(57)【要約】【課題】波面計測精度の低下を低減することが可能なシャック・ハルトマンセンサおよび、それを利用した波面計測方法を提供すること【解決手段】マイクロレンズアレイ１と複数の受光素子２０を有するシャック・ハルトマンセンサを使用して被検光学系の波面を計測する波面計測方法は、スポットＳＰにおいて前記複数の受光素子の一つを重心位置Ｇｔとして仮決めし、前記仮決めした重心位置と隣接する重心位置との距離Ｄを算出し、他のスポットと一部が重なるスポットについては、それぞれのスポットの内部に当該スポットよりも小さい領域Ｃを設定し、他のスポットと重ならないスポットについては、そのスポットを前記領域として設定し、前記領域において重心位置Ｇを計算し、各領域の重心位置と理想重心位置とのずれ量に基づいて前記波面を算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイと複数の受光素子を有するシャック・ハルトマンセンサを使用して被検光学系の波面を計測する波面計測方法であって、
前記マイクロレンズアレイは、２次元的に配列され、前記被検光学系を経た光を前記受光素子の上に集光する、複数のマイクロレンズを含んでおり、
前記波面計測方法は、
前記受光素子に集光された光の光強度分布を有するスポットにおいて前記複数の受光素子の一つを重心位置として仮決めするステップと、
前記仮決めした重心位置と隣接する重心位置との距離を算出するステップと、
他のスポットと一部が重なるスポットについては、それぞれのスポットの内部に当該スポットよりも小さい領域を設定し、他のスポットと重ならないスポットについては、そのスポットを前記領域として設定するステップと、
各領域の重心位置を計算するステップと、
各領域の重心位置と前記マイクロレンズアレイに平行光が入射した場合の理想重心位置とのずれ量に基づいて前記波面を算出するステップと、
を有することを特徴とする波面計測方法。
【請求項２】
前記仮決めするステップは、各スポットにおいて最高強度を有する受光素子を重心位置として仮決めすることを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項３】
前記仮決めするステップは、各スポットにおいて前記被検光学系の設計値と光線追跡によって前記重心位置を仮決めすることを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項４】
前記設定するステップは、一部が重なる２つのスポットの前記領域が重ならないように前記領域を設定することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項５】
前記一部が重なる複数のスポットに設定される前記領域は前記距離またはそれ以下の長さを有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項６】
前記距離を算出するステップは、前記仮決めした重心位置と２次元方向において隣接する重心位置との距離を算出し、
前記一部が重なる複数のスポットに設定される前記領域は、前記２次元方向のうち第１の方向における前記距離またはそれ以下の長さと前記第１の方向に直交する第２の方向における前記距離またはそれ以下の長さを有することを特徴とする請求項５に記載の波面計測方法。
【請求項７】
各領域の重心位置は各領域の中心からずれていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項８】
前記仮決めした重心位置とそれに対応する各領域の重心位置との距離が前記受光素子の１／２ピッチよりも小さい場合に前記波面を算出するステップを行い、
前記波面計測方法は、前記仮決めした重心位置とそれに対応する各領域の重心位置との距離が前記受光素子の１／２ピッチよりも以上である場合に、前記仮決めした重心位置をＧｔ、それに対応する各領域の重心位置をＧ、ｒｏｕｎｄを小数第一位の四捨五入とすると、前記仮決めした重心位置をＧｔ＋ｒｏｕｎｄ（Ｇｔ−Ｇ）で更新するステップを更に有し、
