(57)【要約】【課題】  集光点が隣のマイクロレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に照射された場合でも、どちらの集光点か区別すること。【解決手段】  収差測定装置が、被検査物からの戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性が他の分割領域の特性とは異なるように構成された分割手段と、前記複数の光それぞれが照射した複数の照射領域の位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出された形状に基づいて、前記複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定する決定手段と、前記決定された分割領域と前記検出された位置とに基づいて、前記複数の分割領域毎に前記複数の光の傾きを取得する取得手段と、を有し、前記取得された傾きに基づいて、前記収差が測定される。【選択図】  図２
2014128365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
前記戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性が他の分割領域の特性とは異なるように構成された分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した複数の照射領域の位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出された形状に基づいて、前記複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定する決定手段と、
前記決定された分割領域と前記検出された位置とに基づいて、前記複数の分割領域毎に前記複数の光の傾きを取得する取得手段と、を有し、
前記取得された傾きに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記分割手段が、前記複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の光学特性が他の分割領域の光学特性とは異なるように構成された光学手段であることを特徴とする請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記複数の分割領域がそれぞれ、複数の光学部材を有し、
前記検出手段が、前記複数の光それぞれが集光した光を検出することを特徴とする請求項２に記載の収差測定装置。
【請求項４】
前記光学手段が、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つの光学部材の光学特性が他の光学部材の光学特性とは異なるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の収差測定装置。
【請求項５】
前記複数の光学部材のうち少なくとも一つの光学部材が、非回転対称である屈折力を有するレンズであることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の収差測定装置。
【請求項６】
前記レンズが、トーリックレンズであることを特徴とする請求項５に記載の収差測定装置。
【請求項７】
前記複数の光学部材のうち少なくとも一つの光学部材が、非回転対称面である屈折力を有するレンズであることを特徴とする請求項３に記載の収差測定装置。
【請求項８】
前記レンズが、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項７に記載の収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャック・ハルトマンセンサーを用いた光波面の収差測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光波面の収差計測は、光学素子の検査など産業的分野から、大型の地上天体望遠鏡における補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃｓ、ＡＯ）など学術的意義の高い分野、眼科診断など医療に至るまで、多岐にわたる領域で応用されている。
【０００３】
光波面の収差を計測する代表的な装置として、シャック・ハルトマンセンサーが挙げられる。シャック・ハルトマンセンサーは、光波面を分割する２次元のマイクロレンズアレイと、そのマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点面におかれたＣＣＤセンサーなど２次元撮像素子からなる装置である。２次元マイクロレンズアレイにより分割された光波面は、個々のマイクロレンズによりＣＣＤセンサー上に焦点を結ぶ。元の光波面が理想的な平面波で、シャック・ハルトマンセンサーに直入射している場合、個々の焦点はマイクロレンズの投影された領域に対応するＣＣＤセンサー領域の中心に位置する。光波面が収差により局所的な傾きを持つ場合、分割された光は、ずれた位置に集光する。収差のない理想的な波面での焦点位置と、収差を有した波面が結ぶ焦点位置とを比較することで、光波面の局所的な傾きを測定することができ、傾きの情報から光波面を計算することが可能である。この方法では、光の干渉を利用しないため外乱の影響が少なく、振動や音響など雑音が存在する環境でも使用に堪えうる。
【０００４】
光波面の収差計測の応用分野である眼科での眼の収差計測において、シャック・ハルトマンセンサーが広く利用されている理由のひとつは、上記のとおり外乱への耐性を有しているからである。特に、眼の収差を実時間で計測し、その収差を打ち消すＡＯを備えた走査型レーザー検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ、ＳＬＯ）では、大学など研究機関における装置や臨床試験中の試作機も含め、収差計測にシャック・ハルトマンセンサーが広く採用されている。
