(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の光束を、曲面からなる被測定面で反射または透過される測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、曲面からなる参照面によって前記参照光および前記測定光のいずれかの波面を変換して、前記測定光と前記参照光とにより干渉縞を形成し、前記被測定面と前記参照面とを光軸方向に相対移動して、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個（ｎは３以上の整数）の干渉縞画像を取得し、該ｎ個の干渉縞画像を用いて前記測定光の波面を測定する波面測定方法であって、
前記被測定面および前記参照面の光軸方向の相対位置を、前記干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、前記測定光および前記参照光の位相差が前記一定の位相増分よりも細かいピッチで変化するように移動させて、前記相対位置の情報と前記ｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個（ｍはｎより大きい整数）の候補画像とを取得する候補画像取得工程と、
該候補画像取得工程で取得された前記ｍ個の候補画像のうちから、前記測定光の波面を算出するための解析候補画像群として、前記一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出する解析候補画像群選出工程と、
該解析候補画像群選出工程で選出された前記複数組の解析候補画像群をそれぞれ解析して、各組の解析候補画像群に応じた波面を算出する波面算出工程と、
該波面算出工程で算出された各波面の情報から、前記各解析候補画像群の取得位置の前記測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量を評価し、該位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、前記測定光の波面として選択する波面選択工程とを備えることを特徴とする波面測定方法。
【請求項２】
前記波面選択工程では、
前記波面算出工程で算出された前記各波面を次式で表される２次式で近似し、該２次式の２次項の係数の大きさから、前記位置ずれ量を評価することを特徴とする請求項１に記載の波面測定方法。
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２・Ｙ＋Ｃ３・（Ｘ２＋Ｙ２）      ・・・（１）
ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、光軸方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直角座標系における波面の座標値であり、Ｃ０は定数項、Ｃ１、Ｃ２は１次項、Ｃ３は２次項の近似係数である。
【請求項３】
前記候補画像取得工程では、
前記光軸方向の相対位置を一方向に向けて変化させつつ、一定のサンプリング周期で時系列の前記候補画像を取得し、前記相対位置の情報は、前記時系列上の位置情報として取得し、
前記解析候補画像群選出工程では、
前記一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、前記時系列の候補画像の一定位置の干渉縞の輝度変化から前記時系列上の位置情報と位相との関係を推定する演算を行って選ぶようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の波面測定方法。
【請求項４】
前記候補画像取得工程では、
前記光軸方向の相対位置を変化させつつ該光軸方向の相対位置を測定することにより、前記相対位置の情報および前記候補画像を取得し、
前記解析候補画像群選出工程では、
前記一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、前記測定された相対位置の情報に基づいて選ぶようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の波面測定方法。
【請求項５】
前記一定の位相増分はπ／２、前記ｎは５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波面測定方法。
【請求項６】
同一の光束を、曲面からなる被測定面で反射または透過される測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、曲面からなる参照面によって前記参照光および前記測定光のいずれかの波面を変換して、前記測定光と前記参照光とにより干渉縞を形成させ、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個（ｎは３以上の整数）の干渉縞画像を取得する干渉計を有し、該干渉計で取得された前記ｎ個の干渉縞画像を用いて測定光の波面を測定する波面測定装置であって、
前記被測定面および前記参照面の光軸方向の相対位置を、前記干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、前記測定光および前記参照光の位相差が前記一定の位相増分よりも細かいピッチで変化するように移動させる相対移動機構と、
該相対移動機構から、前記相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記干渉計から、前記ｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個（ｍはｎより大きい整数）の候補画像を取得する候補画像取得部と、
前記相対位置情報取得部および前記候補画像取得部によって取得された前記相対位置の情報および前記ｍ個の候補画像を互いに関連づけて記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記相対位置の情報および前記ｍ個の候補画像のうちから、前記測定光の波面を算出するための解析候補画像群として、前記一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出する解析候補画像群選出部と、
該解析候補画像群選出部で選出された前記複数組の解析候補画像群をそれぞれ解析して、各組の解析候補画像群に応じた波面を算出する波面算出部と、
該波面算出部で算出された各波面の情報から、前記各解析候補画像群の取得位置の前記測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量を評価し、該位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、前記測定光の波面として選択する波面選択部とを備えることを特徴とする波面測定装置。
【請求項７】
前記波面選択部は、
前記波面算出部で算出された前記各波面を次式で表される２次式で近似し、該２次式の２次項の係数の大きさから、前記位置ずれ量を評価することを特徴とする請求項６に記載の波面測定装置。
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２・Ｙ＋Ｃ３・（Ｘ２＋Ｙ２）      ・・・（１）
ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、光軸方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直角座標系における波面の座標値であり、Ｃ０は定数項、Ｃ１、Ｃ２は１次項、Ｃ３は２次項の近似係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子のレンズ面、反射面、透過面などの曲面形状を測定したり、光学素子の波面収差を測定したりするために、干渉計を用いて、被測定面と参照面とに光束を照射しそれぞれを反射または透過した測定光と参照光とにより干渉縞画像を形成し、この干渉縞画像を解析して測定光の波面を測定する波面測定方法および装置が種々知られている。
このような波面測定方法としては、被測定面と参照面とを相対移動することで測定光と参照光との位相をずらして複数の干渉縞画像を取得し、各干渉縞画像の同一位置における輝度変化から位相シフト量（位相変化）を求め、測定光の波面を算出するフリンジスキャン法が知られている。例えば、各干渉縞画像の位相シフト量が、０、π／２、π、３π／２、２πである５個の干渉縞画像を用いて測定光の波面を求める解析方法および解析式は、５バケット法として知られている。この他にも、解析に用いる干渉縞画像の個数に応じて、７バケット法、９バケット法、１３バケット法などが知られている。
例えば、特許文献１には、マイクロメータヘッドを用いた粗動機構と圧電素子で構成される微動機構とによって、被検レンズを光軸方向に移動可能に保持し、参照レンズに対して被検レンズを、π／２の位相シフト量に相当するλ／８（λは光源の波長）ずつ移動させ、それぞれの移動位置で、干渉縞撮像ユニットによって干渉縞画像を撮像し、これにより得られた干渉縞画像データを干渉縞解析装置に取込むことを５回繰り返し、得られた５個の干渉縞画像から５バケット法により波面を求めることができる干渉計（波面測定装置）が記載されている。
特許文献１に記載の干渉計によれば、まず、粗動機構によって、干渉縞画像が取得できる位置に被検レンズを位置合わせし、５個の干渉縞画像を取得して５バケット法により波面を測定し、この波面の情報と被検レンズのレンズデータとを用いて、波面の測定誤差が最小となる位置からの被検レンズの光軸方向の位置ずれ量を求める。そして、この位置ずれ量に基づいて微動機構を駆動し、同様にして波面および位置ずれ量を求め、位置ずれ量が許容範囲となるまでこれを繰り返し、位置ずれ量が許容範囲となったときの波面からレンズ面の面形状を算出する。