前記更新するステップの後で、前記距離を算出するステップまたは前記領域を設定するステップに戻ることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項９】
前記距離が第１の値のときに各スポットに対して光強度の閾値として第１の閾値を設定し、前記距離が前記第１の値よりも小さい第２の値のときに前記閾値として前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値を設定するステップを更に有し、
前記設定するステップは、前記スポットにおいて閾値以上の光強度を有する前記受光素子を前記領域として設定することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項１０】
被検光学系の波面を計測するシャック・ハルトマンセンサであって、
複数の受光素子と、
２次元的に配列され、前記被検光学系を経た光を前記受光素子の上に集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
解析演算部と、
を有し、
前記解析演算部は、
前記受光素子に集光された光の光強度分布を有するスポットにおいて前記複数の受光素子の一つを重心位置として仮決めし、
前記仮決めした重心位置と隣接する重心位置との距離を算出し、
他のスポットと一部が重なるスポットについては、それぞれのスポットの内部に当該スポットよりも小さい領域を設定し、他のスポットと重ならないスポットについては、そのスポットを前記領域として設定し、
各領域の重心位置を計算し、
各領域の重心位置と理想重心位置とのずれ量に基づいて前記波面を算出する、
ことを特徴とするシャック・ハルトマンセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャック・ハルトマンセンサとそれを利用した波面計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャック・ハルトマンセンサは、多数の微小集光レンズを格子状に配列したマイクロレンズアレイとＣＣＤで代表される受光センサから構成され、各マイクロレンズへ入射した光は、受光センサ上に集光し、スポットを形成する。ここで、「スポット」は各マイクロレンズで受光センサ上に集光された光の強度分布を有する。マイクロレンズアレイに入射する波面傾斜に応じて、スポットの重心位置がずれて集光され、スポットの重心位置ずれ量から波面傾斜を算出し、波面傾斜から２次元の位相分布を算出できる。
【０００３】
大収差波面をシャック・ハルトマンセンサで計測するための手法は、特許文献１、２に開示されている。大収差波面では、波面の局所傾きが大きいためスポットの位置ずれ量が大きくなる。これらの手法では、１つまたは複数のマイクロレンズを透過する光に特徴を持たせて、各マイクロレンズとスポットの対応付けを行うことによってダイナミックレンジを拡大している。
【０００４】
その他の波面計測方法を開示した例としては特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５０５７号公報
【特許文献２】特表２００２−５３５６０８号公報
【特許文献３】特開平１１−２１１５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
大収差波面をシャック・ハルトマンセンサで計測すると、波面の局所傾きが大きいだけでなく、傾きの変化量も大きいために各マイクロレンズで集光されるスポットの重心位置間距離が短くなる。