(57)【要約】【課題】光量を有効に利用し、かつ、誤差要因となる回折光の影響を抑えて測定することができるレンズアレイ、波面センサ及び波面収差測定装置を供すること。【解決手段】レンズアレイ１は、レンズエレメント３を二次元状に多数隣接して配列し、該レンズエレメント３の微小開口５を光軸に対し直交せしめてなる。レンズエレメント３は、微小開口５が正の屈折力を有し、かつ、外周が３辺以上の辺を有する多角形状体からなり、さらに、光軸方向からみた面の少なくとも２辺が曲線からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズエレメントを二次元状に多数隣接して配列し、該レンズエレメントの微小開口を光軸に対し直交せしめてなるレンズアレイにおいて、前記レンズエレメントは、前記微小開口が正の屈折力を有し、かつ、外周が３辺以上の辺を有する多角形状体からなり、さらに、前記レンズエレメントは光軸方向からみた面の少なくとも２辺が曲線からなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
請求項１記載のレンズアレイにおいて、前記レンズエレメントは少なくとも光軸方向に平行する面の断面形状が前記微小開口の全面にわたって突弧状に盛り上げられた形状に形成されることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のレンズアレイにおいて、二次元状に隣接して配列される多数のレンズエレメントがいずれもその平面形状が同一であることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレンズアレイにおいて、前記微小開口の対向する辺が曲線からなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレンズアレイにおいて、前記微小開口の隣接する辺が曲線からなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項６】
請求項２記載のレンズアレイにおいて、前記微小開口の断面形状が一面のみ突弧状に盛り上げられることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項７】
請求項２記載のレンズアレイにおいて、前記微小開口の断面形状が両面とも突弧状に盛り上げられることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のレンズアレイを備え、前記レンズエレメントの各焦点の位置に撮像素子を設けたことを特徴とする波面センサ。
【請求項９】
請求項８記載の波面センサを備えることを特徴とする波面収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、検査対象となるレンズの波面収差を測定するために用いられるレンズアレイ、波面センサ及び波面収差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波面収差の測定の方法としてシャック・ハルトマン型センサが知られている。例えば、鶴田匡夫著「第４  光の鉛筆」（新技術コミュニケーションズ、１９９７年、２１２頁）に波面測定センサの代表例としての解説がある。
【０００３】
従来のシャック・ハルトマン型センサでは、レンズアレイを構成するレンズエレメントの微小開口の形状が円形、四角形のものが一般的である。
【０００４】
また、レンズエレメントとしては、焦点距離が例えば１０ｍｍである比較的短い凸レンズが用いられ、各レンズエレメントの微小開口が光軸と直交する方向に平面的に並んでいる。微小開口の大きさに相当するレンズエレメントの直径は分割するサイズに依って異なるが、一般に１ｍｍ以下である。
【０００５】
このため制作方法としては、例えば特許第４２９６７７９号にあるように、フォトレジストをエッチングマスクとして用いて微小なレンズアレイを作成する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９６７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レンズアレイを構成するレンズエレメントの微小開口の形状が円形の場合、波面収差の測定に使用できない不感部分ができるために光量に損失が生じる。
【０００８】
シャック・ハルトマン型センサでは光束を細分化するため、光量の損失が発生すると感度が低下する難がある。
【０００９】
また、従来のようにレンズエレメントの微小開口の外周の辺が直線である多角形の場合は、その辺に対して回折による規則的なスポット形状の光芒が生じるため、計測誤差の要因となる。
【００１０】
本願発明では上記問題を解消し、光量を有効に利用し、かつ、誤差要因となる回折光の影響を抑えて測定することができるレンズアレイ、波面センサ及び波面収差測定装置を供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明を例示する第一の態様によるレンズアレイは、レンズエレメントを二次元状に多数隣接して配列し、該レンズエレメントの微小開口を光軸に対し直交せしめてなるレンズアレイにおいて、前記レンズエレメントは、前記微小開口が正の屈折力を有し、かつ、外周が３辺以上の辺を有する多角形状体からなり、さらに、前記レンズエレメントは光軸方向からみた面の少なくとも２辺が曲線からなることを特徴とする。
【００１２】
本願発明を例示する第二の態様による波面センサは、第一の態様によるレンズアレイを備え、前記レンズエレメントの各焦点の位置に撮像素子を設けたことを特徴とする
