JP5517108B2 - 波面収差測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子又は複数の光学素子からなる光学系の収差を測定するための装置に関する。特に収差特性を高精度に測定できるハルトマン方式又はシャックハルトマン方式の波面収差測定装置に関するものである。

光学素子等の結像性能等の光学特性を評価するための測定装置として、ハルトマン方式又はシャックハルトマン方式などの測定装置が使われている。シャックハルトマン方式の測定装置は被検光学系で集光された光束をコリメータレンズで平行光とし、その平行光をマイクロレンズアレイに入射させる。そしてマイクロレンズアレイと被検面とがほぼ共役に配置されると、マイクロレンズアレイの一つのレンズレットは被検面の一領域に対応する。マイクロレンズアレイを通して瞳分割された複数のスポット像は二次元の検出手段上で結像する。二次元の検出手段で検出した各々のスポット像の位置のズレから、被検光学系の収差量が算出される。

波面を高精度で測定するためには、マイクロレンズアレイのレンズレットを密に配置させ、測定点を多くすることと、レンズレット焦点距離を長くし、波面傾斜に対する位置ずれ量を大きくすることが好ましい。この時に、測定装置内の光学系の収差等の影響により被検面の一領域が他の被検面の一領域までずれてしまい、レンズレットと測定点の一対一対応がとれなくなることがある。

このような問題を解決するために、特許文献１は、マイクロレンズアレイの各レンズレットを通過する光強度に明暗を付けることで、どのレンズレットを通過したスポット像であるかを区別するようにしている。

特開２００４−３１７３７５号公報

しかし、レンズレットを通過する光強度が弱くなったスポット像ではＳ／Ｎ比が悪くなり、被検光学系を高精度に評価することが困難になる。また測定装置の光学系の一部に埃などが付着したりすると、その埃が付着した領域が光強度が弱くなったスポット像と判断してしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、被検光学系を精度良く測定できる波面収差測定装置を提供することにある。

本観点の波面収差測定装置は、被検光学系の収差を測定する波面収差測定装置において、第１波長とこの第１波長と異なる第２波長との光束を被検光学系に照射する光源と、Ｘ軸及びＹ軸方向に二次元に配列された複数の画素を有し、これら複数の画素で第１波長及び第２波長の光束をそれぞれ受光する検出手段と、被検光学系と検出手段との間に配置され、被検光学系から照射された光束を検出手段上に二次元に所定間隔で分布する複数の光束に形成する光束形成部と、光束形成部の近傍に複数の光束に対応するように配置され、第１波長及び第２波長が通過する第１領域と第２波長を遮光する第２領域とをそれぞれ複数有する波長フィルターと、を備える。

本発明は、精度良い波面収差測定ができる波面収差測定装置を提供することができる。

波面収差測定装置１００の概略構成図である。 （ａ）は、波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。 （ｂ）は、検出手段３４の領域３４ａの概略平面図である。 （ｃ）は、図２（ｂ）の領域３４ｂの拡大図である。 （ａ）は、ダイナミックレンジを重視した波長フィルター３２の概略平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）の波長フィルター３２を透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。 （ｃ）は、図３（ａ）の波長フィルター３２を透過した緑の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。 （ａ）は、高精度に検出する場合の波長フィルター３２の概略平面図である。 （ｂ）は、図４（ａ）の波長フィルター３２を透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。 被検光学系２０の波面収差測定の手順を示したフローチャートである。 （ａ）は、青の波長を検出する場合の波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。 （ｂ）は、緑の波長を検出する場合の波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。 波長フィルター３２、光束形成部３３及び検出手段１３４の概略図である。 波面収差測定装置２００の概略構成図である。

（第１実施例）
第１実施例として、シャックハルトマン方式の波面収差測定装置１００について説明する。

＜波面収差測定装置１００＞
図１は、波面収差測定装置１００の概略構成図である。波面収差測定装置１００は、主に、照明光学系１０と、被検光学系２０と、検出光学系３０とにより構成される。照明光学系１０は光を発してこの光を被検光学系２０に導き、被検光学系２０には検査される被検レンズ等が配置され、検出光学系３０は被検光学系２０を通った光束を検出して被検光学系２０の波面収差を測定する。以下、波面収差測定装置１００に関して、照明光学系１０、被検光学系２０及び検出光学系３０の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直で互いに直交する軸をＸ軸及びＹ軸として説明する。

