(57)【要約】【課題】被検物の特性の良否（収差や形状誤差の程度）に依らず確実に測定を行う。【解決手段】本発明の波面形状測定装置を例示する一態様は、被検物（１０）を経由した被検光束の各部分光束を個別に集光するマイクロレンズアレイ（１６）と、マイクロレンズアレイによる各部分光束の集光点の配列データを取得する検出手段（１７）と、マイクロレンズアレイへ向かう被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる波面変形手段（１５）と、波面変形手段が波面に対して重畳させるべき形状成分を調節する形状調節手段（１８）とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を経由した被検光束の各部分光束を個別に集光するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイによる前記各部分光束の集光点の配列データを取得する検出手段と、
前記マイクロレンズアレイへ向かう前記被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる波面変形手段と、
前記波面変形手段が前記波面に対して重畳させるべき形状成分を調節する形状調節手段と、
を備えたことを特徴とする波面形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波面形状測定装置において、
前記波面変形手段が前記波面に重畳させる形状成分は、
球面成分である
ことを特徴とする波面形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の波面形状測定装置において、
前記形状調節手段は、
前記球面成分のパワーを調節する
ことを特徴とする波面形状測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の波面形状測定装置において、
前記波面変形手段は、
レンズであり、
前記形状調節手段は、
前記レンズを光軸方向へ移動させる機構である
ことを特徴とする波面形状測定装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の波面形状測定装置において、
前記波面変形手段及び前記形状調節手段は、共通の空間光変調素子によって構成される
ことを特徴とする波面形状測定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の波面形状測定装置を使用した波面形状測定方法であって、
前記検出手段が取得する配列データを参照しながら前記形状調節手段を駆動することにより、互いに隣接する前記集光点の間隔を閾値以上にする調節手順と、
前記調節手順の実行後に前記検出手段が取得する配列データを測定データとして取得する測定手順と、
前記測定手順の実行時に前記波面変形手段が前記被検光束の波面に重畳させた形状成分に相当する配列データを補正データとして用意する用意手順と、
前記測定データから前記補正データを差し引くことにより補正後の測定データを取得する補正手順と、
を含むことを特徴とする波面形状測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の波面形状測定方法において、
前記用意手順では、
前記波面変形手段に入射する光束を、前記被検物を経由しない校正用光束に設定した後に、前記検出手段が取得する配列データを参照しながら前記校正用光束の光源の光軸方向の位置を変化させることにより、その配列データを補正前の前記測定データに近づけ、その状態で前記検出手段が取得する配列データを前記補正データとして取得する
ことを特徴とする波面形状測定方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の波面形状測定方法において、
前記補正手順では、
補正後の前記測定データに対して関数フィッティングを施すことにより前記被検物の特性データを取得する
ことを特徴とする波面形状測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の波面形状測定方法において、
前記補正手順の実行後、前記波面形状測定装置の設計データと、前記被検物の設計データと、前記被検物の特性モデルと、前記調節手順の前後における前記形状調節手段の駆動量のデータとに基づくシミュレーションにより、補正前の前記測定データの計算値を算出するシミュレーション手順と、
前記特性モデルを変化させながら前記シミュレーションを繰り返し、補正前の前記測定データに前記計算値が最も近づいた時点における前記特性モデルを、前記被検物の特性として算出する繰り返し手順とを更に含み、
