図１８】図１８は、反射ヌルレンズの品質認定を示す概略的側面上面図である。
【図１９】図１９は、別の反射ヌルレンズの品質認定を示す概略的側面上面図である。
【図２０】図２０は、無限において１つの結合を用いる伝達においてレンズの非球面波面の計測を示す概略的側面上面図である。
【図２１】図２１は、最小非球面偏差に対して最適化された結合を用いる伝達においてレンズの非球面波面の計測を示す概略的側面上面図である。
【図２２】図２２は、無限において１つの結合を用いる伝達においてレンズの非球面波面の計測を示す概略的側面上面図である。
【図２３】図２３は、最小非球面偏差に対して最適化された結合を用いる伝達においてレンズの非球面波面の計測を示す概略的側面上面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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