特許 6983635 計測方法、調整方法、光学素子の製造方法、プログラム、計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6983635

(24)【登録日】2021年11月26日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】計測方法、調整方法、光学素子の製造方法、プログラム、計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20211206BHJP

   G01M 11/02 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 A

   G01M11/02 B

【請求項の数】22

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2017-228336(P2017-228336)

(22)【出願日】2017年11月28日

(65)【公開番号】特開2019-100724(P2019-100724A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2020年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】前田 充史

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２０９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１５０８１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／２４

Ｇ０１Ｍ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの光を被検物に入射させ、該被検物から出射した被検光をマイクロレンズアレイに入射させて複数のスポット像を形成し、該複数のスポット像を撮像素子で撮像するステップと、
前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出するステップと、
前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出するステップを含むことを特徴とする計測方法。

【請求項2】

前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとを任意に対応付けるとき、
前記被検光が入射する１つのマイクロレンズを基準レンズとして選択し、
前記複数のスポット像の１つである任意のスポット像を前記基準レンズに対応付け、
前記任意のスポット像と前記基準レンズの対応を起点として、前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとを対応付けることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。

【請求項3】

前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズは、同一面内において間隔ｐ_ｌで配列されており、前記撮像素子は前記複数のマイクロレンズからｌだけ離れた位置に配置されており、前記被検物の波面計測において生じ得る波面傾斜の最大値をｔ_ｍａｘとするとき、
ｔ_ｍａｘ＜ｐ_ｌ／（２ｌ）
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の計測方法。

【請求項4】

前記仮の波面傾斜の値が前記波面傾斜に関する第一の閾値ｔ_０よりも大きい場合に前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更し、
前記波面傾斜に関する第一の閾値ｔ_０は、
ｔ_ｍａｘ＜ｔ_０≦ｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ
を満たすことを特徴とする請求項３に記載の計測方法。

【請求項5】

前記波面傾斜の値が前記波面傾斜に関する第二の閾値ｔ’_０を下回るまで前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けの変更を繰り返し、
前記波面傾斜に関する第二の閾値ｔ’_０は、
ｔ_ｍａｘ＜ｔ’_０≦ｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ
を満たすことを特徴とする請求項３または４に記載の計測方法。

【請求項6】

前記仮の波面傾斜の値をｔ’_ａｂｓとするとき、仮に対応付けたマイクロレンズからｔ’_ａｂｓｌの距離に位置するマイクロレンズへ対応付けを変更することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の計測方法。

【請求項7】

前記波面傾斜の最大値ｔ_ｍａｘは、前記被検光を計測する光学系の公差に基づく値であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の計測方法。

【請求項8】

前記被検物の光学面で反射した光の波面を請求項１乃至７のいずれか一項に記載の計測方法で計測するステップと、
前記光学面で反射された光の波面に基づいて前記光学面の形状を算出するステップを含むことを特徴とする計測方法。

【請求項9】

前記被検物の光学面で反射した光の波面を請求項１乃至７のいずれか一項に記載の計測方法により計測するステップと、
前記光学面で反射された光の波面に基づいて前記被検物の位置を調整するステップを含むことを特徴とする調整方法。

【請求項10】

前記被検物は第一の光学面と第二の光学面を有し、
前記光源から前記被検物に入射した光のうち前記第一の光学面を透過して前記第二の光学面で反射した光によって形成されたスポット像を前記撮像素子で撮像したスポット像から除いた上で、前記第一の光学面で反射した光の波面を算出することを特徴とする請求項９に記載の調整方法。

【請求項11】

請求項９または１０に記載の調整方法により前記被検物の位置を調整するステップと、
前記被検物の光学面の形状を計測するステップを含むことを特徴とする計測方法。

【請求項12】

光学素子を加工するステップと、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波面計測方法により前記光学素子の波面を計測するステップを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。

【請求項13】

光学素子を加工するステップと、
請求項８または１１に記載の形状計測方法により前記光学素子の形状を計測するステップを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。

【請求項14】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の計測方法をコンピューターに実行させるプログラム。

【請求項15】

被検物に入射した光のうち該被検物から出射した被検光を集光させることにより複数のスポット像を形成するマイクロレンズアレイと、
前記複数のスポット像を撮像する撮像素子と、
前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出し、前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出する演算手段を有することを特徴とする計測装置。

【請求項16】

前記演算手段は、前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとを任意に対応付けるとき、前記被検光が入射する１つのマイクロレンズを基準レンズとして選択し、前記複数のスポット像の１つである任意のスポット像を前記基準レンズに対応付け、前記任意のスポット像と前記基準レンズの対応を起点として、前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとを対応付けることを特徴とする請求項１５に記載の計測装置。

【請求項17】

前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズは、同一面内において間隔ｐ_ｌで配列されており、前記撮像素子は前記複数のマイクロレンズからｌだけ離れた位置に配置されており、前記被検物の波面計測において生じ得る波面傾斜の最大値をｔ_ｍａｘとするとき、
ｔ_ｍａｘ＜ｐ_ｌ／（２ｌ）
を満たすことを特徴とする請求項１５または１６に記載の計測装置。

【請求項18】

前記演算手段は、前記仮の波面傾斜の値が前記波面傾斜に関する第一の閾値ｔ_０よりも大きい場合に前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更し、
前記波面傾斜に関する第一の閾値ｔ_０は、
ｔ_ｍａｘ＜ｔ_０≦ｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の計測装置。

【請求項19】

前記演算手段は、前記波面傾斜の値が前記波面傾斜に関する第二の閾値ｔ’_０を下回るまで前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けの変更を繰り返し、
前記波面傾斜に関する第二の閾値ｔ’_０は、
ｔ_ｍａｘ＜ｔ’_０≦ｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ
を満たすことを特徴とする請求項１７または１８に記載の計測装置。

【請求項20】

前記仮の波面傾斜の値をｔ’_ａｂｓとするとき、仮に対応付けたマイクロレンズからｔ’_ａｂｓｌの距離に位置するマイクロレンズへ対応付けを変更することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の計測装置。

【請求項21】

前記波面傾斜の最大値ｔ_ｍａｘは、前記被検光を計測する光学系の公差に基づく値であることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の計測装置。

【請求項22】

光源と、
前記光源からの光を透過して被検物へ光を導くと共に、前記被検物からの光を反射させるビームスプリッターと、
前記被検物を保持する保持部材と、
前記ビームスプリッターで反射した光が入射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを透過した光を集光させることにより複数のスポット像を形成するマイクロレンズアレイと、
前記複数のスポット像を撮像する撮像素子と、
前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出し、前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出する演算手段を有することを特徴とする計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学素子の評価に利用可能な波面計測に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、カメラ、光学ドライブ、露光装置などの光学機器においては、光学系の小型化のため、非球面を有する光学素子（ミラーやレンズ等）が用いられている。高品質の非球面を有する光学素子を効率良く生産するためには、非球面の形状を簡便に評価する計測技術が必要である。

【0003】

そのような計測技術として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ：ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ ａｒｒａｙ）と撮像素子を備えたシャックハルトマンセンサー（ＳＨＳ：Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ ｓｅｎｓｏｒ）による計測方法がよく知られている。非球面レンズなどの被検物に対して投光された光が反射すると、その光は被検物の形状を反映した波面の光（被検光）として伝搬する。その被検光をＳＨＳで検知することで簡単に波面の計測ができ、ひいては被検物の形状を計測することができる。

【0004】

被検光がシャックハルトマンセンサーの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像が形成される。そのスポット像を撮像し、それぞれのスポット位置を検出する。検出されたスポット位置から各マイクロレンズに入射した光線の傾斜を算出し、この光線傾斜分布から被検光の波面を簡単に算出することができる。

【0005】

非球面を有する光学素子の反射光は非球面波であり、各スポット像は、経由したマイクロレンズ（ＭＬ：ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）の光軸から大きく離れた位置に形成される。精密な波面データを取得するためには、このような各スポット像を各マイクロレンズに正しく対応付ける必要がある。

【0006】

この様な状況でスポット像とマイクロレンズを正しく対応付ける方法が、特許文献１に記載されている。ここでは、測定光軸近傍のマイクロレンズの１つが遮蔽されており、スポット像の１つが欠損する。この欠損したスポット像を基準に、隣接するスポット像を１つずつ演繹的に隣接するマイクロレンズに対応付けていく。

【0007】

ところが、特許文献１に記載の方法を適用できるのは、遮蔽したマイクロレンズが存在する測定光軸近傍の領域を被検光が照明する場合に限られる。例えば、カセグレン光学系を構成するための、中央部に穴が開いたミラーの形状を計測する場合、被検光であるその反射光の光束はドーナツ状の形状を示し、測定光軸近傍のマイクロレンズを照明しない。その結果、遮蔽したレンズによるスポット像の欠損を観測することはできず、特許文献１に記載の方法では被検光の波面を計測することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−１８０７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、被検物の波面を高精度に計測することができる計測方法を提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一実施形態としての計測方法は、光源からの光を被検物に入射させ、該被検物から出射した被検光をマイクロレンズアレイに入射させて複数のスポット像を形成し、該複数のスポット像を撮像素子で撮像するステップと、前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出するステップと、前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出するステップを含むことを特徴とする。