照明光学系１０は、照明１１、光源用コンデンサーレンズ１２、ピンホール板１３及びコリメータレンズ１４を含んでいる。照明１１は複数の波長を含んだ光、例えば白色光を発する。照明１１を発した光は光源用コンデンサーレンズ１２を透過してピンホール板１３に形成されているピンホールを通過する。その後、光束はコリメータレンズ１４を透過して被検光学系２０に照射される。
被検光学系２０には、被検レンズ等の波面収差が測定される光学部品が配置される。

検出光学系３０は、コリメータ光学素子３１、波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７、ＸＹステージ３５及び移動手段３６を含んでいる。被検光学系２０を通った光束は、コリメータ光学素子３１及び波長フィルター３２を透過する。波長フィルター３２はコリメータ光学素子３１と光束形成部３３との間に配置されている。波長フィルター３２は光束形成部３３の近傍又は接するような位置に配置されることが好ましい。波長フィルター３２は第１波長及び第１波長とは異なる第２波長が通過する第１領域３２ａ（図３及び図４を参照）と第１波長を透過し第２波長を遮光する第２領域３２ｂ（図３及び図４を参照）とをそれぞれ複数有している。

そのため波長フィルター３２を通過する光束は、第１波長及び第２波長を含んだ光束と第１波長を含み第２波長を含まない光束とに分けられる。波長フィルター３２を通過した光束は、光束形成部３３に入射する。光束形成部３３はマイクロレンズであるレンズレット３３ａ（図２（ａ）参照）を複数有しているマイクロレンズアレイを含む。レンズレット３３ａの大きさ及び配置は、波長フィルター３２に形成されている第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂを通過する光束に対応している。光束形成部３３の各レンズレット３３ａを透過した光束は、検出手段３４に入射する。

検出手段３４は検出した光束の位置及び光量の情報を計算部４０に送る。計算部４０では検出手段３４で検出されたデータが解析される。また計算部４０は、検出光学系３０及びＸＹステージ３５の移動量を算出する移動量算出手段であり、ＸＹステージ３５及び検出光学系３０の位置を制御することができる。また、光束形成部３３と検出手段３４とはフレーム３７により互いに固定されており、フレーム３７に接続されたＸＹステージ３５を移動させることにより光束形成部３３及び検出手段３４とコリメータ光学素子３１との相対位置の調整を行うことができる。さらに、検出光学系３０は移動手段３６によってＸ、Ｙ及びＺ軸方向に移動させることができ、被検光学系２０との相対位置を変えることができる。

図２（ａ）は、波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。光束形成部３３は複数のレンズレット３３ａからなる。各レンズレット３３ａは、直径Ｗ１の大きさで形成されている。直径Ｗ１は例えば１００μｍである。

波長フィルター３２には、第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂの２つの領域が形成されている。第１領域３２ａは緑の波長である第１波長と赤のみ、青のみ又は赤及び青の両方の波長のいずれかである第２波長とを透過する領域である。第２領域３２ｂは第１波長を透過して第２波長を遮光する領域である。本実施例では、第１領域３２ａは緑の波長、赤の波長及び青の波長の３色を透過させる領域として説明する。また、第２領域３２ｂは緑の波長及び赤の波長の２色を透過させ、青の波長は遮光させる領域として説明する。

第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂ（ＸＹ方向）は、例えばレンズレット３３ａの大きさ（ＸＹ方向）とほぼ同じであり、第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂの１辺が長さＷ１の正方形に形成される。また、第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂとレンズレット３３ａとは互いの中心軸が一致するように配置されている。

検出手段３４は光束形成部３３のレンズレット３３ａの焦点面に配置されている。検出手段３４は、例えばカラーＣＣＤ又はカラーＣＭＯＳセンサーにより構成される。検出手段３４は例えば１００万画素からなり、波長フィルター３２の各領域又は各レンズレット３３ａに対応する領域３４ａ（図２（ｂ）参照）が規定される。

図２（ｂ）は、検出手段３４の領域３４ａの概略平面図である。図２（ｂ）では、波長フィルター３２の一領域又は一つのレンズレット３３ａに対応した検出手段３４の領域３４ａが示されている。領域３４ａは一辺の長さがＷ１の正方形で示されている。一つのレンズレット３３ａの像であるシャック・ハルトマンスポット（以下ＳＨスポットと呼ぶ。）３３ｂがこの領域３４ａの中に結像する場合には、レンズレット３３ａと領域３４ａとの対応を一致させることができる。しかし、領域３４ａにＳＨスポット３３ｂが検出されない場合又は一つの領域３４ａの中に複数のＳＨスポット３３ｂが検出される場合がある。