【０００５】
シャック・ハルトマンセンサーを用いて光波面の収差を計測する際に問題となるのが、ＣＣＤセンサー上の集光点が、どのマイクロレンズにより集光されたものかを正確に対応付けることである。特に、光波面の収差が大きくなったり、光波面の収差が複雑になったりする場合、集光点が隣のマイクロレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に照射された場合には、どちらの集光点か区別できなくなる可能性がある。
【０００６】
そこで、マイクロレンズと集光点の対応付けを正しく行うために、マイクロレンズアレイのピッチを変えて、光波面の収差を予め測定しておくことにより、マイクロレンズと集光点の対応付けを行うことが、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６７５０９５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この方法では、隣り合うマイクロレンズからの集光点が互いに逆の位置に集光した場合等には、誤検知してしまう可能性がある。また、隣り合うマイクロレンズからの集光点が互いに重なるような場合には、どちらの集光点か区別できなくなる。
そこで、本発明は、集光点が隣のマイクロレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に照射された場合でも、どちらの集光点か区別することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る収差測定装置は、
測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
前記戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性が他の分割領域の特性とは異なるように構成された分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した複数の照射領域の位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出された形状に基づいて、前記複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定する決定手段と、
前記決定された分割領域と前記検出された位置とに基づいて、前記複数の分割領域毎に前記複数の光の傾きを取得する取得手段と、を有し、
前記取得された傾きに基づいて、前記収差が測定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域（例えば、複数のマイクロレンズ等の複数の光学部材）を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性（例えば、屈折力等の光学特性）が他の分割領域の特性とは異なるように構成される。これにより、複数の光それぞれが照射した複数の照射領域（例えば、複数の集光点）の形状を用いることで、集光点が隣のマイクロレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に照射された場合でも、複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定することができる。このため、どちらの照射領域か区別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る補償光学系を備えたＳＬＯによる眼底撮像装置の構成例の模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの信号（ハルトマン像）の一例を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２及び第４の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。
【図６】第３の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】第３の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。
【図８】第４の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】第４の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態によれば、戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域（例えば、複数のマイクロレンズ等の複数の光学部材）を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性（例えば、屈折力等の光学特性）が他の分割領域の特性とは異なるように構成される。これにより、複数の光それぞれが照射した複数の照射領域（例えば、複数の集光点）の形状を用いることで、集光点が隣のマイクロレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に照射された場合でも、複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定することができる。このため、どちらの照射領域か区別することができる。
【００１３】