【0011】

上記の計測方法により計測された波面に基づいて、被検物の形状を算出する計測方法も本発明の一実施形態に含まれる。

【0012】

上記の計測方法により計測された波面に基づいて、被検物の位置を調整する調整ステップを含む調整方法も本発明の一実施形態に含まれる。

【0013】

上記の計測方法により、加工された光学素子の波面を評価するステップを含む光学素子の製造方法も本発明の一実施形態に含まれる。

【0014】

上記の計測方法をコンピューターに実行させるプログラム、およびプログラムを記憶させた記憶媒体も本発明の一実施形態に含まれる。

【0015】

本発明の一実施形態としての計測装置は、被検物に入射した光のうち該被検物から出射した被検光を集光させることにより複数のスポット像を形成するマイクロレンズアレイと、前記複数のスポット像を撮像する撮像素子と、前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出し、前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出する演算手段を有することを特徴とする。

【0016】

本発明の一実施形態としての計測装置は、光源と、前記光源からの光を透過して被検物へ光を導くと共に、前記被検物からの光を反射させるビームスプリッターと、前記被検物を保持する保持部材と、前記ビームスプリッターで反射した光が入射するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを透過した光を集光させることにより複数のスポット像を形成するマイクロレンズアレイと、前記複数のスポット像を撮像する撮像素子と、前記複数のスポット像と前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズとを任意に対応付けて前記被検光の仮の波面傾斜を算出し、前記仮の波面傾斜に基づいて前記複数のスポット像と前記複数のマイクロレンズとの対応付けを変更して前記被検光の波面を算出する演算手段を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、被検物の波面を高精度に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施例１の計測装置の概略図である。

【図2】マイクロレンズアレイの説明図である。

【図3】実施例１における計測手順を説明するフローチャートである。

【図4】スポット像が形成される様子を示した図である。

【図5】撮像素子で取得されるスポット像の説明図である。

【図6】実施例１における計測手順を説明するフローチャートである。

【図7】実施例２における計測手順を説明するフローチャートである。

【図8】実施例３における計測手順を説明するフローチャートである。

【図9】実施例４における計測手順を説明するフローチャートである。

【図10】実施例５における計測手順を説明するフローチャートである。

【図11】実施例６における計測手順を説明するフローチャートである。

【図12】実施例７の計測装置の概略図である。

【図13】実施例７における計測方法を説明するフローチャートである。

【図14】実施例８の調整装置の概略図である。

【図15】実施例８における調整方法を説明するフローチャートである。

【図16】実施例９の計測装置の概略図である。

【図17】実施例９における計測方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［実施例１］
本発明を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。

【0020】

［形状計測装置の説明］
本実施例では、カセグレン光学系を構成するミラーの形状の計測に適した計測装置１００を示す。図１は、形状計測装置１００の模式図である。この装置は、光源１０９、光源１０９の出射光を導く光ファイバー１０９ａ、光ファイバー１０９ａを透過した光を球面波に変換し、測定光１１０として被検ミラー１１２の被検面１１２ａに向けて出射するファイバーコネクター１０９ｂを備える。また、被検面１１２ａからの反射光を折り返すビームスプリッター１０８と、ビームスプリッター１０８で折り返された光を略平行な光に変換するコリメータレンズ１０６とを備える。

【0021】

また、形状計測装置１００は、コリメータレンズ１０６で変換された略平行な光を被検光とする波面計測装置として、シャックハルトマンセンサー（ＳＨＳ）１０１を備える。コリメータレンズ１０６は、被検面１１２ａの反射光を倍率Ｍでシャックハルトマンセンサー１０１の受光面に結像している。すなわち、被検面１１２ａとシャックハルトマンセンサー１０１の受光面は、コリメータレンズ１０６を介して光学的に互いに共役な位置関係にある。

【0022】

また、形状計測装置１００は、シャックハルトマンセンサー１０１が出力する波面データから、図１中の（Ｘ，Ｙ）位置での被検面１１２ａの高さ、すなわち形状Ｚ（Ｘ，Ｙ）を算出するコンピューター１１１を備える。また、被検ミラー１１２を保持するホルダー１０７を備える。

【0023】

シャックハルトマンセンサー１０１は、被検光を分割して複数のスポット像を形成するためのマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１０３、形成した複数のスポット像を撮像するための撮像素子であるＣＣＤセンサー１０２を備える。但し、撮像素子はＣＣＤセンサーに限らずＣＭＯＳセンサーなどでも良いし、マイクロレンズアレイの代わりに微小な凹面ミラーが複数配列しているミラーアレイなどを導入しても良い。

【0024】

また、シャックハルトマンセンサー１０１は、ＣＣＤセンサー１０２からスポット像を取り込んで被検光の波面１１３を算出する（後述のステップＳ１０３）ためのコンピューター１０５を備える。但し、コンピューター１０５はシャックハルトマンセンサー１０１の一部を構成していなくてもよく、ＣＣＤセンサー１０２の出力を受けて演算を実行するコンピューターが別に接続される構成にしてもよい。

【0025】

また実施例１では、コンピューター１０５で算出された波面１１３の波面データから被検面１１２ａの形状をコンピューター１１１で算出する例を示す。ただし、この演算もコンピューター１０５で行い、形状計測装置１００がコンピューター１１１を備えない構成としても良い。

【0026】

コンピューター１０５は、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ（プログラムメモリ、記憶媒体）５０２、ＲＡＭ５０３などのメモリを備えている。また、不図示のインターフェースを介してＣＣＤセンサー１０２の出力信号を入力する。さらに、コンピューター１０５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手段５０４を有する。ＣＰＵ５０１は、例えば、波面計測結果を通信手段５０４を介してコンピューター１１１に送信することができる。

【0027】

図２に、マイクロレンズアレイ１０３の模式図を示す。マイクロレンズアレイ１０３は、同一面内に配列され焦点距離ｆがほぼ等しい複数の円形のマイクロレンズ（ＭＬ）１０４と、マイクロレンズ１０４以外の箇所に入射した被検光を遮光するための遮光マスク１０７から構成される。遮光マスク１０７の非遮光領域は円形であり、その中心はマイクロレンズ１０４の光軸とほぼ一致している。但し、マイクロレンズや遮光マスクの形状は円形に限らず方形や六角形でもよい。

【0028】

本実施例では、図２の様に光軸に垂直なξ、η方向に沿って各マイクロレンズが間隔ｐ_ｌで正方格子状に配置されている場合について示し、例えばマイクロレンズ１０４ａであれば「ｋ行ｊ列目のＭＬ」と表現する。但し、マイクロレンズ１０４は必ずしも正方格子状に配置されていなくても良い。マイクロレンズアレイ１０３とＣＣＤセンサーの受光面１０２ａとの距離ｌは、マイクロレンズ１０４の焦点距離ｆとほぼ一致している。

【0029】

マイクロレンズの光軸の位置（ξ_{０、ｊ、ｋ}、η_{０、ｊ、ｋ}）は、例えばＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．３０、ｐ６４１９に記載の方法で事前に取得しておく。シャックハルトマンセンサー１０１は距離ｌがなるべく焦点距離ｆに等しくなるように組み立てられているが、その組立には有限の誤差が存在する。そこで距離ｌについても、公知の方法で校正し、精密な値を事前に取得しておく。本実施例では、全てのマイクロレンズについてＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａとの距離がｌで均一であるとして扱うが、マイクロレンズ毎に受光面１０２ａとの距離ｌ_ｊ，ｋを求め、後に算出する光線傾斜データに反映しても良い。

【0030】

実施例１で計測する被検ミラー１１２はカセグレン光学系を構成するための貫通穴を備えるミラーであり、被検面１１２ａは、非球面軸１１２ｂを中心とする穴のあいた、非球面軸１１２ｂに対して軸対称な非球面である。但し、形状計測装置１００はこのようなカセグレン光学系を構成するためのミラーに限らず、穴の開いていない球面ミラー、非球面ミラー、球面レンズ、非球面レンズなどを計測することも可能である。

【0031】

［形状計測手順の説明］
本実施例における形状計測の手順を図３に示す。形状計測装置１００で被検面１１２ａの形状を計測するにあたり、まずはステップＳ１０１で、ホルダー１０７に被検ミラー１１２を設置する。その際には、非球面軸１１２ｂを測定光１１０の光軸（測定光軸）１１０ａに一致させる。そのために、あらかじめホルダー１０７に不図示の位置決めピンなどを設置しておいて被検ミラー１１２を突き当てても良いし、ホルダー１０７に不図示の位置調整機構を備えても良い。

【0032】

このようにして被検ミラー１１２をホルダー１０７に設置した結果、被検面１１２ａで反射された直後の光の波面には、被検面１１２ａの形状が反映される。この反射光は、ビームスプリッター１０８、コリメータレンズ１０６を通過してシャックハルトマンセンサー１０１に入射する。被検面１１２ａとシャックハルトマンセンサー１０１の受光面は共役な位置関係にあるため、被検面１１２ａで反射された直後の光波面と同様、シャックハルトマンセンサー１０１に入射する光の波面１１３にも被検面１１２ａの形状が反映される。