上記の場合には、被検光学系２０と検出光学系３０との相対位置関係（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）のずれてしまっていることがある。被検光学系２０と検出光学系３０との相対位置関係のずれを小さくすると、コリメータ光学素子３１及び波長フィルター３２で発生する収差の影響を小さく抑えることができる。そのため、被検光学系２０の収差を精度良く算出することができる。また、被検光学系２０と検出光学系３０の間に校正開口ピンホールを置き校正データを予め取得している場合は、校正データ取得時の相対位置関係に近付けることで、高精度の校正が行える。そのため、被検光学系２０の収差を精度良く算出することができる。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の領域３４ｂの拡大図である。領域３４ｂには、多数のフォトダイオード（受光素子）５０が敷き詰められている。各フォトダイオード５０の寸法Ｗ２は、例えば２μｍである。この場合は、領域３４ａには一辺に５０個のフォトダイオード５０が形成されることになり、領域３４ａ内には２５００個のフォトダイオード５０が形成されることになる。

また各フォトダイオード５０は、緑、赤又は青のいずれかの波長の光のみを検出するフィルターと共に形成されている。例えば図２（ｃ）では、各フォトダイオード５０が受光する光束の波長を「Ｇ」、「Ｒ」、「Ｂ」で示している。「Ｇ」は緑、「Ｒ」は赤、「Ｂ」は青の波長の光束を透過し、各フォトダイオード５０は記載された波長の光束を検出することを示している。一般に、緑、赤又は青の配列は、図２（ｃ）に示されるように、緑「Ｇ」はＸ軸及びＹ軸方向に一つ置きに、赤「Ｒ」及び青「Ｂ」はＸ軸、Ｙ軸及びＸ軸とＹ軸との中間の斜め方向に一つ置きに形成されている。このような配列はベイヤ配列と呼ばれる。図２（ｃ）では１つの画素領域３４Ｃを斜線の領域で示している。２つの「Ｇ」と１つの「Ｒ」及び「Ｂ」とで１つの画素領域３４Ｃを構成する。すなわち１つの画素領域３４Ｃは、第１波長及び第２波長のいずれをも検出することができる。検出手段３４は、その領域３４ａにおいて、第１波長及び第２波長のいずれのＳＨスポット３３ｂであっても、どの位置（ＸＹ平面）で集光しているか検出できる。

＜波長フィルター３２＞
図３に示された波長フィルター３２Ａ及び図４に示された波長フィルター３２Ｂを使って被検光学系２０と検出光学系３０との相対位置関係を所定範囲内に収束させる方法について説明する。理解を助けるため、光束形成部３３のレンズレット３３ａが５×５に配置され、波長フィルター３２Ａ及び波長フィルター３２Ｂのそれぞれの第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂも５×５に配置されていると仮定として説明する。

図３（ａ）は、ダイナミックレンジを重視した波長フィルター３２Ａの概略平面図である。本明細書では、ＳＨスポット３３ｂが本来の位置から大きくずれてしまっても、どのレンズレット３３ａのＳＨスポット３３ｂであるかを確認できることをダイナミックレンジが広いという。波長フィルター３２Ａはダイナミックレンジが後述する波長フィルター３２Ｂと比べて広いフィルターである。

図３（ａ）中の点線の円は１つのレンズレット３３ａを示しており、各レンズレット３３ａは波長フィルター３２の第１領域３２ａ又は図３（ａ）に斜線で示される第２領域３２ｂと対応している。第１領域３２ａは、緑の波長、赤の波長及び青の波長の３色を透過させる。第２領域３２ｂは緑の波長及び赤の波長の２色を透過させ、青の波長を遮光する。波長フィルター３２Ａでは、第２領域３２ｂはＸ軸、Ｙ軸及びＸ軸とＹ軸との中間の斜め方向に一つ置きに配置されており、第１領域３２ａは第２領域３２ｂ以外の領域に配置されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の波長フィルター３２Ａを透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。図３（ｂ）に示されている検出手段３４は、図３（ａ）に示されている波長フィルター３２ＡとＸ軸方向及びＹ軸方向の位置が一致している。また、図３（ｂ）に実線の小さな正方形で示された領域３４ａは一つのレンズレット３３ａと対応している。図３（ｂ）の中に示されている黒点は、第１領域３２ａ及びレンズレット３３ａを透過した青の波長の光束のＳＨスポット３３ｂを示している。

青の波長の光束は第１領域３２ａのみを透過する。従って、図３（ａ）の第１領域３２ａを透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂは、検出手段３４の２５個の領域３４ａにＸ軸、Ｙ軸及びＸ軸からＹ軸に４５度傾いた斜め方向に一つ置きに形成される。つまり、検出手段３４には９つの青の波長のＳＨスポット３３ｂが隣り合わない状態で形成される。図３（ｂ）の中に示されている９つのＳＨスポット３３ｂのうち数個のＳＨスポット３３ｂは、隣の領域３４ａに形成されている。このように青の波長のＳＨスポット３３ｂが本来の位置から大きくずれてしまっても、どのレンズレット３３ａからの光束が形成されていたか特定できる。