【特許文献１】特開２００５−２６５５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の波面測定方法および装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、フリンジスキャン法によって波面を算出するとともに、波面の測定誤差が最小となる位置からの、参照レンズに対する被検レンズの光軸方向の位置ずれ量を算出して、この位置ずれを補正するため、位置ずれを補正しない場合に比べて波面測定の測定精度を向上することができる。ところが、微動機構として用いる圧電素子は、非線形特性とヒステリシス特性とを有しており、参照レンズと被検レンズとの間の距離を十数ナノメートル以下の位置決め精度で光軸方向に位置合わせすることは難しい。そのため、圧電素子の位置決め精度よりも高精度には波面測定を行うことができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定面および参照面の相対移動の位置決め精度による測定誤差を低減して、波面測定の測定精度を向上することができる波面測定方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、同一の光束を、曲面からなる被測定面で反射または透過される測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、曲面からなる参照面によって前記参照光および前記測定光のいずれかの波面を変換して、前記測定光と前記参照光とにより干渉縞を形成し、前記被測定面と前記参照面とを光軸方向に相対移動して、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個（ｎは３以上の整数）の干渉縞画像を取得し、該ｎ個の干渉縞画像を用いて前記測定光の波面を測定する波面測定方法であって、前記被測定面および前記参照面の光軸方向の相対位置を、前記干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、前記測定光および前記参照光の位相差が前記一定の位相増分よりも細かいピッチで変化するように移動させて、前記相対位置の情報と前記ｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個（ｍはｎより大きい整数）の候補画像とを取得する候補画像取得工程と、該候補画像取得工程で取得された前記ｍ個の候補画像のうちから、前記測定光の波面を算出するための解析候補画像群として、前記一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出する解析候補画像群選出工程と、該解析候補画像群選出工程で選出された前記複数組の解析候補画像群をそれぞれ解析して、各組の解析候補画像群に応じた波面を算出する波面算出工程と、該波面算出工程で算出された各波面の情報から、前記各解析候補画像群の取得位置の前記測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量を評価し、該位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、前記測定光の波面として選択する波面選択工程とを備える方法とする。
この発明によれば、候補画像取得工程において、干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、測定光および参照光の位相差が一定の位相増分よりも細かいピッチで変化するように移動させて、ｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個の候補画像とを取得し、解析候補画像群選出工程において、ｍ個の候補画像のうちから解析候補画像群として、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出し、波面算出工程で各組の解析候補画像群に応じた波面を算出し、波面選択工程では、これら算出された波面の情報から、各解析候補画像群の取得位置の光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量を評価し、この位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、測定光の波面として選択する。
このように、被測定面および参照面との光軸方向の相対位置を移動する際の、位置決め精度が低精度であっても、位置決め精度よりも高精度となる移動送り量の精度の範囲で、ｍ個の候補画像の中から測定基準位置にもっとも近い候補画像およびこの候補画像を中心として一定の位相増分を有するｎ個の解析候補画像群を選出することができるので、精度よく波面測定を行うことができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の波面測定方法において、前記波面選択工程では、前記波面算出工程で算出された前記各波面を次式で表される２次式で近似し、該２次式の２次項の係数の大きさから、前記位置ずれ量を評価する方法とする。
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２・Ｙ＋Ｃ３・（Ｘ２＋Ｙ２）      ・・・（１）
ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、光軸方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直角座標系における波面の座標値であり、Ｃ０は定数項、Ｃ１、Ｃ２は１次項、Ｃ３は２次項の近似係数である。
この発明によれば、光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量と式（１）の２次項の係数Ｃ３で表される波面のパワー成分との関係から位置ずれ量を評価することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の波面測定方法において、前記候補画像取得工程では、前記光軸方向の相対位置を一方向に向けて変化させつつ、一定のサンプリング周期で時系列の前記候補画像を取得し、前記相対位置の情報は、前記時系列上の位置情報として取得し、前記解析候補画像群選出工程では、前記一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、前記時系列の候補画像の一定位置の干渉縞の輝度変化から前記時系列上の位置情報と位相との関係を推定する演算を行って選ぶようにした方法とする。
この発明によれば、候補画像取得工程において、光軸方向の相対位置を一方向に向けて変化させつつ、一定のサンプリング周期で時系列の候補画像を取得し、解析候補画像群選出工程では、一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、時系列の候補画像の一定位置の干渉縞の輝度変化から時系列上の位置情報と位相との関係を推定する演算を行って選ぶので、例えば、圧電素子のように、非線形特性やヒステリシス特性を有する移動機構を用いても、制御が容易となり、かつ正確な測定を行うことができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の波面測定方法において、前記候補画像取得工程では、前記光軸方向の相対位置を変化させつつ該光軸方向の相対位置を測定することにより、前記相対位置の情報および前記候補画像を取得し、前記解析候補画像群選出工程では、前記一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、前記測定された相対位置の情報に基づいて選ぶようにした方法とする。
この発明によれば、候補画像取得工程において、光軸方向の相対位置を変化させつつこの光軸方向の相対位置を測定することにより、相対位置の情報および候補画像を取得し、解析候補画像群選出工程では、一定の位相増分を有すると見なすことができる複数の候補画像を、測定された相対位置の情報に基づいて選ぶので、例えば、圧電素子のように、非線形特性を有する移動機構であっても、移動量の校正などの手間をかけることなく、正確な測定を行うことができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の波面測定方法において、前記一定の位相増分はπ／２、前記ｎは５である方法とする。
