(57)【要約】【課題】被検面を傾斜させる回転ステージの回転軸の実位置を簡便な作業で取得し、また、回転ステージの実位置を取得するのに要する時間を短縮する。【解決手段】ＣＰＵは、基準面を有する原器の設計形状に基づき、反射光の波面の変化量である波面敏感度をシミュレーションにより算出する（Ｓ１０２）。ＣＰＵは、原器からの反射光の第１波面を実測により算出する（Ｓ１０４）。ＣＰＵは、波面敏感度と第１波面を用いて基準面の頂点の第１位置を算出する（Ｓ１０５）。ＣＰＵは、θｙ回転ステージを回転させる（Ｓ１０６）。ＣＰＵは、原器からの反射光の第２波面を実測により算出する（Ｓ１０７）。ＣＰＵは、波面敏感度と第２波面を用いて基準面の頂点の第２位置を算出する（Ｓ１０８）。ＣＰＵは、基準面の頂点の第１位置及び第２位置と、Ｓ１０６による原器の傾斜角度の角度変化量から、θｙ回転ステージの回転軸の実位置を算出する（Ｓ１０９）。【選択図】図４
2017072447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理部が、被検物が搭載され、回転軸を中心に回転して光源から照射された計測光の計測光軸に対して前記被検物の被検面の中心軸を傾斜させる回転ステージと、前記被検物を直動させる直動ステージとを制御して、検出部により前記被検面からの反射光を検出し、前記回転軸の実位置に基づき、前記被検面を所定の位置と所定の角度にアライメントする際に用いる、前記回転軸の実位置を算出する位置算出方法であって、
前記処理部が、基準面を有する原器を単位量移動させたときに前記基準面にて反射する反射光の波面変化量を算出する変化量算出工程と、
前記処理部が、前記回転ステージに搭載された前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第１波面を算出する第１波面算出工程と、
前記処理部が、前記波面変化量及び前記第１波面を用いて前記基準面で特徴づけられる所定の点の第１位置を算出する傾斜前算出工程と、
前記処理部が、前記回転ステージを回転させる駆動工程と、
前記処理部が、前記駆動工程にて前記回転ステージを回転させた位置で前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第２波面を算出する第２波面算出工程と、
前記処理部が、前記波面変化量及び前記第２波面を用いて前記所定の点の第２位置を算出する傾斜後算出工程と、
前記処理部が、前記所定の点の前記第１位置及び前記第２位置、並びに前記駆動工程による前記原器の傾斜角度の角度変化量から、前記回転ステージの回転軸の実位置を算出する回転軸算出工程と、を備えた位置算出方法。
【請求項２】
前記変化量算出工程において、前記処理部が、前記波面変化量として、前記原器の設計形状に基づき、設計上の基準面を仮想的に単位量移動させたときに前記設計上の基準面にて仮想的に反射する反射光の波面の変化量をシミュレーションにより求める請求項１に記載の位置算出方法。
【請求項３】
前記所定の点は、前記被検面の中心軸と前記被検面との交点であり、
前記アライメントは、前記被検面の中心軸と前記被検面との交点を、前記検出部の共役面と前記計測光軸との交点にアライメントすると共に、前記被検面の中心軸を前記計測光軸にアライメントすることである請求項１又は２に記載の位置算出方法。
【請求項４】
前記変化量算出工程では、前記処理部が、前記波面変化量として、前記基準面からの反射光の波面に含まれる軸対称成分の変化量を求め、
前記第１波面算出工程では、前記処理部が、前記第１波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれる軸対称成分の大きさを求め、
前記第２波面算出工程では、前記処理部が、前記第２波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれる軸対称成分の大きさを求める請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項５】
前記回転軸算出工程では、前記処理部が、前記角度変化量として、前記駆動工程にて回転させた前記回転ステージの回転角度の変化量を用いる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項６】
前記傾斜前算出工程では、前記処理部が、前記波面変化量及び前記第１波面を用いて前記基準面の中心軸の第１傾斜角度を算出し、
前記傾斜後算出工程では、前記処理部が、前記波面変化量及び前記第２波面を用いて前記基準面の中心軸の第２傾斜角度を算出し、
前記回転軸算出工程では、前記処理部が、前記角度変化量として、前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度との角度差を用いる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項７】
前記原器の基準面が非球面であり、
前記変化量算出工程では、前記処理部が、前記波面変化量として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分及びコマ収差成分の変化量を求め、
前記第１波面算出工程では、前記処理部が、前記第１波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分及びコマ収差成分の大きさを求め、
前記第２波面算出工程では、前記処理部が、前記第２波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分及びコマ収差成分の大きさを求める請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項８】
前記原器の基準面が球面であり、
前記変化量算出工程では、前記処理部が、前記波面変化量として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分の変化量を求め、
前記第１波面算出工程では、前記処理部が、前記第１波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分の大きさを求め、
前記第２波面算出工程では、前記処理部が、前記第２波面として、前記基準面からの反射光の波面に含まれるチルト成分の大きさを求める請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項９】
前記駆動工程では、前記処理部が、前記直動ステージを直動させて前記基準面の位置を調整する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項１０】
前記駆動工程では、前記処理部が、前記基準面の中心軸と前記基準面との交点が、前記検出部の共役面と前記計測光軸との交点に近づく方向に前記直動ステージを移動させる請求項９に記載の位置算出方法。
【請求項１１】
前記駆動工程では、前記処理部が、前記基準面が前記検出部の共役面に近づく方向に前記直動ステージを移動させる請求項９に記載の位置算出方法。
【請求項１２】
前記検出部がシャックハルトマンセンサである請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の位置算出方法。
【請求項１３】
前記処理部が、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の位置算出方法により前記回転ステージの前記回転軸の実位置を算出する位置算出工程と、
前記処理部が、前記回転軸の実位置に基づき、前記被検面を、前記所定の位置と前記所定の角度にアライメントして、前記被検面に前記計測光が照射されたときに前記検出部により検出された前記被検面からの反射光の検出結果を前記検出部から取得し、前記検出部の検出結果に基づき前記被検面からの反射光の波面を求めて前記被検面の形状を計測する形状計測工程と、を備えた形状計測方法。
【請求項１４】
前記形状計測工程では、前記処理部が、前記回転ステージ及び前記直動ステージを制御して、前記被検面の複数の部分領域に、順次、前記計測光が照射されるよう、前記被検物を移動させ、前記検出部に検出されたそれぞれの前記反射光の波面から前記各部分領域の部分形状データを算出して、前記各部分形状データを繋ぎ合せることにより、前記被検物の被検面の形状を計測する請求項１３に記載の形状計測方法。
【請求項１５】
計測光を照射する光源と、
被検面を有する被検物が搭載され、回転軸を中心に回転して前記計測光の計測光軸に対して前記被検面の中心軸を傾斜させる回転ステージと、
前記被検物を直動させる直動ステージと、
前記被検面からの反射光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき前記被検面からの反射光の波面を求めて前記被検面の形状を計測する際に、前記回転軸の実位置に基づき、前記被検面を所定の位置と所定の角度にアライメントする処理部と、を備え、
前記処理部は、
基準面を有する原器を単位量移動させたときに前記基準面にて反射する反射光の波面変化量を算出する変化量算出処理と、
前記回転ステージに搭載された前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第１波面を算出する第１波面算出処理と、
前記波面変化量及び前記第１波面を用いて前記基準面で特徴づけられる所定の点の第１位置を算出する傾斜前算出処理と、
前記回転ステージを回転させる駆動処理と、
前記駆動処理にて前記回転ステージを回転させた位置で前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第２波面を算出する第２波面算出処理と、
前記波面変化量及び前記第２波面を用いて前記所定の点の第２位置を算出する傾斜後算出処理と、
前記所定の点の前記第１位置及び前記第２位置、並びに前記駆動処理による前記原器の傾斜角度の角度変化量から、前記回転ステージの回転軸の実位置を算出する回転軸算出処理と、を実行する形状計測装置。
【請求項１６】
コンピュータに請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプログラムが記録された、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【請求項１８】