上述の手法により、各マイクロレンズとスポットの対応付けを行っていても、重心位置間距離が短くなるとクロストークが発生して重心位置の検出精度が低下し、最終的には波面計測精度が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、波面計測精度の低下を低減することが可能なシャック・ハルトマンセンサおよび、それを利用した波面計測方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の波面計測方法は、マイクロレンズアレイと複数の受光素子を有するシャック・ハルトマンセンサを使用して被検光学系の波面を計測する波面計測方法であって、前記マイクロレンズアレイは、２次元的に配列され、前記被検光学系を経た光を前記受光素子の上に集光する、複数のマイクロレンズを含んでおり、前記波面計測方法は、前記受光素子に集光された光の光強度分布を有するスポットにおいて前記複数の受光素子の一つを重心位置として仮決めするステップと、前記仮決めした重心位置と隣接する重心位置との距離を算出するステップと、他のスポットと一部が重なるスポットについては、それぞれのスポットの内部に当該スポットよりも小さい領域を設定し、他のスポットと重ならないスポットについては、そのスポットを前記領域として設定するステップと、各領域の重心位置を計算するステップと、各領域の重心位置と前記マイクロレンズアレイに平行光が入射した場合の理想重心位置とのずれ量に基づいて前記波面を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波面計測精度の低下を低減することが可能なシャック・ハルトマンセンサおよびそれを利用した波面計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】平面波をシャック・ハルトマンセンサで計測する際の概略断面図である。
【図２】図１に示すマイクロレンズアレイと受光センサの上面図である。
【図３】被検光学系を経た、収差を持った波面をシャック・ハルトマンセンサで計測する際の概略断面図である。
【図４】図１に示す受光センサ上の強度分布を示す平面図である。
【図５】本発明の波面計測方法を示すフローチャートである。（実施例１）
【図６】図５のＳ３２で設定される重心位置を計算する領域を示す平面図である。（実施例１、２）
【図７】図６の変形例を示す平面図である。（実施例１、２）
【図８】図６の別の変形例を示す平面図である。（実施例１、２）
【図９】本発明の波面計測方法を示すフローチャートである。（実施例２）
【図１０】本発明の波面計測方法を示すフローチャートである。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態は、シャック・ハルトマンセンサと、それを使用して被検光学系の波面を計測する波面計測方法に関する。図１は、被検光学系を経た平面波をシャック・ハルトマンセンサで計測する際の概略断面図である。シャック・ハルトマンセンサは、マイクロレンズアレイ１、受光センサ２、解析演算部３を有する。図２は、マイクロレンズアレイ１と受光センサ２の上面図である。
【００１２】
マイクロレンズアレイ１には不図示の被検光学系を経た光が入射するが、図１ではマイクロレンズアレイ１は平行光を受光している。図２に示すように、マイクロレンズアレイ１は、２次元的に配列された複数のマイクロレンズ１０を有する。図２では、マイクロレンズアレイ１は、４×４個のマイクロレンズ１０を有する例を図示しているが、個数は限定されず、Ｎ×Ｍ個（Ｎ、Ｍは整数）であればよい。
【００１３】
受光センサ２は、後述する図４に示すように、２次元的に配列された複数の受光素子２０を有し、各受光素子２０は画素を構成する。受光センサ２からの出力は不図示のＡＤ変換器と信号処理部を経て解析演算部３に供給される。
【００１４】
図１において、マイクロレンズアレイ１は、平行に入射した光を受光センサ２上に集光する。マイクロレンズアレイ１に平行に入射した際のスポットの重心位置を、理想重心位置Ｇｉとする。図２に示すように、マイクロレンズアレイ１の２次元配列方向をＸ方向（第１の方向）、Ｙ方向（第１の方向に直交する第２の方向）とする。各マイクロレンズ１０のＸ方向の番号をｎ、Ｙ方向の番号をｍで表わし、各マイクロレンズ１０の受光センサ２面上での理想重心位置を、Ｇｉｘ（ｎ，ｍ）、Ｇｉｙ（ｎ，ｍ）とする。ここで、ｎは１〜Ｎ、ｍは１〜Ｍまでの整数、ＧｉｘはスポットのＸ方向重心位置、ＧｉｙはＹ方向の重心位置であり、この情報は不図示のメモリ（記憶手段）に予め記憶されている。