この発明によれば、位相がπ／２ずつずれていると見なすことができる５個の干渉縞画像を用いるので高精度かつ迅速な測定を行うことができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、同一の光束を、曲面からなる被測定面で反射または透過される測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、曲面からなる参照面によって前記参照光および前記測定光のいずれかの波面を変換して、前記測定光と前記参照光とにより干渉縞を形成させ、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個（ｎは３以上の整数）の干渉縞画像を取得する干渉計を有し、該干渉計で取得された前記ｎ個の干渉縞画像を用いて測定光の波面を測定する波面測定装置であって、前記被測定面および前記参照面の光軸方向の相対位置を、前記干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、前記測定光および前記参照光の位相差が前記一定の位相増分よりも細かいピッチで変化するように移動させる相対移動機構と、該相対移動機構から、前記相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部と、前記干渉計から、前記ｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個（ｍはｎより大きい整数）の候補画像を取得する候補画像取得部と、前記相対位置情報取得部および前記候補画像取得部によって取得された前記相対位置の情報および前記ｍ個の候補画像を互いに関連づけて記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記相対位置の情報および前記ｍ個の候補画像のうちから、前記測定光の波面を算出するための解析候補画像群として、前記一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出する解析候補画像群選出部と、該解析候補画像群選出部で選出された前記複数組の解析候補画像群をそれぞれ解析して、各組の解析候補画像群に応じた波面を算出する波面算出部と、該波面算出部で算出された各波面の情報から、前記各解析候補画像群の取得位置の前記測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量を評価し、該位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、前記測定光の波面として選択する波面選択部とを備える構成とする。
この発明によれば、相対移動機構および干渉計によって、干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、測定光および参照光の位相差が一定の位相増分よりも細かいピッチで変化させつつ干渉縞を発生させ、候補画像取得部によってｎ個の干渉縞画像の候補となるｍ個の候補画像とを取得し、相対位置情報取得部によって被測定面および参照面の光軸方向の相対位置の情報を取得し、それぞれによって取得された相対位置の情報およびｍ個の候補画像を互いに関連づけて記憶部に記憶する。そして、解析候補画像群選出部によって、記憶部に記憶された相対位置の情報およびｍ個の候補画像のうちから、解析候補画像群として、一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の候補画像の組を複数選出し、波面算出部によって各組の解析候補画像群に応じた波面を算出する。そして波面選択部では、これら算出された波面の情報から、各解析候補画像群の取得位置の光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量を評価し、この位置ずれ量の評価値が最小となる波面を、測定光の波面として選択する。
このように、被測定面および参照面との光軸方向の相対位置を移動する際、相対移動機構の位置決め精度が低精度であっても、位置決め精度よりも高精度となる移動送り量の精度の範囲で、ｍ個の候補画像の中から測定基準位置にもっとも近い候補画像およびこの候補画像を中心として一定の位相増分を有するｎ個の解析候補画像群を選出することができるので、精度よく波面測定を行うことができる。
また、請求項６に記載の波面測定装置は、請求項１に記載の波面測定方法に用いることができる装置となっている。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の波面測定装置において、前記波面選択部は、前記波面算出部で算出された前記各波面を次式で表される２次式で近似し、該２次式の２次項の係数の大きさから、前記位置ずれ量を評価する構成とする。
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２・Ｙ＋Ｃ３・（Ｘ２＋Ｙ２）      ・・・（１）
ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、光軸方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直角座標系における波面の座標値であり、Ｃ０は定数項、Ｃ１、Ｃ２は１次項、Ｃ３は２次項の近似係数である。
この発明によれば、光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量と式（１）の２次項の係数Ｃ３で表される波面のパワー成分との関係から位置ずれ量を評価することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の波面測定方法および装置によれば、ｍ個の候補画像のうちから複数組の解析候補画像群を選出して各波面を算出し、この各波面の情報によって測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量の評価値が最小となる波面を求めるので、測定面および参照面の相対移動の位置決め精度による測定誤差を低減して、波面測定の測定精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る波面測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１５】
本実施形態の波面測定装置５０は、フィゾー型の光学系を有する干渉計５１を用いて被測定面５での反射光の波面を測定し、被測定面５の面形状を測定することができるものである。波面測定装置５０は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法を実施することができる装置である。
波面測定装置５０の概略構成は、図１に示すように、レーザー光源１、コリメートレンズ２、ビームスプリッタ３、フィゾーレンズ４、ピエゾ素子８（相対移動機構）、およびピエゾ素子コントローラ９、調整ステージ１２、集光レンズ６、ＣＣＤ７、測定制御部１０からなる。測定制御部１０には、形状測定に必要な操作入力や設定情報の入力を行うため、例えば、キーボード、マウス等からなる操作部１３と、ＣＣＤ７によって撮像された画像や形状測定結果などを表示するためモニタ等からなる表示部１１とが電気的に接続されている。
ここで、レーザー光源１、コリメートレンズ２、ビームスプリッタ３、フィゾーレンズ４、および集光レンズ６は、干渉計５１を構成する。
被測定面５としては、適宜の形状を測定できるが、以下では、凹面形状を測定する場合の構成例を用いて説明する。
【００１６】
レーザー光源１は、干渉縞を形成するためのコヒーレント光を発生する光源で、本実施形態では、一例として、波長λ＝６３２．８（ｎｍ）のレーザー光を発散光として発生する光源を採用している。
レーザー光源１によって発生された発散光は、コリメートレンズ２によって平行光３０ａ（同一の光束）とされ、ビームスプリッタ３に入射される。
ビームスプリッタ３は、平行光３０ａを反射してフィゾーレンズ４の光軸上に導くとともに、フィゾーレンズ４側から入射する後述の被測定面反射光３０ｃ、参照面反射光３０ｄを透過する光分岐素子である。
【００１７】
フィゾーレンズ４は、光軸上に入射された平行光３０ａの一部をフィゾー面４ａ（曲面からなる参照面）で反射して、参照面反射光３０ｄ（参照光）を形成し、光軸上に入射された平行光３０ａの他の部分を透過光３０ｂとして透過し、透過光３０ｂを集光するレンズである。
フィゾー面４ａの形状は、被測定面５の理想的な形状に併せて精度よく仕上げられている。このため、フィゾー面４ａは、被測定面５で反射された被測定面反射光３０ｃの波面を変換して参照面反射光３０ｄとの干渉縞を形成するための参照面を構成している。
【００１８】
ピエゾ素子８は、フィゾーレンズ４を光軸に沿う方向に移動可能に保持し、調整ステージ１２によって位置が固定された被測定面５に対するフィゾー面４ａの光軸方向の相対位置を変化させる相対移動機構である。これにより、フィゾー面４ａ上における被測定面反射光３０ｃと参照面反射光３０ｄとの間の光路差を波長λに比べて十分小さな微小量ずつ変化させることができるようになっている。
ピエゾ素子８の移動可能範囲は、λ／２以上あればよいが、調整ステージ１２による測定開始前の位置調整を簡略化するためには、できるだけ広いことが好ましい。例えば、２λか３λ（または、１．２μｍから１．９μｍ）程度の移動が可能であることが好ましい。
ピエゾ素子８の移動量は、ピエゾ素子８に電気的に接続されたピエゾ素子コントローラ９によって印加電圧を変化させることで制御される。
【００１９】
ピエゾ素子コントローラ９は、測定制御部１０からの制御信号に基づいて、ピエゾ素子８に印加する電圧を制御し、ピエゾ素子８の伸縮量を制御し、これによりフィゾー面４ａの被測定面５に対する光軸方向の相対位置を制御するものである。
ピエゾ素子コントローラ９の概略構成は、図２に示すように、演算部３５、タイマー３６、Ｄ／Ａ変換部３７、およびアンプ部３８からなる。
演算部３５は、測定制御部１０から送出される立ち上がり時間、指令電圧の制御信号に応じて、立ち上がり時間内に印加電圧を０Ｖから指令電圧まで直線的に増大する印加電圧データを生成し、測定制御部１０からの移動開始信号によって、印加電圧データを順次Ｄ／Ａ変換部３７に供給するものである。
タイマー３６は、演算部３５から適宜周期で印加電圧データをアンプ部３８に送出するための基準クロックを供給するものである。
Ｄ／Ａ変換部３７は、演算部３５によって供給される印加電圧データを電圧信号に変換するものである。この電圧信号は、アンプ部３８により増幅されて、ピエゾ素子８を駆動する印加電圧としてピエゾ素子８に出力される。
