非球面体測定方法および装置
【課題】非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定できるようにする。
【解決手段】第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとを用いた反射波面測定により、非球面レンズ９の第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の形状データを求め、各形状データをツェルニケ多項式で近似する。そのときのツェルニケ多項式の係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の値に基づき、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量および第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を求める。求められた各々のシフト量およびチルト量と、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対位置関係とに基づき、面ずれ量および面倒れ量を算出する。
【解決手段】第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとを用いた反射波面測定により、非球面レンズ９の第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の形状データを求め、各形状データをツェルニケ多項式で近似する。そのときのツェルニケ多項式の係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の値に基づき、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量および第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を求める。求められた各々のシフト量およびチルト量と、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対位置関係とに基づき、面ずれ量および面倒れ量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラや光学センサ等の各種光学機器に用いられる非球面レンズや両面非球面ミラー等の非球面体における表裏２つの被検面（第１被検面および第２被検面）の相対的なずれ量（面ずれ量および面倒れ量）を測定する非球面体測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モールド成形により非球面レンズを作製する場合、成形用の金型同士の相対的な位置ずれによって、成形された非球面レンズに面ずれ（非球面レンズを構成する２つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な位置ずれ）や面倒れ（２つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な傾きずれ）が発生することがある。このような面ずれや面倒れは、金型の機構上、完全に無くすことは困難であるが、成形された非球面レンズの収差（特に、コマ収差等の回転非対称収差）を増大させる要因となるので、減少させる方向で金型の修正を図ることが望ましく、そのために発生している面ずれ量および面倒れ量を把握しておくことは重要となる。
【０００３】
従来、このような非球面レンズの面ずれ量および面倒れ量を測定する方法としては、触針方式の形状測定装置を用いて２つのレンズ面の形状をそれぞれ測定し、それらの形状情報に基づき２つのレンズ面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を求めるものが知られているが、１回の測定に数時間以上の時間を要するという問題があった。
【０００４】
近年、測定時間を大幅に短縮し得る手法として、下記特許文献１に記載のものが提案されている。この提案手法は、干渉計を用いて非球面レンズの透過波面測定を行い、得られた透過波面データに基づき透過波面のコマ収差を算出し、そのコマ収差の算出値に基づき、面ずれ量（面間シフト量）および面倒れ量（面間チルト量）を求めるものである。具体的には、透過波面データをツェルニケ多項式で近似し、その際に得られた、ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、３次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Ｚ６またはＺ７、および５次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Ｚ１３またはＺ１４の各値に基づき、面ずれ量および面倒れ量を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の手法は、透過波面測定を前提とするものであるため、次のような問題がある。
【０００７】
すなわち、透過波面の形状は、測定対象となる非球面レンズの面ずれや面倒れだけではなく、レンズの内部屈折率分布にも大きな影響を受けるが、透過波面の形状データに基づく上記特許文献１に記載の手法では、レンズ構成材料の屈折率分布の影響を排除しつつ、面ずれや面倒れのみを高精度に測定することが難しいという問題がある。
【０００８】
また、干渉計の測定光を透過しないような非球面体、例えば、Ｘ線等の特殊な波長の光用として使われる非球面レンズや、回転非球面で形成された反射面を有する両面非球面ミラー等の非球面体における面ずれ量や面倒れ量を測定することは難しいという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定対象となる非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能な非球面体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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る非球面体測定方法および装置は、以下の特徴を備えている。
【００１１】
すなわち、本発明に係る非球面体測定方法は、回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を、互いの相対位置関係が特定された第１干渉計および第２干渉計を用いて測定する非球面体測定方法であって、
前記第１干渉計の第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と該第１干渉計の第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉縞取得ステップと、
前記第２干渉計の第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と該第２干渉計の第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る第２干渉縞取得ステップと、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得ステップと、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得ステップと、
前記第１被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第２被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の非球面体測定方法において、前記ツェルニケ多項式は、極座標形式で表された４次以上のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）であり、
前記第１シフト量比例係数および前記第２シフト量比例係数は、下式（１）で表される項の係数Ｚ１、下式（２）で表される項の係数Ｚ２、下式（３）で表される項の係数Ｚ６および下式（４）で表される項の係数Ｚ７であり、前記第１チルト量比例係数および前記第２チルト量比例係数は、該係数Ｚ１および該係数Ｚ２である、とすることができる。
【００１３】
ρcosθ …（１）
ρsinθ …（２）
（３ρ２−２）ρcosθ …（３）
（３ρ２−２）ρsinθ …（４）
【００１４】
また、本発明に係る非球面体測定装置は、回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定する非球面体測定装置であって、
第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉計と、
第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る、前記第１干渉計との相対位置関係が特定された第２干渉計と、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得手段と、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得手段と、
前記第１被検面形状データ取得手段において求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第２被検面形状データ取得手段において求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第１ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出手段と、
前記第２ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出手段と、
前記第１シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、第２レンズ面が球面とされている場合には、該第２レンズ面については、第２測定光軸に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しないことになる。したがって、上述の第２シフト量・チルト量算出ステップおよび第２シフト量・チルト量算出手段における第２被検面のチルト量の算出に際しては、該チルト量が零であるとして算出を行うこととする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る非球面体測定方法および装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１７】
すなわち、本発明の非球面体測定方法および装置は、測定対象となる非球面体が有する２つの被検面（第１被検面および第２被検面）からの反射波面により形成される干渉縞に基づき２つの被検面の形状データを求め、この形状データに基づき２つの被検面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定するので、透過波面測定に基づく従来技術とは異なり、非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係る非球面体測定装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す非球面体測定装置の光学系の概略構成図である。
【図３】図１に示す解析制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】測定対象となる非球面レンズの構成を示す断面図である。
【図５】第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係を示す図である。
【図６】模擬第１干渉縞画像を示す図である。
【図７】模擬第２干渉縞画像を示す図である。
【図８】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ１のチルト感度を示す図である。
【図９】模擬第２レンズ面に対する係数Ｚ１のチルト感度を示す図である。
【図１０】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ１のシフト感度を示す図である。
【図１１】模擬第２レンズ面に対する係数Ｚ１のシフト感度を示す図である。
【図１２】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ６のシフト感度を示す図である。
【図１３】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ６のシフト感度を示す図である。
【図１４】模擬第１レンズ面に対するシフト量の計算誤差を示す図である。
【図１５】模擬第２レンズ面に対するシフト量の計算誤差を示す図である。
【図１６】模擬第１レンズ面に対するチルト量の計算誤差を示す図である。
【図１７】模擬第１レンズ面に対するチルト量の計算誤差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等を適宜変更して示してある。
【００２０】
まず、図４に基づいて、本実施形態において測定対象となる非球面体としての非球面レンズ９の構成および測定対象となる項目について説明する。
【００２１】
図４に示すように非球面レンズ９は、設計上、第１回転軸Ａ１を中心とする回転非球面で構成された第１レンズ面９１（本実施形態における第１被検面）と、第２回転軸Ａ２を中心とする回転非球面で構成された第２レンズ面９２（本実施形態における第２被検面）と、円柱面状に形成された側面９３とを有してなる。
【００２２】
また、第１レンズ面９１と第１回転軸Ａ１との交点となる、第１レンズ面９１の中心点Ｐ１は、設計上、該中心点Ｐ１における法曲率が第１レンズ面９１に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。同様に、第２レンズ面９２と第２回転軸Ａ２との交点となる、第２レンズ面９２の中心点Ｐ２は、設計上、該中心点Ｐ２における法曲率が第２レンズ面９２に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。
【００２３】
上述の第１回転軸Ａ１および第２回転軸Ａ２は、設計上、互いに一致する（重なる）ように構成されているが、製造誤差等により、これらが互いに一致しない状態となる面ずれおよび面倒れが生じる場合がある。図では分かり易くするため、第１回転軸Ａ１と第２回転軸Ａ２とのずれ量を大きく表現しているが、通常は、光の波長オーダーの微小な誤差量となる。なお、本実施形態では、面ずれ量および面倒れ量を以下のように定義する。
【００２４】
面ずれ量：第１回転軸Ａ１または第２回転軸Ａ２に垂直な仮想平面を設定し、この仮想平面に、第１レンズ面９１の中心点である第１中心点Ｐ１（第１レンズ面９１と第１回転軸Ａ１との交点）と、第２レンズ面９２の中心点である第２中心点Ｐ２（第２レンズ面９２と第２回転軸Ａ２との交点）を投影したときの、該仮想平面上での第１中心点Ｐ１および第２中心点Ｐ２の各投影点相互間の距離を面ずれ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面ずれ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。
【００２５】
面倒れ量：第１回転軸Ａ１と第２回転軸Ａ２とのなす角度（両者が交わらない場合は第１回転軸Ａ１の方向ベクトルと第２回転軸Ａ２の方向ベクトルとのなす角度）を面倒れ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面倒れ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。
【００２６】
次に、図１〜３に基づき、本発明の一実施形態に係る非球面体測定装置の構成を説明する。図１に示す非球面体測定装置は、上述の非球面レンズ９の面ずれ量および面倒れ量を測定解析するものであり、非球面レンズ９の第１レンズ面９１側に配置された第１干渉計１Ａと、第２レンズ面９２側に配置された第２干渉計１Ｂと、光学定盤２上に載置された被検体アライメント部３と、第１干渉計１Ａの位置調整を行う第１干渉計位置調整部４Ａと、第２干渉計１Ｂの位置調整を行う第２干渉計位置調整部４Ｂと、非球面レンズ９の面ずれ量および面倒れ量の測定解析等を行う制御解析部５とを備えてなる。
【００２７】
上記第１干渉計１Ａは、図２に示すように、第１干渉光学系１０Ａ、第１干渉縞撮像系２０Ａおよび第１アライメント撮像系２５Ａを有してなる。第１干渉光学系１０Ａは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部１１Ａと、該光源部１１Ａからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ１２Ａと、該ビーム径拡大レンズ１２Ａからの光束を図中右方に向けて反射する光束分岐光学素子１３Ａと、該光束分岐光学素子１３Ａからの光束をコリメートするコリメータレンズ１４Ａと、該コリメータレンズ１４Ａからの平面波の一部を参照基準平面１５Ａａにおいて再帰反射して第１参照光となし、その余を第１測定光軸Ｌ１に沿って透過する平面基準板１５Ａと、該平面基準板１５Ａからの光束を球面波からなる第１測定光に変換し、第１レンズ面９１の中心部（上述の第１中心点Ｐ１を含む領域）に照射する対物レンズ１８Ａとを備えてなり、第１レンズ面９１からの反射光を第１参照光と合波して第１干渉光を得るように構成されている。
【００２８】