ワークを加工して部品を製作する工程と、
前記部品を被検物とし、請求項１３又は１４に記載の形状計測方法で前記被検物の被検面の形状を計測する工程と、を有することを特徴とする部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の形状を計測する際の被検物のアライメントに用いる回転ステージの回転軸の実位置を求める位置算出方法、形状計測方法、形状計測装置、プログラム、記録媒体及び部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラや光学ドライブ等の電子機器では、小型化のために軸対称非球面を有するレンズの導入が一般的になりつつある。軸対称非球面を有するレンズの製造には、軸対称非球面の形状を高精度に計測する技術が必須である。
【０００３】
軸対称非球面の形状を計測する技術としては、特許文献１に記載のシャックハルトマンセンサ（ＳＨＳ：Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ  ｓｅｎｓｏｒ）と呼ばれる波面計測装置を用いた形状計測装置が知られている。この形状計測装置では、軸対称非球面である被検面に球面波の光を計測光として照射し、その反射光を結像レンズでＳＨＳに結像する。ＳＨＳはマイクロレンズアレイと撮像素子を有して構成され、その面間隔はマイクロレンズの焦点距離にほぼ等しい。反射光がマイクロレンズアレイに入射すると、撮像素子上に複数のスポットが形成される。それぞれのスポットの中心の位置は、各マイクロレンズの中心を通過した光線の位置と一致する。そのため、これらのスポットの像を撮像し、各スポットの中心の位置を算出すれば、各スポットの中心の位置から各マイクロレンズに入射した光線の角度を算出することができる。この光線角度分布から反射光の波面を算出することができ、更にはこの波面が被検面の形状を反映しているので、波面から被検面の形状を取得することができる。
【０００４】
被検面とＳＨＳとの結像関係を確保するために、被検面がＳＨＳの共役面となる位置に、被検面を有する被検物を設置する。以下、被検面の駆動を説明するため、ＳＨＳの共役面と計測光軸との交点を装置座標系の原点（装置原点）に定める。また、計測光軸に平行な方向に沿ってｚ軸、計測光軸に垂直な方向に沿ってｘ軸、ｘｚ平面に垂直な方向に沿ってｙ軸を定義し、ｘ軸回りの回転をθｘ回転、ｙ軸回りの回転方向をθｙ回転と定義する。
【０００５】
特許文献１の形状計測方法では、軸対称非球面である被検面を有する被検物をステージに搭載した後、被検面と被検面の非球面軸との交点（以下、被検面の頂点）が装置原点に一致し、かつ非球面軸が計測光軸に一致する様に被検面の位置をアライメントする。アライメントの際には、ＳＨＳで被検面からの反射光の波面を計測し、そこから被検面の頂点の位置と非球面軸の傾斜角を求め、その結果に基づいてステージをｘｙｚθｘθｙ方向へ駆動をする。
【０００６】
一般にｘｙｚθｘθｙ方向へ駆動可能なステージは、ｘｙｚ軸方向へ駆動可能な直動ステージと、θｘθｙ方向へ駆動可能な回転ステージから構成され、回転ステージの回転軸は、被検面の頂点に設計されていないことがほとんどである。
【０００７】
このようなステージ構成において、被検面の頂点を装置原点に一致させた後、頂点を移動させることなく非球面軸を傾斜させるには、回転ステージによる傾斜に加えて、ｘｙｚ軸方向に直動ステージを駆動する必要がある。直動ステージの駆動すべき量は、「傾斜させるべき非球面軸の角度」と「回転ステージの回転軸の位置」から求めることとなる。
【０００８】
回転軸の位置については、装置の設計より概略値を得ることができる。ところが、実際の回転軸の位置は、組立誤差などにより、設計値に対して誤差を持つ。回転軸の位置に誤差があると、回転後の頂点の位置は想定からずれるため、その想定に基づいてこの状態からｘｙｚ軸方向に駆動しても、被検面の頂点は、回転前の位置、つまり装置原点の位置からずれることとなる。その際には、波面計測まで含めたアライメント動作が再度必要となり、アライメントに要する時間が増大し、全体の計測時間も増大する。
【０００９】
そこで、被検面の形状を計測する際のアライメントに要する時間を短縮するために、被検面を駆動するための回転ステージの回転軸の実位置を取得する方法が提案されている（特許文献２）。特許文献２の形状計測方法では、球面の校正原器を用いる。形状計測装置に設置した校正原器を回転ステージによりθｙ方向に回転させ、その回転位置で反射光の波面を計測する。そして、計測した波面が所定の波面となるようにｘｚステージを複数回駆動し、所定の波面が計測されたときのステージの位置を校正原器の位置として取得する。これをθｙ方向の傾斜角度を変えて複数回繰り返して、校正原器の複数の位置を取得している。取得した校正原器の複数の位置を円でフィッティングして回転軸の実位置を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１３２６８２号公報
【特許文献２】特許第４７３２３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載の形状計測方法では、校正原器の複数の位置から回転軸の実位置を求めるために、回転ステージの各傾斜角度で計測波面が所定の波面となるように調整する作業を複数回行わなければならなかった。また、直動ステージを移動させて波面を計測する作業を計測波面が所定の波面となるまで繰り返さなければならなかった。このように、特許文献２に記載の形状計測方法では、回転ステージの回転軸の実位置を求めるのに煩雑な作業と多大な時間を要していた。
【００１２】
そこで、本発明は、被検面を傾斜させる回転ステージの回転軸の実位置を簡便な作業で取得し、また、回転ステージの実位置を取得するのに要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の位置算出方法は、処理部が、被検物が搭載され、回転軸を中心に回転して光源から照射された計測光の計測光軸に対して前記被検物の被検面の中心軸を傾斜させる回転ステージと、前記被検物を直動させる直動ステージとを制御して、検出部により前記被検面からの反射光を検出し、前記回転軸の実位置に基づき、前記被検面を所定の位置と所定の角度にアライメントする際に用いる、前記回転軸の実位置を算出する位置算出方法であって、前記処理部が、基準面を有する原器を単位量移動させたときに前記基準面にて反射する反射光の波面変化量を算出する変化量算出工程と、前記処理部が、前記回転ステージに搭載された前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第１波面を算出する第１波面算出工程と、前記処理部が、前記波面変化量及び前記第１波面を用いて前記基準面で特徴づけられる所定の点の第１位置を算出する傾斜前算出工程と、前記処理部が、前記回転ステージを回転させる駆動工程と、前記処理部が、前記駆動工程にて前記回転ステージを回転させた位置で前記原器の前記基準面に前記計測光が照射されたときの反射光の検出結果を前記検出部から取得して前記原器からの反射光の第２波面を算出する第２波面算出工程と、前記処理部が、前記波面変化量及び前記第２波面を用いて前記所定の点の第２位置を算出する傾斜後算出工程と、前記処理部が、前記所定の点の前記第１位置及び前記第２位置、並びに前記駆動工程による前記原器の傾斜角度の角度変化量から、前記回転ステージの回転軸の実位置を算出する回転軸算出工程と、を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被検面を傾斜させる回転ステージの回転軸の実位置を簡便な作業で取得することができ、また、回転ステージの回転軸の実位置を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る形状計測装置を示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る形状計測装置のステージ装置を示す模式図である。
【図３】第１実施形態における部品の製造方法のフローチャートである。
【図４】第１実施形態における位置算出方法を示すフローチャートである。
【図５】原器を搭載した回転ステージに指示した傾斜角度と、ＳＨＳで取得した非球面原器の反射光波面から求めた非球面原器の傾斜角度とを比較した実験の結果を示すグラフである。
【図６】第１実施形態における形状計測方法の形状計測工程を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は、被検物をホルダに設置した最初の状態を示す模式図である。（ｂ）は、直動ステージで被検物を移動させた状態を示す模式図である。（ｃ）は、回転ステージで被検物を移動させた状態を示す模式図である。
【図８】第２、第３実施形態における位置算出方法を示すフローチャートである。
【図９】第４実施形態における位置算出方法を示すフローチャートである。
【図１０】第５実施形態における被検物の平面図である。
【図１１】被検物に設定する部分領域の別の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る形状計測装置を示す模式図である。第１実施形態において、被検物８００は、例えばレンズやミラー等の光学部品（光学素子）であり、その表面が被検面８０１である。被検面８０１は、中心軸である非球面軸８００Ｃを中心に軸対称な面、より具体的には軸対称な非球面である。第１実施形態では、形状計測装置１０００は、被検物８００の被検面８０１の形状を計測する。なお、図１中、ｚ軸は、被検面８０１に照射する計測光の計測光軸（光軸）１００Ｃと平行な方向に延びる軸、ｘ軸は、ｚ軸に直交（交差）する方向に延びる軸、ｙ軸は、ｘｚ軸に直交（交差）する方向に延びる軸である。また、ｘ軸まわりの回転方向をθｘ方向、ｙ軸まわりの回転方向をθｙ方向、ｚ軸まわりの回転方向をθｚ方向とする。
【００１８】