【0033】

また、測定光１１０は測定光軸１１０ａに対して軸対称であり、被検面１１２ａは非球面軸１１２ｂに対して軸対称に設計されており、さらにはこの非球面軸１１２ａが測定光軸１１０ａと一致するように被検ミラー１１２を設置している。そのため、被検面１１２ａの反射光の波面は、測定光軸１１０ａに対しておおよそ軸対称となる。この光をコリメートするコリメータレンズ１０６はやはり軸対称なので、波面１１３もおおよそ軸対称となる。

【0034】

さらには、シャックハルトマンセンサー１０１に入射した光はマイクロレンズアレイ１０３によって分割され、ＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａには複数のスポット像が形成される。ステップＳ１０１で被検ミラー１１２をホルダー１０７に設置した結果、ＣＣＤセンサーの受光面１０２ａに複数のスポット像が形成されるため、このステップはスポット形成工程に相当する。

【0035】

図４は、被検面１１２ａからの反射光がシャックハルトマンセンサー１０１に入射し、スポット像が形成される様子を示した模式図である。スポット像は、図４中のＳＰ１〜１６のように、各マイクロレンズ１０４の中心を通過する光線１１４とＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａの交点に形成される。被検面１１２ａの中央部に貫通穴が空いていることに伴い、ＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａの中央部にスポット像が形成されることは無い。その結果、スポット像が形成される領域は、ドーナツ状の領域に限られることとなる。

【0036】

被検ミラー１１２をホルダー１０７に設置して、ＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａに複数のスポット像を形成した後には、ステップＳ１０２にて、ＣＣＤセンサー１０２でスポット像を撮像する。図５は、スポット像の説明図である。スポット像は、ＣＣＤセンサー１０２が出力する、ν行μ列の画素からの信号Ｉ_μ，ν（μ＝１、２、・・・、ν＝１、２、・・・）で構成されることとなる。ＣＣＤセンサー１０２で撮像したスポット像は、コンピューター１０５に取り込む。

【0037】

スポット像を撮像した後には、ステップＳ１０３にて、後述する手順に従い、各マイクロレンズ１０４に入射した光線１１４の傾斜（シャックハルトマンセンサー１０１上での光線傾斜分布）をコンピューター１０５で算出する。なお、光を波として捉えた時には、その等位相面が波面、波面の法線が光線に相当するので、光線傾斜分布と波面は対応する。すなわち、光線傾斜分布を算出すれば、それは波面を算出したことと同義である。従って、ステップＳ１０３は波面算出工程に相当し、算出される光線傾斜分布は波面データに相当する。

【0038】

その後のステップＳ１０４では、各マイクロレンズ１０４に入射した光線１１４の傾斜分布から、被検面１１２ａで反射された直後の光線傾斜分布を計算する。より具体的には、被検面１１２ａで反射された直後の光線のＸ方向への傾斜の分布ｓ_{Ｘ，ｏｕｔ}（Ｘ，Ｙ）と、Ｙ方向への光線の傾斜の分布ｓ_{Ｙ，ｏｕｔ}（Ｘ，Ｙ）を算出する。

【0039】

光線傾斜分布（ｓ_{Ｘ，ｏｕｔ}，ｓ_{Ｙ，ｏｕｔ}）を計算する際には、コリメータレンズ１０６の結像倍率Ｍを各ＭＬ１０４での光線傾斜に乗じても良い。また、各ＭＬ１０４から被検面１１２ａまで光線を逆方向に追跡することでより精密な光線傾斜分布を求めても良い。演算は、コンピューター１１１を用いて行う。

【0040】

被検面１１２ａ上で反射された直後の光線傾斜分布を算出した後には、ステップＳ１０５で、被検面１１２ａの形状を求める。そのためにまずは、算出した光線傾斜分布（ｓ_{Ｘ，ｏｕｔ}，ｓ_{Ｙ，ｏｕｔ}）を式（１）に代入し、被検面１１２ａの傾斜分布（ｄＺ（Ｘ，Ｙ）／ｄＸ、ｄＺ（Ｘ，Ｙ）／ｄＹ）を算出する。

【0041】

【数1】

【0042】

ここで、ｓ_Ｘ，ｉｎ（Ｘ，Ｙ）とｓ_Ｙ，ｉｎ（Ｘ，Ｙ）は、それぞれ被検面１１２ａへの入射光線のＸ，Ｙ方向への傾斜の分布である。これらの値は、ファイバーコネクター１０９ｂと被検面１１２ａの距離やビームスプリッター１０８の形状に基づいて予め計算し、コンピューター１１１に格納しておく。その後は、被検面１１２ａの傾斜分布（ｄＺ（Ｘ，Ｙ）／ｄＸ、ｄＺ（Ｘ，Ｙ）／ｄＹ）を２次元に亘って積分し、被検面１１２ａの形状データＺ（Ｘ，Ｙ）を算出する。

【0043】

例えば、形状計測装置１００で取得した形状データに基づいて、製造した被検レンズ１１２の良否判定をコンピューター１１１で行い、不図示のモニターに表示しても良い。また、取得した形状データから製造誤差に起因する形状誤差データをコンピューター１１１で求め、不図示の加工装置に送信し、その形状誤差の値を小さくするような加工を施しても良い。さらには、その光学素子で光学機器を構成しても良い。

【0044】

［光線傾斜分布算出の説明］
ステップＳ１０３で行う光線傾斜分布の算出は、図６に示した手順に従って行う。図示の計測手順は、ＣＰＵ５０１によって実行される。図示の計測手順は、ＣＰＵ５０１の制御プログラムとして、予めＲＯＭ５０２（あるいはＨＤＤなどの不図示の他の記憶装置）に格納しておく。

【0045】

光線傾斜分布を算出するにあたり、まずはステップＳ２０２で、被検面１１２ａの反射光で照明されるマイクロレンズを基準レンズとして選択する。具体的な手法としては、例えば、被検ミラーの設計形状とコリメータ１０６の結像倍率Ｍより、照明されるマイクロレンズアレイ１０２上の領域を求め、その領域にあるマイクロレンズ１０４を基準レンズとして選択すれば良い。本実施例では、ｊ_０行ｋ_０列目にあるＭＬ（図４中ではＭＬ４）を基準レンズとして選択する。

【0046】

被検面１１２ａの非球面量が大きい場合には、シャックハルトマンセンサー１０１に入射する光の波面１１３の偏差が大きくなり、各スポット像は経由したマイクロレンズ１０４の光軸から大きく離れた位置に形成される。例えば、図４のマイクロレンズＭＬ４を透過した光が形成したスポット像ＳＰ６であれば、マイクロレンズＭＬ４の光軸ＭＬ４ａに対し、マイクロレンズ約２個分離れている。その結果、個々のスポット像を検出するだけでは、各スポット像を形成する光が経由したマイクロレンズＭＬ（各スポット像に対応するマイクロレンズ）を特定することは困難となる。

【0047】

上述の通り、引用文献１では、この課題を解決するために、マイクロレンズアレイの中心部に位置するマイクロレンズの１つを遮蔽し、欠損したスポット像を基準にマイクロレンズとスポット像を対応付けている。

【0048】

ところが、実施例１の被検面１１２ａの中央には貫通穴が空いており、シャックハルトマンセンサー１０１に入射する光束はドーナツ状の形状を示す。このため、マイクロレンズアレイの中央に位置するマイクロレンズを１つ遮蔽しても、これによるスポット像の欠損を観測することは出来ない。すなわち、実施例１で扱う被検面１１２ａの形状を計測する場合には、引用文献１に記載の手段を適用してスポット像とマイクロレンズを正確に対応付けることはできず、被検面１１２ａの形状を精密に計測することもできない。

【0049】

波面１１３は軸対称に設計されているので、波面１１３の傾斜（≒波面１１３の軸の傾斜）は、形状計測装置１００と被検ミラー１１２の製造誤差、および被検ミラー１１２の設置誤差に起因する僅かな量にすぎず、角度に換算して約０．１°である。一方、マイクロレンズとスポット像の対応付けを誤った場合、その誤差は波面の傾斜として現れ、その大きさは実際の波面の傾斜に対して十分に大きい。

【0050】

例えば、シャックハルトマンセンサーはｐ_ｌ≒０．１５［ｍｍ］、ｌ≒５［ｍｍ］のものが多く市販されており、この場合に対応付けを１つ誤ったことによる波面傾斜誤差はｐ_ｌ／ｌ≒０．０３で、角度に換算して約２°である。

【0051】

さらには、波面１１３の傾斜は、その光束がドーナツ状の形状を示している場合にも検出可能である。すなわち、波面１１３の傾斜は、マイクロレンズとスポット像を対応付けるための基準として十分機能する。そこで実施例１では、各マイクロレンズに対して任意のスポット像を対応付けた上で仮の波面の傾斜を算出し、そこから対応付けの誤りを検知して修正する。すなわち、欠損スポットではなく、波面１１３の傾斜を基準として、対応付けの誤りを検知する。

【0052】

そのため、基準レンズを選択した後のステップＳ２０３では、スポット像の位置を式（２）、（３）で算出し、基準レンズに対応付ける。

【0053】

【数2】

【0054】

【数3】

【0055】

ｐ_ｃはＣＣＤセンサー画素ピッチを表す。αは、カメラ出力信号の解析領域の大きさを反映するパラメータである。式（２）では、基準レンズの光軸（ξ_{０、ｊ０、ｋ０}、η_{０、ｊ０、ｋ０}）を中心として±α個の画素に亘ってカメラ出力信号Ｉ_μ，νを解析しているため、基準レンズの光軸に最近接しているスポット像の位置が算出される。