このように、本実施形態のピエゾ素子コントローラ９によれば、測定制御部１０からの移動開始信号に応じて、ピエゾ素子８を一定方向に連続的に駆動する印加電圧が供給することができるようになっている。
【００２０】
調整ステージ１２は、被測定面５の光軸を干渉計５１の光軸に合わせるとともに、フィゾー面４ａに対する光軸方向の距離を、初期設定するものであり、本実施形態では、例えば、干渉計５１の光軸方向、光軸に直交する方向の相対位置を調整するＸＹＺステージ、および干渉計５１の光軸に対する傾斜角を調整する２軸のゴニオステージからなる。
調整ステージ１２に支持された被測定面５は、少なくとも面形状の測定を行う際には、被測定面５の光軸がフィゾーレンズ４の光軸に一致されるとともに、被測定面５の曲率中心が、フィゾーレンズ４による透過光３０ｂの集光位置の近傍に位置するように配置される。
被測定面５の曲率中心の光軸方向の位置が、フィゾーレンズ４による透過光３０ｂの集光位置に一致する位置関係にあることを、以下では測定基準位置にあると称する。測定基準位置では、後述する干渉縞の縞本数が最小になる。
【００２１】
被測定面５に入射された透過光３０ｂは、被測定面反射光３０ｃとして反射される。このとき、被測定面５、フィゾーレンズ４の光軸が一致するとともに、被測定面５の曲率中心がフィゾーレンズ４の集光位置の近傍に位置しているため、透過光３０ｂの光線が被測定面５の法線に沿って入射し、被測定面反射光３０ｃは、透過光３０ｂと略同一の光路を逆進して、フィゾーレンズ４に再入射し、フィゾー面４ａで参照面反射光３０ｄと干渉縞を形成して、ビームスプリッタ３に向けて透過される。
したがって、被測定面反射光３０ｃ、参照面反射光３０ｄは、いずれも、同一の光束である（すなわち、元来同じ１つの光束である）平行光３０ａがフィゾー面４ａによって分割されて形成された光束である。そして、被測定面反射光３０ｃは、被測定面５で反射されることで被測定面５の形状に応じて波面が変化した測定光となっている。一方、参照面反射光３０ｄは、フィゾー面４ａで反射されることでフィゾー面４ａの形状に対応した波面を有する参照光となっている。また、被測定面反射光３０ｃは、被測定面５で反射されて略同一光路を逆進することで、参照面反射光３０ｄに対して、フィゾー面４ａと被測定面５との間の光路長の略２倍の光路差を有している。
【００２２】
集光レンズ６は、被測定面反射光３０ｃ、参照面反射光３０ｄによる干渉縞を、ＣＣＤ７の撮像面７ａ上に投影する光学素子である。
ＣＣＤ７は、撮像面７ａ上に投影された干渉縞画像を所定のビデオレートで光電変換する撮像素子である。ビデオレートとしては、必要に応じて適宜の値を採用することができるが、例えば、３０ｆｐｓのものを好適に採用することができる。
ＣＣＤ７は、測定制御部１０に電気的に接続されており、測定制御部１０によって撮像動作を制御され、ＣＣＤ７で撮像した画像信号は測定制御部１０に送出される。
【００２３】
測定制御部１０の機能ブロック構成は、図２に示すように、画像取得部２０、候補画像取得部２１、移動制御部２２、記憶部２３、解析候補画像群選出部２４、波面算出部２５、波面選択部２６、および表示制御部２７からなる。
【００２４】
画像取得部２０は、ＣＣＤ７から送出される画像信号を、候補画像取得部２１から指示されたタイミングで画像フレームごとに取り込んで、輝度データに変換し、２次元の画像データとして候補画像取得部２１に送出するものである。
【００２５】
候補画像取得部２１は、操作部１３の操作入力に基づいて画像取得部２０の画像取り込みのタイミングを制御するとともに、予め操作部１３から設定された移動開始位置および移動終了位置の情報に基づいて移動制御部２２の移動動作の条件を設定し、操作部１３の操作入力に基づいて移動開始信号を送出するものである。
そして、候補画像取得部２１は、画像取得部２０による画像取り込みが開始されると、画像取得部２０からフィゾー面４ａの一定方向への移動に対応して時系列での位相変化を伴って順次に送出される各画像データ（以下、時系列画像と称する）をそれらの各移動位置における位相に対応する取り込み順序の情報（以下、時系列上の位置情報と称する）に関連づけて記憶部２３に記憶させる。例えば、時系列上のｉ番目に取得された時系列画像をＦｉ（ただし、ｉ＝１，…，ｍ）としたとき、候補画像取得部２１は、ｉの値に応じて、時系列画像Ｆｉを呼び出せるようになっている。
ここで、ｉは時系列上の位置情報であり、ｉに対応する時系列画像Ｆｉは一定の位相増分を有すると見なすことができるｎ個の干渉縞画像の候補となる候補画像を構成している。
候補画像取得部２１が移動制御部２２に設定する移動動作の条件は、本実施形態では、測定基準位置を含む光軸方向の移動範囲Ｌにおいて、ｍ個（ただし、ｍは４以上の整数）の候補画像を取得するため、一定の立ち上がり時間Ｔ内で、ピエゾ素子８に対する指令電圧を一定速度で変化させる、といった条件を設定する。このため、候補画像取得部２１のサンプリング周期ΔＴは、ΔＴ＝Ｔ／（ｍ−１）である。
【００２６】
本実施形態の候補画像取得部２１は、上記のように、ピエゾ素子８の移動動作の条件設定を行うことで、時系列上の位置情報ｉが被測定面５およびフィゾー面４ａの光軸方向の相対位置の情報となるようにしている。そのため、候補画像取得部２１は、ピエゾ素子８（相対移動機構）から相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部を兼ねている。
【００２７】
移動制御部２２は、候補画像取得部２１からの移動動作の条件の設定値および移動開始信号に基づいて、ピエゾ素子コントローラ９を制御し、ピエゾ素子コントローラ９の制御によるピエゾ素子８の移動が終了したことを検知すると候補画像取得部２１に通知し、その後、ピエゾ素子８を初期状態に復帰させる制御を行うものである。
これにより、本実施形態では、ピエゾ素子８が、一定時間Ｔ内に一定方向に向けて連続的に伸長されることで、フィゾーレンズ４が、距離Ｌだけ移動されるようになっている。
記憶部２３は、候補画像取得部２１から送出された時系列画像Ｆｉおよび時系列上の位置情報iを記憶するものである。
【００２８】
解析候補画像群選出部２４は、記憶部２３に記憶された時系列上の位置情報ｉ、およびｉに対応する時系列画像Ｆｉのｍ個のうちから、被測定面５の形状を算出するための解析候補画像群として、一定の位相増分Δφを有すると見なすことができるｎ個（ただし、ｎは、３≦ｎ＜ｍの整数）の解析候補画像群の組を複数選出するものである。例えば、ｋ番目の解析候補画像群Ｇｋを、Ｇｋ＝｛Ｆｋ，Ｆｋ１，…，Ｆｋ（ｎ−１）｝（ただし、各添字の大きさは、１以上ｍ以下であり、大きさの順序は、ｋ＜ｋ１＜…＜ｋ（ｎ−１））と表すことにする。
本実施形態では、一例として、Δφ＝π／２、ｎ＝５の例で説明する。このΔφ＝π／２は、フィゾーレンズ４の移動距離としてはλ／８に対応する。また、画像データの個数ｍは、ｎ個の候補画像の間の位相差のΔφに対する誤差が十分小さくなるように選定する。本実施形態では、一例としてｍ＝４０の場合で説明する。
【００２９】
波面算出部２５は、解析候補画像群選出部２４によって選出された解析候補画像群Ｇｋから、それぞれの各時系列画像の波面ｈｋを算出するものである。本実施形態では、一例として、Ｐ・ハリハラン（P.Hariharan）、Ｂ・Ｆ・オレブ（B.F.Oreb）、Ｔ・エイジュ（T.Eiju）、「アプライドオプティックス」（"Applied Optics"）、（米国）、１９８７年、２６巻、ｐｐ．２５０４−２５０６、に開示されている、いわゆる５バケット法から算出している。
例えば、解析候補画像群Ｇｋから、それぞれの時系列画像Ｆｋ、Ｆｋ１、Ｆｋ２、Ｆｋ３、Ｆｋ４の一定位置（座標（ｘ，ｙ）で表す）での輝度をそれぞれ位置強度データｇｊ（ｘ，ｙ）（ただし、ｊ＝１，…，５）と表すと、座標（ｘ，ｙ）における位相θｋ（ｘ，ｙ）は、次式（２）から算出することができる。ただし、式（２）では、簡単のため、θｋ（ｘ，ｙ）、ｇｊ（ｘ，ｙ）を、それぞれ、θ、ｇｊで表している。
ここで、座標（ｘ，ｙ）は、光軸に直交する平面内で光軸位置を原点（０，０）とするｘｙ座標系での座標を意味する。なお、このｘｙ座標系は、測定制御部１０の内部では、集光レンズ６の投影倍率などによって、干渉縞画像上の位置と対応づけられているので、以下では、画像上の位置も単に（ｘ，ｙ）で表すものとする。
【００３０】
【数１】
0005037432.tif 000002
【００３１】
すなわち、解析候補画像群Ｇｋから算出される各時系列画像の波面ｈｋ（ｘ，ｙ）は、式（２）で表される位相θｋ（ｘ，ｙ）を用いて、次式（３）で表すことができる。なお、以下では、誤解のおそれのない場合には、（ｘ，ｙ）を省略して、単に波面ｈｋ、位相θｋと称する場合がある。
【００３２】
ｈｋ（ｘ，ｙ）＝λ・θｋ（ｘ，ｙ）／４π                            ・・・（３）
【００３３】
波面選択部２６は、各波面ｈｋの情報から、解析候補画像群Ｇｋの各時系列画像の取得位置の光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量ΔＺを評価し、この位置ずれ量ΔＺの評価値が最小となる波面ｈｋを、被測定面５の形状を表す波面ｈとして選択するものである。
本実施形態のΔＺは、波面ｈｋを下記式（１）で近似したときのパワー成分である係数Ｃ３を用いて、下記式（４）から算出する。
【００３４】
Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｘ＋Ｃ２・Ｙ＋Ｃ３・（Ｘ２＋Ｙ２）      ・・・（１）
ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、光軸方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直角座標系における波面の座標値であり、Ｃ０は定数項、Ｃ１、Ｃ２は１次項、Ｃ３は２次項の近似係数である。
【００３５】
【数２】
0005037432.tif 000003
【００３６】
ここで、Ｆｎｏは、被測定面５のＦナンバーである。式（４）は、被測定面５の曲率半径がΔＺに比べて十分大きい場合に、ΔＺの良好な評価値を与える。
【００３７】
表示制御部２７は、画像取得部２０から送出される画像データを、例えば、ＮＴＳＣ信号などに変換し表示部１１に送出して、表示部１１に干渉縞画像を表示したり、波面選択部２６によって選択された波面ｈなどの測定結果の画像情報および文字情報を表示部１１に表示させたりするものである。
【００３８】
測定制御部１０の装置構成は、上記各機能を専用のハードウェアを用いて実現してもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータで構成され、このコンピュータにより適宜の制御プログラムを実行することでこれらの機能を実現している。
【００３９】
次に、波面測定装置５０の動作について、本実施形態の波面測定方法を中心として説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の測定フローを示すフローチャートである。図４は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程の動作について説明するフローチャートである。図５は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程で取得された候補画像の模式図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程における近似曲線の一例を示す模式的なグラフである。ここで、横軸は時間、縦軸は輝度を示す。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の解析候補画像群選出工程の解析候補画像群の一例および他例の選出方法について説明するための模式的なグラフである。ここで、横軸は時系列上の位置情報ｉ、縦軸は位相変化量ｐ（ｉ）を示す。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、解析候補画像群ごとに算出され、表示部に表示された波面の例を示す。図９は、光軸方向の位置ずれ量ΔＺを説明するための模式図である。
【００４０】
波面測定装置５０に用いるフィゾー型の光学系では、図１に示すように、レーザー光源１を発振させると波長λの発散光が発生し、コリメートレンズ２によって平行光３０ａが形成され、ビームスプリッタ３で反射されてフィゾーレンズ４の光軸上に入射する。
平行光３０ａは、フィゾー面４ａによって分割され、一部はフィゾー面４ａによってビームスプリッタ３の側に反射されて参照面反射光３０ｄとして進む。その他の光は、透過光３０ｂとして透過し、フィゾーレンズ４のレンズ作用により集光され、１点に集光されてから、被測定面５に導かれ、被測定面５の法線方向に入射することにより、被測定面反射光３０ｃとして反射される。そして、被測定面反射光３０ｃは、透過光３０ｂと同一光路を逆進し、フィゾーレンズ４を透過して、ビームスプリッタ３側に出射される。その際、フィゾー面４ａ上には、被測定面反射光３０ｃと参照面反射光３０ｄとの光路差に応じた干渉縞画像が形成される。
この干渉縞画像は、集光レンズ６によりＣＣＤ７の撮像面７ａ上に投影される。そして、この干渉縞画像は、ＣＣＤ７で光電変換されて画像信号として測定制御部１０に送出され、表示制御部２７を介して表示部１１に表示される。
【００４１】
まず、測定者は、表示部１１に示される干渉縞画像を見ながら、調整ステージ１２を駆動し、被測定面５を干渉計５１の光軸に直交する方向の位置および光軸に対する傾斜角を調整する。そして、光軸方向に移動させて、干渉縞画像が取得される範囲を確認し、測定開始位置を設定する。
【００４２】
この初期調整により、フィゾーレンズ４および被測定面５が測定基準位置に位置する場合には、フィゾー面４ａと被測定面５との間の形状誤差のみによる干渉縞が観察される。一方、フィゾーレンズ４の光軸方向の位置が測定基準位置から位置ずれ量ΔＺだけずれている場合には位置ずれによる光路差が発生するため、干渉縞の本数が多くなりこの干渉縞画像から算出される波面には、形状誤差に加えて、位置ずれ量ΔＺに由来する測定誤差が重畳されることになる。
例えば、Ｆナンバーが０．６のレンズの面形状を、０．０１λ以下の精度で測定するには、位置ずれ量ΔＺを１４ｎｍ以下に調整する必要があるが、従来の微動機構によって、このような位置決め精度を得ることはきわめて困難であった。
【００４３】
本実施形態の波面測定方法では、この測定基準位置を含む範囲において、フィゾー面４ａと被測定面５との間の光軸方向の位置を変化させて干渉縞画像を取得し、波面の算出結果から位置ずれ量ΔＺを評価して、｜ΔＺ｜が最小となる波面の算出結果を被測定面５の面形状を表す波面として選択する。
そのため、図３に示す測定フローに沿って、候補画像取得工程、解析候補画像群選出工程、波面算出工程、および波面選択工程を順次行う。
【００４４】
候補画像取得工程は、被測定面５およびフィゾー面４ａの光軸方向の相対位置を、干渉縞の縞本数が最小となる光軸方向の測定基準位置が含まれる範囲で、被測定面反射光３０ｃおよび参照面反射光３０ｄの位相差がΔφよりも細かいピッチで変化するように移動させて、時系列上の位置情報ｉとｍ個の時系列画像Ｆｉとを取得する工程である。
本工程は、図３の測定フローのステップＳ１に対応する。
【００４５】
ステップＳ１は、図４に示すフローにより実現されるもので、ピエゾ素子８によって予め設定された立ち上がり時間Ｔの間に、フィゾーレンズ４を距離Ｌだけ一定方向に連続的に移動し、予め設定されたサンプリング周期ΔＴごとに、ｍ個の干渉縞画像を順次取得し、記憶部２３に、それらの取得順序を表す時系列上の位置情報ｉとともに、時系列画像Ｆ１、Ｆ２、…、Ｆｍ（図５参照）として記憶する。
本実施形態では、一例として、Ｌ＝１．３λ／２、Ｔ＝１．３（ｓ）の場合で説明する。サンプリング周期ΔＴは、本実施形態のＣＣＤ７のビデオレート３０ｆｐｓに合わせて、ΔＴ＝１／３０（ｓ）としている。すなわち、時間Ｔの間の各フレーム画像を取り込んで、ｍ＝４０の時系列画像を取得する場合の例になっている。
【００４６】
まず、図４に示すように、ステップＳ１１では、移動制御部２２からピエゾ素子コントローラ９の演算部３５に対して、立ち上がり時間Ｔでピエゾ素子８をＬだけ伸長または収縮させる指令電圧（コントローラ動作命令）を送出してから、移動開始信号１００を送出する。そして、測定制御部１０側では、ステップＳ１２に移行する。
ピエゾ素子コントローラ９側では、移動制御部２２から立ち上がり時間Ｔ、指令電圧の情報を受け取ると、ステップＳ２０を実行する。
ステップＳ２０では、演算部３５によって、立ち上がり時間Ｔ内に、０Ｖから指令電圧まで時間に比例する印加電圧データを出力する設定を行う。そして、移動開始信号を受信すると、タイマー３６を初期化し、ステップＳ２１を実行する。
ステップＳ２１では、タイマー３６の値に応じて、印加電圧データをＤ／Ａ変換部３７により電圧信号に変換し、アンプ部３８で適宜増幅して、ピエゾ素子８に印加する。
ステップＳ２２では、タイマー３６の値が、立ち上がり時間Ｔを超えたかどうか判定し、立ち上がり時間Ｔを超えていない場合は、ステップＳ２１に移行する。
立ち上がり時間Ｔを超えた場合は、移動制御部２２に、移動終了信号１０１を送出して移動終了を通知し、電圧出力を停止して、ピエゾ素子８の位置を初期状態に復帰させる。
【００４７】
ステップＳ１２では、候補画像取得部２１は、サンプリング周期ΔＴに同期して、ＣＣＤ７から干渉縞画像を取得し、画像取得順序を表すカウンタｉの値とともに、記憶部２３に記憶する。
ステップＳ１３では、ピエゾ素子コントローラ９からの移動終了信号１０１の有無を判定し、移動終了信号１０１が受信されていない場合は、ステップＳ１２に戻る。
移動終了信号１０１が受信されている場合は、図３のステップＳ１の動作を終了し、図３のステップＳ２に移行する。すなわち、候補画像取得部２１は、解析候補画像群選出部２４にステップＳ１が終了したことを通知する。
このようにして、ステップＳ１２を繰り返すことにより、フィゾーレンズ４がピエゾ素子８によって移動されている間に、時系列上の位置情報であるカウンタｉの値とともに、ｍ個の時系列画像Ｆ１、Ｆ２、…、Ｆｍが、記憶部２３に順次記憶されていく。
【００４８】
ステップＳ２〜Ｓ４は、解析候補画像群選出工程を構成している。
本工程は、候補画像取得工程で取得されたｍ個の時系列画像Ｆｉのうちから、被測定面５の形状を算出するための解析候補画像群Ｇｋとして、位相増分Δφを有すると見なすことができる５個の時系列画像Ｆｋ、Ｆｋ１、Ｆｋ２、Ｆｋ３、Ｆｋ４の組を複数選出する工程である。
【００４９】
ステップＳ２では、図５に示すように、解析候補画像群選出部２４によって記憶部２３から各時系列画像Ｆｉを呼び出し、それぞれの干渉縞画像部３１上の共通位置である輝度算出位置３２における各輝度Ｐｉを取得する。すなわち、輝度Ｐｉは、時系列画像Ｆｉの一定位置での時間的な輝度変化を表す。
図６に、時系列上の位置情報ｉと、輝度Ｐｉとの関係の一例をプロットした。時系列画像Ｆｉは、一定のサンプリング周期ΔＴで取得され、ピエゾ素子８には、時間に比例した電圧が印加されるが、ピエゾ素子８の伸縮特性は印加電圧に対して非線形であるためフィゾーレンズ４の移動ピッチは等ピッチにはならない。そのため、輝度Ｐｉのグラフは正弦波からずれることになる。