なお、上記平面基準板１５Ａは、ピエゾ素子１６Ａを備えたフリンジスキャンアダプタ１７Ａに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第１測定光軸Ｌ１方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ１８Ａは、第１測定光軸Ｌ１上から退避可能に構成されている。
【００２９】
上記第１干渉縞撮像系２０Ａは、非球面レンズ９（第１レンズ面９１）の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子１３Ａ，２１Ａを透過して図中左方に進行する第１干渉光を集光する結像レンズ２２Ａと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２４Ａを有してなる撮像カメラ２３Ａとを備えてなり、結像レンズ２２Ａにより２次元イメージセンサ２４Ａ上に形成された干渉縞（第１干渉縞）の画像データを取得するように構成されている。
【００３０】
上記アライメント撮像系２５Ａは、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子２１Ａにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ２６Ａと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２８Ａを有してなる撮像カメラ２７Ａとを備えてなる。
【００３１】
上記第２干渉計１Ｂは、上記第１干渉計１Ａと同様の構成を有するものであり、第２干渉光学系１０Ｂ、第２干渉縞撮像系２０Ｂおよび第２アライメント撮像系２５Ｂを有してなる。第２干渉光学系１０Ｂは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部１１Ｂと、該光源部１１Ｂからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ１２Ｂと、該ビーム径拡大レンズ１２Ｂからの光束を図中左方に向けて反射する光束分岐光学素子１３Ｂと、該光束分岐光学素子１３Ｂからの光束をコリメートするコリメータレンズ１４Ｂと、該コリメータレンズ１４Ｂからの平面波の一部を参照基準平面１５Ｂａにおいて再帰反射して第２参照光となし、その余を第２測定光軸Ｌ２に沿って透過する平面基準板１５Ｂと、該平面基準板１５Ｂからの光束を球面波からなる第２測定光に変換し、第２レンズ面９２の中心部（上述の第２中心点Ｐ２を含む領域）に照射する対物レンズ１８Ｂとを備えてなり、第２レンズ面９２からの反射光を第２参照光と合波して第２干渉光を得るように構成されている。
【００３２】
なお、上記平面基準板１５Ｂは、ピエゾ素子１６Ｂを備えたフリンジスキャンアダプタ１７Ｂに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第２測定光軸Ｌ２方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ１８Ｂは、第２測定光軸Ｌ２上から退避可能に構成されている。
【００３３】
上記第２干渉縞撮像系２０Ｂは、非球面レンズ９（第２レンズ面９２）の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子１３Ｂ，２１Ｂを透過して図中右方に進行する第２干渉光を集光する結像レンズ２２Ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２４Ｂを有してなる撮像カメラ２３Ｂとを備えてなり、結像レンズ２２Ｂにより２次元イメージセンサ２４Ｂ上に形成された干渉縞（第２干渉縞）の画像データを取得するように構成されている。
【００３４】
上記アライメント撮像系２５Ｂは、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子２１Ｂにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ２６Ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２８Ｂを有してなる撮像カメラ２７Ｂとを備えてなる。
【００３５】
一方、図１に示すように、上記被検体アライメント部３は、非球面レンズ９を保持する保持ステージ３１と、該保持ステージ３１に保持された非球面レンズ９（第１レンズ面９１、第２レンズ面９２）の、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対する傾き調整を行うレンズ傾き調整ステージ３２と、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対する非球面レンズ９の、図中左右方向および紙面に垂直な方向への位置調整を行うレンズ位置調整ステージ３３とを備えてなる。
【００３６】
また、上記第１干渉計位置調整部４Ａは、図１に示すように、第１干渉計１Ａを図中上下方向に移動可能に保持する第１Ｚステージ４１Ａと、該第１Ｚステージ４１Ａを介して第１干渉計１Ａを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第１ＸＹステージ４２Ａと、該第１ＸＹステージ４２Ａおよび該第１Ｚステージ４１Ａを介して第１干渉計１Ａの傾き調整を行う第１干渉計傾き調整ステージ４３Ａとを備えてなる。
【００３７】
同様に、上記第２干渉計位置調整部４Ｂは、第２干渉計１Ｂを図中上下方向に移動可能に保持する第２Ｚステージ４１Ｂと、該第２Ｚステージ４１Ｂを介して第２干渉計１Ｂを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第２ＸＹステージ４２Ｂと、該第２ＸＹステージ４２Ｂおよび該第２Ｚステージ４１Ｂを介して第２干渉計１Ｂの傾き調整を行う第２干渉計傾き調整ステージ４３Ｂとを備えてなる。
【００３８】
また、上記制御解析部５は、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の各中心部の形状データ（第１被検面形状データおよび第２被検面形状データ）を求めたり、上述の被検体アライメント部３、第１干渉計位置調整部４Ａおよび第２干渉計位置調整部４Ｂの各ステージの駆動を制御したりするコンピュータ装置等から構成されており、図３に示すように、該コンピュータ装置内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される第１被検面形状データ取得手段５１Ａ、第２被検面形状データ取得手段５１Ｂ、第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａ、第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂ、第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａ、第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂ、および面ずれ量・面倒れ量算出手段５４を備えてなる。
【００３９】
上記第１被検面形状データ取得手段５１Ａは、上記第１干渉縞の画像データに基づき、第１レンズ面９１の中心部の形状データである第１被検面形状データを、第１干渉計１Ａにおいて設定された第１測定座標系において求めるものである。
【００４０】
上記第２被検面形状データ取得手段５１Ｂは、上記第２干渉縞の画像データに基づき、第２レンズ面９２の中心部の形状データである第２被検面形状データを、第２干渉計１Ｂにおいて設定された第２測定座標系において求めるものである。
【００４１】
上記第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａは、上記第１被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第１レンズ面９１の、上記第１測定光軸Ｌ１と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面９１の該第１測定光軸Ｌ１に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求めるものである。
【００４２】
上記第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂは、上記第２被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第２レンズ面９２の、上記第２測定光軸Ｌ２と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面９２の該第２測定光軸Ｌ２に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求めるものである。
【００４３】
上記第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａは、上記第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａにおいて求められた第１シフト量比例係数の値および第１チルト量比例係数の値に基づき、上記第１測定光軸Ｌ１に対する上記第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量を求めるものである。
【００４４】
上記第２シフト量・チルト量算出手段５３Ａは、上記第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂにおいて求められた第２シフト量比例係数の値および第２チルト量比例係数の値に基づき、上記第２測定光軸Ｌ２に対する上記第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を求めるものである。
【００４５】
上記面ずれ量・面倒れ量算出手段５４は、上記第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａにおいて求められた第１シフト量比例係数の値および第１チルト量比例係数の値と、上記第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂにおいて求められた第２シフト量比例係数の値および第２チルト量比例係数の値と、上記第１干渉計１Ａおよび上記第２干渉計１Ｂの相対位置関係（上記第１測定座標系と上記第２測定座標系との相対位置関係）の情報とに基づき、面ずれ量および面倒れ量を算出するものである。
【００４６】
以下、本発明の一実施形態に係る非球面体測定方法について説明する。本実施形態の非球面体測定方法は、上述の非球面体測定装置を用いて行うものである。
【００４７】
（１）まず、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対的なアライメント調整を行う。このアライメント調整は、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２とを互いに一致させるためのものであり、オペレータが、第１干渉計位置調整部４Ａおよび第２干渉計位置調整部４Ｂを用いて手動操作で行う。その手順の概要は以下のとおりである。
【００４８】
〈ａ〉第１干渉計１Ａの対物レンズ１８Ａおよび第２干渉計１Ｂの対物レンズ１８Ｂを第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２上からそれぞれ退避させ、互いに平行な２つの光学平面（オプティカルフラット）を有する平行平板治具（図示略）を、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの間に配置する（平行平板治具を保持ステージ３１に保持せしめることも可）。なお、この配置段階で、平行平板治具の２つの光学平面が、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対してなるべく垂直になるように粗調整を行う。
【００４９】
〈ｂ〉第１干渉計１Ａから平行平板治具の一方の光学平面（第１干渉計１Ａ側の光学平面）に平行光束を照射し、該一方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面１５Ａａからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系２５Ａの撮像カメラ２７Ａにより撮像し、これら２つのスポット像が互いに重なるように、第１干渉計傾き調整ステージ４３Ａを用いて、第１干渉計１Ａの傾きを調整する。この傾き調整により、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１が平行平板治具の一方の光学平面に対して垂直となる。なお、このような手法に替えて、一方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面１５Ａａからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ２３Ａにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第１干渉計１Ａの傾き調整を行うようにしてもよい。
【００５０】
〈ｃ〉同様に、第２干渉計１Ｂから平行平板治具の他方の光学平面（第２干渉計１Ｂ側の光学平面）に平行光束を照射し、該他方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面１５Ｂａからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系２５Ｂの撮像カメラ２７Ｂにより撮像し、これら２つのスポット像が互いに重なるように、第２干渉計傾き調整ステージ４３Ｂを用いて、第２干渉計１Ｂの傾きを調整する。この傾き調整により、第２干渉計１Ｂの測定光軸Ｌ２が平行平板治具の他方の光学平面に対して垂直となり、これにより第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２が互いに平行となる。なお、このような手法に替えて、他方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面１５Ｂａからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ２３Ｂにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第２干渉計１Ｂの傾き調整を行うようにしてもよい。
【００５１】
〈ｄ〉上記平行平板治具に替えて、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの間に、光学的に真球とみなせる真球治具（図示略）を配置する。
【００５２】
〈ｅ〉第１干渉計１Ａから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面１５Ａａからの反射光とにより形成される干渉縞（同心のリング状となる）を、第１干渉縞撮像系２０Ａの撮像カメラ２３Ａにより撮像し、この干渉縞の中心に第１測定光軸Ｌ１が位置するように、第１Ｚステージ４１Ａおよび第１ＸＹステージ４２Ａを用いて、第１干渉計１Ａの位置を調整する。
【００５３】
〈ｆ〉同様に、第２干渉計１Ｂから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面１５Ｂａからの参照光とにより形成される干渉縞（同心のリング状となる）を、第２干渉縞撮像系２０Ｂの撮像カメラ２３Ｂにより撮像し、この干渉縞の中心に第２測定光軸Ｌ２が位置するように、第２Ｚステージ４１Ｂおよび第２ＸＹステージ４２Ｂを用いて、第２干渉計１Ｂの位置を調整する。この位置調整により、第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２が互いに一致する。
【００５４】
なお、このようなアライメント調整を行っても、各ステージの機械的な精度等が原因となって、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２とを完全に一致させることができない場合がある。このような場合には、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２との相対的な位置や傾きのずれ量を求め、それらのデータを記憶しておく。
【００５５】
（２）次に、上記真球治具を取り除き、第１干渉計１Ａの対物レンズ１８Ａおよび第２干渉計１Ｂの対物レンズ１８Ｂを第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２上にそれぞれ設置するとともに、非球面レンズ９を保持ステージ３１に保持せしめ、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂに対する非球面レンズ９のアライメント調整を行う。このアライメント調整は、上述の第１中心点Ｐ１および第２中心点Ｐ２が、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１の近傍および第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２の近傍にそれぞれ位置するようにするためのものであり、オペレータが、レンズ傾き調整ステージ３２およびレンズ傾き調整ステージ３３を用いて手動操作で行う。
【００５６】
（３）次いで、第１干渉計１Ａから、第１レンズ面９１の中心部に第１測定光を照射し、該第１測定光の第１レンズ面９１からの戻り光と第１参照光との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを撮像カメラ２３Ａにより得る（第１干渉縞取得ステップ）。
【００５７】