【0056】

図４の場合であれば、基準レンズであるマイクロレンズＭＬ４の光軸ＭＬ４ａに最近接しているスポット像ＳＰ４の位置を求め、これをマイクロレンズＭＬ４に対応付けていることとなる。上記解析領域のカメラ出力信号Ｉ_μ，νにスポット像が含まれない場合にはαを増大して再解析すれば良いし、２つ以上のスポット像が含まれた場合にはαを縮小して再解析すれば良い。

【0057】

また、抽出した上記領域のカメラ信号のうち、最大出力を示す画素の位置を（μ’_{０，ｊ０，ｋ０}，ν’_{０，ｊ０，ｋ０}）とし、これを式（２）に代入して再解析を行っても良い。ｓは１〜３程度の値とするが、スポットサイズとＣＣＤセンサーの画素ピッチｐ_ｃの関係に応じて適宜調整することが望ましい。

【0058】

本実施例では式（２）を用いるが、例えば他の方法として、ガウシアンを初めとするスポット形状を適切に表す式でスポット像をフィッティングし、その中心をスポット像の位置として求めても良い。算出されたスポット像の位置（ξ’_{ｊ０，ｋ０}，η’_{ｊ０，ｋ０}）のデータは、ｋ_０行ｊ_０列目に配置されたマイクロレンズに対応付けた上で、演算機１０５に格納する。

【0059】

実施例１のステップＳ２０３では、基準レンズの光軸に最近接しているスポット像を基準レンズに対応付けるが、これは基準レンズに任意のスポット像を対応付ける一例でしかない。基準レンズの光軸に最近接しているスポット像の代わりに、基準レンズの光軸に最近接しているスポット像から離れたスポット像を選択しても良い。

【0060】

また、被検ミラー１１２の設計形状から波面１１３を予想し、さらにそこから基準レンズを透過した光が形成するスポット像の位置を予想し、その周辺に位置するスポット像を対応付けても良い。いずれの場合においても、式（２）中のμ’_{０，ｊ０，ｋ０}とν’_{０，ｊ０，ｋ０}の値を、式（３）で算出される値からずらすこととなる。

【0061】

任意のスポット像の位置を検出して基準レンズに対応付けた後には、ステップＳ２０４で、それ以外のスポット像の位置を検出し、各マイクロレンズに演繹的に対応付ける。図４の場合であれば、スポット像ＳＰ４から−ξ方向に１個ずれたスポット像ＳＰ３を検出してマイクロレンズＭＬ３に対応付ける。さらに、１個ずれたスポット像ＳＰ２を検出してマイクロレンズＭＬ２に対応付け、１個ずれたスポット像ＳＰ１を検出してマイクロレンズＭＬ１に対応付ける。すなわち、スポット像ＳＰ４を起点として、他のスポット像を各マイクロレンズに演繹的に対応付ける。

【0062】

図４にはη方向の対応付けしか示されていないが、実際にはξ方向に加えてη方向についてもマイクロレンズをスポット像に演繹的に対応付ける。その結果、対応付けは波面１１３の中央の欠損部を回り込むこととなる。すなわち、スポット像ＳＰ９はマイクロレンズＭＬ５に、スポット像ＳＰ１０はマイクロレンズＭＬ６に、スポット像ＳＰ１１はマイクロレンズＭＬ７に、スポット像ＳＰ１２はマイクロレンズＭＬ８に対応付けられる。これにより、スポット位置データ（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）が算出されることとなる。

【0063】

全てのスポット像を検出してマイクロレンズに対応付けた後には、ステップＳ２０５にて、各マイクロレンズに入射する仮の光線傾斜（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を式（４）で求める。

【0064】

【数4】

【0065】

その後は、ステップＳ２０６にて、仮の光線傾斜分布（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）から仮の波面傾斜（ｔ’_ξ、ｔ’_η）を求める。波面の傾斜は、例えば仮の光線傾斜をＺｅｒｎｉｋｅ関数の微分形でフィッティングして求める。すなわち、式（５）で定義されるΔを最小とするｃ_ｎ（ｎ＝１、２・・・）を求める。

【0066】

【数5】

【0067】

なお、Ｒは波面１１３の有効領域の半径であり、実施例１におけるＺｅｒｎｉｋｅ関数Ｚ_ｎ（ｘ、ｙ）は式（６）の様に定義される。但し、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２である。

【0068】

Ｚ_１（ｘ、ｙ）＝１
Ｚ_２（ｘ、ｙ）＝ｘ
Ｚ_３（ｘ、ｙ）＝ｙ
Ｚ_４（ｘ、ｙ）＝２ｒ_２−１
Ｚ_５（ｘ、ｙ）＝２ｘ_２−ｙ_２
Ｚ_６（ｘ、ｙ）＝２ｘｙ
Ｚ_７（ｘ、ｙ）＝（−２＋３ｒ^２）ｘ
Ｚ_８（ｘ、ｙ）＝（−２＋３ｒ^２）ｙ
Ｚ_９（ｘ、ｙ）＝（１−６ｒ^２＋６ｒ^４）
Ｚ_１０（ｘ、ｙ）＝ｘ^３−３ｘｙ^２
Ｚ_１１（ｘ、ｙ）＝３ｘ^２ｙ−ｙ^３
Ｚ_１２（ｘ、ｙ）＝（−３＋４ｒ^２）（ｘ^２−ｙ^２）
Ｚ_１３（ｘ、ｙ）＝２（−３＋４ｒ^２）ｘｙ
Ｚ_１４（ｘ、ｙ）＝（３−１２ｒ^２＋１０ｒ^４）ｘ
Ｚ_１５（ｘ、ｙ）＝（３−１２ｒ^２＋１０ｒ^４）ｙ
Ｚ_１６（ｘ、ｙ）＝−１＋１２ｒ^２−３０ｒ^４＋２０ｒ^６
Ｚ_１７（ｘ、ｙ）＝ｘ^４−６ｘ^２ｙ^２＋ｙ^４
Ｚ_１８（ｘ、ｙ）＝４ｘｙ（ｘ^２−ｙ^２）
Ｚ_１９（ｘ、ｙ）＝（−４＋５ｒ^２）（ｘ^３−３ｘｙ^２）
Ｚ_２０（ｘ、ｙ）＝（−４＋５ｒ^２）（３ｘ^２ｙ−ｙ^３）
Ｚ_２１（ｘ、ｙ）＝（６−２０ｒ^２＋１５ｒ^４）（ｘ^２−ｙ^２）
Ｚ_２２（ｘ、ｙ）＝２（６−２０ｒ^２＋１５ｒ^４）ｘｙ
Ｚ_２３（ｘ、ｙ）＝（−４＋３０ｒ^２−６０ｒ^４＋３５ｒ^６）ｘ
Ｚ_２４（ｘ、ｙ）＝（−４＋３０ｒ^２−６０ｒ^４＋３５ｒ^６）ｙ
Ｚ_２５（ｘ、ｙ）＝１−２０ｒ^２＋９０ｒ^４−１４０ｒ^６＋７０ｒ^８
Ｚ_２６（ｘ、ｙ）＝ｘ^５−１０ｘ^３ｙ^２＋５ｘｙ^４
Ｚ_２７（ｘ、ｙ）＝５ｘ^４ｙ−１０ｘ^２ｙ^３＋５ｙ^５
Ｚ_２８（ｘ、ｙ）＝（−５＋６ｒ^２）（ｘ^４−６ｘ^２ｙ^２＋ｙ^４）
Ｚ_２９（ｘ、ｙ）＝４（−５＋６ｒ^２）ｘｙ（ｘ^２−ｙ^２）
Ｚ_３０（ｘ、ｙ）＝（１０−３０ｒ^２＋２１ｒ^４）（ｘ^３−３ｘｙ^２）
Ｚ_３１（ｘ、ｙ）＝（１０−３０ｒ^２＋２１ｒ^４）（３ｘ^２ｙ−ｙ^３）
Ｚ_３２（ｘ、ｙ）＝（−１０＋６０ｒ^２−１０５ｒ^４＋５６ｒ^６）（ｘ^２−ｙ^２）
Ｚ_３３（ｘ、ｙ）＝２（−１０＋６０ｒ^２−１０５ｒ^４＋５６ｒ^６）ｘｙ
Ｚ_３４（ｘ、ｙ）＝（５−６０ｒ^２＋２１０ｒ^４−２８０ｒ^６＋１２６ｒ^８）ｘ
Ｚ_３５（ｘ、ｙ）＝（５−６０ｒ^２＋２１０ｒ^４−２８０ｒ^６＋１２６ｒ^８）ｙ
Ｚ_３６（ｘ、ｙ）＝−１＋３０ｒ^２−２１０ｒ^４＋５６０ｒ^６−６３０ｒ^８＋２５２ｒ^１０
・・・式（６）
ここで求められた（ｃ_２，ｃ_３）の値が、仮の波面傾斜（ｔ’_ξ、ｔ’_η）に相当することとなる。