つまり、図３（ｂ）の点線で囲まれる範囲で１つの青の波長のＳＨスポット３３ｂが検出されれば、あるレンズレット３３ａに対応する青の波長のＳＨスポット３３ｂが特定される。そのため、図３（ｂ）に示した１つのＳＨスポット３３ｂは、領域３４ａの４倍の面積の中に存在すれば良いことになる。波面の一次微分である波面傾斜を考えると、図３（ａ）に示した波長フィルター３２は、波長フィルター３２Ａを用いない場合に比べてＳＨスポット３３ｂのダイナミックレンジは波面傾斜換算で２倍になる。

検出手段３４が９つの青の波長のＳＨスポット３３ｂの位置を検出し、計算部４０がこの検出結果から波面収差を計算する。波面収差からデフォーカス成分とチルト成分とが求められる。このデフォーカス成分とチルト成分とに基づいて、移動手段３６は検出光学系３０の位置を調整する。この波面収差、デフォーカス成分及びチルト成分は計算部４０により計算される。

図３（ｃ）は、図３（ａ）の波長フィルター３２Ａを透過した緑の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。赤の波長のＳＨスポット３３ｂも同様に検出されるが、緑の波長のＳＨスポット３３ｂを使って以下説明する。また、図３（ｃ）は検出光学系３０の位置を調整した後の状態である。このため、緑の波長の２５個のＳＨスポット３３ｂは、それぞれ対応する検出手段３４の２５個の領域３４ａに形成されている。

図３（ｃ）と図３（ｂ）とは示されている緑の波長のＳＨスポット３３ｂと青の波長のＳＨスポット３３ｂとが異なるだけで、検出手段３４は同じである。緑の波長は波長フィルター３２の第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂを透過し、検出手段３４上に緑の波長のＳＨスポット３３ｂを形成する。図３（ｂ）に示された青の波長のＳＨスポット３３ｂよりも図３（ｃ）に示された緑の波長のＳＨスポット３３ｂの数の方が多い。このため、緑の波長のＳＨスポット３３ｂを用いることにより、計算部４０は波面収差、デフォーカス成分及びチルト成分をより詳細に計算することができる。

図３（ａ）に示された波長フィルター３２Ａは、青の波長の透過領域を少なくし、一つの青の波長のＳＨスポット３３ｂの検出領域を広くする、つまりダイナミックレンジを広くした。他方、青の波長のＳＨスポット３３ｂに大きなずれが無い可能性が高い時には、青の波長の透過領域を多くして青の波長のＳＨスポット３３ｂを多くして、より高精度に被検光学系２０と検出光学系３０との相対位置関係を検出することができる。
以下、図４を参照して、高精度に被検光学系２０と検出光学系３０との相対位置関係検出する波長フィルター３２Ｂについて説明する。

図４（ａ）は、高精度に被検光学系２０と検出光学系３０とを調整する場合の波長フィルター３２Ｂの概略平面図である。図４（ａ）中の点線の円は１つのレンズレット３３ａを示しており、各レンズレット３３ａは波長フィルター３２Ｂの第１領域３２ａまたは第２領域３２ｂと対応している。図３（ａ）の波長フィルター３２Ａと同様に、第１領域３２ａは、緑の波長、赤の波長及び青の波長の３色を透過させる。第２領域３２ｂは緑の波長及び赤の波長の２色を透過させ、青の波長を遮光する。図４（ａ）に示された波長フィルター３２Ｂは、第１領域３２ａ及び第２領域３２ｂがＸ軸方向及びＹ軸方向に交互に配置されている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の波長フィルター３２Ｂを透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂが示されている検出手段３４の概略平面図である。図４（ｂ）に示されている検出手段３４は、図４（ａ）に示されている波長フィルター３２ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置が一致している。また、図４（ｂ）に実線の正方形で示された領域３４ａは一つのレンズレット３３ａに対応している。図４（ｂ）の中に示されている黒点は、レンズレット３３ａを透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂを示している。