（４）同様に、第２干渉計１Ｂから、第２レンズ面９２の中心部に第２測定光を照射し、該第２測定光の第２レンズ面９２からの戻り光と第２参照光との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを撮像カメラ２３Ｂにより得る（第２干渉縞取得ステップ）。
【００５８】
（５）次に、上記第１干渉縞の画像データを解析して（一般的な縞解析法を用いることができる）、第１レンズ面９１の中心部の形状データである第１被検面形状データを、第１干渉計１Ａにおいて設定された第１測定座標系において求める（第１被検面形状データ取得ステップ）。この処理は、図３に示す第１被検面形状データ取得手段５１Ａにおいて行われる。
【００５９】
（６）同様に、上記第２干渉縞の画像データを解析して、第２レンズ面９２の中心部の形状データである第２被検面形状データを、第２干渉計１Ｂにおいて設定された第２測定座標系において求める（第２被検面形状データ取得ステップ）。この処理は、図３に示す第２形状データ取得手段５１Ｂにおいて行われる。
【００６０】
ここで、上述の第１測定座標系および第２測定座標系について説明する。図５に示すように、第１測定座標系は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する右手系の３次元直交座標系であり、Ｚ軸が第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と一致するように設定されている。一方、第２測定座標系は、互いに直交するＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を有する右手系の３次元直交座標系であり、Ｗ軸が第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２と一致するように設定されている。また、第１測定座標系と第２測定座標系との相対的な位置関係は、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２とが完全に一致するようにアライメント調整された場合において、Ｚ軸とＷ軸とが同一直線上に互いに同じ向きに位置するように、Ｘ軸とＵ軸およびＹ軸とＶ軸がそれぞれ互いに平行で同じ向きとなるように設定されている。なお、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２とが互いに一致せず、これらの間に相対的なずれが生じている場合には、これに応じて、第１測定座標系と第２測定座標系との相対的な位置関係のずれが生じる。すなわち、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２との相対的なずれがある場合には、これらのずれ量が上記（１）の手順において、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対位置情報として求められ、それに基づいて、第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係が特定され記憶される。
【００６１】
（７）次いで、上記第１被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第１レンズ面９１の、第１測定光軸Ｌ１と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および第１レンズ面９１の第１測定光軸Ｌ１に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める（第１ツェルニケ係数値算出ステップ）。この処理は、図３に示す第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａにおいて行われる。
【００６２】
（８）同様に、上記第２被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第２レンズ面９２の、第２測定光軸Ｌ２と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および第２レンズ面９２の第２測定光軸Ｌ２に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める（第２ツェルニケ係数値算出ステップ）。この処理は、図３に示す第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂにおいて行われる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ツェルニケ多項式として、極座標形式で表された１０次のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）を用いる（下式（Ａ）に、全部で３５個ある項のうち４次までの９個の項を示す。Ｚ０は定数項）。
【００６４】
Ｚ（ρ，θ）＝Ｚ０＋Ｚ１ρcosθ＋Ｚ２ρsinθ＋Ｚ３（２ρ２−１）
＋Ｚ４ρ２cos２θ＋Ｚ５ρ２sin２θ
＋Ｚ６（３ρ２−２）ρcosθ＋Ｚ７（３ρ２−２）ρsinθ
＋Ｚ８（６ρ４−６ρ２＋１） ……（Ａ）
【００６５】
また、上述の第１シフト量比例係数および第２シフト量比例係数として、上式（Ａ）で表されるツェルニケ多項式の第２項の係数Ｚ１、第３項の係数Ｚ２、第５項の係数Ｚ６および第６項の係数Ｚ７を用い、上述の第１チルト量比例係数および第２チルト量比例係数として、第２項の係数Ｚ１および第３項の係数Ｚ２を用いる。
【００６６】
すなわち、上記第１ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第１被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値を第１シフト量比例係数値として求めると共に、係数Ｚ１，Ｚ２の各値を第１チルト量比例係数値としても求める。
【００６７】
同様に、上記第２ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第２被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値を第２シフト量比例係数値として求めると共に、係数Ｚ１，Ｚ２の各値を第２チルト量比例係数値としても求める。
【００６８】
（９）次に、上記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値に基づき、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量の各値を、上記第１測定座標系において求める（第１シフト量・チルト量算出ステップ）。この処理は、図３に示す第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａにおいて、下式（５）〜（８）を用いて行われる。
【００６９】
ｓＸ＝Ｚ６（１−ｓ，ｔ）／ａ６（１−ｓ） …（５）
ｓＹ＝Ｚ７（１−ｓ，ｔ）／ａ７（１−ｓ） …（６）
ｔＸ＝（Ｚ１（１−ｓ，ｔ）−ａ１（１−ｓ）・ｓＸ）／ａ１（１−ｔ） …（７）
ｔＹ＝（Ｚ２（１−ｓ，ｔ）−ａ２（１−ｓ）・ｓＸ）／ａ２（１−ｔ） …（８）
【００７０】
ここで、ｓＸおよびｓＹは、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のＸ軸方向（Ｘ方向）およびＹ軸方向（Ｙ方向）の各シフト量を示しており、ｔＸおよびｔＹは、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のＸ軸方向およびＹ軸方向の各チルト量を示している。また、Ｚ１（１−ｓ，ｔ），Ｚ２（１−ｓ，ｔ），Ｚ６（１−ｓ，ｔ）およびＺ７（１−ｓ，ｔ）は、第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を示している。さらに、ａ１（１−ｓ），ａ２（１−ｓ），ａ１（１−ｔ），ａ２（１−ｔ），ａ６（１−ｓ）およびａ７（１−ｓ）は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
【００７１】
（１０）同様に、上記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値に基づき、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を、上記第２測定座標系において求める（第２シフト量・チルト量算出ステップ）。この処理は、図３に示す第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂにおいて、下式（９）〜（１２）を用いて行われる。
【００７２】
ｓＵ＝Ｚ６（２−ｓ，ｔ）／ａ６（２−ｓ） …（９）
ｓＶ＝Ｚ７（２−ｓ，ｔ）／ａ７（２−ｓ） …（１０）
ｔＵ＝（Ｚ１（２−ｓ，ｔ）−ａ１（２−ｓ）・ｓＸ）／ａ１（２−ｔ） …（１１）
ｔＶ＝（Ｚ２（１−ｓ，ｔ）−ａ２（２−ｓ）・ｓＸ）／ａ２（２−ｔ） …（１２）
【００７３】
ここで、ｓＵおよびｓＶは、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のＵ軸方向（Ｕ方向）およびＶ軸方向（Ｖ方向）の各シフト量を示しており、ｔＵおよびｔＶは、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のＵ軸方向およびＶ軸方向の各チルト量を示している。また、Ｚ１（２−ｓ，ｔ），Ｚ２（２−ｓ，ｔ），Ｚ６（２−ｓ，ｔ）およびＺ７（２−ｓ，ｔ）は、第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を示している。さらに、ａ１（２−ｓ），ａ２（２−ｓ），ａ１（２−ｔ），ａ２（２−ｔ），ａ６（２−ｓ），ａ７（２−ｓ）は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
【００７４】
（１１）次に、上記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量ｓＸ，ｓＹおよび各チルト量ｔＸ，ｔＹと、上記第２シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量ｓＵ，ｓＶおよび各チルト量ｔＵ，ｔＶと、上記手順（１）で求められた第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対位置関係（第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係）とに基づき、上述した面ずれ量および面倒れ量を算出する（面ずれ量・面倒れ量算出ステップ）。この処理は、図３に示す面ずれ量・面倒れ量算出手段５４において、以下の手順で行われる。
【００７５】
〈ａ〉まず、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの実際の相対位置関係の影響により第１測定座標系との相対的なずれが生じている第２測定座標系を、図５に示す適正状態、すなわち、Ｗ軸が第１測定座標系のＺ軸と同一直線上に互いに同じ向きに位置し、Ｕ軸およびＶ軸が第１測定座標系のＸ軸およびＹ軸とそれぞれ互いに平行で同じ向きとなる状態に補正する。
【００７６】
〈ｂ〉次に、補正前の第２測定座標系において求められた各シフト量ｓＵ，ｓＶおよび各チルト量ｔＵ，ｔＶを、補正後の第２測定座標系における各シフト量ｓＵ´，ｓＶ´および各チルト量ｔＵ´，ｔＶ´に補正する。
【００７７】
〈ｃ〉そして、第１測定座標系におけるシフト量ｓＸおよびｓＹと補正後の第２測定座標系における各シフト量ｓＵ´およびｓＶ´との各々の差（ｓＸ−ｓＵ´，ｓＹ−ｓＶ´）を、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２とのＸ軸方向およびＹ軸方向の各面ずれ量として算出する。
【００７８】
〈ｄ〉同様に、第１測定座標系におけるチルト量ｔＸおよびｔＹと補正後の第２測定座標系における各チルト量ｔＵ´およびｔＶ´との各々の差（ｔＸ−ｔＵ´，ｔＹ−ｔＶ´）を、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２とのＸ軸方向およびＹ軸方向の各面倒れ量として算出する。
【００７９】
ここで、上述したコンピュータシミュレーションについて、具体的な数値を例示しながら説明する。
【００８０】
このコンピュータシミュレーションでは、まず、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の設計データに基づき、第１レンズ面９１に対応した模擬第１レンズ面および第２レンズ面９２に対応した模擬第２レンズ面をコンピュータ上に設定する。本実施例では、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の非球面係数を下記表１に示す値のものとしている。なお、非球面式は、下式（Ｂ）で表されるものを用いている。
【００８１】
【表１】
【００８２】
【数１】
【００８３】
次に、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、上述の第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂによる光干渉計測を実施した場合に得られる、上記第１干渉縞画像に対応した模擬第１干渉縞画像（図６参照）および上記第２干渉縞画像に対応した模擬第２干渉縞画像（図７参照）を作成する。なお、作成された干渉縞の縞密度に応じて、縞解析に用いる干渉縞の領域を制限するためのマスクを適宜設定する。
【００８４】
次いで、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、１（mrad）ずつ変化するチルト量を順次与えながら、その都度、模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を作成する。そして、各チルト量における模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を解析して各チルト量における模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Ｚ１およびＺ２の各値を求める。
【００８５】
図８は、模擬第１レンズ面に与えられたチルト量ｔＸ（Ｘは上記第１測定座標系のＸ軸方向のチルト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図８に示すように、Ｚ１（１−ｔ）とｔｘとの間には下式（１３）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（１−ｔ）の値は0.059であると求められた。
Ｚ１（１−ｔ）＝ａ１（１−ｔ）・ｔＸ …（１３）
【００８６】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＹ（Ｙは上記第１測定座標系のＹ軸方向のチルト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）とチルト量ｔＹとの間にも、同様に下式（１４）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（１−ｔ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（１−ｔ）の値と同じ0.059であると求められた。
Ｚ２（１−ｔ）＝ａ２（１−ｔ）・ｔＹ …（１４）
【００８７】
一方、図９は、模擬第２レンズ面に与えられたチルト量ｔＵ（Ｕは上記第２測定座標系のＵ軸方向のチルト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図９に示すように、Ｚ１（２−ｔ）とｔＵとの間には下式（１５）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（２−ｔ）の値は0.0721であると求められた。
Ｚ１（２−ｔ）＝ａ１（２−ｔ）・ｔＵ …（１５）
【００８８】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＶ（Ｖは上記第２測定座標系のＶ軸方向のチルト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）とチルト量ｔＶとの間にも、同様に下式（１６）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（２−ｔ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（２−ｔ）の値と同じ0.0721であると求められた。
Ｚ２（１−ｔ）＝ａ２（１−ｔ）・ｔＹ …（１６）
【００８９】
次に、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、１（μm）ずつ変化するシフト量を順次与えながら（チルト量は０とする）、その都度、模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を作成する。そして、各シフト量における模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を解析して各シフト量における模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を求める。
【００９０】
図１０は、模擬第１レンズ面に与えられたシフト量ｓＸ（Ｘは上記第１測定座標系のＸ軸方向のシフト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１０に示すように、Ｚ１（１−ｓ）とｓｘとの間には下式（１７）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（１−ｓ）の値は0.1018であると求められた。