前記繰り返し手順における前記特性モデルの初期値は、前記補正手順で取得した前記特性データと同じに設定される
ことを特徴とする波面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラレンズ、顕微鏡対物レンズ、ミラー等の被検物を経由した光の波面形状をシャックハルトマン法により測定する波面形状測定装置及び波面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラレンズなど、使用光が白色光である光学系を検査する際には、白色光源による被検レンズのピンホール像やスリット像を観察していた。
【０００３】
しかし、近年になると、レーザ光源から発した光を被検レンズへ入射させ、被検レンズを経由した後の波面形状を測定することも多くなってきた。ピンホール像やスリット像よりも、波面形状の方がより多くの情報を含むからである。
【０００４】
このような波面形状の測定には、干渉計やシャックハルトマンセンサが有効であり、特にシャックハルトマンセンサは、ダイナミックレンジが広いことで知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９８９３３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、カメラレンズのように視野の広い光学系は、顕微鏡対物レンズのように視野の狭い光学系と比較して大きな収差が残存している可能性が高い。特に、広角のカメラレンズは、視野周辺の収差が大きい。このため、カメラレンズを被検レンズとした場合には、たとえシャックハルトマンセンサであっても測定できない可能性があった。
【０００７】
このような状況の下、本発明は、被検物の特性の良否（収差や形状誤差の程度）に依らず確実に測定を行うことのできるシャックハルトマン式の波面形状測定方法、及び、その波面形状測定方法に好適なシャックハルトマン型の波面形状測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の波面形状測定装置を例示する一態様は、被検物を経由した被検光束の各部分光束を個別に集光するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイによる各部分光束の集光点の配列データを取得する検出手段と、マイクロレンズアレイへ向かう被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる波面変形手段と、波面変形手段が波面に対して重畳させるべき形状成分を調節する形状調節手段とを備える。
【０００９】
本発明の波面形状測定方法を例示する一態様は、本発明の波面形状測定装置を例示する一態様を使用した波面形状測定方法であって、検出手段が取得する配列データを参照しながら形状調節手段を駆動することにより、互いに隣接する集光点の間隔を閾値以上にする調節手順と、調節手順の実行後に検出手段が取得する配列データを測定データとして取得する測定手順と、測定手順の実行時に波面変形手段が被検光束の波面に重畳させた形状成分に相当する配列データを補正データとして用意する用意手順と、測定データから補正データを差し引くことにより補正後の測定データを取得する補正手順とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検物の特性の良否（収差や形状誤差の程度）に依らず確実に測定を行うことのできるシャックハルトマン式の波面形状測定方法、及び、その波面形状測定方法に好適なシャックハルトマン型の波面形状測定装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の装置の構成図。
【図２】被検レンズ１０の収差が小さいときにおけるスポットの配列を説明する図。
【図３】被検レンズ１０の収差が大きいときにおけるスポットの配列を説明する図。
【図４】被検レンズ１０の収差が小さく、かつコリメータレンズ１５がデフォーカス状態にあるときにおけるスポットの配列を示す図。
【図５】被検レンズ１０の収差が大きく、かつコリメータレンズ１５がデフォーカス状態ときにおけるスポットの配列を示す図。
【図６】測定時における制御部の動作フローチャート。
【図７】測定時における装置の状態を説明する図。
【図８】各データを説明する模式図。
【図９】追い込み処理時における制御部の動作フローチャート。