なお、人の眼の光学要素（角膜、水晶体など）は一般に収差を有しており、眼底の微小循環における疾患の予兆を早期に発見するために眼底を視細胞レベルで撮影する場合、収差の影響により眼底像がぼけてしまうことが知られている。ＡＯＳＬＯを用いた視細胞レベルでの眼底撮影において、眼の光学要素を透過した撮影用の光は、眼の収差により光波面が収差を受ける。特に、角膜が突出するように変形する円錐角膜など複雑な収差を有する人眼を撮影する場合、光波面の収差計測に用いるシャック・ハルトマンセンサーのＣＣＤセンサー上の集光点が隣接する集光点と重なりを有したり、複数の光が交差したりする現象が生じる。この場合、集光点とマイクロレンズの正しい対応付けが不可能となり、誤った光波面の収差の計算結果となる。
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態の構成によって、何ら限定されるものではない。
【００１５】
［第１の実施形態：隣り合う分割領域の光学特性が異なる光学手段］
第１の実施形態に係る収差測定装置を適用した眼底撮像装置の構成について、図１を用いて説明する。なお、図１は、第１の実施形態に係る補償光学系を備えたＳＬＯによる眼底撮像装置の構成例の模式図である。本実施形態に係る眼底撮像装置は、被検査物の一例として眼を適用し、眼で発生する収差をＡＯで補正し、眼の眼底を撮像するものである。また、被検査物は、被検眼以外に、被検体であれば何でも良く、例えば、人体の皮膚や内臓等も含む概念である。また、本実施形態に係る収差測定装置は、眼底撮像装置以外にも、内視鏡等の撮像装置であれば、何でも適用可能である。また、本実施形態に係る収差測定装置は、後述する収差補正手段の一例である波面補正デバイスを用いない装置、例えば、屈折矯正のためにレーザー等により角膜を除去する手術を行う前に、角膜の形状を測定するための装置にも適用可能である。
【００１６】
図１において、１０１は光源であり、波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）を用いた。光源１０１の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮像用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、８００〜１５００ｎｍ程度が好適に用いられる。なお、本実施形態ではＳＬＤ光源を用いたが、その他にレーザー等も用いることができる。また、本実施形態では眼底撮像と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、光路の途中で合波する構成としても良い。
【００１７】
まず、光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、コリメータ１０３により、平行光（測定光１０５）として照射される。また、照射された測定光１０５はビームスプリッターからなる光分割部１０４を透過し、ＡＯに導光される。ＡＯは、光分割部１０６、シャック・ハルトマンセンサー１１５、波面補正デバイス１０８および、それらに導光するための反射ミラー１０７−１〜４から構成される。ここで、反射ミラー１０７−１〜４は、少なくとも眼１１１の瞳と波面センサー１１５、波面補正デバイス１０８とが光学的に共役関係になるように設置されている。また、光分割部１０６として、本実施形態ではビームスプリッターを用いている。光分割部１０６を透過した測定光１０５は、反射ミラー１０７−１と１０７−２で反射されて波面補正デバイス１０８に入射する。波面補正デバイス１０８で反射された測定光１０５は、反射ミラー１０７−３に出射される。ここで、本実施形態では、波面補正デバイス１０８として液晶空間位相変調器を用いた。波面補正デバイス１０８の他の例としては、形状可変ミラーがある。形状可変ミラーとは、局所的に光の反射方向を変えることができるものであり、様々な方式のものが実用化されている。
【００１８】
また、図１において、反射ミラー１０７−３、４で反射された光は、走査光学系１０９によって、１次元もしくは２次元に走査される。本実施形態では、走査光学系１０９に主走査用と副走査用の２つのガルバノスキャナーを用いている。さらに高速な撮像のために、走査光学系１０９の主走査用に共振スキャナーを用いることもできる。走査光学系１０９内の各スキャナーを光学的に共役な位置に配置するために、各スキャナーの間にミラーやレンズといった光学素子を用いる装置構成の場合もある。
【００１９】
また、走査光学系１０９で走査された測定光１０５は、接眼レンズ１１０−１および１１０−２を通して眼１１１に照射される。眼１１１に照射された測定光は眼底で反射もしくは散乱される。接眼レンズ１１０−１および１１０−２の位置を調整することによって、眼１１１の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。
【００２０】
また、眼１１１の網膜から反射もしくは散乱された反射光は、入射した時の経路を逆向きに進行し、光分割部１０６によって反射された光のうち一部はシャック・ハルトマンセンサー１１５に入射する。
【００２１】
ここで、シャック・ハルトマンセンサーについて、図２を用いて説明する。なお、図２は、シャック・ハルトマンセンサーの模式図である。また、図２（ａ）は、シャック・ハルトマンセンサーの断面の模式図であり、戻り光がマイクロレンズアレイにより分割された複数の光がＣＣＤセンサー上に照射される様子を示している。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’で示す位置から見た様子を示しており、マイクロレンズアレイ１３２が、複数のマイクロレンズ１３３から構成されている様子を示したものである。マイクロレンズアレイ１３２により波面を分割され、それぞれの微小波面１３４はＣＣＤセンサー１３３上の焦点面１３５に集光される。
【００２２】