原器９００は、第１実施形態では被検物８００の設計形状に基づいて高精度に作成されたものであり、被検面８０１に対応する基準面９０１を有する。基準面９０１も被検面８０１と同様に、中心軸である非球面軸９００Ｃを中心に軸対称な面、より具体的には軸対称な非球面である。基準面９０１の形状は既知であり、非球面軸９００Ｃを中心に軸対称な設計形状に基づいて設計されている。なお、第１実施形態では、基準面９０１が被検面８０１と同じ設計形状に基づいて形成されている場合について説明するが、両者の設計形状は異なっていても良い。
【００１９】
形状計測装置１０００は、光源１００と、光学系２００と、ステージ装置３００と、検出部として波面センサであるＳＨＳ（シャックハルトマンセンサ）４００と、演算装置５００と、を備えている。また、形状計測装置１０００は、ステージコントローラ（以下、単に「コントローラ」という）６００と、測長機７００と、を備えている。
【００２０】
被検物８００又は原器９００は、ステージ装置３００に固定されたホルダ３５０に保持されることで、ステージ装置３００に搭載される。
【００２１】
光源１００は、計測光軸（光軸）１００Ｃを中心とする軸対称な球面波の光（計測光）を出射（照射）する。
【００２２】
光学系２００は、光源１００から出射された光を導く光ファイバ２０２と、光源１００から出射された光を光ファイバ２０２に導くレンズ２０１と、を有する。また、光学系２００は、光ファイバ２０２の光ファイバコネクタ２０２Ａからの出射光を収束させるレンズ２０３と、この光を折り曲げるビームスプリッタ２０４とを有する。また、光学系２００は、ビームスプリッタ２０４にて折り曲げられ、発散した光を計測光軸１００Ｃに対して軸対称な光に収束させ、原器９００の基準面９０１又は被検物８００の被検面８０１に照射する対物レンズ２０５を有する。また、光学系２００は、被検面８０１又は基準面９０１からの反射光（波面）をＳＨＳ４００に結像する結像レンズ２０６を有する。これにより、ＳＨＳ４００は、光学系２００を介し、被検面８０１や基準面９０１に対して共役な位置関係となる。その結果、被検面８０１や基準面９０１の非球面量が大きい場合であっても、ＳＨＳ４００に入射する波面をＳＨＳ４００のダイナミックレンジに収めることが出来る。
【００２３】
ＳＨＳ４００は、被検面８０１又は基準面９０１からの反射光を検出するものであり、レンズアレイであるマイクロレンズアレイ４０１と、撮像センサ（撮像素子）４０２と、を有する。マイクロレンズアレイ４０１は、入射光を分割した光を集光して複数の光のスポットを形成する複数のマイクロレンズ（レンズ）４１１を有する。複数のマイクロレンズ４１１は、撮像センサ４０２の撮像面（図１に示すｘｙ平面）に平行にアレイ状（正方状）に等間隔に配列されている。撮像センサ４０２は、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。マイクロレンズ４１１から撮像センサ４０２までの距離は、マイクロレンズ４１１の焦点距離とおおよそ一致している。
【００２４】
図２は、第１実施形態に係る形状計測装置のステージ装置を示す模式図である。ステージ装置３００は、搭載された原器９００又は被検物８００の位置及び姿勢を調整するものである。特に、ステージ装置３００は、形状計測の際、被検面８０１の位置及び姿勢の調整（アライメント）を行うものである。
【００２５】
ステージ装置３００は、回転ステージであるθｘ回転ステージ３０３Ｘ及びθｙ回転ステージ３０３Ｙと、直動ステージであるＸＹステージ３０１及びＺステージ３０２と、を有する。
【００２６】
第１実施形態では、ホルダ３５０は、θｙ回転ステージ３０３Ｙに支持され、θｙ回転ステージ３０３Ｙは、θｘ回転ステージ３０３Ｘに支持されている。θｘ回転ステージ３０３Ｘは、Ｚステージ３０２に支持され、Ｚステージ３０２は、ＸＹステージ３０１に支持されている。
【００２７】
θｙ回転ステージ３０３Ｙは、ｙ軸方向に延びる回転軸３０４Ｙを中心に回転（傾斜）し、計測光軸１００Ｃに対して被検面８０１又は基準面９０１の非球面軸８００Ｃ，９００Ｃをθｙ方向に傾斜させる。θｘ回転ステージ３０３Ｘは、ｘ軸方向に延びる回転軸３０４Ｘを中心に回転（傾斜）し、計測光軸１００Ｃに対して被検面８０１又は基準面９０１の非球面軸８００Ｃ，９００Ｃをθｘ方向に傾斜させる。
【００２８】
Ｚステージ３０２は、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙ（即ち、被検面８０１又は基準面９０１）をＺ軸方向に直動させる。ＸＹステージ３０１は、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙ（即ち、被検面８０１又は基準面９０１）をＸ軸，Ｙ軸方向に直動させる。
【００２９】
但し、ステージ装置３００は、被検面８０１や基準面９０１をｘｙｚθｘθｙ軸方向に駆動できれば、この構成に限らない。例えば、各直動ステージが回転ステージの上に取り付けられていても良い。また、Ｚステージ３０２の駆動方向が必ずしもｚ軸に対して平行である必要はない。その駆動方向がｚ軸に対して傾斜している場合であっても、ＸＹステージ３０１による補正駆動を加えることで、被検面８０１や基準面９０１をｚ軸に平行に駆動することができる。同様に、ＸＹステージの駆動方向も、必ずしもｘ軸とｙ軸に対して平行である必要はない。
【００３０】
演算装置５００は、コンピュータで構成されており、図１に示すように、処理部としてのＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２及びＲＡＭ５０３などのメモリ、フレームグラバー５０６並びにインタフェース５１０を備えている。ＲＯＭ５０２には、プログラム５０８が格納されている。ＣＰＵ５０１は、形状計測方法（位置算出方法）の各工程を、プログラム５０８に従って実行する。フレームグラバー５０６は、ＳＨＳ４００の出力信号を入力して画像データを構成し、ＣＰＵ５０１に出力する。また、ＣＰＵ５０１は、コントローラ６００に対してステージ装置３００の位置制御情報を出力する。さらに、演算装置５００は、例えばＩＥＥＥ８０２．３規格のネットワークインターフェースなどから構成される通信部５０４を有する。ＣＰＵ５０１は、例えば被検面８０１の形状計測結果、又はそれに基づく被検物８００の評価結果を、通信部５０４を介して不図示の製造プラントの他の機器に送信することができる。
【００３１】
インタフェース５１０には、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である外部記憶装置５１２が接続可能となっている。なお、第１実施形態では、ＲＯＭ５０２にプログラム５０８が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム５０８は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラム５０８を供給するための記録媒体としては、ＲＡＭ５０３や、外部記憶装置５１２、不図示の記録ディスク等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ（例えばＵＳＢメモリ）等を用いることができる。
【００３２】
第１実施形態では、被検面８０１の位置を指定するために、結像レンズ２０６と対物レンズ２０５によって形成されるＳＨＳ４００の共役面（不図示）と計測光軸１００Ｃとの交点を、装置原点１５０とする。また、被検面８０１と非球面軸８００Ｃとの交点を、頂点８００Ｖとする。基準面９０１と非球面軸９００Ｃとの交点を、頂点９００Ｖとする。
【００３３】
被検面８０１にて反射した反射光がＳＨＳ４００に結像されるように、被検面８０１の頂点８００Ｖを装置原点１５０に一致させ、且つ非球面軸８００Ｃを計測光軸１００Ｃに一致させる必要がある。
【００３４】
但し、θｘ回転ステージ３０３Ｘとθｙ回転ステージ３０３Ｙはそれぞれ回転軸３０４Ｘと回転軸３０４Ｙを中心に回転し、これらの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙは、装置原点１５０からずれている。
【００３５】
ホルダ３５０は、原器９００や被検物８００の側面を突き当てるピン（不図示）、目印としてのけがき線（不図示）などの位置決め機構を備える。さらに、ステージ装置３００を構成する各ステージ３０１，３０２，３０３Ｘ，３０３Ｙには、ステージ原点が設定されている。ステージ原点は、位置決め機構に従って原器９００をホルダ３５０に設置した時に、基準面９０１の非球面軸９００Ｃが計測光軸１００Ｃに、頂点９００Ｖが装置原点１５０に、おおよそ一致するように設定されている。
【００３６】
図３は、第１実施形態における部品の製造方法のフローチャートである。まず、ワークを加工してレンズ（部品）を製作する（Ｓ１）。次に、レンズ（部品）を被検物８００とし、後述する形状計測方法で被検物８００の被検面８０１の形状を計測する（Ｓ２）。
【００３７】
以下、このステップＳ２の処理について説明する。図４は、第１実施形態における位置算出方法（即ち、形状計測方法の位置算出工程）を示すフローチャートである。ＣＰＵ５０１は、被検物８００の被検面８０１に計測光が照射されたときにＳＨＳ４００により検出された被検面８０１からの反射光の検出結果をＳＨＳ４００から取得する。そして、ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００の検出結果に基づき被検面８０１からの反射光の波面を求め、被検面８０１の形状を計測する。その際ＣＰＵ５０１は、被検面８０１を所定の位置及び所定の角度にアライメントする。即ちＣＰＵ５０１は、ステージ装置３００を制御して、回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置に基づき、被検面８０１の頂点８００Ｖを装置原点１５０にアライメントしておくと共に、被検面８０１の非球面軸８００Ｃを計測光軸１００Ｃにアライメントしておく。第１実施形態では、これらアライメントの際に、回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を求める。
【００３８】
以下、回転軸を求める工程について詳細に説明する。なお、波面や形状を表現するためのＺｅｒｎｉｋｅ関数Ｚ１〜Ｚ９を式（１）の様に定義しておく。
【００３９】
【数１】
2017072447.tif 000003
【００４０】