【図１０】ダブルパス型の測定装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態としてシャックハルトマン型波面形状測定装置を説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の装置の構成図である。本装置には、不図示のレーザ光源と、レーザ光源に連結された光ファイバ１１と、コンデンサレンズ１２と、点光源生成用のピンホール板１３と、コリメータレンズ１４と、コリメータレンズ１５と、二次元のマイクロレンズアレイ１６と、二次元の受光素子アレイ１７と、レンズ駆動機構１８と、光源移動機構１９と、不図示の制御部とが配置され、コリメータレンズ１４とコリメータレンズ１５との間にカメラレンズなどの被検レンズ１０がセットされる。なお、本装置の光源としてはレーザの方が好ましいが、必ずしもレーザである必要はない。また、図１に示した光ファイバ１１は、バンドルファイバであってもよい。
【００１４】
光ファイバ１１の出射端から射出した光束は、コンデンサレンズ１２を介してピンホール板１３のピンホールを照明する。これによって、ピンホールの位置に点光源が形成される。ピンホールから射出した光束（理想球面波）は、コリメータレンズ１４を介して平行光束となり、被検レンズ１０へ入射する。被検レンズ１０を通過した光束（被検光束）は一旦集光した後、発散しながらコリメータレンズ１５へ入射する。コリメータレンズ１５へ入射した被検光束は、コリメータレンズ１５により平行光束に近づけられた後、マイクロレンズアレイ１６へ入射する。マイクロレンズアレイ１６へ入射した被検光束のうち、マイクロレンズアレイ１６の個々のマイクロレンズ（レンズレット）へ入射した部分光束は集光され、受光素子アレイ１７上にスポットを形成する。
【００１５】
コリメータレンズ１５の光軸方向の位置が基準位置Ａに設定され、かつ被検レンズ１０の収差がゼロであった場合、図２に示すとおり、マイクロレンズアレイ１６に入射する被検光束の波面は平面となり、受光素子アレイ１７上に形成される複数のスポットの配列は、マイクロレンズの配列に対応した配列となる。
【００１６】
一方、コリメータレンズ１５の光軸方向の位置が基準位置Ａに設定され、かつ被検レンズ１０の収差がゼロではなかった場合、図３に示すとおり、マイクロレンズアレイ１６に入射する被検光束の波面は非平面となり、受光素子アレイ１７上に形成される複数のスポットの配列は、マイクロレンズの配列に対応した配列となる。
【００１７】
不図示の制御部は、受光素子アレイ１７の出力に基づき複数のスポットの配列（例えば、スポット重心の配列）を算出し、その配列に基づき、被検レンズ１０が被検光束の波面に与えた収差成分を算出する。
【００１８】
ここで、図２に示したとおり、被検レンズ１０の収差が小さいときには、スポットの配列はマイクロレンズの配列とほぼ同じになるが、図３に示したとおり、被検レンズ１０の収差が大きいときには、スポットの配列は、マイクロレンズの配列とは異なり、互いに隣り合うスポットの間に重なりが生じる可能性がある。
【００１９】
仮に、互いに隣り合うスポットの間に重なりが生じると、制御部は受光素子アレイ１７の出力からスポットの配列を正確に求めることができず、被検レンズ１０が被検光束の波面に与えた収差成分を算出することは難しくなる。
【００２０】
そこで、図１に示したレンズ駆動機構１８は、制御部からの指示に従い、基準位置Ａから矢印の方向（光軸方向）へ向けてコリメータレンズ１５をシフトさせ、コリメータレンズ１５をデフォーカス状態にする。コリメータレンズ１５がデフォーカス状態になると、そのデフォーカスにより、被検光束の波面に対し図４、図５に示すとおり凸の球面成分が重畳するので、スポットの間隔が広がる。なお、図４は、被検レンズ１０の収差が小さく、かつコリメータレンズ１５がデフォーカス状態にあるときにおけるスポットの配列を示す図であり、図５は、被検レンズ１０の収差が大きく、かつコリメータレンズ１５がデフォーカス状態ときにおけるスポットの配列を示す図である。なお、図４、図５では、部分光束の主光線のみを示している。
【００２１】
しかも、コリメータレンズ１５のデフォーカス量が大きいときほど、被検光束の波面に重畳される球面成分のパワーが大きくなるので、スポットの間隔も大きくなる。
【００２２】
ここで、波面に球面成分を重畳させたときに生じる現象を、数式を用いて詳細に説明する。
【００２３】
先ず、マイクロレンズアレイ１６におけるマイクロレンズ（レンズロット）の配列ピッチをｄとし、マイクロレンズアレイ１６上の座標を（ｘ，ｙ）で表し、受光素子アレイ１７上の座標を（ｘ’，ｙ’）で表す。但し、これらの座標の原点は、マイクロレンズアレイ１６及び受光素子アレイ１７の中心に採る。
【００２４】