また、図３（ａ）に示すように、シャック・ハルトマンセンサーの信号１５１（ハルトマン像とも言う。）は、マイクロレンズ１３３により分割された微小波面１３４の集光点１５２が２次元に配列したものとなる。光波面１３１に収差が存在しない場合、集光点１５２は対応するマイクロレンズ１３３の背後中央に来る。この位置を参照位置としてＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶する。光波面１３１に収差が存在する場合、集光点１５２はそれぞれに対応するマイクロレンズ１３３の背後中央からずれた位置に来る。この位置と参照位置との差を、すべての集光点１５２について計算する。この値がマイクロレンズ１３３で分割された微小波面１３４の傾きを表している。
【００２３】
また、シャック・ハルトマンセンサー１１５はＡＯ制御部１１６に接続され、受光した信号をＡＯ制御部１１６に伝える。波面補正デバイス１０８もＡＯ制御部１１６に接続されており、ＡＯ制御部１１６から指示された変調を行う。ＡＯ制御部１１６はシャック・ハルトマンセンサー１１５の測定結果により取得された波面をもとに、収差のない波面へと補正するような位相変調量を計算し、波面補正デバイス１０８にそのように変調するように指令する。波面の測定と波面補正デバイスへの指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。
【００２４】
なお、シャック・ハルトマンセンサーは、収差測定手段の一例であり、測定光を照射した被検査物からの戻り光を複数の光に分割する分割手段と、複数の光が照射した領域の位置及び大きさを検出する検出手段とにより構成されるものであれば何でも良い。ここで、分割手段は、レンズアレイ等の複数の光学素子から成る光学部材以外にも、例えば、複数の孔の開いたマスク等でも良い。また、分割手段は、空間分割する部材以外にも、単一のマスク（あるいは単一のレンズ）を検出手段の大きさに対応する範囲で２次元的に移動することにより、時間分割する手段でも良い。
【００２５】
ここで、複雑な収差を有する光波面の場合、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なりを有し、２つの集光点を区別できなくなり、集光点とマイクロレンズの対応付けができなくなり、光波面の収差を正しく測定できない状況が生じる。
【００２６】
図３（ｂ）に、２つの重なりを有する集光点１５４を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号１５３を示す。重なりを有している２つの集光点１５４は、強度分布が連続していているため、一般的に用いられる重心演算では２つの集光点として検出することができない。
【００２７】
（非回転対称な屈折力を有する光学手段）
本実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーでは、非回転対称な屈折力を有する光学手段の一例としてレンズと、回転対称な屈折力を有するレンズと交互に並べたレンズアレイを用いている。シャック・ハルトマンセンサーのセンサー面の一例である焦点面１３５に照射する複数の光の複数の照射領域の一例である複数の集光点同士が、隣接する集光点と重なる場合でも、集光点とマイクロレンズの対応付けを正しく行うことができる。ここで、非回転対称な屈折力とは、光学系の屈折面および屈折率分布が光軸に対して回転対称ではないことを指し、非回転対称な屈折力を有するレンズとは、例えば、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、自由曲面レンズ等のことである。なお、シリンドリカルレンズは、２方向の面のうち１方向の面が集光しないレンズのことである。
【００２８】
ここで、図２（ｃ）に、非回転対称な屈折力を有するマイクロレンズとしてトーリック型のマイクロレンズ１３９を含む、マイクロレンズアレイ１３７を用いたシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す。また、図２（ｄ）は、図２（ｃ）におけるＢ−Ｂ’で示す位置から見た様子を示した図である。図２（ｃ）において、マイクロレンズ１３８は、焦点面１３５上に集光点を形成する。トーリック型のマイクロレンズ１３９の中心軸とｘ軸を含む面内では、焦点面１３５に対して手前で集光するようになっており、トーリック型のマイクロレンズ１３９の中心軸とｙ軸を含む面内では、マイクロレンズ１３８とマイクロレンズ１３９は同じ焦点距離を有し、焦点面１３５上に集光する。また、図３（ｃ）は、図２（ｃ）で示されるマイクロレンズアレイ１３７を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、重なりを有する２つの集光点１５６を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号１５５を示している。なお、本実施形態に係るレンズアレイ等の複数の光学素子から成る光学部材の代わりに、複数の孔の開いたマスク等を適用した場合には、隣接するマスクの形状を異なるようにすることが好ましい。これにより、集光点の形状から、どちらのマスクからの集光点か区別することができる。
【００２９】
（複数の照射領域のうち失われている照射領域がある場合）
次に、重なりを有している集光点１５６を２つの集光点として分離し、正しく集光点とマイクロレンズアレイ１３７のマイクロレンズ１３８およびトーリック型のマイクロレンズ１３９に対応付ける手順について、図４を用いて説明する。なお、図４は、第１の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
【００３０】
まず、ステップＳ１０１において、シャック・ハルトマンセンサー１１５による計測を開始する。また、ステップＳ１０２において、マイクロレンズアレイ１３７の集光点形状の情報を読み込み、記憶領域に記憶する。集光点形状の情報とは、マイクロレンズアレイ１３８におけるトーリック型のマイクロレンズ１３９の位置と、トーリック型のマイクロレンズ１３９による集光点の長径と短径の長さなど形状に関する情報のことである。