Ｚ１（１−ｓ）＝ａ１（１−ｓ）・ｓＸ …（１７）
【００９１】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にシフト量ｓＹ（Ｙは上記第１測定座標系のＹ軸方向のシフト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＹとの間にも、同様に下式（１８）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（１−ｓ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（１−ｓ）と同じ0.1018であると求められた。
Ｚ２（１−ｓ）＝ａ２（１−ｓ）・ｓＹ …（１８）
【００９２】
一方、図１１は、模擬第２レンズ面に与えられたシフト量ｓＵ（Ｕは上記第２測定座標系のＵ軸方向のシフト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１１に示すように、Ｚ１（２−ｓ）とｓＵとの間には下式（１９）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（２−ｓ）の値は-0.0263であると求められた。
Ｚ１（２−ｓ）＝ａ１（２−ｓ）・ｓＵ …（１９）
【００９３】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にシフト量ｓＶ（Ｖは上記第２測定座標系のＶ軸方向のシフト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＶとの間にも、同様に下式（２０）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（２−ｓ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（２−ｓ）と同じ-0.0263であると求められた。
Ｚ２（２−ｓ）＝ａ２（２−ｓ）・ｓＹ …（２０）
【００９４】
同様に、図１２は、模擬第１レンズ面に与えられたシフト量ｓＸと、係数Ｚ６の値Ｚ６（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１２に示すように、Ｚ６（１−ｓ）とｓＸとの間には下式（２１）の比例関係が成立し、その比例定数ａ６（１−ｓ）の値は0.0002であると求められた。
Ｚ６（１−ｓ）＝ａ６（１−ｓ）・ｓＸ …（２１）
【００９５】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にシフト量ｓＹを与えたときの、係数Ｚ７の値Ｚ７（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＹとの間にも、同様に下式（２２）の比例関係が成立し、その比例定数ａ７（１−ｓ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ６（１−ｓ）と同じ0.0002であると求められた。
Ｚ７（１−ｓ）＝ａ７（１−ｓ）・ｓＹ …（２２）
【００９６】
一方、図１３は、模擬第２レンズ面に与えられたシフト量ｓＵと、係数Ｚ６の値Ｚ６（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１３に示すように、Ｚ６（２−ｓ）とｓＵとの間には下式（２３）の比例関係が成立し、その比例定数ａ６（２−ｓ）の値は-0.0014であると求められた。
Ｚ６（２−ｓ）＝ａ６（２−ｓ）・ｓＵ …（２３）
【００９７】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にシフト量ｓＶを与えたときの、係数Ｚ７の値Ｚ７（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＶとの間にも、同様に下式（２４）の比例関係が成立し、その比例定数ａ７（２−ｓ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ６（２−ｓ）と同じ-0.0014であると求められた。
Ｚ７（２−ｓ）＝ａ７（２−ｓ）・ｓＶ …（２４）
【００９８】
さらに、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＸおよびシフト量ｓＸが同時に与えられたときの係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｓ，ｔ）と、上述のＺ１（１−ｓ），Ｚ１（１−ｔ）との間には、下式（２５）の関係が成立し、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＹおよびシフト量ｓＹが同時に与えられたときの係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｓ，ｔ）と、上述のＺ２（１−ｓ），Ｚ２（１−ｔ）との間には、下式（２６）の関係が成立することが確認された。
Ｚ１（１−ｓ，ｔ）＝Ｚ１（１−ｓ）＋Ｚ１（１−ｔ） …（２５）
Ｚ２（１−ｓ，ｔ）＝Ｚ２（１−ｓ）＋Ｚ２（１−ｔ） …（２６）
【００９９】
同様に、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＵおよびシフト量ｓＵが同時に与えられたときの係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｓ，ｔ）と、上述のＺ１（２−ｓ），Ｚ１（２−ｔ）との間には、下式（２７）の関係が成立し、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＶおよびシフト量ｓＶが同時に与えられたときの係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｓ，ｔ）と、上述のＺ２（２−ｓ），Ｚ２（２−ｔ）との間には、下式（２８）の関係が成立することが確認された。
Ｚ１（２−ｓ，ｔ）＝Ｚ１（２−ｓ）＋Ｚ１（２−ｔ） …（２７）
Ｚ２（２−ｓ，ｔ）＝Ｚ２（２−ｓ）＋Ｚ２（２−ｔ） …（２８）
【０１００】
また、係数Ｚ６，Ｚ７は、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面のチルトに対しては値が変化せず、シフトに対してのみ値が変化することが確かめられた。さらに、このコンピュータシミュレーションにより得られた各式より、上述した式（５）〜（１２）が導き出される。
【０１０１】
以下、本発明を適用した場合の測定誤差（計算誤差）について、コンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。
【０１０２】
図１４は、模擬第１レンズ面に対し、Ｘ方向およびＹ方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｐとしてのシフト量を、縦軸に出力Ｑとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、Ｘ方向およびＹ方向の結果を同時に示すため、Ｘ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｙ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｐと出力Ｑとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｑ＝Ｐとなるところ、略0.8％の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０３】
図１５は、模擬第２レンズ面に対し、Ｕ方向およびＶ方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｐとしてのシフト量を、縦軸に出力Ｑとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、Ｕ方向およびＶ方向の結果を同時に示すため、Ｕ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｖ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｐと出力Ｑとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｑ＝Ｐとなるところ、0.1％以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０４】
図１６は、模擬第１レンズ面に対し、Ｘ方向およびＹ方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｋとしてのチルト量を、縦軸に出力Ｊとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、Ｘ方向およびＹ方向の結果を同時に示すため、Ｘ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｙ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｋと出力Ｊとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｊ＝Ｋとなるところ、略0.4％の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０５】
図１７は、模擬第２レンズ面に対し、Ｕ方向およびＶ方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｋとしてのチルト量を、縦軸に出力Ｊとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、Ｕ方向およびＶ方向の結果を同時に示すため、Ｕ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｖ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｋと出力Ｊとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｊ＝Ｋとなるところ、0.1％以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。
【０１０７】
例えば、上述の実施形態では、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２が共に回転非球面とされているが、第２レンズ面９２が球面とされている場合でも本発明を適用することが可能である。第２レンズ面９２が球面とされている場合には、第２レンズ面９２については、第２測定光軸Ｌ２に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しない。そこで、上述した測定手順におけるチルト量の算出では、該チルト量が零であるとして算出を行えばよい。なお、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２との関係は相対的なものであり、第１レンズ面９１を第２被検面とし、第２レンズ面９２を第１被検面としてもよい。この場合、第２レンズ面９２が回転非球面で第１レンズ面９１が球面とされている場合でも、同様に本発明を適用することが可能である。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、図２に示すように、第１干渉計１Ａから第１レンズ面９１に照射される第１測定光と、第２干渉計１Ｂから第２レンズ面９２に照射される第２測定光が球面波とされているが、対物レンズ１８Ａ，１８Ｂを外して、平行光束（平面波）を第１測定光および第１測定光として用いるようにしてもよい。
【０１０９】
また、ミロー型やマイケルソン型の対物光学系を備えた顕微干渉計を、第１干渉計および第２干渉計として用いることも可能である。この態様は、測定対象となる非球面レンズが小さい場合に有効となる。
【０１１０】
さらに、上述の実施形態では、測定対象としての非球面体が非球面レンズとされているが、本発明は、回転非球面で構成された第１のミラー面と回転非球面または球面で構成された第２のミラー面を有する非球面ミラーを測定対象とすることもできる。この場合、各ミラー面の反射率が高くなることが予想されるので、それに応じて、参照基準平面１５Ａａ，１５Ｂａの反射・透過率を調整することが望ましい。例えば、各ミラー面の反射率が１００％である場合には、参照基準平面１５Ａａ，１５Ｂａを反射率５０％（透過率５０％）程度に設定すればよい。
【０１１１】
なお、本発明は、２つの干渉計を用いて測定を行うものであるが、本発明の技術思想を利用すれば、干渉計に替えて他の測定装置（例えば、接触式あるいは非接触式のプローブを用いた形状測定装置や、モアレ縞形状測定装置）を用いた測定方法や装置を想起することも容易である。
【符号の説明】
【０１１２】
１Ａ 第１干渉計
１Ｂ 第２干渉計
２ 光学定盤
３ 被検体アライメント部
４Ａ 第１干渉計位置調整部
４Ｂ 第２干渉計位置調整部
５ 制御解析部
９ 非球面レンズ（非球面体）
１０Ａ 第１干渉光学系
１０Ｂ 第２干渉光学系
１１Ａ，１１Ｂ 光源部
１２Ａ，１２Ｂ ビーム径拡大レンズ
１３Ａ，２１Ａ，１３Ｂ，２１Ｂ 光束分岐光学素子
１４Ａ，１４Ｂ コリメータレンズ
１５Ａ，１５Ｂ 平面基準板
１５Ａａ，１５Ｂａ 参照基準平面
１６Ａ，１６Ｂ ピエゾ素子
１７Ａ，１７Ｂ フリンジスキャンアダプタ
１８Ａ，１８Ｂ 対物レンズ
２０Ａ 第１干渉縞撮像系
２０Ｂ 第２干渉縞撮像系
２２Ａ，２６Ａ，２２Ｂ，２６Ｂ 結像レンズ
２３Ａ，２７Ａ，２３Ｂ，２７Ｂ 撮像カメラ
２４Ａ，２４Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ ２次元イメージセンサ
２５Ａ，２５Ｂ アライメント撮像系
３１ 保持ステージ
３２ レンズ傾き調整ステージ
３３ レンズ位置調整ステージ
４１Ａ 第１Ｚステージ
４１Ｂ 第２Ｚステージ
４２Ａ 第１ＸＹステージ
４２Ｂ 第２ＸＹステージ
４３Ａ 第１干渉計傾き調整ステージ
４３Ｂ 第２干渉計傾き調整ステージ
５１Ａ 第１形状データ取得手段
５１Ｂ 第２形状データ取得手段
５３ 面ずれ・面倒れ解析手段
９１ 第１レンズ面
９２ 第２レンズ面
９３ 側面
Ｌ１ 第１測定光軸
Ｌ２ 第２測定光軸
Ｐ１ 第１中心点
Ｐ２ 第２中心点
Ａ１ 第１回転軸
Ａ２ 第２回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラや光学センサ等の各種光学機器に用いられる非球面レンズや両面非球面ミラー等の非球面体における表裏２つの被検面（第１被検面および第２被検面）の相対的なずれ量（面ずれ量および面倒れ量）を測定する非球面体測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モールド成形により非球面レンズを作製する場合、成形用の金型同士の相対的な位置ずれによって、成形された非球面レンズに面ずれ（非球面レンズを構成する２つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な位置ずれ）や面倒れ（２つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な傾きずれ）が発生することがある。このような面ずれや面倒れは、金型の機構上、完全に無くすことは困難であるが、成形された非球面レンズの収差（特に、コマ収差等の回転非対称収差）を増大させる要因となるので、減少させる方向で金型の修正を図ることが望ましく、そのために発生している面ずれ量および面倒れ量を把握しておくことは重要となる。
【０００３】
従来、このような非球面レンズの面ずれ量および面倒れ量を測定する方法としては、触針方式の形状測定装置を用いて２つのレンズ面の形状をそれぞれ測定し、それらの形状情報に基づき２つのレンズ面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を求めるものが知られているが、１回の測定に数時間以上の時間を要するという問題があった。
【０００４】
近年、測定時間を大幅に短縮し得る手法として、下記特許文献１に記載のものが提案されている。この提案手法は、干渉計を用いて非球面レンズの透過波面測定を行い、得られた透過波面データに基づき透過波面のコマ収差を算出し、そのコマ収差の算出値に基づき、面ずれ量（面間シフト量）および面倒れ量（面間チルト量）を求めるものである。具体的には、透過波面データをツェルニケ多項式で近似し、その際に得られた、ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、３次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Ｚ６またはＺ７、および５次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Ｚ１３またはＺ１４の各値に基づき、面ずれ量および面倒れ量を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の手法は、透過波面測定を前提とするものであるため、次のような問題がある。
【０００７】
すなわち、透過波面の形状は、測定対象となる非球面レンズの面ずれや面倒れだけではなく、レンズの内部屈折率分布にも大きな影響を受けるが、透過波面の形状データに基づく上記特許文献１に記載の手法では、レンズ構成材料の屈折率分布の影響を排除しつつ、面ずれや面倒れのみを高精度に測定することが難しいという問題がある。