このとき、（ｉ，ｊ）番目のマイクロレンズに着目すると、そのマイクロレンズの中心位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、以下の式（１）で表される（以下、このマイクロレンズを「着目マイクロレンズ」と称す。）。
ｘ＝ｉ・ｄ，y ＝ｊ・d  …（１）
したがって、図２に示すとおりマイクロレンズアレイ１６へ入射する波面が平面波であるときには、着目マイクロレンズの中心位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）と、着目マイクロレンズを通過した光束が受光素子アレイ１７上に形成するスポット位置Ｑの座標（ｘ’，ｙ’）との関係は、以下の式（２）で表される。
ｘ’＝ｘ＝ｉ・ｄ，ｙ’＝ｙ＝ｊ・d  …（２）
一方、図４に示すとおりマイクロレンズアレイ１６に入射する波面が凸の球面波であるときには、スポット位置Ｑは外側へずれるので、式（２）が成り立たず、後述する式（６）、（７）が成り立つ。
【００２５】
なぜなら、マイクロレンズアレイ１６に入射する球面波の波面ｗ（ｘ，ｙ）は、以下の式（３）のとおり二次の関数で表される。
ｗ（ｘ，ｙ）＝α・（ｘ２＋ｙ２）  …（３）
この場合、前述したスポット位置Ｑのずれ量（δｘ’，δｙ’）は、マイクロレンズの焦点距離ｆｍに対して以下の式（４）、（５）で表される。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
したがって、マイクロレンズアレイ１６へ入射する波面が凸の球面波であるとき、位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）と位置Ｑの座標（ｘ’，ｙ’）との関係は、以下の式（６）、（７）で表される。
ｘ’＝ｉ・ｄ＋δｘ’＝ｉ・ｄ・（１＋２・α・ｆｍ）  …（６）
ｙ’＝ｊ・ｄ＋δｙ’＝ｊ・ｄ・（１＋２・α・ｆｍ）  …（７）
これらの式（６）、（７）と上述した式（２）とを比較して明かなとおり、マイクロレンズアレイ１６へ入射する波面を平面波から凸の球面波へと変化させると、マイクロレンズアレイ１６のピッチｄを（１＋２・α・ｆｍ）倍にしたのと等価な現象が生じることがわかる。
【００２８】
そこで、本実施形態の制御部は、被検レンズ１０の収差量に応じてコリメータレンズ１５のデフォーカス量を設定することにより、スポットの間隔を一定以上に設定する。
【００２９】
但し、コリメータレンズ１５のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分が既知となっていなければ、被検レンズ１０が被検光束の波面に与えた収差成分を算出することができない。後述する予備測定は、それを既知とするために行われる。
【００３０】
図１に示した光源移動機構１９は、予備測定のために備えられた機構である。光源移動機構１９は、制御部からの指示に従い、光ファイバ１１の出射端と、コンデンサレンズ１２と、ピンホール板１３からなる光源部２０を光軸方向へ移動させることにより、ピンホール板１３の位置（すなわち点光源の形成位置）を光軸方向にシフトさせる。なお、ここでは、光源移動機構１９の移動対象を光源部２０の全体としたが、ピンホール板１３のみ、或いはピンホール板１３及びコンデンサレンズ１２のみとしてもよい。
【００３１】
図６は、測定時における制御部の動作フローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
【００３２】
ステップＳ１１：制御部は、本測定の開始指示が入力されたか否かを監視する。制御部は、本測定の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、本測定の開始指示が入力された場合にはステップＳ１２へ移行する。なお、本測定の開始に当たりユーザは、被検レンズ１０を装置へセットすると、本測定の開始指示を制御部へ入力する。
【００３３】
ステップＳ１２：制御部は、図７（Ａ）に示すとおりコリメータレンズ１５の光軸方向の位置を基準位置Ａに設定する。なお、制御部は、コリメータレンズ１５の焦点距離ｆと、被検レンズ１０の焦点距離とを予め記憶しており、本ステップではそれらの焦点距離に応じてコリメータレンズ１５と被検レンズ１０との光軸方向の相対位置を調節することにより、コリメータレンズ１５の焦点位置と被検レンズ１０の焦点位置とを一致させる。この状態におけるコリメータレンズ１５の位置が、基準位置Ａである。
【００３４】
ステップＳ１３：制御部は、受光素子アレイ１７の出力に基づき、受光素子アレイ１７上に形成されている複数のスポットの配列データを取得し、それを測定データＤ１とおく（図８左上参照）。なお、ここでいう配列データは、受光素子アレイ１７上に形成されている複数のスポットの各々のスポット位置（例えば重心座標）を示すデータのことである。