青の波長は第１領域３２ａのみを透過する。従って、図４（ａ）の第１領域３２ａを透過した青の波長のＳＨスポット３３ｂは、検出手段３４上のＸ軸及びＹ軸方向に一つ置きに配置される。図４（ｂ）の中に示されている１３個のＳＨスポット３３ｂのうち数個のＳＨスポット３３ｂは、隣の領域３４ａに形成されている。このように青の波長のＳＨスポット３３ｂが本来の位置から大きくずれてしまっても、どのレンズレット３３ａからの光束が形成されていたか特定できる。

つまり、図４（ｂ）の点線で囲まれる範囲で１つの青の波長のＳＨスポット３３ｂが検出されれば、あるレンズレット３３ａに対応する青の波長のＳＨスポット３３ｂが特定される。そのため、図４（ｂ）に示した１つのＳＨスポット３３ｂは、領域３４ａの２倍の面積の中に存在すれば良いことになる。また、青の波長のＳＨスポット３３ｂの数は図３（ａ）の波長フィルター３２Ａに比べて約１．４倍である。つまり、図４（ａ）に示した波長フィルター３２は、波長フィルター３２Ｂを用いない場合に比べてＳＨスポット３３ｂのダイナミックレンジは波面傾斜換算で１．４倍になる。また、図４（ａ）の波長フィルター３２Ｂは、図３（ａ）の波長フィルター３２Ａに比べて、ダイナミックレンジが約０．７倍である。

検出手段３４は、１３個の青の波長のＳＨスポット３３ｂの位置を検出し、計算部４０がこの検出結果から波面収差を計算する。このため、波長フィルター３２Ｂを使った精度は、図３（ａ）の波長フィルター３２Ａに比べて、約１．２倍向上させることができる。
緑の波長に関しては、図３（ｃ）に示した場合と同様であるため詳細な説明は省略する。

＜波面収差測定手順＞
図５は、被検光学系２０の波面収差測定の手順を示したフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１で、被検光学系２０に被検レンズが配置される。
更に、ステップＳ１０２で、照明１１が点灯される。

ステップＳ１０３からステップＳ１０５では、青の波長を用いて検出光学系３０の位置の粗調整を行う。
ステップＳ１０３で、基準位置（ｘ１，ｙ１）が取得される。さらに、ＸＹステージ３５をＸ軸及びＹ軸方向に移動させ、計測位置（ｘ２，ｙ２）における青の波長のＳＨスポット３３ｂの光量分布が求められる。基準位置（ｘ１，ｙ１）は、コリメータ光学素子３１及び被検光学系２０の焦点面ＦＰ（図１参照）に校正開口を設けて光量分布を測定することにより取得される。

図６（ａ）は、青の波長を検出する場合の波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。被検レンズ及びコリメータ光学素子３１を透過した波面６０を有する光束は波長フィルター３２に向かう。波長フィルター３２では第２領域３２ｂで青の波長が遮光され、第１領域３２ａを青の波長が透過する。

波長フィルター３２を透過した青の波長は光束形成部３３に入射し、各レンズレット３３ｂは検出手段３４にＳＨスポット３３ｂを形成する。ＸＹステージ３５の右側の図は検出手段３４で検出される青の波長のＳＨスポット３３ｂのＹ軸方向への光量分布を示している。図中のＶ方向には光量の強度が示されている。光束が理想的な被検レンズを通過した場合は、波長フィルター３２に入射する光の波面６０は平行にそろっており、検出手段３４では等間隔に並んだＳＨスポット３３ｂが検出される。しかし、実際の波面６０は平行ではないため、検出手段３４で検出されるＳＨスポット３３ｂは等間隔に並んでいない。

ステップＳ１０４では、波面収差が計算され、デフォーカス成分とチルト成分とが求められる。波面収差は、基準位置（ｘ１，ｙ１）及び計測位置（ｘ２，ｙ２）の光量分布を元にして求められる。ステップＳ１０４で求められるデフォーカス成分とチルト成分とにより修正された新たな基準座標を第２計測位置（ｘ３，ｙ３）とする。この時、基準位置から第２計測位置への移動量である第１移動量は、移動量算出手段の機能を有する計算部４０で計算される。

ステップＳ１０５で、検出光学系３０がデフォーカス成分とチルト成分とに基づいてＺ軸方向及びＸＹ軸方向に移動させられ、第２計測位置（ｘ３，ｙ３）に合わせられる。
ステップＳ１０５では、より適切な第２計測位置を求めるために、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３からステップＳ１０５を繰り返し行っても良い。例えば、ＳＨスポット３３ｂの平均移動量が、長さＷ１の１０分の１以上の時はステップＳ１０３に戻り、長さＷ１の１０分の１未満になった時にステップＳ１０６に進むように設定することができる。