Ｚ１はピストン成分、Ｚ２，Ｚ３はチルト成分、Ｚ４は球面成分、Ｚ５，Ｚ６は非点収差成分、Ｚ７，Ｚ８はコマ収差成分、Ｚ９は球面収差成分に相当する。また、Ｚ４，Ｚ９は、軸対称成分に相当する。第１実施形態では、以上９つの低次のＺｅｒｎｉｋｅ関数を利用した方法を示すが、これに限定するものではなく、より高次のＺｅｒｎｉｋｅ関数を利用しても良い。また、式（１）に示したＺｅｒｎｉｋｅ関数を定数倍したものを利用しても良い。
【００４１】
以下、ステップＳ１０１〜Ｓ１１３で、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの位置と、θｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘの位置を求める。
【００４２】
まず、ＣＰＵ５０１は、基準面９０１がアライメントされた状態でＳＨＳ４００に入射する波面ｇについて、波面ｇに含まれるＺ４成分の大きさｃ４，０を求める（Ｓ１０１）。ここで、アライメントされた状態とは、頂点９００Ｖが装置原点１５０に、非球面軸９００Ｃが計測光軸１００Ｃに一致した状態を指す。
【００４３】
具体的にｃ４，０を求める手順として、まずは、光ファイバコネクタ２０２Ａから、アライメントされた基準面９０１を経由して、ＳＨＳ４００まで、形状計測装置１０００に含まれる各光学素子や基準面９０１の設計値に基づいて光線追跡を行う。形状計測装置１０００に含まれる各光学素子や基準面９０１について、その形状を事前に他の形状計測装置で計測しておき、その結果に基づいて光線追跡を行っても良い。
【００４４】
その後、ＳＨＳ４００上での光線傾斜分布∂ｇ／∂ξ、∂ｇ／∂ηを、式（２）に示すＺｅｒｎｉｋｅ関数の微分形の線形和でフィッティングし、その係数であるｃ４，０を求める。
【００４５】
【数２】
2017072447.tif 000004
【００４６】
ここで、（ξ，η）はＳＨＳ４００に入射する波面を指定するために定義した座標系であり、ξはｘ軸方向に、ηはｙ軸方向に沿う位置を示す。ｍは、対物レンズ２０５と結像レンズ２０６によって基準面の反射光がＳＨＳ４００に結像される際の、結像倍率を示す。ｒ０は、基準面９０１の外径半径を示す。
【００４７】
このように、ステップＳ１０１では、設計上の基準面９０１からの反射光（仮想反射光）の波面、具体的にはその波面に含まれるＺ４成分の大きさｃ４，０をシミュレーションにより算出する。
【００４８】
次に、ＣＰＵ５０１は、アライメントされた状態から設計上の原器９００を仮想的に単位量移動させたときに設計上の基準面９０１にて仮想的に反射する反射光の波面変化量（以下、「波面敏感度」という）を算出する（Ｓ１０２）。ここでは、ＳＨＳ４００の位置における反射光の波面変化量を求める。
【００４９】
まず、ｚ軸方向の波面敏感度について説明する。原器９００がｚ軸方向に移動したときには、ＳＨＳ４００に入射する波面の曲率が変化する。すなわち、波面ｇに含まれるＺ４成分の大きさが変化する。ステップＳ１０２では、アライメントされた状態から基準面９０１をｚ軸方向に単位量移動させた場合について、ステップＳ１０１と同様の光線追跡を行う。その後、波面ｇに含まれるＺ４成分の大きさについて、アライメントされた状態からの変化量Δｃ４を求め、これをｚ軸方向の波面敏感度とする。
【００５０】
続いて、ｘｙθｘθｙ方向の波面敏感度について説明する。基準面９０１は軸対称な設計形状に基づいて形成されているので、基準面９０１の設計形状ｆ（ｘ，ｙ）はおおよそ式（３）で近似される。
【００５１】
【数３】
2017072447.tif 000005
【００５２】
観測座標系を固定した状態で、この基準面９０１をｘ，ｙ，θｘ，θｙ方向にそれぞれΔｘ，Δｙ，Δθｘ，Δθｙ移動すると、基準面９０１の実形状は式（４）で表されるｆ’（ｘ，ｙ）として観測される。
【００５３】
【数４】
2017072447.tif 000006
【００５４】
式（１）及び式（３）によると、形状の傾斜分布∂ｆ／∂ｘ，∂ｆ／∂ｙは、ある係数ａ１，ａ２を用いて、式（５）の様に表される。
【００５５】
【数５】
2017072447.tif 000007
【００５６】
すなわち、原器９００の移動により、基準面９０１の形状ｆ’（ｘ，ｙ）にチルト成分（Ｚ２，Ｚ３）とコマ収差成分（Ｚ７，Ｚ８）が表れることとなる。このチルト成分とコマ収差成分は、反射光の波面にも現れ、ＳＨＳ４００に結像される光の波面ｇにも現れる。
【００５７】
波面ｇに含まれるＺ２，Ｚ３，Ｚ７，Ｚ８成分の大きさをそれぞれｃ２，ｃ３，ｃ７，ｃ８とすると、これらの係数は原器９００の移動量Δｘ，Δｙ，Δθｘ，Δθｙとほぼ線形な関係にあり、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４により式（６）の関係で結ばれる。
【００５８】
【数６】
2017072447.tif 000008
【００５９】
ｋ１〜ｋ４は、原器９００をｘ，ｙ，θｘ，θｙ方向に単位量だけ駆動したときの波面変化量を表しており、ｘ，ｙ，θｘ，θｙ方向の波面敏感度に相当する。
【００６０】
以上、ステップＳ１０２では、各ステージの駆動方向、具体的にはｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ方向の波面敏感度を光線追跡（シミュレーション）により算出する（変化量算出工程、変化量算出処理）。つまり、ステップＳ１０２では、既知である原器９００の設計形状に基づき、基準面９０１を仮想的に単位量移動させたときに基準面９０１から反射すると仮定する仮想反射光の仮想の波面変化量を算出する。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の処理は、計測を開始してから行うのではなく、計測前に事前に行っておいてもよい。
【００６１】
なお、本実施形態では波面敏感度をシミュレーションで算出する例を示すが、波面敏感度は実測しても良い。すなわち、原器９００を各方向に単位量だけ駆動させる前後で反射光波面を実際に計測し、その差から波面敏感度を見積もっても良い。
【００６２】
次に、原器９００を、上述の位置決め機構に従ってホルダ３５０に搭載する（Ｓ１０３）。このとき、ステージ装置３００を構成する各ステージ３０１，３０２，３０３Ｘ，３０３Ｙは、ステージ原点に移動しておく。これにより、非球面軸９００Ｃが計測光軸１００Ｃに、頂点９００Ｖが装置原点１５０に、機械精度でおおよそ一致することとなる。
【００６３】
次に、ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布∂ｇ／∂ξ、∂ｇ／∂η、つまり基準面９０１からの実際の反射光の波面（第１波面）を求める（Ｓ１０４：第１波面算出工程、第１波面算出処理）。即ち、ステップＳ１０４では、ＣＰＵ５０１は、原器９００の基準面９０１に計測光が照射されたときの反射光の検出結果をＳＨＳ４００から取得して原器９００からの反射光の波面を算出する。そして、ＣＰＵ５０１は、波面敏感度とステップＳ１０４で算出した波面のデータを用いて、基準面９０１の頂点９００Ｖの位置（第１位置）と非球面軸９００Ｃの傾斜角度（第１傾斜角度）を算出する（Ｓ１０５：傾斜前算出工程、傾斜前算出処理）。
【００６４】
光線の傾斜分布を求める際に、まずＣＰＵ５０１は、撮像センサ４０２でスポットを撮像した撮像画像を取得する。次に、ＣＰＵ５０１は、そのスポット像から、（ξ０，ｉ，η０，ｉ）に光軸が位置するｉ番目（ｉ＝１，２，・・・）のマイクロレンズ４１１が生成したスポットの位置（ξｉ，ηｉ）を求める。その後、これを式（７）に代入してｉ番目のマイクロレンズ４１１に入射した光線の傾斜を算出する。
【００６５】
【数７】
2017072447.tif 000009
【００６６】
マイクロレンズ４１１の光軸の位置（ξ０，ｉ，η０，ｉ）は、平行光を入射したときのスポットの位置を計測するなどして、あらかじめ校正しておく。
【００６７】
一般に光の波面とは、光を電磁波として捉えたときの等位相面であり、ＳＨＳ４００で得られる光線の傾斜分布を２次元に亘って積分して得られるものである。但し、等位相面の法線が光線であり、等位相面と光線傾斜分布は一対一に対応する。従って、撮像センサ４０２に入射される光線傾斜分布を検出することは、等位相面を検出することと等価であり、波面を検出することと等価と考えることができる。
【００６８】
ここで第１実施形態では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０４において、光線傾斜分布を式（２）でフィッティングすることにより、波面ｇに含まれるＺ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ７，Ｚ８成分の大きさｃ２，１，ｃ３，１，ｃ４，１，ｃ７，１，ｃ８，１を算出する。このとき、式（２）のｃｊ，０は、ｃｊ，１に置き換える。
【００６９】
ステップＳ１０５では、ＣＰＵ５０１は、頂点９００Ｖの位置Ｗ１（ｘ１（＝Δｘ），ｙ１（＝Δｙ））と、θｘ，θｙ方向への非球面軸９００Ｃの傾斜角度θｘ，１（＝Δθｘ），θｙ，１（＝Δθｙ）を求める。頂点９００Ｖの位置Ｗ１及び傾斜角度θｘ，１，θｙ，１は大きさｃ２，１，ｃ３，１，ｃ７，１，ｃ８，１と波面敏感度ｋ１〜ｋ４を式（６）に代入することで求まる。頂点９００Ｖのｚ軸方向の位置ｚ１については、式（８）で求める。
【００７０】
【数８】
2017072447.tif 000010
【００７１】
但し、基準面９０１の形状や光学系によってはｃ４，１とｚ１の関係を線形式で近似できない場合があるので、その場合は２次の項まで考慮する。また、第１実施形態では、波面ｇに含まれるＺ４成分の大きさに基づいてｚ１を求めたが、軸対称成分であればＺ４成分に限らず、例えばＺ９成分に基づいて求めても良い。
【００７２】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを所定角度だけ駆動する（Ｓ１０６：駆動工程、駆動処理）。つまり、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを所定角度回転させる。後述のステップＳ１０８でθｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの実位置を精度良く求めるためには、ステップＳ１０６で駆動する所定角度は０．１°以上であることが望ましい。