【００３５】
ステップＳ１４：制御部は、測定データＤ１に含まれる複数のスポット位置のうち、最も近接した２つのスポット位置の間隔が閾値以上であるか否かを判別し、閾値未満であった場合にはステップＳ１５へ移行し、閾値以上であった場合にはステップＳ１６へ移行する。但し、本ステップにおける制御部は、測定データＤ１に含まれるスポット位置の個数を参照し、その個数が有効なマイクロレンズの個数未満であった場合には、複数のスポットのうち何れか２以上のスポットが互いに重なっていたとみなし、前述の間隔の大小に拘わらずステップＳ１５へ移行する。
【００３６】
ステップＳ１５：制御部は、基準位置Ａから矢印の方向へ１ステップ分だけコリメータレンズ１５をシフトさせて（コリメータレンズ１５のデフォーカス量を１ステップ分だけ増大させて）からステップＳ１２に戻る。したがって、仮に、被検レンズ１０の収差が大きく、ステップＳ１２の終了時点におけるスポット位置の最小間隔が閾値より小さかったとしても、ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５のループを繰り返すことにより、スポット位置の最小間隔は閾値に近づく。なお、図７（Ｂ）は、ループの繰り返し回数が十分となり、スポット位置の最小間隔が閾値以上となったときにおける光学配置を示している。この状態におけるコリメータレンズ１５の光軸方向の位置Ａ’は、基準位置Ａよりも被検レンズ１０に近い位置である。
【００３７】
ステップＳ１６：制御部は、本測定が完了した旨をユーザへ通知すると共に、予備測定の開始指示が入力されたか否かを監視する。予備測定の開始に当たり、ユーザは、被検レンズ１０及びコリメータレンズ１４を光路から外すと、予備測定の開始指示を制御部へ入力する。なお、被検レンズ１０が光路から外された状態では、コリメータレンズ１５へ入射する光束は、被検レンズ１０を通過していない光束（校正用光束）となる。制御部は、予備測定の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、予備測定の開始指示が入力された場合にはステップＳ１７へ移行する。
【００３８】
ステップＳ１７：制御部は、ピンホール板１３の光軸方向の位置、すなわち校正用光束の光源の位置を、図７（Ｃ）に示すとおりコリメータレンズ１５の焦点位置（基準位置Ｂ）に設定する。なお、制御部は、コリメータレンズ１５の焦点距離ｆを予め記憶しており、その焦点距離ｆに応じて光源部２０を駆動することにより、ピンホール板１３の光軸方向の位置を基準位置Ｂに設定する。
【００３９】
ステップＳ１８：制御部は、受光素子アレイ１７の出力に基づき、受光素子アレイ１７上に形成されている複数のスポットの配列データを補正データＤ２として取得する（図８右上参照）。
【００４０】
ステップＳ１９：制御部は、測定データＤ１から補正データＤ２を差し引くことにより、補正後の測定データ（測定データＤ３）を取得する（図８下部参照）。なお、測定データＤ３は、測定データＤ１に含まれるスポット位置と補正データＤ２に含まれるスポット位置との差分をスポット毎に算出することによって得られたデータである。
【００４１】
ステップＳ２０：制御部は、測定データＤ３に含まれる各差分のＲＭＳ値を算出し、そのＲＭＳ値が最小値に収束していなかった場合（前回値からの変化量が閾値以上であった場合）にはステップＳ２１へ移行し、そのＲＭＳ値が最小値に収束していた場合（前回値からの変化量が閾値未満であった場合）にはステップＳ２２へ移行する。
【００４２】
ステップＳ２１：制御部は、基準位置Ｂから矢印の方向へ１ステップ分だけピンホール板１３をシフトさせて（ピンホール板１３のデフォーカス量を１ステップ分だけ増大させて）からステップＳ１８へ戻る。したがって、ステップＳ１８、Ｓ１９、Ｓ２０、Ｓ２１のループを繰り返すことにより、前述したＲＭＳ値が最小値に近づく。なお、図７（Ｃ）中の符号Ｂ’は、ループの繰り返しが十分となり、ＲＭＳ値が最小値となったときにおけるピンホール板１３の位置を示している。ピンホール板１３の位置が位置Ｂ’であるときにおける校正用光束の波面は、図７（Ｂ）に示したコリメータレンズ１５のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分を示す。よって、ループの繰り返しが終了した時点における補正データＤ２は、図７（Ｂ）に示したコリメータレンズ１５のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分を示す。したがって、ループの繰り返しが終了した時点における測定データＤ３は、被検レンズ１０が被検光束の波面に与えた収差成分を示している。