【０００８】
また、干渉計の測定光を透過しないような非球面体、例えば、Ｘ線等の特殊な波長の光用として使われる非球面レンズや、回転非球面で形成された反射面を有する両面非球面ミラー等の非球面体における面ずれ量や面倒れ量を測定することは難しいという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定対象となる非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能な非球面体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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る非球面体測定方法および装置は、以下の特徴を備えている。
【００１１】
すなわち、本発明に係る非球面体測定方法は、回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を、互いの相対位置関係が特定された第１干渉計および第２干渉計を用いて測定する非球面体測定方法であって、
前記第１干渉計の第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と該第１干渉計の第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉縞取得ステップと、
前記第２干渉計の第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と該第２干渉計の第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る第２干渉縞取得ステップと、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得ステップと、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得ステップと、
前記第１被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第２被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の非球面体測定方法において、前記ツェルニケ多項式は、極座標形式で表された４次以上のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）であり、
前記第１シフト量比例係数および前記第２シフト量比例係数は、下式（１）で表される項の係数Ｚ１、下式（２）で表される項の係数Ｚ２、下式（３）で表される項の係数Ｚ６および下式（４）で表される項の係数Ｚ７であり、前記第１チルト量比例係数および前記第２チルト量比例係数は、該係数Ｚ１および該係数Ｚ２である、とすることができる。
【００１３】
ρcosθ …（１）
ρsinθ …（２）
（３ρ２−２）ρcosθ …（３）
（３ρ２−２）ρsinθ …（４）
【００１４】
また、本発明に係る非球面体測定装置は、回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定する非球面体測定装置であって、
第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉計と、
第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る、前記第１干渉計との相対位置関係が特定された第２干渉計と、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得手段と、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得手段と、
前記第１被検面形状データ取得手段において求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第２被検面形状データ取得手段において求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第１ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出手段と、
前記第２ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出手段と、
前記第１シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、第２レンズ面が球面とされている場合には、該第２レンズ面については、第２測定光軸に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しないことになる。したがって、上述の第２シフト量・チルト量算出ステップおよび第２シフト量・チルト量算出手段における第２被検面のチルト量の算出に際しては、該チルト量が零であるとして算出を行うこととする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る非球面体測定方法および装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１７】
すなわち、本発明の非球面体測定方法および装置は、測定対象となる非球面体が有する２つの被検面（第１被検面および第２被検面）からの反射波面により形成される干渉縞に基づき２つの被検面の形状データを求め、この形状データに基づき２つの被検面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定するので、透過波面測定に基づく従来技術とは異なり、非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係る非球面体測定装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す非球面体測定装置の光学系の概略構成図である。
【図３】図１に示す解析制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】測定対象となる非球面レンズの構成を示す断面図である。
【図５】第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係を示す図である。
【図６】模擬第１干渉縞画像を示す図である。
【図７】模擬第２干渉縞画像を示す図である。
【図８】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ１のチルト感度を示す図である。
【図９】模擬第２レンズ面に対する係数Ｚ１のチルト感度を示す図である。
【図１０】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ１のシフト感度を示す図である。
【図１１】模擬第２レンズ面に対する係数Ｚ１のシフト感度を示す図である。
【図１２】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ６のシフト感度を示す図である。
【図１３】模擬第１レンズ面に対する係数Ｚ６のシフト感度を示す図である。
【図１４】模擬第１レンズ面に対するシフト量の計算誤差を示す図である。
【図１５】模擬第２レンズ面に対するシフト量の計算誤差を示す図である。
【図１６】模擬第１レンズ面に対するチルト量の計算誤差を示す図である。
【図１７】模擬第１レンズ面に対するチルト量の計算誤差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等を適宜変更して示してある。
【００２０】
まず、図４に基づいて、本実施形態において測定対象となる非球面体としての非球面レンズ９の構成および測定対象となる項目について説明する。
【００２１】
図４に示すように非球面レンズ９は、設計上、第１回転軸Ａ１を中心とする回転非球面で構成された第１レンズ面９１（本実施形態における第１被検面）と、第２回転軸Ａ２を中心とする回転非球面で構成された第２レンズ面９２（本実施形態における第２被検面）と、円柱面状に形成された側面９３とを有してなる。
【００２２】
また、第１レンズ面９１と第１回転軸Ａ１との交点となる、第１レンズ面９１の中心点Ｐ１は、設計上、該中心点Ｐ１における法曲率が第１レンズ面９１に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。同様に、第２レンズ面９２と第２回転軸Ａ２との交点となる、第２レンズ面９２の中心点Ｐ２は、設計上、該中心点Ｐ２における法曲率が第２レンズ面９２に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。
【００２３】
上述の第１回転軸Ａ１および第２回転軸Ａ２は、設計上、互いに一致する（重なる）ように構成されているが、製造誤差等により、これらが互いに一致しない状態となる面ずれおよび面倒れが生じる場合がある。図では分かり易くするため、第１回転軸Ａ１と第２回転軸Ａ２とのずれ量を大きく表現しているが、通常は、光の波長オーダーの微小な誤差量となる。なお、本実施形態では、面ずれ量および面倒れ量を以下のように定義する。
【００２４】
面ずれ量：第１回転軸Ａ１または第２回転軸Ａ２に垂直な仮想平面を設定し、この仮想平面に、第１レンズ面９１の中心点である第１中心点Ｐ１（第１レンズ面９１と第１回転軸Ａ１との交点）と、第２レンズ面９２の中心点である第２中心点Ｐ２（第２レンズ面９２と第２回転軸Ａ２との交点）を投影したときの、該仮想平面上での第１中心点Ｐ１および第２中心点Ｐ２の各投影点相互間の距離を面ずれ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面ずれ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。
【００２５】
面倒れ量：第１回転軸Ａ１と第２回転軸Ａ２とのなす角度（両者が交わらない場合は第１回転軸Ａ１の方向ベクトルと第２回転軸Ａ２の方向ベクトルとのなす角度）を面倒れ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面倒れ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。
【００２６】
次に、図１〜３に基づき、本発明の一実施形態に係る非球面体測定装置の構成を説明する。図１に示す非球面体測定装置は、上述の非球面レンズ９の面ずれ量および面倒れ量を測定解析するものであり、非球面レンズ９の第１レンズ面９１側に配置された第１干渉計１Ａと、第２レンズ面９２側に配置された第２干渉計１Ｂと、光学定盤２上に載置された被検体アライメント部３と、第１干渉計１Ａの位置調整を行う第１干渉計位置調整部４Ａと、第２干渉計１Ｂの位置調整を行う第２干渉計位置調整部４Ｂと、非球面レンズ９の面ずれ量および面倒れ量の測定解析等を行う制御解析部５とを備えてなる。
【００２７】
上記第１干渉計１Ａは、図２に示すように、第１干渉光学系１０Ａ、第１干渉縞撮像系２０Ａおよび第１アライメント撮像系２５Ａを有してなる。第１干渉光学系１０Ａは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部１１Ａと、該光源部１１Ａからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ１２Ａと、該ビーム径拡大レンズ１２Ａからの光束を図中右方に向けて反射する光束分岐光学素子１３Ａと、該光束分岐光学素子１３Ａからの光束をコリメートするコリメータレンズ１４Ａと、該コリメータレンズ１４Ａからの平面波の一部を参照基準平面１５Ａａにおいて再帰反射して第１参照光となし、その余を第１測定光軸Ｌ１に沿って透過する平面基準板１５Ａと、該平面基準板１５Ａからの光束を球面波からなる第１測定光に変換し、第１レンズ面９１の中心部（上述の第１中心点Ｐ１を含む領域）に照射する対物レンズ１８Ａとを備えてなり、第１レンズ面９１からの反射光を第１参照光と合波して第１干渉光を得るように構成されている。
【００２８】
なお、上記平面基準板１５Ａは、ピエゾ素子１６Ａを備えたフリンジスキャンアダプタ１７Ａに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第１測定光軸Ｌ１方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ１８Ａは、第１測定光軸Ｌ１上から退避可能に構成されている。
【００２９】
上記第１干渉縞撮像系２０Ａは、非球面レンズ９（第１レンズ面９１）の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子１３Ａ，２１Ａを透過して図中左方に進行する第１干渉光を集光する結像レンズ２２Ａと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２４Ａを有してなる撮像カメラ２３Ａとを備えてなり、結像レンズ２２Ａにより２次元イメージセンサ２４Ａ上に形成された干渉縞（第１干渉縞）の画像データを取得するように構成されている。
【００３０】
上記アライメント撮像系２５Ａは、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子２１Ａにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ２６Ａと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２８Ａを有してなる撮像カメラ２７Ａとを備えてなる。
【００３１】
上記第２干渉計１Ｂは、上記第１干渉計１Ａと同様の構成を有するものであり、第２干渉光学系１０Ｂ、第２干渉縞撮像系２０Ｂおよび第２アライメント撮像系２５Ｂを有してなる。第２干渉光学系１０Ｂは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部１１Ｂと、該光源部１１Ｂからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ１２Ｂと、該ビーム径拡大レンズ１２Ｂからの光束を図中左方に向けて反射する光束分岐光学素子１３Ｂと、該光束分岐光学素子１３Ｂからの光束をコリメートするコリメータレンズ１４Ｂと、該コリメータレンズ１４Ｂからの平面波の一部を参照基準平面１５Ｂａにおいて再帰反射して第２参照光となし、その余を第２測定光軸Ｌ２に沿って透過する平面基準板１５Ｂと、該平面基準板１５Ｂからの光束を球面波からなる第２測定光に変換し、第２レンズ面９２の中心部（上述の第２中心点Ｐ２を含む領域）に照射する対物レンズ１８Ｂとを備えてなり、第２レンズ面９２からの反射光を第２参照光と合波して第２干渉光を得るように構成されている。
【００３２】
なお、上記平面基準板１５Ｂは、ピエゾ素子１６Ｂを備えたフリンジスキャンアダプタ１７Ｂに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第２測定光軸Ｌ２方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ１８Ｂは、第２測定光軸Ｌ２上から退避可能に構成されている。
【００３３】
上記第２干渉縞撮像系２０Ｂは、非球面レンズ９（第２レンズ面９２）の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子１３Ｂ，２１Ｂを透過して図中右方に進行する第２干渉光を集光する結像レンズ２２Ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２４Ｂを有してなる撮像カメラ２３Ｂとを備えてなり、結像レンズ２２Ｂにより２次元イメージセンサ２４Ｂ上に形成された干渉縞（第２干渉縞）の画像データを取得するように構成されている。
【００３４】
上記アライメント撮像系２５Ｂは、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子２１Ｂにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ２６Ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２８Ｂを有してなる撮像カメラ２７Ｂとを備えてなる。
【００３５】
一方、図１に示すように、上記被検体アライメント部３は、非球面レンズ９を保持する保持ステージ３１と、該保持ステージ３１に保持された非球面レンズ９（第１レンズ面９１、第２レンズ面９２）の、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対する傾き調整を行うレンズ傾き調整ステージ３２と、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対する非球面レンズ９の、図中左右方向および紙面に垂直な方向への位置調整を行うレンズ位置調整ステージ３３とを備えてなる。
【００３６】
また、上記第１干渉計位置調整部４Ａは、図１に示すように、第１干渉計１Ａを図中上下方向に移動可能に保持する第１Ｚステージ４１Ａと、該第１Ｚステージ４１Ａを介して第１干渉計１Ａを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第１ＸＹステージ４２Ａと、該第１ＸＹステージ４２Ａおよび該第１Ｚステージ４１Ａを介して第１干渉計１Ａの傾き調整を行う第１干渉計傾き調整ステージ４３Ａとを備えてなる。
【００３７】