【００３１】
また、ステップＳ１０３において、シャック・ハルトマンセンサーの信号１５５を取得する。また、ステップＳ１０４において、シャック・ハルトマンセンサーの信号１５５の強度分布を測定する。また、ステップＳ１０５において、マイクロレンズアレイ１３７の集光点形状の情報と、シャック・ハルトマンセンサーの信号１５５の強度分布の比較を行い、２つの集光点が重なりを有しており１つの集光点として検出されているか、または光路上で光学素子によりケラレが発生したり、散乱や吸収により光量が低下したりするなどの理由で検出できない集光点（以下、失われている集光点と呼ぶ）を推測する。
【００３２】
また、ステップＳ１０６において、失われている集光点の計算を行うかどうかを判断する。失われている集光点の計算を行うかどうかの判断の基準として、失われている集光点がないか、または、失われている集光点をすべてステップＳ１０７からステップＳ１１１までの手順で調べたかが挙げられる。失われている集光点の計算を行う場合には、ステップＳ１０７に移る。
【００３３】
また、ステップＳ１０７で、失われている集光点の選択を行う。また、ステップＳ１０８において、失われている集光点の近傍を探索し、失われている集光点の近傍の信号の強度が有意に高いかどうか、および失われている集光点の近傍の信号で包絡線が優位に大きく変化しているかどうかを調べる。
【００３４】
また、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８の結果に基づき、２つの集光点が重なりを有しているかどうかを判断する。２つの集光点が重なりを有していないと判断される場合は、ステップＳ１１２に移る。また、２つの集光点が重なりを有していると判断された場合には、ステップＳ１１０に移り、重なりを有している２つの集光点の解析を行う。ここで、ステップＳ１１０で、マイクロレンズアレイの集光点形状の情報から、集光点の中心位置やピーク強度など未定のパラメータを含むフィッティング関数を求め、２つの集光点が重なりを有する集光点の形状をフィッティングすることで、集光点の中心位置やピーク強度を求める方法を用いる。
【００３５】
また、ステップＳ１１０の結果に基づき、ステップＳ１１１において、２つの重なりを有している集光点１５６をマイクロレンズそれぞれと対応付けて、２つの集光点１５６それぞれの重心演算を行い、ステップＳ１０６に移る。なお、重心演算を行った後に対応付けを行っても良い。そして、ステップＳ１０６において、失われている集光点の計算を行わないと判断されるまで、ステップＳ１０６からステップＳ１１１までの手順を繰り返す。
【００３６】
また、ステップＳ１０６において、失われている集光点の計算を行わないと判断された場合、ステップＳ１１２に移る。ステップＳ１１２において、複数の集光点のうち、まだ重心演算されていない集光点の重心演算を行う。具体的には、ステップＳ１１２よりも前に重心を演算された集光点を除き、残りの集光点以外の集光点の重心演算を行う。次に、ステップＳ１１３に移り、ステップＳ１１３までに得られた重心演算の結果を用いて、複数の分割領域毎に（マイクロレンズ毎に）複数の光の傾きを取得して、光波面の計算を行う。光波面の計算としては、最小二乗法による基底関数のフィッティングや、２次元積分が好適に用いられる。そして、ステップＳ１１４において、シャック・ハルトマンセンサーによる光波面の計測を終了する。
【００３７】
なお、単一のトーリック型のマイクロレンズ１３９を用いる以外の例として、図２（ｅ）に示されるように、複数のマイクロレンズ１４１および複数のトーリック型マイクロレンズ１４２からなるマイクロレンズアレイ１４０を用いてもよい。図２（ｆ）は図２（ｅ）におけるＣ−Ｃ’で示す位置から見た様子を示した図である。また、図３（ｄ）に、マイクロレンズアレイ１４０を用いたシャック・ハルトマンセンサーの信号強度１５７を示す。シャック・ハルトマンセンサーの信号強度１５７は重なりを有する２つの集光点１５８を含む。シャック・ハルトマンセンサーの信号強度１５７においても、重なりを有している集光点１５８について、ステップＳ１０１からステップＳ１１４の手順に従い、光波面の計算を行うことができる。
【００３８】
なお、マイクロレンズアレイ１４０を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、焦点距離の等しい複数のマイクロレンズによる集光点が重なった場合は、ステップＳ１１０で集光点とマイクロレンズを正しく対応付けることが不可能であるため、該複数の集光点をステップＳ１１０以降のステップによる計算対象から外すことが望ましい。
【００３９】
このように本実施例によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。
【００４０】
［第２の実施形態：屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含む光学手段］
次に、第２の実施形態について、図５（ａ）と図５（ｂ）を用いて説明する。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）は、第２の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。本実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーのマイクロレンズアレイは、屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含み、異なる屈折力のマイクロレンズを交互に並べて配置している。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成については、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