【００４３】
ステップＳ２２：制御部は、ループの繰り返しの前後におけるピンホール板１３の移動量に基づき基準位置Ｂから位置Ｂまで距離を算出し、それをピンホール板１３のデフォーカス量δとして記憶する。なお、このデフォーカス量δは、図７（Ｂ）に示した基準位置Ａから位置Ａ’までの距離、すなわちコリメータレンズ１５のデフォーカス量に相当する。このデフォーカス量δは、後述する追い込み処理で使用される。
【００４４】
ステップＳ２３：制御部は、測定データＤ３に対して波面収差を表現する所定の多項式（例えば、ツェルニケ多項式を微分したもの）をフィッティングし、そのフィッティングで得られた多項式を積分することにより、被検レンズ１０が被検光束の波面に与えた収差成分（すなわち波面収差）を復元する。そして、制御部は、復元した波面収差を測定結果として記憶すると共に不図示のモニタへ表示し、フローを終了する。
【００４５】
図９は、追い込み処理時における制御部の動作フローチャートである。各ステップを順に説明する。
【００４６】
ステップＳ３１：制御部は、追い込み処理の開始指示が入力されたか否かを監視する。ユーザは、不図示のモニタへ表示された波面収差を参照し、追い込み処理（更なる精度向上）が必要と判断した場合に、追い込み処理の開始指示を制御部へ入力する。制御部は、追い込み処理の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、追い込み処理の開始指示が入力された場合にはステップＳ３２へ移行する。
【００４７】
ステップＳ３２：制御部は、被検レンズ１０の波面収差モデルの初期値を、先のステップＳ２３で取得した波面収差と同じに設定する。
【００４８】
ステップＳ３３：制御部は、被検レンズ１０の波面収差モデルと、ピンホールから受光素子アレイ１７に至る光学系の設計データと、先のステップＳ２２で取得したデフォーカス量δとに基づくシミュレーション（光線追跡）により、図７（Ｂ）の状態でその光学系が生成する配列データを算出する。この配列データは、図７（Ｂ）の状態で取得された測定データＤ１の計算値に相当する。よって、以下ではこの配列データを「計算データＤ１’」と称す。
【００４９】
ステップＳ３４：制御部は、計算データＤ１’から測定データＤ１を差し引くことにより、差分データＤ４を取得する。なお、この差分データＤ４は、計算データＤ１’に含まれるスポット位置と測定データＤ１に含まれるスポット位置との差分をスポット毎に算出することによって得られたデータである。
【００５０】
ステップＳ３５：制御部は、差分データＤ４に含まれる各差分のＲＭＳ値を算出し、そのＲＭＳ値が最小値に収束していなかった場合（前回値からの変化量が閾値以上であった場合）にはステップＳ３６へ移行し、そのＲＭＳ値が最小値に収束していた場合（前回値からの変化量が閾値未満であった場合）にはステップＳ３７へ移行する。
【００５１】
ステップＳ３６：制御部は、波面収差モデルを調整してからステップＳ３３に戻る。
【００５２】
ステップＳ３７：制御部は、現時点における波面収差モデルを、波面収差の最終測定結果として記憶すると共に、不図示のモニタへ表示し、フローを終了する。
【００５３】
以上、本実施形態のコリメータレンズ１５及びレンズ駆動機構１８は、被検光束の波面に対して所定の形状成分（ここでは球面成分）を意図的に重畳させることにより、マイクロレンズアレイ１６が生成する複数のスポットの間隔を広げる。したがって、被検レンズ１０の収差が仮に大きかったとしても、スポット同士の重なりを回避することができる。
【００５４】
また、本実施形態のコリメータレンズ１５及びレンズ駆動機構１８は、意図的に重畳させる形状成分の程度（ここでは球面成分のパワー）を変化させることもできる。したがって、本実施形態の装置は、収差量の異なる様々な被検レンズに対応することができる。
【００５５】
また、本実施形態のコリメータレンズ１５及びレンズ駆動機構１８は、意図的に重畳させる形状成分をシンプルな球面成分とするので、スポット同士の重なりを簡単かつ確実に回避することができる。
【００５６】
また、本実施形態の装置は、被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる手段としてコリメータレンズ１５を使用し、その形状成分の程度を変化させる手段としてレンズ駆動機構１８を使用するので、測定光路中に専用の光学系を挿入する必要が無い。
【００５７】
また、本実施形態の制御部は、スポットの間隔を閾値以上とした状態で測定データＤ１を取得し、コリメータ１５がデフォーカスにより被検光束の波面に重畳させた形状成分に相当する補正データＤ２を、その測定データＤ１から差し引くことで測定データＤ３を取得する。したがって、制御部は、被検レンズ１０が被検光束に与えた収差成分を、測定データＤ３として取得することができる。