【0069】

実施例１では、式（５）中でｎについて総和を取る際にｎの上限値を３６としたが、上限値はこれより大きくても小さくても良い。また、実施例１では、仮の波面の傾斜を求める際には微分Ｚｅｒｎｉｋｅ関数を利用したが、他の方法で求めても良い。例えば、仮の光線傾斜（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を２次元に亘って積分し、これをＺｅｒｎｉｋｅ関数でフィッティングして傾斜を求めても良い。また、取得された仮の光線傾斜について、ｊ、ｋに亘って平均値を取っても良い。

【0070】

さらには、仮の光線傾斜を算出するステップＳ２０５を行わなくてもよい。すなわち、ステップＳ２０４で算出したスポット位置（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）とマイクロレンズ光軸の位置（ξ’_０，_ｊ，ｋ，η’_０，_ｊ，ｋ）についてそれぞれｊ、ｋに亘って平均値を取り、その差をｌで除しても良い。

【0071】

ステップＳ２０７では波面傾斜閾値（第一の閾値）ｔ_０を決定し、ステップＳ２０８では、仮の波面傾斜の絶対値ｔ’_ａｂｓ＝√（ｔ’_ξ^２＋ｔ’_η^２）と閾値ｔ_０を比較し、ステップＳ２０３で行ったスポット像とマイクロレンズの対応付けの正否を判定する。実施例１では、ステップＳ２０８の直前にステップＳ２０７を行う例を示すが、ステップＳ２０７はステップＳ２０８より前であればいつ実施しても良く、例えばステップＳ１０１で被検ミラー１１２を設置する前に行ってもよい。

【0072】

ステップＳ２０８で仮の波面傾斜の絶対値ｔ’_ａｂｓと閾値ｔ_０の大小関係に基づいて対応付けの正否を判定するためには、この波面傾斜閾値ｔ_０は、実際に波面１１３に生じ得る傾斜量の最大値ｔ_ｍａｘより大きい必要がある。もしｔ_０がｔ_ｍａｘよりも小さければ、対応付けが正しい場合にも、実存する波面の傾斜を対応付けによる誤差と誤検知する可能性がある。

【0073】

上述の通り、波面１１３の傾斜は主に形状計測装置１００と被検ミラー１１２の製造誤差、および被検レンズ１１２の姿勢誤差に起因するので、ｔ_ｍａｘは上記誤差によって生じ得る波面傾斜の最大値である。これは、シャックハルトマンセンサー１０１にとっては、被検光を出射する光学系の機械公差に基づく値に相当する。ステップＳ２０７では、このｔ_ｍａｘを上回る様にｔ_０を設定する。

【0074】

一方、波面傾斜閾値ｔ_０は、誤った対応付けに基づいて算出される仮の波面傾斜を下回る必要がある。スポット像を正しいマイクロレンズから１つずれたマイクロレンズに対応付けた場合の傾斜誤差はｐ_ｌ／ｌであり、誤った対応付けに基づいて算出される仮の波面の傾斜がｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘを下回ることは無い。従って、ステップＳ２０７では、波面傾斜閾値ｔ_０をｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ以下に設定する。

【0075】

すなわち、ステップＳ２０７では、波面傾斜閾値（第一の閾値）ｔ_０を、式（７）を満たす値に設定する。

【0076】

ｔ_ｍａｘ＜ｔ_０≦ｐ_ｌ／ｌ−ｔ_ｍａｘ・・・式（７）
上述の通り、設計波面が軸対称な場合、対応付けを誤ったことによる波面傾斜誤差は波面の実際の傾斜量に対して十分大きく、ｔ_ｍａｘ＜ｐ_ｌ／（２ｌ）が成立する。その結果、式（７）を満たす波面傾斜閾値ｔ_０が存在することとなり、ステップＳ２０７における波面傾斜閾値ｔ_０の設定と、ステップＳ２０８におけるｔ_０を用いた対応付け誤りの判定が可能となる。

【0077】

その上で、ステップＳ２０８では、仮の波面傾斜の絶対値ｔ’_ａｂｓを波面傾斜閾値ｔ_０と比較する。ｔ’_ａｂｓがｔ_０を下回る場合には、ステップＳ２０３で行った対応付けが正しいと判定し、ステップＳ２１２にて、ステップＳ２０５で算出した仮の光線傾斜分布（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を光線傾斜分布（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）として出力する。仮の波面傾斜の絶対値ｔ’_ａｂｓがｔ_０を上回る場合には、ステップＳ２０３で誤った対応付けを行ったと判定し、これを修正するためにステップＳ２０９に進む。

【0078】

なお、被検面１１２ａの非球面量が極めて大きく、ステップＳ２０３で基準レンズが正しいスポット像に対応付けられていない可能性が高い場合には、ステップＳ２０７とＳ２０８を設けず、対応付けの正否判定を行うことなくステップＳ２０９に進んでもよい。

【0079】

ところで、対応付けを誤ったことによる波面傾斜誤差ｐ_ｌ／ｌが実際の傾斜量に対して十分に大きいため、対応付けが誤っている場合、仮の波面傾斜（ｔ’_ξ、ｔ’_η）のほとんどは、この誤りによる波面傾斜誤差によって占められる。

【0080】

すなわち、仮の波面傾斜（ｔ’_ξ、ｔ’_η）はマイクロレンズとスポット像の対応付けの誤り量そのものであり、これを算出したことは対応付けの誤り量を検知したことに相当する。従って、スポット像とマイクロレンズを正しく対応付けるためには、この仮の波面傾斜（ｔ’_ξ、ｔ’_η）を相殺するようにマイクロレンズとスポット像の対応付けを変更すれば良い。

【0081】

（ｔ’_ξ、ｔ’_η）の仮の波面傾斜は、（−ｔ’_ξｌ、−ｔ’_ηｌ）のスポット位置ずれに相当する。そこでステップＳ２０９では、これを相殺する様に、ステップＳ２０３で検出したスポットから（ｔ’_ξｌ、ｔ’_ηｌ）だけずれた位置にあるスポットを式（８）（９）で検出し、ｋ_０行ｊ_０列目の基準レンズに対応付ける。

【0082】

【数6】

【0083】

【数7】

【0084】

これにより、基準レンズを経由した光によって形成されたスポット像の位置（ξ_{ｊ０，ｋ０}，η_{ｊ０，ｋ０}）が正しく検出される。図４の場合であれば、基準レンズであるマイクロレンズＭＬ４を経由した光によって生成されたスポット像ＳＰ６の位置が算出されることとなる。

【0085】

基準レンズに対応するスポット像を検出した後には、ステップＳ２１０にて、それ以外のスポット像を検出し、各マイクロレンズに演繹的に対応付ける。具体的な手法は、ステップＳ２０４と同様である。

【0086】

図４の場合であれば、スポット像ＳＰ６から−ξ方向に１個ずれたスポット像ＳＰ５を検出してマイクロレンズＭＬ３に対応付ける。さらに１個ずれたスポット像ＳＰ４を検出してマイクロレンズＭＬ２に対応付け、さらに１個ずれたスポット像ＳＰ３を検出してマイクロレンズＭＬ１に対応付ける。すなわち、スポット像ＳＰ６を起点として、他のスポット像を各マイクロレンズに演繹的に対応付ける。

【0087】

また、スポット像ＳＰ１１はマイクロレンズＭＬ５に、スポット像ＳＰ１２はマイクロレンズＭＬ６に、スポット像ＳＰ１３はマイクロレンズＭＬ７に、スポット像ＳＰ１４はマイクロレンズＭＬ８に対応付ける。これにより、各マイクロレンズに対応するスポット像の位置（ξ_ｊ，ｋ，η_ｊ，ｋ）を算出する。

【0088】

全てのスポット像を検出してマイクロレンズに対応付けた後には、ステップＳ２１１にて、ステップＳ２１０で算出したスポット位置（ξ_ｊ，ｋ，η_ｊ，ｋ）を式（１０）に代入し、各マイクロレンズに入射する光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を求める。

【0089】

【数8】

【0090】

なお、実施例１では各マイクロレンズ１０４での光線傾斜を扱っているが、これにＴａｎ^−１を作用させて傾斜角に変換して扱っても良く、この傾斜角分布を算出した場合にも、その演算は波面の算出とみなすことができる。

【0091】

実施例１における形状計測方法によれば、中央に貫通穴のあいた被検ミラーであっても、その形状を精密に計測することができる。

【0092】

すなわち、従来から知られるマイクロレンズとスポット像を対応付ける手法は、欠損スポット像に代表される「個別のスポット像」を基準として利用するものであった。ところが、被検光の光束がドーナツ状の形状を示し、中央部の「個別のスポット像」を検出できない状況下では、この手法は適用できない。そこで本発明では、個別のスポット像に特徴を持たせることなく、特徴のない複数のスポット像の位置情報から波面傾斜の情報を抽出し、これを基準としてＭＬとスポットを対応付けたことを特徴としている。

【0093】

［実施例２］
本実施例では、実施例１と同じく、図１に記載の形状計測装置１００を用いる。また、実施例１と同じく、図３に記載の形状計測手順に従って行う。但し、ステップＳ１０３において、実施例１ではマイクロレンズアレイ上での光線傾斜分布を算出したのに対し、実施例２ではＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａでの光線傾斜分布を算出する。また、実施例１では、マイクロレンズとスポット像の対応付けが誤っている場合にスポット像の位置を再検出したが、実施例２ではこれを行わない。そのために、実施例２における光線傾斜分布の算出は、図７に記載の手順に従う。