ステップＳ１０６からステップＳ１０８では、緑の波長を用いて検出光学系３０の位置の微調整を行う。
ステップＳ１０６で、第２計測位置（ｘ３，ｙ３）に配置された検出光学系３０で緑の波長のＳＨスポット３３ｂの光量分布が計測される。

図６（ｂ）は、緑の波長を検出する場合の波長フィルター３２、光束形成部３３、検出手段３４、フレーム３７及びＸＹステージ３５の概略断面図である。波長フィルター３２では全ての領域で緑の波長の光束は透過される。また、ステップＳ１０３からステップＳ１０５により検出手段３４上の全ての領域３４ａはそれぞれ１つずつのＳＨスポット３３ｂを検出する。

ステップＳ１０７では、波面収差が計算され、デフォーカス成分とチルト成分とが求められる。波面収差は、検出光学系３０の基準位置（ｘ１，ｙ１）及び第２計測位置（ｘ３，ｙ３）の光量分布を元にして求められる。ステップＳ１０７で求められるデフォーカス成分とチルト成分とにより修正された計測位置を第３計測位置（ｘ５，ｙ５）とする。この時、第２計測位置から第３計測位置への移動量である第２移動量は、移動量算出手段の機能を有する計算部４０で計算される。ステップＳ１０３からステップＳ１０５では検出光学系３０の粗調整が行われ、ステップＳ１０６からステップＳ１０８では検出光学系３０の微調整が行われるため、第２移動量は第１移動量よりも小さい値となっている。

ステップＳ１０８で、検出光学系３０がデフォーカス成分とチルト成分とに基づいてＺ軸方向及びＸＹ軸方向に移動させられ、第３計測位置（ｘ５，ｙ５）に合わせられる。ステップ１０８でもステップＳ１０５と同様に、より適切な第３計測位置を求めるために、ステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０６からステップＳ１０８を繰り返し行っても良い。

ステップＳ１０９及びステップＳ１１０では、緑の波長を用いて被検光学系２０の波面収差が求められる。
ステップＳ１０９で、第３計測位置（ｘ５，ｙ５）に配置された検出光学系３０で緑の波長のＳＨスポット３３ｂの光量分布が計測される。

ステップＳ１１０で、計算部４０は被検光学系２０の波面収差を計算する。波面収差は、検出光学系３０の第３計測位置（ｘ５，ｙ５）の光量分布を元にして計算される。

＜３ＣＣＤ＞
波面収差測定装置１００では、様々な構成の変更も可能である。例えば、検出手段３４には１つのカラーＣＣＤセンサ又はカラーＣＭＯＳセンサが使用されたが、３ＣＣＤが使用されても良い。以下に３ＣＣＤを用いた検出手段１３４について説明する。

図７は、波長フィルター３２、光束形成部３３及び検出手段１３４の概略構成図である。検出手段１３４は３ＣＣＤにより構成されている。検出手段１３４の３ＣＣＤは３つのＣＣＤセンサ及び３枚のダイクロイックミラーを有している。３ＣＣＤは、まず３ＣＣＤに入射する光束を３枚のダイクロイックミラーにより赤、青及び緑の波長の光束に分離し、各ＣＣＤセンサがそれぞれ異なる波長の光束を受光する。

波長フィルター３２及び光束形成部３３を通過した光束は、３ＣＣＤの第１ダイクロイックミラー１３４Ａに入射する。第１ダイクロイックミラー１３４Ａは−Ｚ軸側の面では赤、青及び緑の波長の光束が透過される。これらの光束は、次に第２ダイクロイックミラー１３４Ｂに入射する。第２ダイクロイックミラー１３４Ｂの−Ｚ軸側の面では、青の波長の光束ＬＷ１１が反射され、赤及び緑の波長の光束が透過される。青の波長の光束ＬＷ１１はさらに第１ダイクロイックミラー１３４Ａの＋Ｚ軸側の面で反射され、ＣＣＤセンサ１３４ｂに入射する。第２ダイクロイックミラー１３４Ｂを透過した赤及び緑の波長の光束は、第３ダイクロイックミラー１３４Ｃに入射する。第３ダイクロイックミラー１３４Ｃの−Ｚ軸側の面では、赤の波長の光束ＬＷ１２が反射され、緑の波長の光束ＬＷ１３が透過される。赤の波長の光束ＬＷ１２はさらに第２ダイクロイックミラー１３４Ｂの＋Ｚ軸側の面で反射され、ＣＣＤセンサ１３４ｃに入射する。第３ダイクロイックミラー１３４Ｃを透過した緑の波長の光束ＬＷ１３はＣＣＤセンサ１３４ａに入射する。