【００５８】
また、本実施形態の制御部は、被検光束の代わりに校正用光束をコリメータレンズ１５に入射させ、受光素子アレイ１７が取得する配列データを参照しながら校正用光束の光源の光軸方向の位置を変化させることにより、その配列データを測定データＤ１に近づけ、その時点で受光素子アレイ１７が取得する配列データを補正データＤ２として取得する。したがって、制御部は、コリメータレンズ１５がデフォーカスにより被検光束に与えた形状成分を、補正データＤ２として取得することができる。
【００５９】
また、本実施形態の制御部は、補正後の測定データＤ３に対して関数フィッティングを施すので、被検レンズ１０の波面収差を高精度に復元することができる。
【００６０】
また、本実施形態の制御部は、被検レンズ１０の波面収差モデルの初期値を、復元された波面収差と同じに設定してから、被検レンズ１０の波面収差モデルと、ピンホールから受光素子アレイ１７に至る光学系の設計データと、ピンホールのデフォーカス量δとに基づくシミュレーション（光線追跡）により、図７（Ｂ）の状態でその光学系が生成する配列データ（計算データＤ１’）を取得する。また、制御部は、波面収差モデルを変化させながら光線追跡を繰り返し、計算データＤ１’が測定データＤ１に最も近づいた時点における波面収差モデルを、波面収差の最終測定結果とする。したがって、波面収差の最終測定結果は、極めて高精度に求まる。
【００６１】
なお、本実施形態の装置では、補正データＤ２を実測により取得したが、計算により取得してもよい。
【００６２】
また、本実施形態の装置では、被検光束の波面に対し所定の形状成分を重畳させる手段としてコリメータレンズ１５を使用し、その形状成分の程度を変化させる手段としてレンズ駆動機構１８を使用したが、マイクロレンズアレイ１６の前側の何れかの箇所へ１つの空間光変調素子（液晶モジュレータなど）を挿入し、その空間光変調素子をそれら２つの手段に共用してもよい。因みに空間光変調素子は、被検光束の波面の一部のみを変形させることが可能なので、変形対象を、波面の全体ではなく、波面の一部のみ（例えば、波面の傾斜が急峻であってスポットの間隔が狭くなるような部分のみ）としてもよい。また、空間光変調素子の単体が被検光束の波面に重畳させた形状成分は、空間光変調素子へ与えた駆動信号から一義的に決まるので、空間光変調素子を使用した場合には補正データＤ２を実測しなくてもよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、制御部の動作の一部又は全部をユーザが手動で実行してもよく、ユーザの動作の一部又は全部を制御部が自動で実行してもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、被検レンズ１０を通過した被検光束の波面をシャックハルトマンセンサで検出するシングルパス型の測定装置を説明したが、被検レンズ１０を往復した被検光束の波面をシャックハルトマンセンサで検出するダブルパス型の測定装置にも本発明は適用可能である。
【００６５】
図１０は、ダブルパス型の測定装置の構成図である。図１０において、図１における要素と対応する要素には同じ符号を付した。図１０において符号Ｍで示すのは、折り返しミラー（平面ミラー）であり、符号ＢＳで示すのは、ビームスプリッタである。このようなダブルパス型の測定装置においても、コリメータレンズ１５を矢印の方向に移動させることで、スポット位置の間隔を拡大することができる。
【００６６】
但し、ダブルパス型の測定装置において、被検レンズ１０を光路から外した場合には、折り返しミラーＭの代わりに球面ミラーを挿入する必要がある。因みに、その球面ミラーを光軸方向にシフトさせれば、ピンホール板１３をデフォーカスさせるのと同じ作用を得ることができる。
【００６７】
また、ダブルパス型の測定装置によれば、レンズの収差を測定するだけでなく、ミラーやレンズの表面の形状誤差を測定することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１１…光ファイバ、１２…コンデンサレンズ、１３…ピンホール板、１４…コリメータレンズ、１０…被検レンズ、１５…コリメータレンズ、１６…マイクロレンズアレイ、１７…受光素子アレイ、１８…レンズ駆動機構、１９…光源移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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