【００１５】
図３は、被検光学系を経た収差を持った波面がマイクロレンズアレイ１に入射したときの概略断面図である。同図に示すように、波面の傾斜に伴い、スポットの重心位置が理想重心位置Ｇｉからずれて受光センサ２上に集光される。
【００１６】
図４は、受光センサ２に複数の正方形形状の受光素子（画素）２０が配列されている状態を示している。入射波面は、マイクロレンズアレイ１で集光されて受光センサ２上にスポットＳＰ（ｎ，ｍ）を形成する。同図の黒色及びハッチング部がスポットＳＰ（ｎ，ｍ）で、色の濃さは光強度を示す。なお、図４では、マイクロレンズ１０に対応する受光センサ２の強度を正方形形状で表しているが、これに限定されず、正六角形や正八角形などより円に近い形状であってもよい。
【００１７】
図４において、左下のスポットをＳＰ（１，１）とすると、ＳＰ（２，３）とＳＰ（２，２）、ＳＰ（２，２）とＳＰ（３，２）が部分的に重なっていることが分かる。即ち、ＳＰ（２，３）はＳＰ（２，２）の波面情報を含んでおり、ＳＰ（２，２）はＳＰ（２，３）とＳＰ（３，２）の波面情報を含んでおり、ＳＰ（３，２）はＳＰ（２，２）の波面所法を含んでいる。このため、解析演算部３は、ＳＰ（２，３）、ＳＰ（２，２）、ＳＰ（３，２）の情報をこのまま利用してそれぞれの波面を算出すると、算出された波面が不要な情報を含んで波面計測精度が低下してしまう。なお、図４のように、一部が重なる複数のスポットは、製造誤差によって形成される場合もあるが、被検光学系が非球面レンズである場合にもこのようになりやすい。
【００１８】
そこで、以下に説明する本発明の実施例は、図４に示すような状態でも波面計測精度を維持するために、スポットの重なりを減らす、好ましくはなくすようにしている。
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図５は、解析演算部３によって実行される、本実施例の波面計測方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）の略である。解析演算部３は、マイクロコンピュータ（プロセッサ）から構成することができ、図５に示す波面計測方法はコンピュータに、各ステップ（手順）を実行させるためのプログラムとして具現化可能である。これは他の実施例でも同様である。
【００２１】
まず、解析演算部３は、受光素子２０に集光された光の光強度分布であるスポットＳＰ（ｎ，ｍ）において複数の受光素子の一つを仮の重心位置Ｇｔを決定する（Ｓ３０）。まず、仮の重心位置Ｇｔを検出するための領域を設定する。領域は、理想的な重心位置Ｇｉを中心としてマイクロレンズ１０のピッチＰ程度で囲まれた矩形領域に設定する方法や、閾値以上の強度を持つ受光素子群を検出領域とする方法などがある。次に、仮の重心位置を検出する領域において最高強度（ピーク）となる受光素子２０を検出する。各受光素子のＸ方向の番号をｉ、Ｙ方向の番号をｊで表わし、各受光素子（ｉ，ｊ）の光強度をＩｎｍ（ｉ，ｊ）とする。仮の重心位置を検出するための領域において最高強度となる受光素子２０をスポットＳＰ（ｎ，ｍ）の仮の重心位置Ｇｔとする。
【００２２】
次に、解析演算部３は、Ｓ３０で求めた仮の重心位置について２次元方向において隣接する２つの重心位置の距離Ｄを算出する（Ｓ３１）。例えば、ＳＰ（２，２）の仮の重心位置（図４に示す中央の黒い部分）と隣接する４つの重心位置との距離を、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに対して算出すると、距離ＤはＤｘ（ｎ，ｍ）、Ｄｘ（ｎ−１，ｍ）、Ｄｙ（ｎ，ｍ）、Ｄｙ（ｎ−１，ｍ）となる。全スポットに対してこの演算を行う。
【００２３】
次に、解析演算部３は、図６に示すように、スポットごとに重心位置を検出する領域Ｃ（ｎ，ｍ）を設定する（Ｓ３２）。解析演算部３は、他のスポットと一部が重なるスポットについては、それぞれのスポットの内部に当該スポットよりも小さい領域を設定し、他のスポットと重なっていないスポットに対しては、そのスポットを領域として設定する。