【００５０】
次に、ステップＳ３では、解析候補画像群選出部２４によって、輝度Ｐｉのグラフの近似曲線３３（図６参照）を求める。本実施形態では、ピエゾ素子８の移動量が時間に対して線形であれば、輝度のグラフが時間に関して正弦波となることを利用して、近似曲線３３を次の式（５）、（６）の組で表すことにする。
ｆ（ｉ）＝Ｄ１・ｉ＋Ｄ２・ｉ２＋Ｄ３・ｉ３                        ・・・（５）
ｐ（ｉ）＝Ａ・ｓｉｎ｛ｆ（ｉ）｝＋Ｂ・ｃｏｓ｛ｆ（ｉ）｝＋Ｃ      ・・・（６）
ここで、ｐ（ｉ）は輝度、ｆ（ｉ）はピエゾ素子８の非線形性を３次式で表したものである。また、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ａ、Ｂ、Ｃは、近似式の係数である。また、変数ｉは、時間に対応する時系列上の位置情報ｉの値をそのまま用いている。ｆ（ｉ）は、立ち上がり時間Ｔで無次元化した時間であり、時系列画像Ｆ１に対する位相変化量を表す。
係数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ａ、Ｂ、Ｃは、次式（７）のＳを最小にするように、例えばニュートン法などの既知の演算処理を行うことによって求めることができる。
【００５１】
【数３】
0005037432.tif 000004
【００５２】
なお、式（５）、（６）を用いれば、図６に示すようなグラフに近似曲線をプロットすることができるので、本実施形態では、近似精度を視覚的に確認できるように輝度Ｐｉの実測値とともに、表示部１１に表示するようにしている。
【００５３】
次にステップＳ４では、解析候補画像群選出部２４により、ステップＳ３で求めた式（５）を用いて、ｆ（ｉ）の値が、π／２、π、３π／２、２πに最も近いｉの値を算出する。例えば、式（５）が、図７（ａ）に示す位相変化曲線４１で表される場合、まず、Ｆ１を基準として、π／２ずつ位相がずれるｉとして、それぞれ、ｉ＝１０，１６，２１，２６が求められる。これらのｉの値から、波面算出に用いる解析候補画像群Ｇ１＝｛Ｆ１，Ｆ１０，Ｆ１６，Ｆ２１，Ｆ２６｝を選出する。
同様にして、Ｆ２、Ｆ３、…を基準として、Ｇ２、Ｇ３、…を選出していく。
本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、Ｇ２０＝｛Ｆ２０，Ｆ２５，Ｆ２９，Ｆ３４，Ｆ３８｝まで、合計２０個のＧｋ（ｋ＝１，…，２０）が選出される。
選出された各Ｇｋの情報は、波面算出部２５に送出される。
以上で、解析候補画像群選出工程が終了する。
【００５４】
本実施形態の例では、π／２、すなわちλ／８の移動距離が９〜４分割されているため、個々の時系列画像Ｆｉの測定位置精度は、λ／８の１／１８〜１／８、すなわち、４．４ｎｍ〜９．９ｎｍ程度になっており、それぞれの位置を目標位置としてピエゾ素子８を段階的に駆動する場合の位置決め精度よりも高精度が実現されている。したがって、従来に比べて高精度な測定位置精度を有している。
なお、ピエゾ素子８の伸縮特性が線形特性であれば、位置精度は５．３ｎｍ程度となり、測定位置精度は、ピエゾ素子８の非線形特性の度合いにもよる。
測定位置精度を向上するには、ビデオレートがより高いＣＣＤを用いるか、ピエゾ素子８の駆動の立ち上がり時間Ｔを増加させるかして、サンプリング周期ΔＴを小さくすればよい。
【００５５】
次に、ステップＳ５では、波面算出工程を行う。
本工程は、解析候補画像群選出工程で選出された複数組の解析候補画像群Ｇｋをそれぞれ解析して、各組の解析候補画像群Ｇｋに応じた波面を算出する工程である。
波面算出部２５では、Ｇｋ＝｛Ｆｋ，Ｆｋ１，Ｆｋ２，Ｆｋ３，Ｆｋ４｝を用い、５バケット法によって面形状に対応する波面を算出する。すなわち、位置（ｘ，ｙ）ごとに、上記式（２）、（３）を用いて、波面ｈｋを算出し、記憶部２３に記憶する。そして、波面選択部２６に波面算出工程の終了を通知し、ステップＳ６に移行する。
【００５６】
波面算出結果の例を、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す。これらはそれぞれ、解析候補画像Ｇ１（Ｆ１〜Ｆ２６）、Ｇ５（Ｆ５〜Ｆ２９）、Ｇ１０（Ｆ１０〜Ｆ３２）、Ｇ１５（Ｆ１５〜Ｆ３５）、Ｇ２０（Ｆ２０〜Ｆ３８）から算出されたものである。これらの波面の（ＰＶ値，ＲＭＳ値）は、それぞれ（０．０５５λ，０．０１２λ）、（０．０３７λ，０．００６λ）、（０．０３６λ，０．００３λ）、（０．０５０λ，０．００６λ）、（０．０６９λ，０．０１２λ）である。
このように、波面ｈｋのＰＶ値およびＲＭＳ値は、１≦ｋ≦１０で、ｋの増大とともに減少し、ｋ＝１０で最小値をとり、１０≦ｋ≦２０で、ｋの増大とともに増大する変化を示した。
これは、各波面ｈｋが、フィゾー面４ａおよび被測定面５の光軸方向の相対位置がそれぞれ異なるためである。図９に示すように、平行光３０ａがフィゾーレンズ４によって集光される光軸上の位置を点ＱＲで表すと、被測定面５の曲率中心ＱＬは、ｉの値に応じて、干渉計５１の光軸Ｃの方向にΔＺだけずれている。ここで、被測定面反射光３０ｃに被測定面５とフィゾー面４ａとの面形状の差に応じた光路差が発生するのは、点ＱＲと曲率中心ＱＬとが一致した測定基準位置のみである。
ΔＺ＞０（ΔＺ＜０）の場合、被測定面５に比べてパワーの大きな（小さな）反射面が配置されているのと同じであり、波面ｈｋはこのような見かけ上のパワーの大きさを反映して、波面収差が大きく測定されることになる。
【００５７】
次に、ステップＳ６では、波面選択工程を行う。
本工程は、波面算出工程で算出された各波面ｈｋの情報から、各解析候補画像群Ｇｋの取得位置の測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量ΔＺを評価し、位置ずれ量ΔＺの評価値が最小となる波面を、被測定面５の形状を表す波面ｈとして選択する工程である。
波面選択部２６は、波面算出部２５によって算出された、波面ｈｋを記憶部２３から呼び出し、波面ｈｋを上記式（１）で表される多項式で近似する演算を行う。これにより算出された係数Ｃ３を用いて、上記式（４）から、波面ｈｋに対応する位置ずれ量ΔＺを算出する。この位置ずれ量をΔＺｋで表す。
すべての波面ｈｋについてΔＺｋを算出した後、｜ΔＺｋ｜が最小となるｋをｋｍｉｎとして求める。図８に示した本実施形態の測定例では、ｋｍｉｎ＝１０である。
波面選択部２６は、｜ΔＺｋｍｉｎ｜が、予め設定された｜ΔＺ｜の許容値の範囲内かどうか判定し、範囲内であれば、波面ｈｋｍｉｎを被測定面５の波面ｈとして選択し、波面ｈｋｍｉｎを表示制御部２７に送出して表示部１１に表示させる。
なお、｜ΔＺｋｍｉｎ｜が、予め設定された｜ΔＺ｜の許容値の範囲内にない場合には、測定エラーのおそれがあるため、表示制御部２７にエラーメッセージを送出し、表示部１１に表示させる。
以上で、本実施形態の波面測定方法による波面測定が終了する。
【００５８】
このように、本実施形態の波面測定装置５０によれば、ｍ個の時系列画像Ｆｉのうちから複数組の解析候補画像群Ｇｋを選出して各波面ｈｋを算出し、この各波面ｈｋの情報によって測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量の評価値が最小となる波面を求めるので、繰り返しの位置決め精度が劣るピエゾ素子８などの相対移動機構を用いても、高精度な面形状測定を行うことができる。
また、ピエゾ素子８を校正したり、ピエゾ素子８の移動量を計測してフィードバック制御したりすることなく、簡素な構成で、容易かつ高精度な測定を行うことができる。
また、ピエゾ素子８の校正が不要となるため、校正費用や、校正のために測定できなくなる期間も発生しないという利点がある。
また、ＣＣＤ７のビデオレートに同期して候補画像を取得するので、候補画像を増やしても、短時間のうちに測定を行うことができる。
また、ピエゾ素子８は、非線形性の程度が悪いものや非線形性のバラツキが大きいものでも採用することができるので、安価な素子を採用することができる。
また、本実施形態では、ピエゾ素子８を一定方向に連続的に駆動するので、ヒステリシス特性による移動位置のバラツキや、間欠駆動のような停止時の位置振動などが発生しないため、位相シフト量に対応する移動位置が時系列に沿って単調増加する。そのため、候補画像の個数ｍを増やすことで測定分解能を確実に向上することができる。
【００５９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る波面測定装置について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る波面測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００６０】
本実施形態の波面測定装置５０Ａは、図１０、１１に示すように、上記第１の実施形態の波面測定装置５０の測定制御部１０、ピエゾ素子コントローラ９に代えて、測定制御部１０Ａ、ピエゾ素子コントローラ９Ａを備え、歪みゲージ８ａ（相対位置情報取得部）を追加したものである。
測定制御部１０Ａは、上記第１の実施形態の測定制御部１０の候補画像取得部２１、移動制御部２２、解析候補画像群選出部２４に代えて、候補画像取得部２１Ａ、移動制御部２２Ａ、解析候補画像群選出部２４Ａを備える。
ピエゾ素子コントローラ９Ａは、上記第１の実施形態のピエゾ素子コントローラ９の演算部３５に代えて、演算部３５Ａを備え、移動量測定部３９を追加したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６１】