同様に、上記第２干渉計位置調整部４Ｂは、第２干渉計１Ｂを図中上下方向に移動可能に保持する第２Ｚステージ４１Ｂと、該第２Ｚステージ４１Ｂを介して第２干渉計１Ｂを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第２ＸＹステージ４２Ｂと、該第２ＸＹステージ４２Ｂおよび該第２Ｚステージ４１Ｂを介して第２干渉計１Ｂの傾き調整を行う第２干渉計傾き調整ステージ４３Ｂとを備えてなる。
【００３８】
また、上記制御解析部５は、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の各中心部の形状データ（第１被検面形状データおよび第２被検面形状データ）を求めたり、上述の被検体アライメント部３、第１干渉計位置調整部４Ａおよび第２干渉計位置調整部４Ｂの各ステージの駆動を制御したりするコンピュータ装置等から構成されており、図３に示すように、該コンピュータ装置内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される第１被検面形状データ取得手段５１Ａ、第２被検面形状データ取得手段５１Ｂ、第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａ、第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂ、第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａ、第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂ、および面ずれ量・面倒れ量算出手段５４を備えてなる。
【００３９】
上記第１被検面形状データ取得手段５１Ａは、上記第１干渉縞の画像データに基づき、第１レンズ面９１の中心部の形状データである第１被検面形状データを、第１干渉計１Ａにおいて設定された第１測定座標系において求めるものである。
【００４０】
上記第２被検面形状データ取得手段５１Ｂは、上記第２干渉縞の画像データに基づき、第２レンズ面９２の中心部の形状データである第２被検面形状データを、第２干渉計１Ｂにおいて設定された第２測定座標系において求めるものである。
【００４１】
上記第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａは、上記第１被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第１レンズ面９１の、上記第１測定光軸Ｌ１と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面９１の該第１測定光軸Ｌ１に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求めるものである。
【００４２】
上記第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂは、上記第２被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第２レンズ面９２の、上記第２測定光軸Ｌ２と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面９２の該第２測定光軸Ｌ２に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求めるものである。
【００４３】
上記第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａは、上記第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａにおいて求められた第１シフト量比例係数の値および第１チルト量比例係数の値に基づき、上記第１測定光軸Ｌ１に対する上記第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量を求めるものである。
【００４４】
上記第２シフト量・チルト量算出手段５３Ａは、上記第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂにおいて求められた第２シフト量比例係数の値および第２チルト量比例係数の値に基づき、上記第２測定光軸Ｌ２に対する上記第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を求めるものである。
【００４５】
上記面ずれ量・面倒れ量算出手段５４は、上記第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａにおいて求められた第１シフト量比例係数の値および第１チルト量比例係数の値と、上記第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂにおいて求められた第２シフト量比例係数の値および第２チルト量比例係数の値と、上記第１干渉計１Ａおよび上記第２干渉計１Ｂの相対位置関係（上記第１測定座標系と上記第２測定座標系との相対位置関係）の情報とに基づき、面ずれ量および面倒れ量を算出するものである。
【００４６】
以下、本発明の一実施形態に係る非球面体測定方法について説明する。本実施形態の非球面体測定方法は、上述の非球面体測定装置を用いて行うものである。
【００４７】
（１）まず、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対的なアライメント調整を行う。このアライメント調整は、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２とを互いに一致させるためのものであり、オペレータが、第１干渉計位置調整部４Ａおよび第２干渉計位置調整部４Ｂを用いて手動操作で行う。その手順の概要は以下のとおりである。
【００４８】
〈ａ〉第１干渉計１Ａの対物レンズ１８Ａおよび第２干渉計１Ｂの対物レンズ１８Ｂを第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２上からそれぞれ退避させ、互いに平行な２つの光学平面（オプティカルフラット）を有する平行平板治具（図示略）を、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの間に配置する（平行平板治具を保持ステージ３１に保持せしめることも可）。なお、この配置段階で、平行平板治具の２つの光学平面が、第１測定光軸Ｌ１および第２測定光軸Ｌ２に対してなるべく垂直になるように粗調整を行う。
【００４９】
〈ｂ〉第１干渉計１Ａから平行平板治具の一方の光学平面（第１干渉計１Ａ側の光学平面）に平行光束を照射し、該一方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面１５Ａａからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系２５Ａの撮像カメラ２７Ａにより撮像し、これら２つのスポット像が互いに重なるように、第１干渉計傾き調整ステージ４３Ａを用いて、第１干渉計１Ａの傾きを調整する。この傾き調整により、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１が平行平板治具の一方の光学平面に対して垂直となる。なお、このような手法に替えて、一方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面１５Ａａからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ２３Ａにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第１干渉計１Ａの傾き調整を行うようにしてもよい。
【００５０】
〈ｃ〉同様に、第２干渉計１Ｂから平行平板治具の他方の光学平面（第２干渉計１Ｂ側の光学平面）に平行光束を照射し、該他方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面１５Ｂａからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系２５Ｂの撮像カメラ２７Ｂにより撮像し、これら２つのスポット像が互いに重なるように、第２干渉計傾き調整ステージ４３Ｂを用いて、第２干渉計１Ｂの傾きを調整する。この傾き調整により、第２干渉計１Ｂの測定光軸Ｌ２が平行平板治具の他方の光学平面に対して垂直となり、これにより第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２が互いに平行となる。なお、このような手法に替えて、他方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面１５Ｂａからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ２３Ｂにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第２干渉計１Ｂの傾き調整を行うようにしてもよい。
【００５１】
〈ｄ〉上記平行平板治具に替えて、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの間に、光学的に真球とみなせる真球治具（図示略）を配置する。
【００５２】
〈ｅ〉第１干渉計１Ａから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面１５Ａａからの反射光とにより形成される干渉縞（同心のリング状となる）を、第１干渉縞撮像系２０Ａの撮像カメラ２３Ａにより撮像し、この干渉縞の中心に第１測定光軸Ｌ１が位置するように、第１Ｚステージ４１Ａおよび第１ＸＹステージ４２Ａを用いて、第１干渉計１Ａの位置を調整する。
【００５３】
〈ｆ〉同様に、第２干渉計１Ｂから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面１５Ｂａからの参照光とにより形成される干渉縞（同心のリング状となる）を、第２干渉縞撮像系２０Ｂの撮像カメラ２３Ｂにより撮像し、この干渉縞の中心に第２測定光軸Ｌ２が位置するように、第２Ｚステージ４１Ｂおよび第２ＸＹステージ４２Ｂを用いて、第２干渉計１Ｂの位置を調整する。この位置調整により、第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２が互いに一致する。
【００５４】
なお、このようなアライメント調整を行っても、各ステージの機械的な精度等が原因となって、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２とを完全に一致させることができない場合がある。このような場合には、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２との相対的な位置や傾きのずれ量を求め、それらのデータを記憶しておく。
【００５５】
（２）次に、上記真球治具を取り除き、第１干渉計１Ａの対物レンズ１８Ａおよび第２干渉計１Ｂの対物レンズ１８Ｂを第１測定光軸Ｌ１上および第２測定光軸Ｌ２上にそれぞれ設置するとともに、非球面レンズ９を保持ステージ３１に保持せしめ、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂに対する非球面レンズ９のアライメント調整を行う。このアライメント調整は、上述の第１中心点Ｐ１および第２中心点Ｐ２が、第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１の近傍および第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２の近傍にそれぞれ位置するようにするためのものであり、オペレータが、レンズ傾き調整ステージ３２およびレンズ傾き調整ステージ３３を用いて手動操作で行う。
【００５６】
（３）次いで、第１干渉計１Ａから、第１レンズ面９１の中心部に第１測定光を照射し、該第１測定光の第１レンズ面９１からの戻り光と第１参照光との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを撮像カメラ２３Ａにより得る（第１干渉縞取得ステップ）。
【００５７】
（４）同様に、第２干渉計１Ｂから、第２レンズ面９２の中心部に第２測定光を照射し、該第２測定光の第２レンズ面９２からの戻り光と第２参照光との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを撮像カメラ２３Ｂにより得る（第２干渉縞取得ステップ）。
【００５８】
（５）次に、上記第１干渉縞の画像データを解析して（一般的な縞解析法を用いることができる）、第１レンズ面９１の中心部の形状データである第１被検面形状データを、第１干渉計１Ａにおいて設定された第１測定座標系において求める（第１被検面形状データ取得ステップ）。この処理は、図３に示す第１被検面形状データ取得手段５１Ａにおいて行われる。
【００５９】
（６）同様に、上記第２干渉縞の画像データを解析して、第２レンズ面９２の中心部の形状データである第２被検面形状データを、第２干渉計１Ｂにおいて設定された第２測定座標系において求める（第２被検面形状データ取得ステップ）。この処理は、図３に示す第２形状データ取得手段５１Ｂにおいて行われる。
【００６０】
ここで、上述の第１測定座標系および第２測定座標系について説明する。図５に示すように、第１測定座標系は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する右手系の３次元直交座標系であり、Ｚ軸が第１干渉計１Ａの第１測定光軸Ｌ１と一致するように設定されている。一方、第２測定座標系は、互いに直交するＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を有する右手系の３次元直交座標系であり、Ｗ軸が第２干渉計１Ｂの第２測定光軸Ｌ２と一致するように設定されている。また、第１測定座標系と第２測定座標系との相対的な位置関係は、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２とが完全に一致するようにアライメント調整された場合において、Ｚ軸とＷ軸とが同一直線上に互いに同じ向きに位置するように、Ｘ軸とＵ軸およびＹ軸とＶ軸がそれぞれ互いに平行で同じ向きとなるように設定されている。なお、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２とが互いに一致せず、これらの間に相対的なずれが生じている場合には、これに応じて、第１測定座標系と第２測定座標系との相対的な位置関係のずれが生じる。すなわち、第１測定光軸Ｌ１と第２測定光軸Ｌ２との相対的なずれがある場合には、これらのずれ量が上記（１）の手順において、第１干渉計１Ａと第２干渉計１Ｂとの相対位置情報として求められ、それに基づいて、第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係が特定され記憶される。
【００６１】
（７）次いで、上記第１被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第１レンズ面９１の、第１測定光軸Ｌ１と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および第１レンズ面９１の第１測定光軸Ｌ１に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める（第１ツェルニケ係数値算出ステップ）。この処理は、図３に示す第１ツェルニケ係数値算出手段５２Ａにおいて行われる。
【００６２】
（８）同様に、上記第２被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第２レンズ面９２の、第２測定光軸Ｌ２と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および第２レンズ面９２の第２測定光軸Ｌ２に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める（第２ツェルニケ係数値算出ステップ）。この処理は、図３に示す第２ツェルニケ係数値算出手段５２Ｂにおいて行われる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ツェルニケ多項式として、極座標形式で表された１０次のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）を用いる（下式（Ａ）に、全部で３５個ある項のうち４次までの９個の項を示す。Ｚ０は定数項）。
【００６４】
Ｚ（ρ，θ）＝Ｚ０＋Ｚ１ρcosθ＋Ｚ２ρsinθ＋Ｚ３（２ρ２−１）
＋Ｚ４ρ２cos２θ＋Ｚ５ρ２sin２θ
＋Ｚ６（３ρ２−２）ρcosθ＋Ｚ７（３ρ２−２）ρsinθ
＋Ｚ８（６ρ４−６ρ２＋１） ……（Ａ）
【００６５】
また、上述の第１シフト量比例係数および第２シフト量比例係数として、上式（Ａ）で表されるツェルニケ多項式の第２項の係数Ｚ１、第３項の係数Ｚ２、第５項の係数Ｚ６および第６項の係数Ｚ７を用い、上述の第１チルト量比例係数および第２チルト量比例係数として、第２項の係数Ｚ１および第３項の係数Ｚ２を用いる。
【００６６】
すなわち、上記第１ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第１被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値を第１シフト量比例係数値として求めると共に、係数Ｚ１，Ｚ２の各値を第１チルト量比例係数値としても求める。
【００６７】