【００２４】
まず、解析演算部３は、Ｄｘ（ｎ，ｍ）、Ｄｘ（ｎ−１，ｍ）、Ｄｙ（ｎ，ｍ）、Ｄｙ（ｎ−１，ｍ）のうち最小値を抽出する。図４の場合は、Ｄｘ（ｎ，ｍ）（または、Ｄｙ（ｎ，ｍ））である。次に、図６に示すように、仮の重心位置を中心として、Ｄｘ（ｎ，ｍ）の受光素子の数が偶数の場合はＤｘ（ｎ，ｍ）−１，Ｄｘ（ｎ，ｍ）が奇数の場合はＤｘ（ｎ，ｍ）で囲まれる矩形領域Ｃ（ｎ，ｍ）を設定する。例えば、図４では、Ｄｘ（ｎ，ｍ）の受光素子の数は６なので、図６では、一部が重なっているスポットＳＰ（２，３）、ＳＰ（２，２）、ＳＰ（３，２）の一辺を受光素子の数が５になるように設定されている。なお、奇数にしているのは、中心画素（受光素子）を特定するためである。このように領域Ｃは距離Ｄまたはそれ以下の長さを有する。
【００２５】
図６は、ＸとＹ方向で同一の値（Ｄｘ（ｎ，ｍ））を用いているが、ＸとＹ方向それぞれに対してＤｘ（ｎ，ｍ）とＤｙ（ｎ，ｍ）を設定してもよい。そうすることで、図７に示すように、領域Ｃ（ｎ，ｍ）は正方形であるが、領域Ｃ（ｎ+１，ｍ）、領域Ｃ（ｎ，ｍ−１）は長方形となっている。ＸとＹ方向で個別に領域を設定することで、Ｘ、Ｙ方向それぞれに対して最適な重心位置検出を行うことができる。
【００２６】
また、領域Ｃは必ずしも仮の重心位置を中心として左右対称である必要がなく、図８に示すように、隣接する仮の重心位置間距離に応じて領域を区切ってもよい。クロストークのない範囲でより大きく領域Ｃをとることで、ノイズに強い重心位置検出が可能となる。
【００２７】
次に、解析演算部３は、Ｓ３２で設定した領域で、次式を用いて領域Ｃの重心位置Ｇを検出する（Ｓ３３）。なお、Ｐは１以上の実数であればよい。一般的な重心位置検出ではＰ＝１であるが、Ｐを２以上にすることで、ノイズに強い重心位置検出が可能となる。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
【数２】
2014037987.tif 000004
【００３０】
次に、解析演算部３は、Ｓ３０で仮決めした重心位置ＧｔとＳ３３の数式１、２で算出した重心位置Ｇを比較する（Ｓ３４）。仮の重心位置と数式１、２で算出した重心位置間距離（|Ｇｔ−Ｇ|）が、受光素子２０のピッチの１／２以下の場合は（Ｓ３４のＹ）、波面計測ステップＳ３６に移行する。
【００３１】
一方、|Ｇｔ−Ｇ|が受光素子２０のピッチの１／２以上ある場合は（Ｓ３４のＮ）、解析演算部３は、Ｓ３０で決定した仮の重心位置ＧｔとＳ３３で算出した重心位置Ｇから仮の重心位置をＧｔ＋ｒｏｕｎｄ（Ｇｔ−Ｇ）として更新する（Ｓ３５）。ｒｏｕｎｄは小数第一位の四捨五入を表わす。仮の重心位置の精度が受光素子２０の１／２ピッチ以上の際はＳ３５からＳ３１に戻るフローを実行することで、仮の重心位置の精度を受光素子２０の１／２ピッチ以下にすることができる。仮の重心位置の精度を上げることで、数式１、２で算出される重心位置Ｇの精度も向上する。
【００３２】
また、仮の重心位置間距離の変化は受光素子２０の１ピッチ程度であるので、仮の重心位置間距離の再計算は行わず、Ｓ３５の後でＳ３２に戻ってもよい。即座にＳ３２以下の処理を行うことで、高速な重心検出が可能となる。なお、Ｓ３５では仮の重心位置を更新する代わりに領域Ｃの形状を更新してもよい。例えば、上述したように、長方形にしたり、重心を中心からずらしたりするなどである。もちろん領域Ｃは必ずしも正方形や長方形でなくてもよく、円に近い形状（六角形や八角形）としてもよい。
【００３３】
以上により、仮の重心位置の間の距離Ｄに応じて領域Ｃを設定することで、高精度に重心位置を検出することが可能となる。
【００３４】
仮の重心位置と重心位置間距離（|Ｇｔ−Ｇ|）が、受光素子２０のピッチの１／２以下の場合は（Ｓ３４のＹ）、解析演算部３は、マイクロレンズアレイ１に入射した波面Ｗ（Ｘ，Ｙ）を算出する（Ｓ３６）。まず、解析演算部３は、スポットＳＰ（ｎ，ｍ）の重心位置Ｇ（ｎ，ｍ）を算出する。次に、重心位置Ｇ（ｎ，ｍ）の、理想重心位置Ｇｉ（ｎ，ｍ）からのずれ量ΔＧ（ｎ，ｍ）を下記式により算出する。