歪みゲージ８ａは、ピエゾ素子８の伸縮方向の歪みが測定できるように、ピエゾ素子８に固定されている。
歪みゲージ８ａは、歪みゲージ８ａの出力から、ピエゾ素子８の伸縮量を測定するためにピエゾ素子コントローラ９Ａ内に設けられた移動量測定部３９に接続されている。
移動量測定部３９は、歪みゲージ８ａの抵抗変化を検出して、歪み変化を算出し、ピエゾ素子８の伸縮量を算出し、演算部３５Ａに送出するものである。
演算部３５Ａは、移動制御部２２Ａおよび移動量測定部３９に電気的に接続され、上記第１の実施形態の演算部３５と同様な機能に加えて、移動量測定部３９によって測定されたピエゾ素子８の伸縮量の情報を、フィゾー面４ａの移動位置の情報（以下、相対位置情報と称する）に換算して移動制御部２２Ａに送出できるようになっている。
移動量測定部３９の測定結果は、演算部３５Ａによってピエゾ素子８の位置制御に用いるようにしてもよいが、本実施形態では、ピエゾ素子８の位置制御には用いないものとして説明する。
【００６２】
候補画像取得部２１Ａは、操作部１３の操作入力に基づいて画像取得部２０の画像取り込みのタイミングを制御するとともに、予め操作部１３から設定された移動開始位置および移動終了位置の情報に基づいて移動制御部２２Ａの移動動作の条件を設定し、操作部１３の操作入力に基づいて移動開始信号を送出するものである。
そして、候補画像取得部２１Ａは、画像取得部２０による画像取り込みが開始されると、画像取得部２０から送出される各画像データ（以下、候補画像と称する）を、それらの取り込み順序の情報、および移動制御部２２Ａから取得される相対位置情報に関連づけて記憶部２３に記憶させる。例えば、時系列上のｉ番目に取得された相対位置情報をｑｉ、候補画像をＨｉ（ただし、ｉ＝１，…，ｍ）としたとき、候補画像取得部２１Ａは、ｉの値に応じて、相対位置情報ｑｉ、候補画像Ｈｉをそれぞれ呼び出せるようになっている。
【００６３】
候補画像取得部２１Ａが移動制御部２２Ａに設定する移動動作の条件は、上記第１の実施形態と同様に、一定方向に指令電圧を一定速度で変えるようにしてもよいし、方向や速度を変化させてもよい。例えば、測定開始位置を測定基準位置の近傍と思われる位置として、一方向に向けて駆動して候補画像を取得した後、測定開始位置近傍に戻って、反対方向に向けて駆動してもよい。あるいは、ピエゾ素子８の非線形特性がおよそ分かっている場合、非線形性が低減されるように、指令電圧変化の速度を変えるようにしてもよい。
このように、本実施形態では、添字ｉは、候補画像取得の時系列順序を表すのみであり、候補画像Ｈｉが取得された位置関係の順序を表していない。しかしながら、相対位置情報ｑｉの大小に基づいて、候補画像Ｈｉを並べ替えれば、上記第１の実施形態の時系列画像Ｆｉと同様になる。
以下では、説明を簡潔にするため、このように並べ替えられた相対位置情報および候補画像を、新たに添字ｊ（ただし、ｊ＝１，…，ｍ）を用いて、ｑｊ、Ｈｊと表すことにする。具体的には、実際一度並べ替えておく、あるいは、取り込み順序を保存しておきたい場合には記憶部２３に添字ｉから添字ｊへの変換テーブルを記憶しておくことが考えられる。
【００６４】
解析候補画像群選出部２４Ａは、相対位置情報ｑｊと候補画像Ｈｊとの関係に基づいて、それぞれ位相増分Δφを有すると見なすことができるｎ個の候補画像Ｈｊからなる解析候補画像群Ｇｋ＝｛Ｈｋ，Ｈｋ１，…，Ｈｋ（ｎ−１）｝（ただし、各添字の大きさは、１以上ｍ以下であり、大きさの順序は、ｋ＜ｋ１＜…＜ｋ（ｎ−１））を選出するものである。本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、一例として、Δφ＝π／２、ｎ＝５の例で説明する。
ただし、この場合の位相増分の判定は、候補画像Ｈｊごとに測定された相対位置情報ｑｊに基づいて行うため、近似曲線の算出は不要になる。
【００６５】
次に、波面測定装置５０Ａの動作について、本実施形態の波面測定方法を中心として説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る波面測定方法の測定フローを示すフローチャートである。
【００６６】
本実施形態の波面測定装置５０Ａによれば、上記第１の実施形態の波面測定方法において、時系列上の位置情報ｉ、時系列画像Ｆｉに代えて、相対位置情報ｑｊ、候補画像Ｈｊを用いることで、略同様にして、候補画像取得工程、解析候補画像群選出工程、波面算出工程、および波面選択工程を順次行って、被測定面５の波面を測定することができる。以下、図１２に示す測定フローに沿って、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６７】
ステップＳ３１（候補画像取得工程）では、上記第１のステップＳ１と略同様にして、相対位置情報ｑｊ、候補画像Ｈｊを取得し、記憶部２３に記憶する。ただし、候補画像Ｈｊの取得順序は、時系列順序と一致していなくてもよい。
【００６８】
ステップＳ３４は、解析候補画像群選出工程を構成している。
本工程は、候補画像取得工程で取得されたｍ個の候補画像Ｈｊのうちから、被測定面５の形状を算出するための解析候補画像群Ｇｋとして、位相増分Δφを有すると見なすことができる５個の候補画像Ｈｋ、Ｈｋ１、Ｈｋ２、Ｈｋ３、Ｈｋ４の組を複数選出する工程である。
【００６９】
ステップＳ３４では、解析候補画像群選出部２４Ａにより、相対位置情報ｑｊに係数Ｄ＝４π／λをかけることで位相量に換算する。そして、解析候補画像群選出部２４Ａは、Ｄ・ｑｋを位相０としたときに、Ｄ・ｑＭ（ただし、Ｍは、ｋ＋１≦Ｍ≦ｍの整数）の値が、π／２、π、３π／２、２πにそれぞれ最も近いＤ・ｑｋ１，…，Ｄ・ｑｋ４の値を算出し、波面算出に用いる解析候補画像群Ｇｋ＝｛Ｈｋ，Ｈｋ１，Ｈｋ２，Ｈｋ３，Ｈｋ４｝を選出する。
ここで、視覚的に確認できるように、横軸にｊ、縦軸にＤ・ｑｊをプロットした位相変化曲線を表示部１１に表示してもよい。
ｋは、１から順次増大させて、選出可能な解析候補画像群Ｇｋがすべて選出されるまで繰り返す。選出された各Ｇｋの情報は、波面算出部２５に送出される。
以上で、解析候補画像群選出工程が終了する。
【００７０】
次に、ステップＳ３５、Ｓ３６は、上記第１の実施形態のステップＳ５、Ｓ６で時系列画像Ｆｉを候補画像Ｈｊに代えた工程を行う。
以上で、本実施形態の波面測定方法による波面測定が終了する。
【００７１】
このように、本実施形態の波面測定装置５０Ａによれば、ｍ個の候補画像Ｈｊのうちから複数組の解析候補画像群Ｇｋを選出して各波面ｈｋを算出し、この各波面ｈｋの情報によって測定基準位置からの光軸方向の位置ずれ量の評価値が最小となる波面を求めるので、繰り返しの位置決め精度が劣るピエゾ素子８などの相対移動機構を用いても、高精度な面形状測定を行うことができる。
また、相対位置情報取得部である歪みゲージ８ａを備え、各候補画像Ｈｊの位相差の情報を、歪みゲージ８ａによる測定値から求めることができるため、位相差が十分に小さい複数の候補画像が取得できるように駆動することができれば、駆動ピッチや、駆動順序などは変えることができる。このため、ピエゾ素子８を校正したり、ピエゾ素子８の移動量を計測してフィードバック制御したりすることなく、簡素な構成で、容易かつ高精度な測定を行うことができる。
また、ピエゾ素子８は、非線形性の程度が悪いものや非線形性のバラツキが大きいものでも採用することができるので、安価な素子を採用することができる。
また、解析候補画像群選出工程では、位相変化曲線を推定する演算を行わなくても、解析候補画像群を選出できるので、演算処理が簡素になる。
【００７２】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る波面測定装置について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。
【００７３】
本実施形態の波面測定装置５０Ｂは、図１３に示すように、上記第１の実施形態の波面測定装置５０の干渉計５１に代えて、トワイマングリーン型の光学系からなる干渉計５２を備え、被検査レンズ系６１の透過波面を測定するようにしたものである。これに応じて、被検査レンズ系６１を用い、参照面としては被検査レンズ系６１のＮＡより大きいＮＡを有する参照球面６２を用いる。この場合、被検査レンズ系６１の被測定面は、被検査レンズ系６１の全レンズ面である。したがって、本実施形態は、被測定面が複数の場合の例となっている。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７４】
干渉計５２は、干渉計５１において、コリメートレンズ２で平行光とされた平行光３０ａのうち、ビームスプリッタ３を透過する光路上に、高精度な平面反射面からなる参照平面６０を配置し、参照平面６０で反射された反射光３０ｆ（参照光）が、ビームスプリッタ３で反射されて集光レンズ６に向かうようにしたものである。
一方、コリメートレンズ２からビームスプリッタ３に向かう平行光３０ａのうち、ビームスプリッタ３で反射された光の光路上には、ビームスプリッタ３に近い側から、被検査レンズ系６１、参照球面６２（曲面からなる参照面）がこの順に配置されている。
参照球面６２は、調整ステージ１２上に設けられたピエゾ素子８によって、光軸方向に移動可能に支持されている。
【００７５】
このような波面測定装置５０Ｂによれば、レーザー光源１から出射された発散光は、コリメータレンズ２により平行光３０ａとされ、ビームスプリッタ３によって、参照平面６０に向かって透過される透過光成分と、被検査レンズ系６１に向かって反射される反射光成分とに分割される。