【００７３】
次に、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０４と同様、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布∂ｇ／∂ξ、∂ｇ／∂η、つまり基準面９０１からの実際の反射光の波面（第２波面）を求める（Ｓ１０７：第２波面算出工程、第２波面算出処理）。そして、ＣＰＵ５０１は、波面敏感度とステップＳ１０７で算出した波面のデータを用いて、基準面９０１の頂点９００Ｖの位置（第２位置）と非球面軸９００Ｃの傾斜角度（第２傾斜角度）を算出する（Ｓ１０８：傾斜後算出工程、傾斜後算出処理）。
【００７４】
つまりＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０６にてθｙ回転ステージ３０３Ｙを所定角度回転させた位置で原器９００の基準面９０１に計測光が照射されたときの反射光の検出結果をＳＨＳ４００から取得する。そして、ＣＰＵ５０１は、原器９００からの反射光の波面（第２波面）として、そこに含まれるＺ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ７，Ｚ８成分の大きさｃ２，２、ｃ３，２、ｃ４，２、ｃ７，２、ｃ８，２を算出する。次に、ＣＰＵ５０１は、波面敏感度及びｃ２，２、ｃ３，２、ｃ４，２、ｃ７，２、ｃ８，２から、頂点９００Ｖの第２位置である位置Ｗ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と非球面軸９００Ｃの第２傾斜角度である傾斜角度θｙ，２を算出する。このとき、θｘ回転ステージ３０３Ｘに対する第１傾斜角度である傾斜角度θｘ，２も算出する。
【００７５】
次に、ＣＰＵ５０１は、算出した頂点９００Ｖの位置Ｗ１，Ｗ２と、非球面軸９００Ｃの傾斜角度θｙ，１，θｙ，２から、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの実位置Ｏθｙ（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）を算出する（Ｓ１０９）。具体的に説明すると、ＣＰＵ５０１は、位置Ｗ１，Ｗ２と傾斜角度θｙ，１，θｙ，２を式（９）に代入して、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの実位置Ｏθｙ（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）を算出する（回転軸算出工程、回転軸算出処理）。ここで、第１実施形態では、ステップＳ１０６による原器９００の傾斜角度の角度変化量は、第１傾斜角度θｙ，１と第２傾斜角度θｙ，２との角度差（θｙ，２−θｙ，１）である。ＣＰＵ５０１は、式（９）に従い、角度変化量である角度差（θｙ，２−θｙ，１）を用いて、実位置Ｏθｙ（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）を算出する。なお、角度差（θｙ，２−θｙ，１）の代わりに、ステップＳ１０６にて回転させたθｙ回転ステージ３０３Ｙの回転角度の変化量を用いてもよい。
【００７６】
【数９】
2017072447.tif 000011
【００７７】
式（９）は、Ｗ１とＷ２を結ぶ線分の垂直二等分線が回転軸Ｏθｙを通ることから導出される。
【００７８】
以上、各被検物８００の被検面８０１の形状を計測するに当たり被検面８０１をアライメントするのに用いるθｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｙの実位置Ｏθｙ（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）が求まる。
【００７９】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｘ回転ステージ３０３Ｘを所定角度だけ駆動する（Ｓ１１０：駆動工程、駆動処理）。
【００８０】
ここで、θｘ回転ステージ３０３Ｘについては、ステップＳ１０７の処理が第１波面算出処理（第１波面算出工程）であり、ステップＳ１０８の処理が傾斜前算出処理（傾斜前算出工程）である。つまり、θｘ回転ステージ３０３Ｘについては、頂点９００Ｖの位置Ｗ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）が第１位置であり、基準面９０１の非球面軸９００Ｃの傾斜角度θｘ，２が第１傾斜角度である。
【００８１】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｘ回転ステージ３０３Ｘの駆動後、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布∂ｇ／∂ξ、∂ｇ／∂η、つまり基準面９０１からの実際の反射光の波面（第２波面）を求める（Ｓ１１１：第２波面算出工程、第２波面算出処理）。そして、ＣＰＵ５０１は、波面敏感度とステップＳ１１１で算出した波面のデータを用いて、基準面９０１の頂点９００Ｖの位置（第２位置）と非球面軸９００Ｃの傾斜角度（第２傾斜角度）を算出する（Ｓ１１２：傾斜後算出工程、傾斜後算出処理）。
【００８２】
つまり、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１１０にてθｘ回転ステージ３０３Ｘを所定角度回転させた位置で原器９００の基準面９０１に計測光が照射されたときの反射光の検出結果をＳＨＳ４００から取得する。そして、ＣＰＵ５０１は、原器９００からの反射光の波面（第２波面）として、Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ７，Ｚ８成分の大きさｃ２，３、ｃ３，３、ｃ４，３、ｃ７，３、ｃ８，３を算出する。次に、ＣＰＵ５０１は、波面敏感度及びｃ２，３、ｃ３，３、ｃ４，３、ｃ７，３、ｃ８，３から、頂点９００Ｖの第２位置である位置Ｗ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）と非球面軸９００Ｃの第２傾斜角度である傾斜角度θｘ，３を算出する。このとき、θｙ回転ステージ３０３Ｙに対する傾斜角度θｙ，３も算出する。
【００８３】
以上、ステップＳ１１１，Ｓ１１２では、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布を求め、そこから非球面原器の頂点９００Ｖの位置Ｗ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）と、θｘ，θｙ方向への非球面軸９００Ｃの傾斜角θｘ，３，θｙ，３を算出する。
【００８４】
次に、ＣＰＵ５０１は、算出した頂点９００Ｖの位置Ｗ２，Ｗ３と、非球面軸９００Ｃの傾斜角度θｘ，２，θｘ，３を用いてθｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘの実位置Ｏθｘ（ｘ０，ｘ，ｚ０，ｘ）を算出する（Ｓ１１３）。具体的に説明すると、ＣＰＵ５０１は、位置Ｗ２，Ｗ３と傾斜角度θｘ，２，θｘ，３を式（１０）に代入して、θｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘの実位置Ｏθｘ（ｘ０，ｘ，ｚ０，ｘ）を算出する（回転軸算出工程、回転軸算出処理）。ここで、第１実施形態では、ステップＳ１１０による原器９００の傾斜角度の角度変化量は、第１傾斜角度θｘ，２と第２傾斜角度θｘ，３との角度差（θｘ，３−θｘ，２）である。ＣＰＵ５０１は、式（１０）に従い、角度変化量である角度差（θｘ，３−θｘ，２）を用いて、実位置Ｏθｘ（ｘ０，ｘ，ｚ０，ｘ）を算出する。なお、角度差（θｘ，３−θｘ，２）の代わりに、ステップＳ１１０にて回転させたθｘ回転ステージ３０３Ｘの回転角度の変化量を用いてもよい。
【００８５】
【数１０】
2017072447.tif 000012
【００８６】
なお、ステップＳ１１０の前に、θｙ回転ステージ３０３Ｙの位置をステージ原点まで戻す工程と、ＳＨＳ４００に入射する光線傾斜分布を取得する工程と、そこから頂点９００Ｖの位置と非球面軸９００Ｃの傾斜角度を算出する工程とを設けても良い。その上で、ステップＳ１１０でθｘ回転ステージ３０３Ｘを駆動する前後での頂点位置と非球面軸の傾斜角度から、ステップＳ１１３でθｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘの位置Ｏθｘを求めても良い。また、第１実施形態では、ステージ駆動前後の頂点９００Ｖの位置から回転軸３０４Ｘと回転軸３０４Ｙの実位置を求めているが、基準面９０１から特徴づけられる点の位置であれば、どこから求めても良い。例えば、基準面９０１をフィッティングした球面の曲率中心点や、この曲率中心点や頂点から所定の量だけずれた点の位置から求めても良い。
【００８７】
ここで、一般的な干渉計では、観測できる縞の本数は計測面内でせいぜい５０本までであり、例えば原器９００がφ５０の場合には、０．０２度以上傾斜した状態で波面を計測することはできない。
【００８８】
これに対してＳＨＳ４００では、撮像センサ４０２の許容入射角度である±５度の範囲に波面の傾斜角度が収まっていれば、マイクロレンズアレイ４０１が生成したスポットを撮像することができ、その波面の傾斜角度を計測することができる。
【００８９】
図５は、原器を搭載した回転ステージに指示した傾斜角度と、ＳＨＳで取得した非球面原器の反射光波面から求めた非球面原器の傾斜角度とを比較した実験の結果を示すグラフである。±０．１°の範囲に亘って、両者は良く一致している。このことから、干渉計では計測できなかった０．１°に及ぶ傾斜角度も、ＳＨＳ４００を用いた波面計測であれば精度良く求められることが示唆される。
【００９０】
よって、第１実施形態では、このようにＳＨＳ４００のダイナミックレンジが広範囲に及ぶため、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙを精度良く求めるのに利用している。
【００９１】