同様に、上記第２ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第２被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値を第２シフト量比例係数値として求めると共に、係数Ｚ１，Ｚ２の各値を第２チルト量比例係数値としても求める。
【００６８】
（９）次に、上記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値に基づき、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のシフト量およびチルト量の各値を、上記第１測定座標系において求める（第１シフト量・チルト量算出ステップ）。この処理は、図３に示す第１シフト量・チルト量算出手段５３Ａにおいて、下式（５）〜（８）を用いて行われる。
【００６９】
ｓＸ＝Ｚ６（１−ｓ，ｔ）／ａ６（１−ｓ） …（５）
ｓＹ＝Ｚ７（１−ｓ，ｔ）／ａ７（１−ｓ） …（６）
ｔＸ＝（Ｚ１（１−ｓ，ｔ）−ａ１（１−ｓ）・ｓＸ）／ａ１（１−ｔ） …（７）
ｔＹ＝（Ｚ２（１−ｓ，ｔ）−ａ２（１−ｓ）・ｓＸ）／ａ２（１−ｔ） …（８）
【００７０】
ここで、ｓＸおよびｓＹは、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のＸ軸方向（Ｘ方向）およびＹ軸方向（Ｙ方向）の各シフト量を示しており、ｔＸおよびｔＹは、第１測定光軸Ｌ１に対する第１レンズ面９１のＸ軸方向およびＹ軸方向の各チルト量を示している。また、Ｚ１（１−ｓ，ｔ），Ｚ２（１−ｓ，ｔ），Ｚ６（１−ｓ，ｔ）およびＺ７（１−ｓ，ｔ）は、第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を示している。さらに、ａ１（１−ｓ），ａ２（１−ｓ），ａ１（１−ｔ），ａ２（１−ｔ），ａ６（１−ｓ）およびａ７（１−ｓ）は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
【００７１】
（１０）同様に、上記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６，Ｚ７の各値に基づき、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のシフト量およびチルト量を、上記第２測定座標系において求める（第２シフト量・チルト量算出ステップ）。この処理は、図３に示す第２シフト量・チルト量算出手段５３Ｂにおいて、下式（９）〜（１２）を用いて行われる。
【００７２】
ｓＵ＝Ｚ６（２−ｓ，ｔ）／ａ６（２−ｓ） …（９）
ｓＶ＝Ｚ７（２−ｓ，ｔ）／ａ７（２−ｓ） …（１０）
ｔＵ＝（Ｚ１（２−ｓ，ｔ）−ａ１（２−ｓ）・ｓＸ）／ａ１（２−ｔ） …（１１）
ｔＶ＝（Ｚ２（１−ｓ，ｔ）−ａ２（２−ｓ）・ｓＸ）／ａ２（２−ｔ） …（１２）
【００７３】
ここで、ｓＵおよびｓＶは、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のＵ軸方向（Ｕ方向）およびＶ軸方向（Ｖ方向）の各シフト量を示しており、ｔＵおよびｔＶは、第２測定光軸Ｌ２に対する第２レンズ面９２のＵ軸方向およびＶ軸方向の各チルト量を示している。また、Ｚ１（２−ｓ，ｔ），Ｚ２（２−ｓ，ｔ），Ｚ６（２−ｓ，ｔ）およびＺ７（２−ｓ，ｔ）は、第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を示している。さらに、ａ１（２−ｓ），ａ２（２−ｓ），ａ１（２−ｔ），ａ２（２−ｔ），ａ６（２−ｓ），ａ７（２−ｓ）は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
【００７４】
（１１）次に、上記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量ｓＸ，ｓＹおよび各チルト量ｔＸ，ｔＹと、上記第２シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量ｓＵ，ｓＶおよび各チルト量ｔＵ，ｔＶと、上記手順（１）で求められた第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの相対位置関係（第１測定座標系と第２測定座標系との相対位置関係）とに基づき、上述した面ずれ量および面倒れ量を算出する（面ずれ量・面倒れ量算出ステップ）。この処理は、図３に示す面ずれ量・面倒れ量算出手段５４において、以下の手順で行われる。
【００７５】
〈ａ〉まず、第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂの実際の相対位置関係の影響により第１測定座標系との相対的なずれが生じている第２測定座標系を、図５に示す適正状態、すなわち、Ｗ軸が第１測定座標系のＺ軸と同一直線上に互いに同じ向きに位置し、Ｕ軸およびＶ軸が第１測定座標系のＸ軸およびＹ軸とそれぞれ互いに平行で同じ向きとなる状態に補正する。
【００７６】
〈ｂ〉次に、補正前の第２測定座標系において求められた各シフト量ｓＵ，ｓＶおよび各チルト量ｔＵ，ｔＶを、補正後の第２測定座標系における各シフト量ｓＵ´，ｓＶ´および各チルト量ｔＵ´，ｔＶ´に補正する。
【００７７】
〈ｃ〉そして、第１測定座標系におけるシフト量ｓＸおよびｓＹと補正後の第２測定座標系における各シフト量ｓＵ´およびｓＶ´との各々の差（ｓＸ−ｓＵ´，ｓＹ−ｓＶ´）を、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２とのＸ軸方向およびＹ軸方向の各面ずれ量として算出する。
【００７８】
〈ｄ〉同様に、第１測定座標系におけるチルト量ｔＸおよびｔＹと補正後の第２測定座標系における各チルト量ｔＵ´およびｔＶ´との各々の差（ｔＸ−ｔＵ´，ｔＹ−ｔＶ´）を、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２とのＸ軸方向およびＹ軸方向の各面倒れ量として算出する。
【００７９】
ここで、上述したコンピュータシミュレーションについて、具体的な数値を例示しながら説明する。
【００８０】
このコンピュータシミュレーションでは、まず、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２の設計データに基づき、第１レンズ面９１に対応した模擬第１レンズ面および第２レンズ面９２に対応した模擬第２レンズ面をコンピュータ上に設定する。本実施例では、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の非球面係数を下記表１に示す値のものとしている。なお、非球面式は、下式（Ｂ）で表されるものを用いている。
【００８１】
【表１】
【００８２】
【数１】
【００８３】
次に、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、上述の第１干渉計１Ａおよび第２干渉計１Ｂによる光干渉計測を実施した場合に得られる、上記第１干渉縞画像に対応した模擬第１干渉縞画像（図６参照）および上記第２干渉縞画像に対応した模擬第２干渉縞画像（図７参照）を作成する。なお、作成された干渉縞の縞密度に応じて、縞解析に用いる干渉縞の領域を制限するためのマスクを適宜設定する。
【００８４】
次いで、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、１（mrad）ずつ変化するチルト量を順次与えながら、その都度、模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を作成する。そして、各チルト量における模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を解析して各チルト量における模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Ｚ１およびＺ２の各値を求める。
【００８５】
図８は、模擬第１レンズ面に与えられたチルト量ｔＸ（Ｘは上記第１測定座標系のＸ軸方向のチルト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図８に示すように、Ｚ１（１−ｔ）とｔｘとの間には下式（１３）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（１−ｔ）の値は0.059であると求められた。
Ｚ１（１−ｔ）＝ａ１（１−ｔ）・ｔＸ …（１３）
【００８６】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＹ（Ｙは上記第１測定座標系のＹ軸方向のチルト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）とチルト量ｔＹとの間にも、同様に下式（１４）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（１−ｔ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（１−ｔ）の値と同じ0.059であると求められた。
Ｚ２（１−ｔ）＝ａ２（１−ｔ）・ｔＹ …（１４）
【００８７】
一方、図９は、模擬第２レンズ面に与えられたチルト量ｔＵ（Ｕは上記第２測定座標系のＵ軸方向のチルト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図９に示すように、Ｚ１（２−ｔ）とｔＵとの間には下式（１５）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（２−ｔ）の値は0.0721であると求められた。
Ｚ１（２−ｔ）＝ａ１（２−ｔ）・ｔＵ …（１５）
【００８８】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＶ（Ｖは上記第２測定座標系のＶ軸方向のチルト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｔ）（チルト量が０のときの値が０となるように補正している）とチルト量ｔＶとの間にも、同様に下式（１６）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（２−ｔ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（２−ｔ）の値と同じ0.0721であると求められた。
Ｚ２（１−ｔ）＝ａ２（１−ｔ）・ｔＹ …（１６）
【００８９】
次に、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面に対し、１（μm）ずつ変化するシフト量を順次与えながら（チルト量は０とする）、その都度、模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を作成する。そして、各シフト量における模擬第１干渉縞画像および模擬第２干渉縞画像を解析して各シフト量における模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ６およびＺ７の各値を求める。
【００９０】
図１０は、模擬第１レンズ面に与えられたシフト量ｓＸ（Ｘは上記第１測定座標系のＸ軸方向のシフト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１０に示すように、Ｚ１（１−ｓ）とｓｘとの間には下式（１７）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（１−ｓ）の値は0.1018であると求められた。
Ｚ１（１−ｓ）＝ａ１（１−ｓ）・ｓＸ …（１７）
【００９１】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にシフト量ｓＹ（Ｙは上記第１測定座標系のＹ軸方向のシフト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＹとの間にも、同様に下式（１８）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（１−ｓ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（１−ｓ）と同じ0.1018であると求められた。
Ｚ２（１−ｓ）＝ａ２（１−ｓ）・ｓＹ …（１８）
【００９２】
一方、図１１は、模擬第２レンズ面に与えられたシフト量ｓＵ（Ｕは上記第２測定座標系のＵ軸方向のシフト量であることを示す）と、係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１１に示すように、Ｚ１（２−ｓ）とｓＵとの間には下式（１９）の比例関係が成立し、その比例定数ａ１（２−ｓ）の値は-0.0263であると求められた。
Ｚ１（２−ｓ）＝ａ１（２−ｓ）・ｓＵ …（１９）
【００９３】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にシフト量ｓＶ（Ｖは上記第２測定座標系のＶ軸方向のシフト量であることを示す）を与えたときの、係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＶとの間にも、同様に下式（２０）の比例関係が成立し、その比例定数ａ２（２−ｓ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ１（２−ｓ）と同じ-0.0263であると求められた。
Ｚ２（２−ｓ）＝ａ２（２−ｓ）・ｓＹ …（２０）
【００９４】
同様に、図１２は、模擬第１レンズ面に与えられたシフト量ｓＸと、係数Ｚ６の値Ｚ６（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１２に示すように、Ｚ６（１−ｓ）とｓＸとの間には下式（２１）の比例関係が成立し、その比例定数ａ６（１−ｓ）の値は0.0002であると求められた。
Ｚ６（１−ｓ）＝ａ６（１−ｓ）・ｓＸ …（２１）
【００９５】
また、グラフは図示していないが、模擬第１レンズ面にシフト量ｓＹを与えたときの、係数Ｚ７の値Ｚ７（１−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＹとの間にも、同様に下式（２２）の比例関係が成立し、その比例定数ａ７（１−ｓ）の値は、模擬第１レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ６（１−ｓ）と同じ0.0002であると求められた。
Ｚ７（１−ｓ）＝ａ７（１−ｓ）・ｓＹ …（２２）
【００９６】
一方、図１３は、模擬第２レンズ面に与えられたシフト量ｓＵと、係数Ｚ６の値Ｚ６（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）との関係を示すものである。図１３に示すように、Ｚ６（２−ｓ）とｓＵとの間には下式（２３）の比例関係が成立し、その比例定数ａ６（２−ｓ）の値は-0.0014であると求められた。
Ｚ６（２−ｓ）＝ａ６（２−ｓ）・ｓＵ …（２３）
【００９７】
また、グラフは図示していないが、模擬第２レンズ面にシフト量ｓＶを与えたときの、係数Ｚ７の値Ｚ７（２−ｓ）（シフト量が０のときの値が０となるように補正している）とシフト量ｓＶとの間にも、同様に下式（２４）の比例関係が成立し、その比例定数ａ７（２−ｓ）の値は、模擬第２レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数ａ６（２−ｓ）と同じ-0.0014であると求められた。
Ｚ７（２−ｓ）＝ａ７（２−ｓ）・ｓＶ …（２４）
【００９８】
さらに、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＸおよびシフト量ｓＸが同時に与えられたときの係数Ｚ１の値Ｚ１（１−ｓ，ｔ）と、上述のＺ１（１−ｓ），Ｚ１（１−ｔ）との間には、下式（２５）の関係が成立し、模擬第１レンズ面にチルト量ｔＹおよびシフト量ｓＹが同時に与えられたときの係数Ｚ２の値Ｚ２（１−ｓ，ｔ）と、上述のＺ２（１−ｓ），Ｚ２（１−ｔ）との間には、下式（２６）の関係が成立することが確認された。
Ｚ１（１−ｓ，ｔ）＝Ｚ１（１−ｓ）＋Ｚ１（１−ｔ） …（２５）
Ｚ２（１−ｓ，ｔ）＝Ｚ２（１−ｓ）＋Ｚ２（１−ｔ） …（２６）
【００９９】
同様に、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＵおよびシフト量ｓＵが同時に与えられたときの係数Ｚ１の値Ｚ１（２−ｓ，ｔ）と、上述のＺ１（２−ｓ），Ｚ１（２−ｔ）との間には、下式（２７）の関係が成立し、模擬第２レンズ面にチルト量ｔＶおよびシフト量ｓＶが同時に与えられたときの係数Ｚ２の値Ｚ２（２−ｓ，ｔ）と、上述のＺ２（２−ｓ），Ｚ２（２−ｔ）との間には、下式（２８）の関係が成立することが確認された。
Ｚ１（２−ｓ，ｔ）＝Ｚ１（２−ｓ）＋Ｚ１（２−ｔ） …（２７）
Ｚ２（２−ｓ，ｔ）＝Ｚ２（２−ｓ）＋Ｚ２（２−ｔ） …（２８）
【０１００】
また、係数Ｚ６，Ｚ７は、模擬第１レンズ面および模擬第２レンズ面のチルトに対しては値が変化せず、シフトに対してのみ値が変化することが確かめられた。さらに、このコンピュータシミュレーションにより得られた各式より、上述した式（５）〜（１２）が導き出される。
【０１０１】
以下、本発明を適用した場合の測定誤差（計算誤差）について、コンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。
【０１０２】