平行光３０ａの透過光成分は参照平面６０で反射され光路を逆進して、ビームスプリッタ３に到達する。一方、平行光３０ａの反射光成分は、被検査レンズ系６１の焦点で結像された後、発散して参照球面６２に到達して反射され、被検査レンズ系６１に再入射する。
ここで、測定基準位置である被検査レンズ系６１の焦点位置と参照球面６２の曲率中心を一致する位置では、参照球面６２での反射光は光路を逆進し、被検査レンズ系６１を透過してビームスプリッタ３に向かう平行光３０ｅ（測定光）として出射される。
そして、ビームスプリッタ３で反射された反射光３０ｆと、ビームスプリッタ３を透過した平行光３０ｅとは、干渉計５２の光軸上に合成されて干渉縞を形成し、集光レンズ６によって集光されて、ＣＣＤ７の撮像面７ａ上で干渉縞が投影される。
この干渉縞は、被検査レンズ系６１を２度透過することで、波面収差を有する平行光３０ｅと、波面収差を有しない参照光である反射光３０ｆとによって形成されるため、被検査レンズ系６１内の各被測定面の面形状の誤差等に対応した波面収差を表す干渉縞となっている。
【００７６】
本実施形態による波面測定方法は、調整ステージ１２によって、上記第１の実施形態と同様に、参照球面６２と被検査レンズ系６１との光軸方向および光軸に直交する方向の位置合わせを行った後、測定制御部１０、ピエゾ素子コントローラ９によってピエゾ素子８を伸縮させ、参照球面６２を測定開始位置から光軸方向に移動して、上記第１の実施形態と同様に、図３に示す測定フローに沿って、候補画像取得工程、解析候補画像群選出工程、波面算出工程、および波面選択工程を順次行う。
本実施形態の波面測定方法は、上記第１の実施形態が被測定面５を固定しピエゾ素子８でフィゾー面４ａを移動させることで、被測定面と参照面との間の相対移動を行った例であるのに対して、本実施形態は被検査レンズ系６１を固定し、ピエゾ素子８で参照球面６２を移動させることで、被測定面と参照面との間の相対移動を行う例になっている点が異なるのみである。したがって、各工程の詳細は、上記第１の実施形態から容易に理解されるため説明を省略する。
【００７７】
このように本実施形態の波面測定装置５０Ｂによれば、トワイマングリーン型干渉計を用いて、被検査レンズ系６１の透過波面を測定できる。そして、透過波面についても、上記第１の実施形態と同様に、繰り返しの位置決め精度が劣るピエゾ素子８などの相対移動機構を用いても、高精度な波面測定を行うことができる。
【００７８】
なお、上記の説明では、干渉計として、フィゾー型干渉計、トワイマングリーン型干渉計を用いた例で説明したが、位相シフトされた干渉縞画像が取得できれば、干渉計の種類は、これらの干渉計には限定されない。例えば、マッハツェンダー型干渉計などを好適に採用することができる。
【００７９】
また、上記の説明では、波面選択工程において、光軸方向の位置ずれ量の評価値として、式（４）によってΔＺを求めるとして説明したが、この場合には、｜ΔＺ｜は、係数Ｃ３に比例するので、位置ずれ量ΔＺの値を必要としない場合には、係数Ｃ３そのものを｜ΔＺ｜の評価値として、波面選択部２６によって式（４）の演算を行わないようにしてもよい。
【００８０】
また、上記の説明では、位置ずれ量を、式（１）で波面を近似したときのパワー成分である係数Ｃ３を用いた式（４）によって評価したが、位置ずれ量の評価はこれには限定されない。
例えば、特許第２９５１３６６号公報に開示された技術（同文献の式（１）、（２）参照）を用いて、波面を下記式（９）で近似し、デフォーカス量を表す係数である（２Ｃ３−６Ｃ８）を位置ずれ量の評価値として採用してもよい。
【００８１】
【数４】
0005037432.tif 000005
【００８２】
ただし、（ρ，θ）は、Ｘ＝ρｃｏｓθ、Ｙ＝ρｓｉｎθと表した場合の極座標である。
【００８３】
また、上記の説明では、波面算出工程で、ｎ＝５のいわゆる５バケット法を用いて算出する場合の例で説明したが、ｎ＝７，９，１３とした７バケット法、９バケット法、１３バケット法を採用してもよい。また、ｎが３以上であれば、フリンジスキャン法で用いられる周知の算出方法はすべて同様に採用することができる。
【００８４】
また、上記の説明では、解析候補画像群選出工程によって、すべての解析候補画像群を選出してから、波面算出工程を行って、各解析候補画像群の波面を算出するとして説明したが、これらの工程は、一部の候補画像ごとに反復してもよい。例えば、第１の実施形態の例では、まず、ｋ＝１として、解析候補画像群Ｇ１を選出し、Ｇ１の波面ｈ１を算出し、これを、ｋ＝２，…，２０まで繰り返すことで、ｋごとに解析候補画像群選出工程、波面算出工程を繰り返し、最後に波面選択工程を行ってもよい。
また、波面ｈｋ（ただし、ｋ≧２）の算出後に、ΔＺｋ−１とΔＺｋとを比較して、予め設定した適宜の極小値判定基準によりΔＺｋまでの算出値のいずれか、例えば、ΔＺＫ（ただし１＜Ｋ＜ｋ）が極小値と判定されたら、その波面ｈＫを波面ｈとするようにしてもよい。この場合、ｋごとに解析候補画像群選出工程、波面算出工程、波面選択工程を繰り返していることになる。
【００８５】
また、上記の説明では、相対位置情報取得部として、歪みゲージ８ａを用いた場合の例で説明したが、相対位置情報取得部は、被測定面の光軸方向移動量を検出できれば、これに限定されない。例えば、静電容量センサ、ガラススケール、レーザー測長器などを採用してもよい。
【００８６】
また、上記の説明では、干渉計は、一例として、凹面を被測定面として用いる場合のフィゾー型干渉計の構成で説明したが、凸面や平面を被測定面とする場合の干渉計の配置、構成は周知であり、本発明の波面測定方法は、いずれの場合にも用いることができる。
【００８７】
また、上記第１の実施形態の説明では、位相変化を算出する近似式として、式（５）、（６）を用いる場合の例で説明したが、これらは一例であり、光学素子移動機構の移動特性に応じて、適宜の関数形を有する近似式を採用することができる。例えば、式（５）をｉに関して２次以下、あるいは４次以上の近似式としてもよいし、式（５）、（６）を１つの近似式で表すようにしてもよい。
【００８８】
また、上記の説明では、相対移動機構として、圧電素子であるピエゾ素子８を用いた場合の例で説明したが、少なくとも使用波長の１〜２波長程度の範囲で光学素子を微小量ずつ移動できれば、圧電素子には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る波面測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の測定フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程の動作について説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程で取得された候補画像の模式図である
【図６】本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の候補画像取得工程における近似曲線の一例を示す模式的なグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る波面測定方法の解析候補画像群選出工程の解析候補画像群の一例および他例の選出方法について説明するための模式的なグラフである。
【図８】解析候補画像群ごとに算出され、表示部に表示された波面の例を示す。
【図９】光軸方向の位置ずれ量ΔＺを説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る波面測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る波面測定方法の測定フローを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る波面測定装置の概略構成を示す模式構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  レーザー光源
２  コリメートレンズ
３  ビームスプリッタ
４  フィゾーレンズ
４ａ  フィゾー面（曲面からなる参照面）
５  被測定面
６  集光レンズ
７  ＣＣＤ（撮像部）
７ａ  撮像面
８  ピエゾ素子（相対移動機構）
９  ピエゾ素子コントローラ（圧電素子駆動部）
１０  測定制御部
２１  候補画像取得部
２２  移動制御部
２３  記憶部
２４  解析候補画像群選出部
２５  波面算出部
２６  波面選択部
３０ａ  平行光（同一の光束）
３０ｂ  透過光
３０ｃ  被測定面反射光（測定光）
３０ｄ  参照面反射光（参照光）
３０ｅ  平行光（測定光）
３０ｆ  反射光
５０、５０Ａ、５０Ｂ  波面測定装置
５１、５２  干渉計
６１  被検査レンズ系
６２  参照球面（曲面からなる参照面）
Ｆｉ  時系列画像（候補画像）
Ｇｋ  解析候補画像群
Ｈｉ、Ｈｊ  候補画像
ｈ、ｈｋ  波面
ΔＺ  位置ずれ量
【図１】
0005037432.tif 000006
【図２】
0005037432.tif 000007
【図３】
0005037432.tif 000008
【図４】
0005037432.tif 000009
【図５】
0005037432.tif 000010
【図６】
0005037432.tif 000011
【図７】
0005037432.tif 000012
【図８】
0005037432.tif 000013
【図９】
0005037432.tif 000014
【図１０】
0005037432.tif 000015
【図１１】
0005037432.tif 000016
【図１２】
0005037432.tif 000017
【図１３】
0005037432.tif 000018