まず、ここで、屈折力が非回転対称面を有するとは、光学系の屈折面が光軸に対して回転対称ではない面が存在することを指し、屈折力が非回転対称面を有するレンズとは、例えば、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズのことである。
【００４２】
図５に示すように、屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含むマイクロレンズアレイとして、マイクロレンズ１６４を２次元状に並べたマイクロレンズアレイ１６３に近接してシリンドリカルレンズ１６７を配置し、さらに、シリンドリカルレンズ１６７に近接してシリンドリカルレンズ１６８を配置したものを用いる。図５（ａ）は図５（ｂ）におけるＤ−Ｄ’で示す位置から見た様子を示した図である。
【００４３】
シリンドリカルレンズ１６７およびシリンドリカルレンズ１６８の配置の方法は、マイクロレンズアレイ１６３のマイクロレンズ１６４の列に対して１つ置きにするのが望ましい。また、シリンドリカルレンズ１６７として異なる焦点距離のシリンドリカルレンズを複数用いてもよいし、シリンドリカルレンズ１６８として異なる焦点距離のシリンドリカルレンズを複数用いてもよい。
【００４４】
図３（ｅ）は、図５（ａ）で示されるマイクロレンズアレイ１６３を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、重なりを有する２つの集光点１６０を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号１５９を示している。
【００４５】
図３（ｅ）のシャック・ハルトマンセンサーの重なりを有している集光点１６０を２つの集光点として分離し、正しく集光点とマイクロレンズアレイのマイクロレンズに対応付ける手順は、図４のフローチャートにおけるステップＳ１０１からステップＳ１１４と同様であるため、説明を省略する。
【００４６】
なお、本実施形態では、マイクロレンズ１６３およびシリンドリカルレンズ１６７およびシリンドリカル１６８により、異なる焦点距離で集光された微小波面１６５が複数重なりを有する場合においても、ステップＳ１１０において、複数の集光点に対して、第１の実施形態と同様の手続きを施すことで、集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。すなわち、マイクロレンズアレイの集光点形状の情報から、集光点の中心位置やピーク強度など未定のパラメータを含むフィッティング関数を求め、複数の集光点が重なりを有する集光点の形状をフィッティングすることで、集光点の中心位置やピーク強度を求めることができる。
【００４７】
このように本実施形態によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の複数の集光点が重なりを有する場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。
【００４８】
［第３の実施形態：隣り合う分割領域からの複数の光の一方を変調］
次に、第３の実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。なお、図６は、第３の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。また、図７は、第３の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。本実施形態は、波面補正デバイス１０８を用いた空間位相変調により、シャック・ハルトマンセンサー１１５の焦点面１３５上の集光点の位置を変化させ、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面１３５上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面１７１の収差を正しく測定することが可能となることを特徴とする。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成については、第１の実施形態と同様である。
【００４９】
図７（ａ）に、光波面１７１がマイクロレンズアレイ１３２のマイクロレンズ１３３により分割された模式図を示す。図７（ｃ）は、図７（ａ）で得られるシャック・ハルトマンセンサーの信号の一部を模式的に示したものである。
【００５０】
光波面１７１が分割された微小波面１７２および微小波面１７３は、光波面１７１の収差により、重なりを有する２つの集光点１７５として検出される。
【００５１】
そこで、波面補正デバイス１０８を用いて、微小波面１７２および微小波面１７３に傾きの空間位相変調を与える。図７（ｂ）に、元の光波面１７５に対し、波面補正デバイス１０８による傾きの空間位相変調をかけた後の光波面１７４を示す。図７（ｄ）に示すとおり、前記空間位相変調により、重なっていた２つの集光点１７６が、分離した集光点１７７−１および１７７−２となる。
【００５２】
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０９までは第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ２１０において、２つのマイクロレンズ波面補正デバイス１０８を用いて、微小波面１７２および微小波面１７３に傾きの空間位相変調を与える。
【００５３】
ステップＳ２１１において、分離した集光点１７７に対して、前記空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、２つの集光点１７７−１および１７７−２の重心演算を行う。