図６は、第１実施形態における形状計測方法の形状計測工程を示すフローチャートである。以下、ステップＳ１１４〜Ｓ１１９では、ステップＳ１０１〜Ｓ１１３で算出した回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙに基づき、被検物８００をアライメントして、被検面８０１の形状を計測する。
【００９２】
最初に、ホルダ３５０に被検物８００を搭載する（Ｓ１１４）。図７（ａ）は、被検物をホルダに設置した最初の状態を示す模式図である。被検物８００の非球面軸８００Ｃは、計測光軸１００Ｃに対して角度Δθｙ，ｓ傾き、頂点８００Ｖは、装置原点１５０からずれ量（ｘｓ，ｚｓ）ずれている。
【００９３】
ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布、即ちＳＨＳ４００に入射する被検面８０１で反射した反射光の波面を求める（Ｓ１１５）。ＣＰＵ５０１は、その波面データから、被検面８０１の頂点８００Ｖの位置Ｗｓ（ｘｓ，ｙｓ）と、非球面軸８００Ｃのθｘ、θｙ方向の傾斜角度Δθｘ，ｓ，Δθｙ，ｓとを、式（２）及び式（６）から求める（Ｓ１１６）。
【００９４】
被検面８０１は基準面９０１と同じ設計形状に基づいて形成されているので、ステップＳ１１６の計算では、ステップＳ１０１で求めた波面敏感度ｋ１〜ｋ４をそのまま用いることができる。
【００９５】
両者の設計形状が異なる場合には、被検面８０１の設計形状に基づいて別途波面敏感度を計算しておき、この波面敏感度に基づいて被検面８０１の頂点８００Ｖの位置や非球面軸８００Ｃの傾斜角度を算出することとなる。第１実施形態では、原器９００と被検物８００との設計形状が同じであるため、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１３は、図５のステップＳ１１４〜Ｓ１１９の前に１度だけ行えばよい。
【００９６】
ステップＳ１１６では、被検面８０１の頂点８００Ｖのｚ軸方向の位置ｚｓも求める。この値は、対物レンズ２０５と被検物８００との間に測長機７００を挿入して計測する。測長機７００の原点と装置原点１５０との関係は、予め校正しておく。
【００９７】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙ及びθｘ回転ステージ３０３Ｘを駆動するのに加え、ＸＹステージ３０１とＺステージ３０２を駆動する（Ｓ１１７）。
【００９８】
ここでθｘ回転ステージ３０３Ｘとθｙ回転ステージ３０３ＹをそれぞれΔθｘ，ｓ，Δθｙ，ｓ動かすだけでは、被検面８０１の頂点８００Ｖは装置原点１５０に一致しない。θｘ回転ステージ３０３Ｘとθｙ回転ステージ３０３ＹをそれぞれΔθｘ，ｓ，Δθｙ，ｓ動かすだけでは、ｘｙｚ軸方向にそれぞれ、式（１１）で表されるΔＸ、ΔＹ、ΔＺだけずれた状態となる。
【００９９】
【数１１】
2017072447.tif 000013
【０１００】
図７（ｂ）は、直動ステージで被検物を移動させた状態を示す模式図である。このずれを補正するため、図７（ｂ）に示すように、ＸＹステージ３０１をｘｙ方向にそれぞれ−ΔＸ，−ΔＹ、Ｚステージ３０２を−ΔＺだけ駆動する。
【０１０１】
図７（ｃ）は、回転ステージで被検物を移動させた状態を示す模式図である。直動ステージ３０１，３０２を駆動した上で、θｙ回転ステージ３０３ＹをΔθｙ，ｓ，θｘ回転ステージ３０３ＸをΔθｘ，ｓ駆動する。これにより、図７（ｃ）に示すように、非球面軸８００Ｃは計測光軸１００Ｃにアライメントされ、被検面８０１の頂点８００Ｖは装置原点１５０にアライメントされる。
【０１０２】
次に、ＣＰＵ５０１は、アライメントが完了した状態で、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布、即ち被検面８０１で反射した反射光の波面を求める（Ｓ１１８）。次に、ＣＰＵ５０１は、形状計測装置１０００に含まれる各光学素子の設計情報に基づいて光線を逆方向に追跡し、被検面８０１上での反射光光線の傾斜分布を算出する。さらに、この光線傾斜分布から、被検面８０１の傾斜分布を算出し、これを２次元に亘って積分する。これにより、被検面８０１の形状を算出する（Ｓ１１９）。
【０１０３】
なお、光学系２００には、製造誤差に由来する有限の収差が存在し、これが形状データの誤差の要因となる。この誤差を校正するために、形状が既知である基準面９０１について形状計測装置１０００で形状データを取得しても良い。すなわち、既知である基準面９０１の形状データをｆｂ，１、形状計測装置１０００で取得した基準面９０１の形状データをｆｂ，２、形状計測装置１０００で取得した被検面８０１の形状データをｆｓ，１とする。この時、校正された被検面の形状データｆｓ，２を、ｆｓ，２＝ｆｓ，１＋ｆｂ，１−ｆｂ，２として求めても良い。この様な手順で被検面８０１の形状データを取得する場合には、光学系２００の収差を正しく校正するために、基準面９０１の頂点９００Ｖと被検面８０１の頂点８００Ｖの位置を厳密に一致させるのが望ましい。
【０１０４】
本実施形態では、非球面量の大きな被検面を計測するために被検面８０１とＳＨＳ４００を互いに共役な位置に設置する例を示したが、被検面の非球面量がそう大きくない場合には、両者の共役関係が多少ずれていても良い。この場合には、装置原点を共役面から離し、頂点８００Ｖや頂点９０１Ｖを共役面から離れた位置に設置しても良い。但し、その様な場合であっても、基準面９０１の形状計測によって光学系２００の収差を校正する場合には、被検面８０１の頂点８００Ｖの位置を基準面９０１の頂点９００Ｖの位置と厳密に一致させるのが望ましい。そのためには、被検面の厳密かつ迅速なアライメントが求められることとなり、そのために、回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘと回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの実位置を簡便かつ精密に取得することは重要となる。
【０１０５】
以上、第１実施形態によれば、被検面８０１を傾斜させる回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を求める際に、従来のような計測される波面を所定の波面に一致させる複雑で時間のかかる動作を行わなくてもよい。つまり、第１実施形態では、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を求めるために、ＳＨＳ４００で検出される原器９００からの反射光の第１波面及び第２波面を取得するだけでよい。そのため、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙをそれぞれ１回だけ回転させればよく、簡便な作業である。また、これ以外はＣＰＵ５０１による演算だけで良いので、回転ステージ３０３Ｙ，３０３Ｘの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を取得するのに要する時間を短縮することができる。
【０１０６】
また、回転ステージ３０３Ｙ，３０３Ｘの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を取得するのに要する時間を短縮できるので、被検面８０１をアライメントするのに要する時間を短縮でき、その結果、形状計測に要する時間を短縮できる。
【０１０７】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る位置算出方法（形状計測方法）について説明する。なお、第２実施形態の形状計測装置の構成は、第１実施形態の形状計測装置と同様であり、各部の動作、即ちプログラムの内容が第１実施形態と異なる。
【０１０８】
即ち、第１実施形態では、例えばθｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙを求める場合に、θｙ回転ステージ３０３Ｙだけを駆動し、その駆動前後でＳＨＳ４００に入射する波面を計測した。ところが、対物レンズ２０５や結像レンズ２０６の有効領域には限りがある。この様な状況で回転軸３０４Ｙが装置原点１５０から大きく離れている場合、回転ステージの駆動によって頂点９００Ｖの位置が大きくずれ、駆動後に基準面９０１からの反射光の一部がＳＨＳ４００に入射しなくなることがある。そこで、第２実施形態では、回転軸３０４Ｙが装置原点１５０から大きく離れている場合であっても、傾斜後の基準面９０１からの反射光を全てＳＨＳ４００に入射させ、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙを正確に求める方法を示す。
【０１０９】
図８は、第２実施形態において回転ステージの回転軸を求める位置算出方法、即ち形状計測方法の位置算出工程を示すフローチャートである。なお、形状計測方法の形状計測工程は、第１実施形態の図６と同じであるため、説明を省略する。
【０１１０】
図８に示すステップＳ２０１からステップＳ２０５までは、第１実施形態の図４のステップＳ１０１からステップＳ１０５と同様である。
【０１１１】
ステップＳ２０５終了後には、非球面軸９００Ｃは計測光軸１００Ｃに、頂点９００Ｖは装置原点１５０に、機械精度でおおよそ一致している。
【０１１２】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを任意の所定角度Θｙだけ駆動すると共に、ＸＹステージ３０１をｘ軸方向に以下のΔＸ’、Ｚステージ３０２を以下のΔＺ’だけ駆動する（Ｓ２０６：駆動工程、駆動処理）。
【０１１３】
【数１２】
2017072447.tif 000014
【０１１４】
（ｘ０，ｙ’，ｚ０，ｙ’）は、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの設計位置である。
【０１１５】
つまり、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを回転させると共に、直動ステージ３０１，３０２を直動させて基準面９０１の位置を調整する。具体的には、ＣＰＵ５０１は、式（１２）に従い、基準面９０１の頂点９００Ｖが、装置原点１５０に近づく方向に直動ステージ３０１，３０２を移動させる。