ΔＧｘ（ｎ，ｍ）＝Ｇｘ（ｎ，ｍ）−Ｇｉｘ（ｎ，ｍ）             （３）
ΔＧｙ（ｎ，ｍ）＝Ｇｙ（ｎ，ｍ）−Ｇｉｙ（ｎ，ｍ）             （４）
（ｎ，ｍ）のマイクロレンズに入射するＸ、Ｙ方向波面の平均傾きをそれぞれｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＸ、ｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＹとし、理想重心位置からのずれ量ΔＧ（ｎ，ｍ）とマイクロレンズアレイ１の焦点距離Ｌを用いて下記式で算出できる。
【００３５】
【数３】
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【００３６】
【数４】
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【００３７】
解析演算部３は、数式５と６を積分することによって、マイクロレンズアレイ１に入射する波面Ｗ（Ｘ，Ｙ）を算出することができる。
【００３８】
数式５と６により、高精度な波面計測を行うためには、ΔＧを高精度に算出する必要があり、スポットＳＰの重心位置Ｇを高精度に検出する必要があることがわかるが、本実施例はこれを満足している。
【００３９】
本実施例によれば、隣接する２つの重心位置の距離Ｄを用いて、重心位置を計算する領域Ｃを設定する。領域Ｃは、スポットが重なっている領域ではスポットよりも小さくされ、その結果、重なり面積が減少している。本実施例では、図６に示すように、一部が重なっているスポットＳＰ（２，３）、ＳＰ（２，２）、ＳＰ（３，２）には、領域Ｃ（ｎ，ｍ−１）、Ｃ（ｎ，ｍ）、Ｃ（ｎ＋１，ｍ）が設定され、これらの領域Ｃの重なり面積はゼロになっている。このため、領域Ｃに基づいて波面を算出することによって一部が重なっているスポットに対してもクロストークを低減することができ、波面計測精度とダイナミックレンジを維持することができる。また、ＸとＹ方向で個別に領域Ｃを設定することで、Ｘ、Ｙ方向それぞれに対して最適な重心位置検出を行うことができる。
【実施例２】
【００４０】
実施例１では、Ｓ３０において、仮の重心位置検出領域において強度が最高となる受光素子２０をスポットの仮の重心位置としているが、本実施例では、光学系の設計値を用いた演算により仮の重心位置を決定する点で実施例１と相違する。
【００４１】
図９は、解析演算部３によって実行される、本実施例の波面計測方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）の略である。
【００４２】
まず、解析演算部３は、マイクロレンズアレイ１への入射波面を計算する（Ｓ４０）。マイクロレンズアレイ１への入射波面は、被検光学系の設計値と光線追跡などの手法を用いて計算される。
【００４３】
次に、解析演算部３は、マイクロレンズアレイ１への入射波面から仮の重心位置を決定する（Ｓ４１）。各マイクロレンズアレイ１に入射する波面の傾斜ｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＸ、ｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＹとすると、理想的な重心位置からのずれ量ΔＧｘ（ｎ，ｍ）、ΔＧｙ（ｎ，ｍ）は下記式で表わされる。
ΔＧｘ（ｎ，ｍ）＝Ｌ・ｔａｎ｛ｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＸ｝           （７）
ΔＧｙ（ｎ，ｍ）＝Ｌ・ｔａｎ｛ｄＷ（ｎ，ｍ）／ｄＹ｝           （８）
理想的な重心位置座標はＧｉｘ（ｎ，ｍ）、Ｇｉｙ（ｎ，ｍ）であるから、仮の重心位置Ｇｔは（Ｇｉｘ（ｎ，ｍ）＋ΔＧｘ（ｎ，ｍ），Ｇｉｙ（ｎ，ｍ）＋ΔＧｙ（ｎ，ｍ））と決定できる。
【００４４】
Ｓ４２〜Ｓ４７はＳ３１〜Ｓ３６と同様である。