【0094】

図７に記載の光線傾斜分布算出手順において、ステップＳ３０２〜Ｓ３０４、Ｓ３０６〜Ｓ３０８、Ｓ３１０は、実施例１のステップＳ２０２〜Ｓ２０４、Ｓ２０６〜Ｓ２０８、Ｓ２１２と同じである。

【0095】

ステップＳ３０４で各スポット位置（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）を検出して各マイクロレンズと対応付けた後、ステップＳ３０５にて、検出したスポット位置を式（１１）に代入し、ＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａ上での仮の光線傾斜分布を算出する。

【0096】

【数9】

【0097】

この式では、実施例１の式（４）に対し、光線位置が（ξ_{０，ｊ，ｋ}，η_{０，ｊ，ｋ}）から（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）に変更されている。これにより、算出される光線傾斜分布を示す位置が、マイクロレンズアレイ１０３からＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａに変更されることとなる。

【0098】

ステップＳ３０８でマイクロレンズとスポット像の対応付けの誤りが検出された場合には、ステップＳ３０９にて、式（１２）で仮の光線傾斜（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を補正して光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を算出する。

【0099】

【数10】

【0100】

式（１２）は、各スポット像に対応付けるマイクロレンズをステップＳ３０４で対応付けたマイクロレンズに対して（−ｔ’_ξｌ、−ｔ’_ηｌ）だけずらすことを意味する。右辺第２項ではそのマイクロレンズの位置ずれ分だけ仮の光線傾斜に対して修正を加えている。実施例１のように、スポット像を再検出することは行っていない。

【0101】

また、実施例１の式（１０）に対し、式（１２）では光線位置が（ξ_{０，ｊ，ｋ}，η_{０，ｊ，ｋ}）から（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）に変更されている。これにより、算出される光線傾斜分布を示す位置が、マイクロレンズアレイ１０３からＣＣＤセンサー１０２の受光面１０２ａに変更される。

【0102】

本実施例では、スポット像を再検出する工程を必要としないため、実施例１に対して演算工程が簡略化され、より高速な形状計測が可能となる。

【0103】

［実施例３］
実施例３では、実施例１と同じく、図１に記載の形状計測装置１００を用いる。また、実施例１と同じく、図３に記載の形状計測手順に従って行う。但し、ステップＳ１０３においてシャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布を算出する手順が、実施例１とは異なる。具体的には、実施例１では、マイクロレンズとスポット像の対応付けが誤っている場合にスポットの位置を再検出したが、実施例３ではこれを行わない。

【0104】

図８は、実施例３における、シャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布の算出手順である。ステップＳ５０２〜Ｓ５０８、Ｓ５１１は、実施例１で行った図５に記載のステップＳ２０２〜Ｓ２０８、Ｓ２１２とそれぞれ同じである。ステップＳ５０９では、ステップＳ２０４で算出したスポットの位置（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）を式（１３）に代入することで、各マイクロレンズＭＬに正しく対応付けられたスポットの位置（ξ_ｊ，ｋ，η_ｊ，ｋ）を算出する。

【0105】

【数11】

【0106】

式（１３）では、仮の波面傾斜（ｔ‘_ξ、ｔ’_η）を相殺するように、各スポットに対応するマイクロレンズＭＬの位置を（−ｔ’_ξｌ、−ｔ’_ηｌ）だけずらして修正している。スポット像の位置を再検出することは行っていない。その後はステップＳ５１０にて、実施例１のステップＳ２１１と同様に、各マイクロレンズに入射する光線の傾斜を式（１０）で算出する。

【0107】

これにより、実施例１と比較して演算工程が簡略化されるため、より高速な形状計測が可能となる。また、実施例２と異なり、各マイクロレンズの光軸（ξ_{０，ｊ，ｋ}，η_{０，ｊ，ｋ}）での光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を算出するため、（ξ、η）面内に亘ってほぼ等間隔な光線傾斜データを取得することが出来る。

【0108】

［実施例４］
本発明では、実施例１と同じく、図１に記載の形状計測装置１００を用いる。また、実施例１と同じく、図３に記載の形状計測手順に従って行う。但し、ステップＳ１０３においてシャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布を算出する手順が、実施例１とは異なる。具体的には、マイクロレンズとスポット像の対応付けが誤っていると判定された場合に、実施例１ではマイクロレンズを（ｔ’_ξｌ、ｔ’_ηｌ）ずれたスポット像に対応付けたが、実施例４では１つだけずらし、その都度対応付けの正否を判定する。

【0109】

図９（ａ）は、実施例４における、シャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布の算出手順である。波面傾斜閾値ｔ_０は実施例１のステップＳ２０７と同様の方法で求めるが、これはステップＳ７０１で最初に行っておく。ステップＳ７０２〜Ｓ７０６、Ｓ７０８は、実施例１で行ったステップＳ２０２〜Ｓ２０６、Ｓ２０８と同じである。

【0110】

ステップＳ７０８でｔ’_ａｂｓ＞ｔ_０と判定された場合には、ステップＳ７１０にて、仮の波面傾斜を相殺する方向に、全スポット像とマイクロレンズの対応を１つずらす。具体的には、ステップＳ７１０１〜Ｓ７１０６から構成される、図９（ｂ）のフローチャートに従って、スポット像の位置（ξ’_ｊ，ｋ，η’_ｊ，ｋ）の値を修正する。

【0111】

すなわち、その最初のステップであるＳ７１０１では、ｔ’_ξとｔ_０を比較し、ｔ’_ξの方が大きい場合にはステップＳ７１０２にて各マイクロレンズに対応付けるスポット像を＋ξ方向にずらす。ｔ_０の方が大きい場合には、図９（ｂ）のフローチャートに従って、−ξ方向にずらす（Ｓ７１０４）か、＋η方向にずらす（Ｓ７１０６）か、−η方向にずらす（Ｓ７１０７）か、いずれかを実施する。

【0112】

例えばステップＳ７１０２で各マイクロレンズに対応付けるスポット像を＋ξ方向にずらすのであれば、ξ’_{ｊ＋１，ｋ}→ξ’_ｊ，ｋとする。その後は、ステップＳ７０８でｔ’_ａｂｓ＜ｔ_０と判定されるまで、ステップＳ７０５、Ｓ７０６、Ｓ７１０を繰り返す。ステップＳ７０８でｔ’_ａｂｓ＜ｔ_０と判定された場合には、ステップＳ７０９にて、ステップＳ７０５で算出された仮の光線傾斜（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）として出力する。

【0113】

本実施例では、最終的にステップＳ１０４での形状データ算出に利用する光線傾斜分布について、前提としたマイクロレンズとスポット像の対応付けをステップＳ７０８で確実に正否判定する。そのため、これを行わない実施例１と比較して、より確度の高い形状データを算出することが可能となる。

【0114】

［実施例５］
本発明では、実施例１と同じく、図１に記載の形状計測装置１００を用いる。また、実施例１と同じく、図３に記載の形状計測手順に従って行う。但し、ステップＳ１０３においてシャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布を算出する手順が、実施例１とは異なる。具体的には、実施例１のステップＳ１０３を実施後、マイクロレンズＭＬとスポット像の対応付けの正否を再び判定し、誤っている場合には修正する。

【0115】

図１０は、実施例５における、シャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布の算出手順である。ステップＳ８０２〜Ｓ８１１、Ｓ８１５は、実施例１におけるステップＳ２０２〜Ｓ２１２と同じである。実施例１と同様、ステップＳ８０８とＳ８１５は省略しても良い。

【0116】

ステップＳ８１１で各レンズの光線傾斜を算出した後には、ステップＳ８１２にてステップＳ８０６と同様の手順で波面傾斜を算出し、ステップＳ８１３にてステップＳ８０８と同様の手順でマイクロレンズとスポット像の対応付けの正否を判定する。その閾値（第二の閾値ｔ’_０）として、実施例５ではステップＳ８０７で定めたｔ_０の値を用いるが、式（７）を満たしていれば、別の値を用いても良い。

【0117】

対応付けが誤っていると判定された場合には、実施例４のステップＳ７０９と同様に、ステップＳ８１４にてマイクロレンズＭＬとスポット像の対応付けを１つずらす。その後は、ステップＳ８１３にて対応付けが正しいと判定されるまで、ステップＳ８１１、Ｓ８１２、Ｓ８１４を繰り返す。

【0118】

実施例５では、最終的にステップＳ１０４で形状データを算出する際に用いる光線傾斜分布について、前提としたマイクロレンズＭＬとスポット像の対応付けをステップＳ８１３で判定している。そのため、これを行わない実施例１と比較して、より確度の高い形状データを算出することが可能となる。また、複数個ずれたスポットにマイクロレンズＭＬを対応付けるステップＳ８０９を備えるので、実施例４と比較して、光線傾斜分布をより短時間で算出することができ、より高速な形状計測が可能となる。

【0119】

［実施例６］
本実施例では、実施例１と同じく、図１に記載の形状計測装置１００を用いる。また、実施例１と同じく、図３に記載の形状計測手順に従って行う。但し、ステップＳ１０３においてシャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布を算出する手順が、実施例１とは異なる。具体的には、実施例１では仮の波面傾斜に基づいてマイクロレンズとスポット像の対応付けの誤りを検知したが、実施例６では、被検面１１２ａの仮の傾斜に基づいて対応付けの誤りを検知する。