図１４は、模擬第１レンズ面に対し、Ｘ方向およびＹ方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｐとしてのシフト量を、縦軸に出力Ｑとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、Ｘ方向およびＹ方向の結果を同時に示すため、Ｘ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｙ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｐと出力Ｑとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｑ＝Ｐとなるところ、略0.8％の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０３】
図１５は、模擬第２レンズ面に対し、Ｕ方向およびＶ方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｐとしてのシフト量を、縦軸に出力Ｑとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、Ｕ方向およびＶ方向の結果を同時に示すため、Ｕ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｖ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｐと出力Ｑとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｑ＝Ｐとなるところ、0.1％以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０４】
図１６は、模擬第１レンズ面に対し、Ｘ方向およびＹ方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｋとしてのチルト量を、縦軸に出力Ｊとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、Ｘ方向およびＹ方向の結果を同時に示すため、Ｘ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｙ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｋと出力Ｊとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｊ＝Ｋとなるところ、略0.4％の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０５】
図１７は、模擬第２レンズ面に対し、Ｕ方向およびＶ方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Ｋとしてのチルト量を、縦軸に出力Ｊとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、Ｕ方向およびＶ方向の結果を同時に示すため、Ｕ方向の結果はグラフの正の領域に、Ｖ方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Ｋと出力Ｊとの関係を１次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Ｊ＝Ｋとなるところ、0.1％以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。
【０１０６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。
【０１０７】
例えば、上述の実施形態では、第１レンズ面９１および第２レンズ面９２が共に回転非球面とされているが、第２レンズ面９２が球面とされている場合でも本発明を適用することが可能である。第２レンズ面９２が球面とされている場合には、第２レンズ面９２については、第２測定光軸Ｌ２に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しない。そこで、上述した測定手順におけるチルト量の算出では、該チルト量が零であるとして算出を行えばよい。なお、第１レンズ面９１と第２レンズ面９２との関係は相対的なものであり、第１レンズ面９１を第２被検面とし、第２レンズ面９２を第１被検面としてもよい。この場合、第２レンズ面９２が回転非球面で第１レンズ面９１が球面とされている場合でも、同様に本発明を適用することが可能である。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、図２に示すように、第１干渉計１Ａから第１レンズ面９１に照射される第１測定光と、第２干渉計１Ｂから第２レンズ面９２に照射される第２測定光が球面波とされているが、対物レンズ１８Ａ，１８Ｂを外して、平行光束（平面波）を第１測定光および第１測定光として用いるようにしてもよい。
【０１０９】
また、ミロー型やマイケルソン型の対物光学系を備えた顕微干渉計を、第１干渉計および第２干渉計として用いることも可能である。この態様は、測定対象となる非球面レンズが小さい場合に有効となる。
【０１１０】
さらに、上述の実施形態では、測定対象としての非球面体が非球面レンズとされているが、本発明は、回転非球面で構成された第１のミラー面と回転非球面または球面で構成された第２のミラー面を有する非球面ミラーを測定対象とすることもできる。この場合、各ミラー面の反射率が高くなることが予想されるので、それに応じて、参照基準平面１５Ａａ，１５Ｂａの反射・透過率を調整することが望ましい。例えば、各ミラー面の反射率が１００％である場合には、参照基準平面１５Ａａ，１５Ｂａを反射率５０％（透過率５０％）程度に設定すればよい。
【０１１１】
なお、本発明は、２つの干渉計を用いて測定を行うものであるが、本発明の技術思想を利用すれば、干渉計に替えて他の測定装置（例えば、接触式あるいは非接触式のプローブを用いた形状測定装置や、モアレ縞形状測定装置）を用いた測定方法や装置を想起することも容易である。
【符号の説明】
【０１１２】
１Ａ 第１干渉計
１Ｂ 第２干渉計
２ 光学定盤
３ 被検体アライメント部
４Ａ 第１干渉計位置調整部
４Ｂ 第２干渉計位置調整部
５ 制御解析部
９ 非球面レンズ（非球面体）
１０Ａ 第１干渉光学系
１０Ｂ 第２干渉光学系
１１Ａ，１１Ｂ 光源部
１２Ａ，１２Ｂ ビーム径拡大レンズ
１３Ａ，２１Ａ，１３Ｂ，２１Ｂ 光束分岐光学素子
１４Ａ，１４Ｂ コリメータレンズ
１５Ａ，１５Ｂ 平面基準板
１５Ａａ，１５Ｂａ 参照基準平面
１６Ａ，１６Ｂ ピエゾ素子
１７Ａ，１７Ｂ フリンジスキャンアダプタ
１８Ａ，１８Ｂ 対物レンズ
２０Ａ 第１干渉縞撮像系
２０Ｂ 第２干渉縞撮像系
２２Ａ，２６Ａ，２２Ｂ，２６Ｂ 結像レンズ
２３Ａ，２７Ａ，２３Ｂ，２７Ｂ 撮像カメラ
２４Ａ，２４Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ ２次元イメージセンサ
２５Ａ，２５Ｂ アライメント撮像系
３１ 保持ステージ
３２ レンズ傾き調整ステージ
３３ レンズ位置調整ステージ
４１Ａ 第１Ｚステージ
４１Ｂ 第２Ｚステージ
４２Ａ 第１ＸＹステージ
４２Ｂ 第２ＸＹステージ
４３Ａ 第１干渉計傾き調整ステージ
４３Ｂ 第２干渉計傾き調整ステージ
５１Ａ 第１形状データ取得手段
５１Ｂ 第２形状データ取得手段
５３ 面ずれ・面倒れ解析手段
９１ 第１レンズ面
９２ 第２レンズ面
９３ 側面
Ｌ１ 第１測定光軸
Ｌ２ 第２測定光軸
Ｐ１ 第１中心点
Ｐ２ 第２中心点
Ａ１ 第１回転軸
Ａ２ 第２回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を、互いの相対位置関係が特定された第１干渉計および第２干渉計を用いて測定する非球面体測定方法であって、
前記第１干渉計の第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と該第１干渉計の第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉縞取得ステップと、
前記第２干渉計の第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と該第２干渉計の第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る第２干渉縞取得ステップと、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得ステップと、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得ステップと、
前記第１被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第２被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする非球面体測定方法。
【請求項２】
前記ツェルニケ多項式は、極座標形式で表された４次以上のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）であり、
前記第１シフト量比例係数および前記第２シフト量比例係数は、下式（１）で表される項の係数Ｚ１、下式（２）で表される項の係数Ｚ２、下式（３）で表される項の係数Ｚ６および下式（４）で表される項の係数Ｚ７であり、前記第１チルト量比例係数および前記第２チルト量比例係数は、該係数Ｚ１および該係数Ｚ２であることを特徴とする請求項１記載の非球面体測定方法。
ρcosθ …（１）
ρsinθ …（２）
（３ρ２−２）ρcosθ …（３）
（３ρ２−２）ρsinθ …（４）
【請求項３】
回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定する非球面体測定装置であって、
第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉計と、
第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る、前記第１干渉計との相対位置関係が特定された第２干渉計と、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得手段と、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得手段と、
前記第１被検面形状データ取得手段において求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第２被検面形状データ取得手段において求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第１ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出手段と、
前記第２ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出手段と、
前記第１シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする非球面体測定装置。
【請求項１】
回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を、互いの相対位置関係が特定された第１干渉計および第２干渉計を用いて測定する非球面体測定方法であって、
前記第１干渉計の第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と該第１干渉計の第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉縞取得ステップと、
前記第２干渉計の第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と該第２干渉計の第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る第２干渉縞取得ステップと、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得ステップと、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得ステップと、
前記第１被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第２被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第１ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第２ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第１シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする非球面体測定方法。
【請求項２】
前記ツェルニケ多項式は、極座標形式で表された４次以上のツェルニケ多項式Ｚ（ρ，θ）（ρは極からの距離、θは始線に対する偏角）であり、
前記第１シフト量比例係数および前記第２シフト量比例係数は、下式（１）で表される項の係数Ｚ１、下式（２）で表される項の係数Ｚ２、下式（３）で表される項の係数Ｚ６および下式（４）で表される項の係数Ｚ７であり、前記第１チルト量比例係数および前記第２チルト量比例係数は、該係数Ｚ１および該係数Ｚ２であることを特徴とする請求項１記載の非球面体測定方法。
ρcosθ …（１）
ρsinθ …（２）
（３ρ２−２）ρcosθ …（３）
（３ρ２−２）ρsinθ …（４）
【請求項３】
回転非球面である第１被検面と回転非球面または球面である第２被検面とを有する非球面体において、該第１被検面と該第２被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定する非球面体測定装置であって、
第１測定光軸に沿って第１測定光を前記第１被検面に照射し、該第１測定光の該第１被検面から反射された第１反射波面と第１参照波面との光干渉により形成される第１干渉縞の画像データを得る第１干渉計と、
第２測定光軸に沿って第２測定光を前記第２被検面に照射し、該第２測定光の該第２被検面から反射された第２反射波面と第２参照波面との光干渉により形成される第２干渉縞の画像データを得る、前記第１干渉計との相対位置関係が特定された第２干渉計と、
前記第１干渉縞の画像データを解析して前記第１被検面の形状データを求める第１被検面形状データ取得手段と、
前記第２干渉縞の画像データを解析して前記第２被検面の形状データを求める第２被検面形状データ取得手段と、
前記第１被検面形状データ取得手段において求められた前記第１被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第１被検面の、前記第１測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第１シフト量比例係数の値および該第１被検面の該第１測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第１チルト量比例係数の値を求める第１ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第２被検面形状データ取得手段において求められた前記第２被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第２被検面の、前記第２測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第２シフト量比例係数の値および該第２被検面の該第２測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第２チルト量比例係数の値を求める第２ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第１ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第１シフト量比例係数の値および前記第１チルト量比例係数の値に基づき、前記第１測定光軸に対する前記第１被検面のシフト量およびチルト量を求める第１シフト量・チルト量算出手段と、
前記第２ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第２シフト量比例係数の値および前記第２チルト量比例係数の値に基づき、前記第２測定光軸に対する前記第２被検面のシフト量およびチルト量を求める第２シフト量・チルト量算出手段と、
前記第１シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第１被検面のシフト量およびチルト量と、前記第２シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第２被検面のシフト量およびチルト量と、前記第１干渉計および前記第２干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする非球面体測定装置。
【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】
【図２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１２２８５７（Ｐ２０１１−１２２８５７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７８８８９（Ｐ２００９−２７８８８９）
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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