【０１１６】
このようなステージ装置３００の駆動により、頂点９００Ｖが装置原点１５０にほぼ固定された状態で、基準面９０１がθｙ方向に角度Θｙ傾斜することとなる。これにより、基準面９０１を傾斜させた後も、反射光を全てＳＨＳ４００に入射させることができる。
【０１１７】
次に、ＣＰＵ５０１は、原器９００からの反射光の第２波面を求め（Ｓ２０７）、この時の基準面９０１の頂点９００Ｖの位置Ｗ２（ｘ２’，ｚ２’）を算出する（Ｓ２０８）。
【０１１８】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの位置（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）を、式（１３）に従って求める（Ｓ２０９）。
【０１１９】
【数１３】
2017072447.tif 000015
【０１２０】
ステップＳ２１０〜Ｓ２１３では、ステップＳ２０６〜Ｓ２０９と同様の方法で、θｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘを求める。
【０１２１】
以上、第２実施形態によれば、回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙが装置原点１５０から大きく離れている場合であっても、傾斜後の基準面９０１からの反射光を全てＳＨＳ４００に入射させ、回転ステージの回転軸を正確に求めることができる。さらには、この回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの情報を用いることにより、被検面８０１を短時間でアライメントすることができる。
【０１２２】
ここで、回転軸の設計位置だけに基づいてステージを駆動した場合と、第２実施形態の手法により取得した回転軸の実位置に基づいてステージを駆動した場合とで、アライメント後の被検面の頂点のｘ軸方向の位置（原点からのずれ量）を比較する実験を行った。回転軸を取得する際の回転ステージの駆動量は、０．１度とした。このとき、設計値のみに基づいてアライメントした後の位置は−４．９μｍ、第２実施形態の手法により取得した回転軸に基づいてアライメントした後の位置は０．７μｍであった。アライメントの必要精度が１μｍとすると、回転軸の設計値のみに基づいてアライメントした場合には再度アライメントを行う必要があるが、本手法で取得した回転軸に基づくアライメントであれば、再度アライメントを行う必要がないこととなる。また回転軸を取得するのに要する時間は、１分程度であった。
【０１２３】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る位置算出方法（形状計測方法）について説明する。なお、第３実施形態の形状計測装置の構成は、第１実施形態の形状計測装置と同様であり、各部の動作、即ちプログラムの内容が第１実施形態と異なる。
【０１２４】
第１実施形態や第２実施形態では、回転ステージ３０３Ｙの駆動後には、計測光軸Ｃに対して基準面９０１が直交することは無い。θｙ回転ステージ３０３Ｙの駆動量が大きく、駆動後に計測光軸上で基準面９０１が大きく傾斜していると、その反射光の一部がＳＨＳに入射しなくなることがある。そこで、第３実施形態では、θｙ回転ステージ３０３Ｙの駆動量が大きい場合であっても、傾斜後の基準面９０１からの反射光を全てＳＨＳ４００に入射させ、ステージの回転軸を正確に求める方法を示す。なお、第３実施形態では、第２実施形態と同様、図８のフローチャートに従って行う。
【０１２５】
第３実施形態では、第２実施形態とはステップＳ２０６でのＸＹステージ３０１の駆動量ΔＸ’と、Ｚステージ３０２の駆動量ΔＺ’が異なる。第３実施形態では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ２０６において、式（１４）で算出される駆動量で各直動ステージ３０１，３０２を駆動する。
【０１２６】
【数１４】
2017072447.tif 000016
【０１２７】
Ｒ０は、基準面９０１の頂点９００Ｖでの曲率半径の設計値である。つまり、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを回転させると共に、直動ステージ３０１，３０２を直動させて基準面９０１の位置を調整する。具体的には、ＣＰＵ５０１は、式（１４）に従い、基準面９０１がＳＨＳ４００の共役面に近づく方向に直動ステージ３０１，３０２を移動させる。
【０１２８】
このようなステージ装置３００の駆動により、計測光軸１００Ｃと基準面９０１との直交状態と、ＳＨＳ４００と基準面９０１との共役関係をほぼ保ちつつ、基準面９０１がθｙ方向に角度Θｙ傾斜することとなる。これにより、基準面９０１を傾斜させた後も、反射光を全てＳＨＳ４００に入射させることができる。なお、式（１４）では、Ｒ０の代わりに、基準面全面を近似する球面の曲率半径Ｒｆｉｔなどを用いても良い。
【０１２９】
ステップＳ２０９では式（１３）に従ってθｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの位置を算出するが、この時には式（１４）で算出されるΔＸ’、ΔＺ’を代入する。ステップＳ２１０、Ｓ２１３も、それぞれ第３実施形態のステップＳ２０６、Ｓ２０９と同様に行う。
【０１３０】
以上、第３実施形態によれば、θｙ回転ステージ３０３Ｙの駆動量が大きい場合であっても、傾斜後の基準面９０１からの反射光を全てＳＨＳ４００に入射させ、回転ステージの回転軸を正確に求めることができる。さらには、この回転軸の情報を用いることにより、被検面８０１を短時間でアライメントすることができる。
【０１３１】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る位置算出方法（形状計測方法）について説明する。なお、第４実施形態の形状計測装置の構成は、第１実施形態の形状計測装置と同様であり、各部の動作、即ちプログラムの内容が第１実施形態と異なる。また、第１〜第３実施形態では、原器の基準面が非球面である場合について説明したが、第４実施形態では、原器の基準面が球面である場合について説明する。
【０１３２】
図９は、第４実施形態において回転ステージの回転軸を求める位置算出方法、即ち形状計測方法の位置算出工程を示すフローチャートである。なお、形状計測方法の形状計測工程は、第１実施形態の図６と同じであるため、説明を省略する。
【０１３３】
第４実施形態では、原器の基準面が、曲率半径Ｒ０’の球面であり、そのときの回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙを算出する。
【０１３４】
非球面では頂点と非球面軸が一意に定義され、第１〜第３実施形態ではそれぞれの位置と傾斜角度を反射光の波面から求め、さらにその値から回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙを求めた。ところが、原器９００の基準面９０１が球面の場合には、非球面軸を一意に定義することはできない。球面から特徴付けられる点として、曲率中心点が挙げられる。
【０１３５】
そこで第４実施形態では、この曲率中心点の位置を反射光の波面から求め、その値から回転ステージの回転軸を求める。
【０１３６】
まず、ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００の共役面と原器９００の基準面（球面）１００６ａとが計測光軸１００Ｃ上で接するように原器９００を設置した場合について、ＳＨＳ４００に仮想的に入射する仮想反射光の波面を算出する（Ｓ３０１）。具体的には、仮想反射光の波面に含まれるＺ４成分の大きさｃ４，０’を光線追跡で算出する。
【０１３７】
次にＣＰＵ５０１は、原器９００をｘ軸方向へ単位量移動したときの反射光波面中のＺ２、Ｚ４成分の波面敏感度Δｃ２，ｘ，Δｃ４，ｘと、ｚ軸方向へ単位量移動したときの反射光波面中のＺ４成分の波面敏感度Δｃ４，ｚを光線追跡で算出する（Ｓ３０２）。つまり、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ３０２では、波面敏感度として、基準面９０１からの仮想反射光の波面に含まれるチルト成分の変化量（Δｃ２，ｘ）と、軸対称成分の変化量（Δｃ４，ｚ）を求める（変化量算出工程、変化量算出工程）。
【０１３８】
次に、ステップＳ１０２と同様、原器９００をホルダ３５０に搭載する（Ｓ３０３）。
【０１３９】
次に、ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布、即ち反射光の波面（第１波面）を取得する（Ｓ３０４：第１波面算出工程、第１波面算出処理）。具体的には、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布を、第１実施形態と同様の方法で取得する。その後、ＣＰＵ５０１は、この光線傾斜分布から、ＳＨＳ４００に入射した波面に含まれるＺ２，Ｚ４成分の大きさｃ２，１，ｃ４，１を第１実施形態と同様の方法で算出する。
【０１４０】
次にＣＰＵ５０１は式（１５）に従い、波面敏感度Δｃ２，ｘ，Δｃ４，ｘ及びＺ２，Ｚ４成分の大きさｃ２，１，ｃ４，１等を用いて原器９００の曲率中心点（ｘ１’，ｚ１’）の位置（第１位置）を算出する（Ｓ３０５：傾斜前算出工程、傾斜前算出処理）。
【０１４１】
【数１５】
2017072447.tif 000017
【０１４２】
次に、ＣＰＵ５０１は、θｙ回転ステージ３０３Ｙを所定角度Θｙだけ駆動する（Ｓ３０６：駆動工程、駆動処理）。
【０１４３】
次に、ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００に入射する光線傾斜分布（第２波面）、具体的には、波面に含まれるチルト成分と軸対称成分の大きさｃ２，２，ｃ４，２を取得する（Ｓ３０７：第２波面算出工程、第２波面算出処理）。
【０１４４】
次に、ＣＰＵ５０１は、原器９００の曲率中心点（ｘ２’，ｚ２’）の位置（第２位置）を、ステップＳ３０５と同様の方法で算出する（Ｓ３０８：傾斜後算出工程、傾斜後算出処理）。
【０１４５】