【0120】

図１１は、実施例６における、シャックハルトマンセンサー上での光線傾斜分布の算出手順である。ステップＳ１００２〜Ｓ１００５、Ｓ１０１０、Ｓ１０１１は、図５に示した実施例１におけるステップＳ２０２〜Ｓ２０５、Ｓ２１０、Ｓ２１１と同じである。

【0121】

ステップＳ１００６では、被検面１１２ａの仮の傾斜を算出する。具体的にはまず、ステップＳ１００５で算出した各マイクロレンズでの仮の光線傾斜より、ステップＳ１０４と同じ要領で、被検面１１２ａで反射された直後の光線傾斜分布を求める。その後、ステップＳ２０６と同じ要領で、被検面１１２ａで反射された直後の光の波面の傾斜を求め、これを２で除すことで被検面１１２ａの仮の傾斜（Ｔ’_ｘ、Ｔ’_ｙ）を算出する。

【0122】

被検面１１２ａの仮の傾斜を算出した後には、ステップＳ１００７にて、被検面傾斜の閾値Ｔ_０を決定する。Ｔ_０は、式（１５）を満たすように設定する。
Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_０≦ｐ_ｌＭ／ｌ−Ｔ_ｍａｘ・・・式（１５）
Ｔ_ｍａｘは、被検ミラー１１２の製造誤差や設置誤差によって発生し得る、被検面１１２ａの傾斜の最大値である。ここに、実施例１のｔ_ｍａｘで考慮した形状計測装置１００の製造誤差は含まれていないが、形状計測装置１００は製作時に精密に軸対称に調整されていることが多く、その場合にはこの製造誤差を無視しても問題ない。

【0123】

被検面傾斜の閾値を決定した後には、ステップＳ１００８にて、仮の被検面の傾斜の絶対値Ｔ’_ａｂｓ＝√（Ｔ’_ｘ^２＋Ｔ’_ｙ^２）をこの閾値Ｔ_０と比較する。Ｔ_０の方が大きい場合には、ステップＳ１０１２にて、ステップＳ１００５で算出した仮の光線傾斜（∂ｗ’／∂ξ、∂ｗ’／∂η）を光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）として出力する。Ｔ’_ａｂｓの方が大きい場合には、ステップＳ１００９に進む。

【0124】

ステップＳ１００９では、基準レンズに対応するスポットの位置を検出する。具体的な方法は実施例１で行ったステップＳ２０９と類似しているが、（μ_{０，ｊ０，ｋ０}，ν_{０，ｊ０，ｋ０}）については式（１６）で算出し、この点だけが実施例１とは異なる。

【0125】

【数12】

【0126】

その後のステップＳ１０１０、Ｓ１０１１は、実施例１のステップＳ２１０とＳ２１１と同様に行い、各ＭＬでの光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を算出する。

【0127】

なお、本実施例では、仮の波面傾斜（ｔ’_ξ，ｔ’_η）を求めていないが、ステップＳ１００６で算出した仮の被検面傾斜（Ｔ’_ｘ、Ｔ’_ｙ）は（ｔ’_ξ，ｔ’_η）と式（１７）で結ばれ、１対１に対応する。

【0128】

Ｔ’_ｘ＝ｔ’_ξＭ／２
Ｔ’_ｙ＝ｔ’_ηＭ／２・・・式（１７）
すなわち、仮の被検面傾斜を算出することは仮の波面傾斜を算出することに相当し、仮の被検面傾斜を算出するステップＳ１００６は、仮の波面傾斜を算出する工程とみなすことができる。

【0129】

実施例６でマイクロレンズとスポット像を対応付ける際に指標とした被検面１１２ａの傾斜の最大値Ｔ_ｍａｘは、実施例１で指標とした波面１１３の傾斜の最大値ｔ_ｍａｘと比較して、見積もりが容易である。そのため実施例６では、実施例１と比較して、マイクロレンズとスポット像の対応付けを容易に行うことができる。

【0130】

［実施例７］
実施例７では、非球面レンズに形成された軸対称非球面の形状を計測する。

【0131】

［形状計測手順の説明］
図１２は、本実施例で用いる形状計測装置２００の模式図である。実施例１〜６で使用する形状計測装置１００と類似しているが、被検物が被検レンズ２１２である点、ステージ２０７とステージコントローラー２０８を備える点が異なる。ホルダー１０７はステージ２０７に備えられ、ステージ２０７はステージコントローラー２０８に、ステージコントローラー２０８はコンピューター１１１に接続されている。ステージコントローラー２０８は、コンピューター１１１からの指令に基づいてステージ２０７を駆動し、そこにホルダー７０１を介して取り付けられた被検レンズ２１２の位置を制御する。

【0132】

図１３は、実施例７における形状計測手順を示すフローチャートである。まずはステップＳ１１０１にて、ホルダー１０７に被検レンズ２１２を設置する。被検レンズ２１２は透明部材から構成される平凹非球面レンズであり、被検面２１２ａは、非球面軸２１２ｃに対して軸対称に設計されている。被検レンズ２１２をホルダー１０７に設定すると、被検面２１２ａの反射光はシャックハルトマンセンサー１０１に入射し、シャックハルトマンセンサー１０１の受光面では波面２１３を形成する。シャックハルトマンセンサー１０１に入射した光は、ＣＣＤセンサーの受光面１０２ａ上に複数のスポット像を形成する。

【0133】

被検レンズ２１２を設置した後には、ステップＳ１１０７にて、後述の詳細手順に従って被検レンズ２１２をアライメントする。

【0134】

被検レンズ２１２をアライメントした後には、ステップＳ１１０８にて、ＣＣＤセンサー１０２ａに形成された複数のスポット像の位置を検出する。

【0135】

ところで、被検レンズ２１２は透明部材から構成されるため、被検面２１２ａからの反射光に加え、裏側の平面２１２ｂからの反射光が、ビームスプリッター１０８とコリメータレンズ１０６を介してシャックハルトマンセンサー１０１に入射する。その結果、検出したい被検面２１２ａからの反射光によるスポット像（表面スポット像）に加え、平面２１２ｂからの反射光によるスポット像（裏面スポット像）がＣＣＤセンサーの受光面１０２ａに形成され、その一部は表面スポット像に重なる。

【0136】

裏面スポット像が重なった表面スポット像の位置を式（２）や式（８）で検出すると、大きなスポット位置検出誤差が発生するため、そこから被検面２１２ａの精密な形状を算出することはできない。

【0137】

そこで実施例７では、特開２０１６−１４２６９１号公報に記載の方法に従い、ステージ２０７で被検レンズ２１２を移動させてスポット像の重なりを解消した上で、表面スポット像の位置を検出する。

【0138】

表面スポット像の位置を検出した後は、実施例１のステップＳ２１１、Ｓ１０４、Ｓ１０５と同様にステップＳ１１０９〜Ｓ１１１１を行い、被検面２１２ａの形状を算出する。

【0139】

［アライメント工程の説明］
ステップＳ１１０８でスポット像の重なりを解消するには、特開２０１６−１４２６９１号公報に記載の通り、形状計測装置２００と被検レンズ２１２の設計値に基づき、重なっているスポット像を特定する必要がある。そのためには、被検レンズ２１２を設計通りに精密に設置する必要がある。そこで、形状計測装置２００については非球面軸２１２ｃが測定光軸１１０ａに一致している状態に設計し、上述のステップＳ１１０７のアライメント工程では被検面レンズの非球面軸２１２ｃを測定光軸１１０ａに一致させる。

【0140】

被検レンズの非球面軸２１２ｃが測定光軸１１０ａに一致した状態では、波面２１３が略軸対称となる。そこでステップＳ１１０７のアライメント工程では、シャックハルトマンセンサー１０１で波面２１３に含まれる被軸対称成分であるコマ収差成分や傾斜成分を計測し、これが抑制される様にステージ２０７で被検レンズ２１２を駆動する。

【0141】

このアライメント工程は、より詳細には、以下のステップＳ１１０２〜Ｓ１１０６から構成される。すなわち、アライメント工程の最初のステップであるＳ１１０２では、実施例１のステップＳ１０２と同様に、スポット像Ｉ’_ｊ，ｋをＣＣＤセンサー１０２で撮像する。この時には、ステップＳ１１０８と同様、検出したい被検面２１２ａからの反射光による表面スポット像に加え、平面２１２ｂからの反射光による裏面スポット像も撮像され、その一部は表面スポット像に重なる。

【0142】

上述の通り、裏面スポット像が重なった表面スポット像の位置を式（２）や式（８）で検出すると、大きな誤差が発生する。そこで、スポット像を撮像した後のステップＳ１１０３では、スポット像から裏面スポット像を除く。平面２１２ｂからの反射光の多くはコリメータレンズの淵１０６ａでケラれるため、シャックハルトマンセンサー１０１に入射するのは、平面２１２ｂの中心部で反射された光（反射光２１４）に限られる。この反射光２１４が形成した裏面スポット像を除くべく、ここでは、ステップＳ１１０２で取得したスポット像Ｉ’_ｊ，ｋを式（１８）に代入し、新たなスポット像Ｉ_ｊ，ｋを算出する。