以上のように、３ＣＣＤでは、３つのＣＣＤにより赤、青及び緑の波長の光束をそれぞれ受光することにより、図２で説明したＣＣＤよりも高精度に光束の出力と検出位置とを求めることができる。

（第２実施例）
波面収差測定装置１００では、光学系がダブルパス計測を行うことができるように配置されても良い。ダブルパス計測では、照明光学系と被検光学系とのカップリングに左右されず、被検物に依存せずに同一光量（Ｓ／Ｎ）のＳＨスポットを得ることができる。また、発生する収差が理想的には２倍になるため、微小な収差を計測しやすくなる。以下に、ダブルパス計測を行うことができるように光学系が配置された波面収差測定装置２００について説明する。

＜波面収差測定装置２００＞
図８は、波面収差測定装置２００の概略構成図である。波面収差測定装置２００は、主に、照明光学系２１０と、被検光学系２２０と、検出光学系２３０と、により構成される。照明光学系２１０は光を発して被検光学系２２０に導き、被検光学系２２０には検査されるレンズ等が配置され、検出光学系２３０は被検光学系２２０を通った光束を検出して被検光学系２２０の波面収差を測定する。以下説明のために、被検光学系２１０の光軸方向をＺ軸方向とし、検出光学系２３０の光軸方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸方向とＹ軸方向とに垂直な方向をＸ軸方向とする。しかし、各光学系の配置はこの配置に限定されない。

照明光学系２１０は、照明２１１、光源用コンデンサーレンズ２１２、ピンホール板２１３、コリメータレンズ２１４、ビームスプリッタ２１５、コンデンサーレンズ２１６ａ及び２１６ｂを含んでいる。照明２１１は複数の波長を含んだ光、例えば白色光を発する。照明２１１を発した光は光源用コンデンサーレンズ２１２を透過してピンホール板２１３に形成されているピンホールを通過する。その後、光束はコリメータレンズ２１４を透過してビームスプリッタ２１５に入射する。ビームスプリッタ２１５では、光束を＋Ｚ軸方向に向かう光束と、−Ｙ軸方向に向かう光束とに分ける。＋Ｚ軸方向に向かう光束はさらにコンデンサーレンズ２１６ａを透過して被検光学系２２０に向かう。−Ｙ軸方向に向かう光束はコンデンサーレンズ２１６ｂを透過して検出光学系２３０に向かう。

被検光学系２２０には、レンズ及びミラー等の波面収差が測定される光学部品が配置される。被検光学系２２０は、被検レンズ２２１及び被検レンズ２２１を透過した光束を再び被検レンズ２２１に反射する反射ミラー２２２を備え、被検レンズ２２１の波面収差を計測することができる。また、被検光学系２２０には被検レンズ２２１及び反射ミラー２２２の代わりに被検ミラー２２３を配置して、被検ミラー２２３の波面収差を測定しても良い。

検出光学系２３０は、コリメータ光学素子２３１、波長フィルター２３２、光束形成部２３３、検出手段２３４、フレーム２３７、ＸＹステージ２３５及び移動手段２３６を含んでいる。また、検出手段２３４、ＸＹステージ２３５及び移動手段２３６は計算部２４０に接続される。計算部２４０は移動手段２３６による検出光学系２３０の移動量を算出する移動量算出手段である。また、検出手段２３４で検出されたデータは計算部２４０で解析され、ＸＹステージ２３５及び検出光学系２３０は計算部２４０を通してその位置を制御することができる。検出光学系２３０の構成は検出光学系３０の構成と同様であるため詳細な説明は省略する。

波面収差測定装置２００においても、図５で説明した手順に従うことで、検出光学系２３０の波面収差を計算することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、第１実施例又は第２実施例の波面収差測定装置１００及び２００は、光束形成部３３及び２３３にレンズレット３３ａの集合体であるマイクロレンズアレイを使用したシャックハルトマン方式を説明した。しかし、レンズレット３３ａの集合体の代わりに二次元に配列した複数の開口を有するマスクを使用したハルトマン方式の収差測定装置にも適用できる。さらに二次元に配列した複数の開口を有するマスクに位相シフターを取り付けた位相シフトマスクを使用したハルトマン方式の収差測定装置にも適用できる。

また、波面収差測定装置１００では、コリメータ光学素子３１及び被検光学系２０の焦点面ＦＰにピンホール板を配置して点光源を検出光学系３０に照射することにより、点光源以前の光学系の収差をキャンセルできるため、コリメータ光学素子３１及び光束形成部３３の収差を求めることができる。同様に波面収差測定装置２００においてもコリメータ光学素子２３１及び照明光学系２１０の間にある焦点面ＦＰにピンホール板を配置して点光源を検出光学系３０に照射することにより、コリメータ光学素子２３１及び光束形成部２３３の収差を求めることができる。