次に、ＣＰＵ５０１は、式（１６）に従って、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの位置（ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙ）を算出する（Ｓ３０９：回転軸算出工程、回転軸算出処理）。
【０１４６】
【数１６】
2017072447.tif 000018
【０１４７】
ここで、第１実施形態では、演算に用いる角度変化量Θｙの値を角度差（θｙ，２−θｙ，１）とし、傾斜角度θｙ，２と傾斜角度θｙ，１の値をＳＨＳ４００に入射する波面から求めた。ところが原器９００の基準面９０１が球面の場合には、球面に非球面軸が存在しないため、その傾斜角度θｙ，２，θｙ，１を定義することはできない。
【０１４８】
そこで第４実施形態では、この角度変化量Θｙの値を、コントローラ６００への指示値又は回転ステージに取り付けたエンコーダの値から求める。即ち、第４実施形態では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ３０９において、角度変化量として、ステップＳ３０６にて回転させたθｙ回転ステージ３０３Ｙの回転角度の変化量を用いる。このようにして取得した角度変化量Θｙの値を式（１６）に代入することにより、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙを求めることができる。
【０１４９】
ステップＳ３１０〜Ｓ３１３では、ステップＳ３０６〜Ｓ３０９と同様の手順で、θｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘを求める。
【０１５０】
第４実施形態によれば、原器９００の基準面９０１を球面としたことで、非球面とするよりも安価に原器を作成することができる。そして、安価な原器９００を用いて回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙを求めることができる。さらには、回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの情報を用いることにより、被検面８０１を短時間でアライメントすることができる。
【０１５１】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る形状計測方法について説明する。図１０は、第５実施形態における被検物の平面図である。第５実施形態における被検物８００は、大口径又は大開角のレンズであり、対物レンズ２０５が照明できる領域の半径ｒ１よりも被検面８０１の半径ｒ０が大きい。この場合には、被検面８０１を半径ｒ１の複数の部分領域に分割し、それぞれの部分領域の形状を計測して繋ぎ合せる必要がある。第５実施形態では、このような場合の形状計測方法について述べる。特に第５実施形態では、ｒ０がｒ１の２倍程度の場合について説明する。
【０１５２】
図１０に示すように、被検面８０１を部分領域ＳＡ１〜ＳＡ９で分割している。部分領域ＳＡ１の中心点Ｐ１は非球面軸８００Ｃと一致しており、頂点でもある。部分領域（円上部分領域）ＳＡ２〜ＳＡ９の中心点Ｐ２〜Ｐ９は、非球面軸８００Ｃを中心とする半径ｒ２の円Ｃ８１上に４５°等配で配置されている。ｒ２は、ｒ０の３／４程度に設定している。
【０１５３】
なお、第５実施形態の形状計測装置の構成は、第１実施形態の形状計測装置において、θｙ回転ステージ３０３Ｙとホルダ３５０との間に不図示のθｚ回転ステージを追加したものである。ステージ装置３００を構成する各ステージがステージ原点に位置し、被検物８００が位置決め機構に従ってホルダ３５０に搭載されている場合に、θｚ回転ステージを駆動させることで被検物８００をｚ軸まわりに回転させることができる。
【０１５４】
ＣＰＵ５０１は、ステージ装置３００を制御して、複数の部分領域ＳＡ１〜ＳＡ９に、順次、計測光が照射されるよう、被検物８００を移動させる。ＣＰＵ５０１は、ＳＨＳ４００に検出されたそれぞれの反射光の波面から各部分領域ＳＡ１〜ＳＡ９の部分形状データを算出して、各部分形状データを繋ぎ合せることにより、被検物８００の被検面８０１の形状を計測する。
【０１５５】
以下、具体的に説明すると、まず、回転ステージ３０３Ｘ，３０３Ｙの回転軸３０４Ｘ，３０４Ｙの実位置を算出する位置算出方法は、第１実施形態で説明した図４に示す手順と同じである。これにより、ＣＰＵ５０１は、θｘ回転ステージ３０３Ｘの回転軸３０４Ｘと、θｙ回転ステージ３０３Ｙの回転軸３０４Ｙの実位置を取得する。
【０１５６】
また、第１実施形態で説明した図６のステップＳ１１４〜Ｓ１１９に従って、被検面の部分領域ＳＡ１の形状を計測する。ステップＳ１１９が完了した後には、被検面８０１の非球面軸８００Ｃは計測光軸１００Ｃ、頂点８００Ｖは装置原点１５０に一致している。
【０１５７】
次に、θｙ回転ステージ３０３Ｙを式（１７）で算出される角度Θｙ’だけ駆動すると共に、ＸＹステージ３０１とＺステージ３０２とをそれぞれ式（１８）で算出されるΔＸ’’、ΔＺ’’だけ駆動する。
【０１５８】
【数１７】
2017072447.tif 000019
【０１５９】
ｆ（ｘ，ｙ）は、第１実施形態と同じく、基準面９０１と被検面８０１の設計形状を表す。式（１８）には事前に求めた回転軸の位置ｘ０，ｙ，ｚ０，ｙが含まれているので、ΔＸ’’，ΔＺ’’だけステージ装置３００を駆動することは、求めた回転軸に基づいてステージ装置３００を駆動することに相当する。これにより、計測光軸１００Ｃと被検面８０１が直交し、点Ｐ２が装置原点１５０に一致することとなり、部分領域ＳＡ２からの反射光がＳＨＳ４００上に正確に結像される。ここで、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布をモニタしながら被検面８０１をアライメントする必要は無い。さらに、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布を取得し、そこから部分領域ＳＡ２の形状を算出する。その後は、θｚ回転ステージの駆動による照明する部分領域の切り替えと、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布をモニタしながらのアライメントと、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布を取得と、照明した部分領域での形状の算出を繰り返す。ここでのアライメントでは、第１実施形態と同様に被検面８０１の傾斜角を調整するが、その際には、上で求めた回転軸３０４Ｘと回転軸３０４Ｙの位置に基づいてステージ装置３００を駆動する。これにより、部分領域ＳＡ１〜ＳＡ９の形状を全て取得し、これらを繋ぎ合せて被検面８０１全面の形状を算出する。
【０１６０】
図１１は、被検物に設定する部分領域の別の例を示す平面図である。第５実施形態では、ｒ０がｒ１の２倍程度の場合について説明したが、例えばｒ０がｒ１の１．２倍程度の場合には、図１１の様に、被検面８０１を部分領域ＳＡ１１〜ＳＡ１４で分割すれば良い。すなわち、中心が測定光軸と一致する様な部分領域を設ける必要はない。この場合には、回転軸の実位置を図４に示す手順で取得した後、ステージ装置３００を構成する各ステージをステージ原点に移動し、そこから式１７、１８に従ってステージ装置３００を駆動してＳＡ１１を照明する。その後は、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布をモニタしながらのアライメントと、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜分布を取得と、照明した部分領域での形状の算出と、θｚ回転ステージの駆動による照明する部分領域の切り替えを繰り返す。
【０１６１】
また、第５実施形態では、部分領域ＳＡ２〜ＳＡ９の中心点Ｐ２〜Ｐ９が同心円上に配置する例を示したが、これらは必ずしも同心円状に配置する必要はない。これらが同心円状に配置されていない場合には、照明する部分領域を切り替える際に、θｚ回転ステージに加え、ＸＹステージ３０１とＺステージ３０２も駆動する。
【０１６２】
第５実施形態によれば、照明できる領域よりも大きな被検面８０１の形状を計測することができる。さらに第５実施形態では、部分領域ＳＡ１からの反射光が正確に結像されている状態から、事前に求めた回転軸の位置と被検面８０１の設計形状に基づいてステージ装置３００を駆動することで、部分領域ＳＡ２からの反射光をＳＨＳ４００に正確に結像させる。そのため、ＳＨＳ４００に入射する光線の傾斜角分布を取得して部分領域ＳＡ２の形状を算出する直前には、光線傾斜分布をモニタしながらアライメントを行う必要が無く、その分短時間で被検面８０１の形状を計測することができる。また、その後のＳＡ３〜９の形状を計測する前の各アライメントに要する時間を短縮することが出来る。
【０１６３】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【０１６４】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１６５】
１００…光源、１００Ｃ…計測光軸、１５０…装置原点、３０１，３０２…直動ステージ、３０３Ｘ，３０３Ｙ…回転ステージ、３０４Ｘ，３０４Ｙ…回転軸、４００…ＳＨＳ（検出部）、５０１…ＣＰＵ（処理部）、８００…被検物、８００Ｃ…非球面軸（中心軸）、８００Ｖ…頂点、８０１…被検面、９００…原器、９００Ｃ…非球面軸（中心軸）、９００Ｖ…頂点、９０１…基準面、１０００…形状計測装置
【図１】
2017072447.tif 000020
【図２】
2017072447.tif 000021
【図３】
2017072447.tif 000022
【図４】
2017072447.tif 000023
【図５】
2017072447.tif 000024
【図６】
2017072447.tif 000025
【図７】
2017072447.tif 000026
【図８】
2017072447.tif 000027
【図９】
2017072447.tif 000028
【図１０】
2017072447.tif 000029
【図１１】
2017072447.tif 000030