【0143】

【数13】

【0144】

ｒ_ｂは反射光２１３の光束半径、（ξ_０，η_０）は被検面２１２ａの光軸の位置である。これにより、中央部の半径ｒ_ｂの円形の領域からは、表面スポット像と裏面スポット像の両方が除去される。その結果、ステップＳ１１０３では、実施例１〜６のステップＳ１０２と同様、ドーナツ状の領域に表面スポット像だけが形成されたスポット像を取得されることとなる。

【0145】

裏面スポット像が除去されたスポット像Ｉ_ｊ，ｋを取得した後には、ステップＳ１１０４にて、被検面２１２ａで反射した光について、各マイクロレンズでの光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を算出する。

【0146】

スポット像Ｉ_ｊ，ｋでは、実施例１〜６のスポット像と同様、スポット像が存在する領域がドーナツ状の領域に限られる。そのため、引用文献１に記載の方法ではスポット像とマイクロレンズを正しく対応付けることが困難であり、正確な光線傾斜を求めることも困難である。

【0147】

そこで、実施例７においても、実施例１〜６のいずれかのステップＳ１０３の手順に従い、スポット像Ｉ_ｊ，ｋから各マイクロレンズ１０４での光線傾斜を算出する。当然ながら、ここで算出されるのは、ドーナツ状の領域における光線傾斜に限られる。

【0148】

各マイクロレンズ１０４での光線傾斜を算出した後には、ステップＳ１１０５にて、被検レンズ２１２の位置ずれ、すなわち非球面軸２１２ｃと測定光軸１１０ａの差（ΔＸ，ΔＹ，Ｔ_Ｘ，Ｔ_Ｙ）を算出する。ここで、ΔＸ、ΔＹはそれぞれＸ、Ｙ方向への軸ずれ、Ｔ_Ｘ，Ｔ_ＹはそれぞれＸ、Ｙ方向への軸の傾斜を表す。

【0149】

そのために、まずは実施例１のステップＳ２０６の要領で、ステップＳ１１０４で算出した光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を微分Ｚｅｒｎｉｋｅ関数でフィッティングし、傾斜成分を表す係数ｃ_２、ｃ_３と、コマ収差成分を表すｃ_７、ｃ_８を取得する。

【0150】

（ｃ_２、ｃ_３、ｃ_７、ｃ_８）は非軸対称な低次の形状成分を表す係数なので、今回の様にドーナツ状の領域内に限られる光線傾斜データをフィッティング対象とした場合であっても、十分な精度で取得できる。その後、非球面軸２１２ｃと測定光軸１１０ａの差を算出する。算出に当たっては、例えば、ベクトル（ｃ_２、ｃ_３、ｃ_７、ｃ_８）とベクトル（ΔＸ，ΔＹ，Ｔ_Ｘ，Ｔ_Ｙ）を関連付ける変換行列を事前の実験や計算で求め、その変換行列で（ｃ_２、ｃ_３、ｃ_７、ｃ_８）を（ΔＸ，ΔＹ，Ｔ_Ｘ，Ｔ_Ｙ）に変換すれば良い。

【0151】

被検レンズ２１２の位置ずれを算出した後には、ステップＳ１１０６にて、これを相殺する様にステージ２０７を駆動する。これにより、非球面軸２１２ｃと測定光軸１１０ａが精密に一致し、ステップＳ１１０７のアライメント工程が完了する。

【0152】

実施例７では、被検レンズの裏面で反射された光がシャックハルトマンセンサーに入射する状態であっても、被検物の表面の形状を正確に計測することができる。

【0153】

［実施例８］
本実施例では、カセグレン光学系に向けた光学系調整装置３００を示す。図１３は、光学系調整装置３００の模式図である。この装置は、光源３０１、光源３０１の出射光を導く光ファイバー３０１ａ、光ファイバー３０１ａから光を出射するファイバーコネクター３０１ｂを備える。また、ファイバーコネクター３０１ｂからの出射光をコリメートして被検レンズ３１２に入射するコリメートレンズ３０２、被検光学系３１２を透過した光をコリメートするコリメートレンズ３０３を備える。

【0154】

また、コリメートレンズ３０３を透過した光の波面を計測する、図１に記載のシャックハルトマンセンサー１０１を備える。また、被検光学系３１２を保持すると共に、その位置と姿勢を調整するためのステージ３０７を備える。

【0155】

被検光学系３１２は、ミラー３１２ａ、ミラー３１２ｂ、調整機構３１２ｃ、ホルダー３１２ｄから構成されるカセグレン光学系で、入射した平行光を集光する。ミラー３１２ｂはホルダー３１２ｄに固定されており、ミラー３１２ａは調整機構３１２ｃを介してホルダー３１２ｄに固定されている。ミラー３１２ａとミラー３１２ｂの相対位置と相対姿勢は、調整機構３１２ｃによって調整することができる。

【0156】

図１４は、図１３の光学系調整装置３００を用いた光学系調整手順である。まずは、ステップＳ１２０１にて、ステージ３０７に被検光学系３１２を設置する。これにより、シャックハルトマンセンサー１０１の受光面には略平行な光が入射する。また、この光は貫通穴が空いたミラー３１２ｂによって反射されたものなので、実施例１〜６と同様、ＳＨＳ１０１に入射するのはドーナツ状の光束となる。

【0157】

被検光学系３１２を設置した後には、ステップＳ１２０２にて、実施例１のステップＳ１０２と同様に、ＣＣＤセンサー１０２でスポット像を取得する。ここでも、実施例１と同様、ドーナツ状の領域内だけにスポット像が形成される。

【0158】

スポット像を取得した後には、ステップＳ１２０３にて、実施例１のステップＳ１０３と同様の手法で各マイクロレンズでの光線傾斜を算出する。この光線傾斜分布には被検光学系３１２の収差が反映されるので、この光線傾斜を取得したことは、被検光学系３１２の収差を計測したことに相当する。

【0159】

光線傾斜分布を取得した後には、ステップＳ１２０４にて、ミラー３１２ａとミラー３１２ｂの位置ずれを算出する。位置ずれを算出する際には、基本的には実施例７のステップＳ１１０５と同様の手法を用いる。但し、実施例７と比較して調整対象物の数が１つから２つに増えているので、位置ずれのパラメータも増える。増えたパラメータを全て求めるには、より多くのＺｅｒｎｉｋｅ係数を取得し、これを変換行列で変換すれば良い。

【0160】

ミラー３１２ａとミラー３１２ｂの位置ずれを算出した後には、その位置ずれ量を抑制する様に、ステージ３０７と調整機構３１２ｃを調整する。調整後には、再びシャックハルトマンセンサー１０１に入射する光の波面を計測し、調整後の被検光学系３１２の収差を改めて評価しても良い。

【0161】

実施例８の光学系調整方法では、被検光学系の出射光の光束がドーナツ状の形状を示す場合であっても、被検光学系の収差を正確に計測し、その調整を精密に行うことができる。

【0162】

実施例８では反射光学系を調整する例を示したが、透明レンズから構成される光学系であっても、同様の手法で調整することができる。

【0163】

［実施例９］
実施例９では、ドーナツ状の光束を出力する光学機器の収差計測装置３００の例を示す。図１６は、収差計測装置４００の模式図である。この装置は、被検光学機器４１２を固定するホルダー４０７と、被検光学機器４１２の出射光の波面を計測するシャックハルトマンセンサー１０１から構成される。被検光学機器４１２の出射光の光束はドーナツ状の形状を示し、これがシャックハルトマンセンサー１０１に入射する。

【0164】

図１７は、実施例９における収差計測手順である。ステップＳ１３０１で被検光学機器４１２をホルダー４０７に設置し、ステップＳ１３０２ではＣＣＤカメラ１０２でスポット像を取得する。ステップＳ１３０３では実施例１のステップ１０３と同様の手法で各マイクロレンズでの光線傾斜（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）を算出し、ステップＳ１３０４ではこれを２次元に亘って積分して波面データｗを取得する。この波面データは光学機器４１２の収差を含むため、被検光学機器４１２の収差データに相当する。

【0165】

ステップＳ１３０４にて収差データを算出する際には、ステップ１３０３で算出したシャックハルトマンセンサー１０１の受光面上での光線傾斜データ（∂ｗ／∂ξ、∂ｗ／∂η）から光線を逆方向に追跡してもよい。これにより、被検光学機器４１２の光出射面での光波面を求めることができる。

【0166】

例えば、取得した収差データに基づいて製造した被検光学機器４１２の良否判定を行い、不図示のモニターに表示しても良いし、その収差が小さくなる様な加工を施しても良い。

【0167】

実施例９の収差計測装置では、被検光学機器の出射光の光束がドーナツ状の形状を示す場合であっても、その収差を正確に計測することができる。

【符号の説明】

【0168】

１００ 形状計測装置
１０１ シャックハルトマンセンサー
１０２ ＣＣＤセンサー
１０３ マイクロレンズアレイ
１０４ マイクロレンズ
１０５ コンピューター
１０６ コリメータレンズ
１０７ ホルダー
１０８ ビームスプリッター
１０９ 光源
１０９ａ 光ファイバー
１０９ｂ 光ファイバーコネクター
１１０ 測定光
１１２ 被検ミラー
１１２ａ 被検面
１１３ 波面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】