【００５４】
また、ステップＳ１１２以降の手順は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５５】
なお、本実施形態では、２つの隣接する集光点が重なりを有する場合を説明したが、複数の集光点が重なりを有する場合に対しても同様に傾きの空間位相変調をかけ、分離した集光点に対して空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、重心演算を行うことにより、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態では、２つの隣接する集光点が重なりを有する場合を説明したが、複数の光が交差する場合に対しても同様に傾きの空間位相変調をかけ、分離した集光点に対して空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、重心演算を行うことにより、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。
【００５８】
［第４の実施形態：隣の分割領域に対応する領域に集光点がある場合］
第４の実施形態について、図５（ｃ）及び図５（ｄ）、図８及び図９を用いて説明する。本実施形態は、所定のレンズの隣のレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がある場合でも、複数の集光点とマイクロレンズそれぞれとを正しく対応付けるものである。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
なお、図５（ｃ）は、図２（ｅ）と同様にマイクロレンズ１４１およびトーリック型マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ１４０を用いており、収差を有する光波面１６６が照射している状況を表す模式図である。また、図５（ｄ）は、図５（ｃ）におけるＥ−Ｅ’で示す位置から見た様子を示した図である。また、図８及び図９は、第４の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。また、図３（ｆ）に、２つの光が交差した２つの集光点１６２−１および１６２−２を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号１６１を示す。なお、図８におけるステップＳ１０１からステップＳ１０５までは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
ステップＳ３０６において、複数の光が交差して、所定のレンズの隣のレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点があるか否かを判断する。集光点があるかどうかの判断の基準としてとして、ステップＳ１０２で読み込んだ、マイクロレンズアレイ１４０のマイクロレンズ１４１およびトーリック型マイクロレンズ１４２による集光点の長径と短径の長さなど形状に関する情報を用いて、予想される集光点の形状と配置と、シャック・ハルトマンセンサーの信号１６１の集光点の形状を比較し、予想される集光点の形状と配置が実測された集光点の形状と配置と異なるかどうかが挙げられる。例えば、集光点ごとにビーム径の長径と短径を検出し、マイクロレンズアレイ１４０のマイクロレンズ１４１およびトーリック型マイクロレンズ１４２の配置から予想される配置と一致するかどうかを調べればよい。
【００６１】
ステップＳ３０６において、所定のレンズの隣のレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点があると判断された場合、ステップＳ３０７において、２つの光が交差した２つの集光点１７７−１、１７７−２とマイクロレンズ１３３をそれぞれ正しく対応付けて、２つの集光点１７７−１、１７７−２の重心演算を行う。なお、もちろん、重心演算を行ってから対応付けを行っても良い。
【００６２】
ステップＳ３０６において、所定のレンズの隣のレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がないと判断された場合、ステップＳ１１２に移る。また、ステップＳ３０７の演算の後にも、ステップＳ１１２に移る。なお、図８におけるステップＳ１１２以降は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６３】
シャック・ハルトマンセンサーの複数の集光点が重なりを有し、かつ複数の点が交差する場合においても、集光点とマイクロレンズを正しく対応付けることが可能である。
【００６４】
図９にフローチャートを示す。ステップＳ１０１で計測を開始し、ステップＳ１０２からステップＳ１１１までの手順により、重なりを有する複数の集光点とマイクロレンズを正しく対応付け、重心演算を行い、ステップＳ３０６からステップＳ３０７の手順で交差する複数の光の集光点とマイクロレンズを正しく対応付け、重心演算を行うことができる。なお、図９について、ステップＳ１１２以降は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
このように本実施形態によれば、所定のレンズの隣のレンズに対応するＣＣＤセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がある場合でも、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。
【００６６】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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