【００４５】
本実施例では、光学系の設計値を用いた演算により仮の重心位置を決めて重心位置検出領域を予め設定しておくことできるため、実施例１に比べ重心位置を検出するまでの時間を短縮でき、リアルタイムでの波面収差計測が可能となる。
【００４６】
また、１次元での光線追跡結果から、仮の重心位置Ｇｔを中心のレンズアレイから各レンズアレイまでの距離Ｒの関数として表わすことで、簡易な計算で仮の重心位置を２次元で算出することができる。回転対称成分が主成分となる波面を計測する場合は、１次元のみの計算で十分な精度を得ることができる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例は、重心位置間距離に応じて各スポットに対する光強度の閾値を設定し、閾値以上の光強度を有する受光素子２０を用いて領域の重心位置を検出する。図１０は、解析演算部３によって実行される、本実施例の波面計測方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）の略である。
【００４８】
仮の重心位置を決定するステップ（Ｓ５０）は、実施例１におけるＳ３０、または実施例２におけるＳ４０とＳ４１により行う。仮の重心位置間距離を算出するステップＳ５１も、実施例１、２と同様にして行う。
【００４９】
次に、解析演算部３は、Ｓ５１で算出した仮の重心位置間距離Ｄに応じて光強度の閾値Ｔｈ（ｎ，ｍ）を設定する（Ｓ５２）。例えば、仮の重心位置間距離Ｄがマイクロレンズアレイ１のピッチＰと同程度かそれより以上の場合の閾値Ｔｈ（ｎ，ｍ）を、レンズアレイによる集光スポットの主ピークとサブピークの比で決定してもよい。例えば、レンズアレイの形状が矩形の場合は、閾値をスポットにおいて強度が最高となる受光素子２０の約４％に設定する。また、仮の重心位置間距離ＤがピッチＰ以下の場合の閾値Ｔｈ（ｎ，ｍ）を設定する。仮の重心位置間距離Ｄが短くなるにつれて、重心位置検出をする際に隣接スポットとの強度情報が含まれてくる。そのため、隣接スポットの影響を低減するためには、閾値を高く設定し、実施例１、２のように領域Ｃを小さくする必要がある。そこで、Ｄ＜Ｐの場合には、重心位置間距離Ｄに反比例して閾値を高く設定する。即ち、
距離Ｄが第１の値のときに各スポットに対して光強度の閾値として第１の閾値を設定し、距離Ｄが第１の値よりも小さい第２の値のときに閾値として第１の閾値よりも大きな第２の閾値を設定する。
【００５０】
次に、解析演算部３は、仮の重心位置を中心として、重心位置間隔距離Ｄｘ（ｎ，ｍ）、Ｄｙ（ｎ，ｍ）を有するスポットにおいて、Ｓ５２で決定した閾値Ｔｈ（ｎ，ｍ）以上となる受光素子２０を領域Ｃとして設定する（Ｓ５３）。
【００５１】
次に、解析演算部３は、Ｓ５３で設定した領域で、数式１、２を用いて重心位置を検出する（Ｓ５４）。Ｓ５５〜Ｓ５７はＳ３４〜Ｓ３６と同様である。
【００５２】
各スポットの強度に応じて閾値を設定することで、特許文献３に記載されているように受光センサ２内での強度ムラに対応した重心検出が可能となる。また、本実施例のように、各スポットの重心位置間距離を用いて閾値を設定する条件を追加することで、クロストークを低減することができ、より高精度でダイナミックレンジの広い重心位置検出が可能となる。
【００５３】
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形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
シャック・ハルトマンセンサは光学系の波面を計測する用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…マイクロレンズアレイ、３…解析演算部、１０…マイクロレンズ、２０…受光素子
【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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