また、波面収差測定装置１００は、ＸＹステージ３５を有していたが必ずしも有している必要はない。ＸＹステージ３５を有しない場合には、図５のステップＳ１０３で、基準位置（ｘ１，ｙ１）に基づいて青の波長のＳＨスポット３３ｂの光量分布を求めればよい。

１０、２１０ … 照明光学系
１１、２１１ … 照明
１２、２１２ … 光源用コンデンサーレンズ
１３、２１３ … ピンホール板
１４、２１４ … コリメータレンズ
２０、２２０ … 被検光学系
３０、２３０ … 検出光学系
３１、２３１ … コリメータ光学素子
３２、２３２ … 波長フィルター
３２ａ … 第１領域
３２ｂ … 第２領域
３３、２３３ … 光束形成部
３３ａ … レンズレット
３３ｂ … シャック・ハルトマンスポット像
３４、１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、２３４ … 検出手段
３４ａ … レンズレット３３ａに対応した検出手段３４の領域
３４ｃ … 画素
３５、２３５ … ＸＹステージ
３６、２３６ … 移動手段
３７、２３７ … フレーム
４０、２４０ … 計算部
５０ … ＣＣＤ
６０ … 波面
１００、２００ … 波面収差測定装置
ＦＰ … 焦点面

Claims (9)

1. 被検光学系の収差を測定する波面収差測定装置において、
   第１波長とこの第１波長と異なる第２波長との光束を前記被検光学系に照射する光源と、
   Ｘ軸及びＹ軸方向に二次元に配列された複数の画素を有し、これら複数の画素で前記第１波長及び前記第２波長の光束をそれぞれ受光する検出手段と、
   前記被検光学系と前記検出手段との間に配置され、前記被検光学系から照射された光束を前記検出手段上に二次元に所定間隔で分布する複数の光束に形成する光束形成部と、
   前記光束形成部の近傍に前記複数の光束に対応するように配置され、前記第１波長及び前記第２波長が通過する第１領域と前記第２波長を遮光する第２領域とをそれぞれ複数有する波長フィルターと、
   を備える波面収差測定装置。
2. 前記波長フィルターは前記Ｘ軸又はＹ軸方向に前記第２領域が隣り合わないように配置している請求項１に記載の波面収差測定装置。
3. 前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｘ軸及びＹ軸方向に交差するＺ軸方向及び前記Ｚ軸から傾けるチルト方向に、前記光束形成部及び前記検出手段と前記被検光学系とを相対的に移動させる移動手段を備える請求項１又は請求項２に記載の波面収差測定装置。
4. 前記第１領域を通過した前記第２波長の光束の分布によって前記移動手段による第１移動量を算出する移動量算出手段を備える請求項３に記載の波面収差測定装置。
5. 前記被検光学系と前記光束形成部との間に配置され、前記被検光学系からの光束をコリメートするコリメータ光学素子を有し、
   前記移動手段によって前記コリメータ光学素子、前記光束形成部及び前記検出手段と前記被検光学系とを相対的に前記第１移動量だけ移動させた後、前記第１領域及び前記第２領域を通過した前記第１波長の光束の分布によって前記移動量算出手段は前記第１移動量より小さい第２移動量を算出する請求項４に記載の波面収差測定装置。
6. 前記被検光学系と前記光束形成部との間に配置され、前記被検光学系からの光束をコリメートするコリメータ光学素子を有し、
   前記移動手段によって前記コリメータ光学素子、前記光束形成部及び前記検出手段と前記被検光学系とを相対的に前記第１移動量だけ移動させた後、前記第１領域及び前記第２領域を通過した前記第１波長の光束の分布によって前記被検光学系の収差を算出する請求項４に記載の波面収差測定装置。
7. 前記移動手段によって前記コリメータ光学素子、前記光束形成部及び前記検出手段と前記被検光学系とを相対的に前記第２移動量だけ移動させた後、前記第１領域及び前記第２領域を通過した前記第１波長の光束の分布によって前記被検光学系の収差を算出する請求項５に記載の波面収差測定装置。
8. 前記第１領域を通過した１つ光束に対して、前記検出手段の複数の画素が前記第１波長及び前記第２波長の光束を検出する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の波面収差測定装置。
9. 前記光束形成部は、開口部を有するマスク、マイクロレンズアレイ、又は開口部を有する位相シフトマスクを含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の波面収差測定装置。