本願発明を例示する第三の態様による波面収差測定装置は、第二の態様による波面センサを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、光量を有効に利用し、かつ、誤差要因となる回折光の影響を抑えて測定することができるレンズアレイ、波面センサ及び波面収差測定装置を供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明の実施の形態によるレンズアレイを示す概略平面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＩＩ部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図である。
【図３】（Ａ）は本願発明の実施の形態によるレンズアレイを用いた波面センサを示            す部分拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図である。
【図４】本願発明の実施の形態による波面センサを備えた波面収差測定装置を示す概            略平面図である。
【図５】（Ａ）は本願発明の他の実施の形態によるレンズアレイを示す部分拡大平面            図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図である。
【図６】（Ａ）は本願発明のさらに他の実施の形態によるレンズアレイを示す部分拡            大平面図、（Ｂ）は本願発明のまたさらに他の実施の形態によるレンズアレ            イを示す部分拡大平面図である。
【図７】本願発明の実施の形態によるレンズアレイの効果を説明する図で、（Ａ）は            レンズアレイの部分拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図、（Ｃ）は縦軸            を位置とし横軸を光の強度とした図である。
【図８】比較例としてのレンズアレイの図で、（Ａ）はレンズアレイの部分拡大平面            図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図、（Ｃ）は縦軸を位置とし横軸を光の強度と            した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本願発明の実施の形態を示す図面に基づき、レンズアレイ、波面センサ及び波面収差測定装置をさらに詳しく説明する。なお、便宜上同一の機能を奏する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１乃至図４において、１はレンズアレイである。レンズアレイ１はレンズエレメント３を二次元状に多数隣接して配列してなる。上記各レンズエレメント３の各微小開口５は矢示する光軸に対し直交に設けられる。上記各レンズエレメント３の微小開口５は、夫々、正の屈折力を有し、かつ、外周辺が４個３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの四角形状体に形成される。上記レンズエレメント３は光軸方向に平行する面の断面形状が入射面のみ上記微小開口５の全部にわたって突弧状に盛り上げられて形成され、外周辺３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがいずれも曲線からなる。そして対向する外周辺３ａと外周辺３ｃとが夫々外側に向かう突弧状及びこれに対応する内側に向かう凹弧状に形成され、外周辺３ｂと外周辺３ｄとが夫々外側に向かう突弧状及びこれに対応する内側に向かう凹弧状に形成される。
【００１７】
各レンズエレメント３の配列につき、図２（Ａ）に示すように、奇数列目例えば１列目ｍ1と３列目ｍ3では、隣接する各レンズエレメント３は、レンズエレメント３Ａとレンズエレメント３Ａ’とが上下方向に１８０°回転し裏表が反転するように配列され、偶数列目例えば２列目ｍ2と４列目ｍ4では、隣接する各レンズエレメント３は、レンズエレメント３Ｂ’とレンズエレメント３Ｂとが上下方向に１８０°回転し裏表が反転するように配列される。
【００１８】
また、奇数行目例えば１行目ｎ1と３行目ｎ3では、隣接する各レンズエレメント３は、レンズエレメント３Ａとレンズエレメント３Ｂとが左右方向に１８０°回転し裏表が反転するように配列され、偶数行目例えば２行目ｎ2と４行目ｎ4では、隣接する各レンズエレメント３は、レンズエレメント３Ａ’とレンズエレメント３Ｂ’とが左右方向に１８０°回転し裏表が反転するように配列される。
【００１９】
レンズアレイ１は、このように素子の形状が同一のレンズエレメント３を二次元状に多数隣接して配列してなるため、各レンズエレメント３間は隙間なく接している。
【００２０】
上記レンズアレイ１を用いて波面センサ１０を構成する場合を図３に示す。この場合、レンズアレイ１の各レンズエレメント３の焦点には電荷結合素子（ＣＣＤ）からなる撮像素子７が設けられる。
【００２１】
図４は、上記波面センサ１０を備えた波面収差測定装置４０である。該波面収差測定装置４０において、次に述べる各部は光学的・電気的に接続されている。即ち、図示しない光源からファイバ４１にて導かれた光束Ｌがレンズ４２にてコリメートされ、被検レンズ４３に投射される。投射された光束Ｌは被検レンズ４３で集光された後、発散光がレンズ４４によりコリメートされ、上記したレンズアレイ１にて分割集光される。次いで集光された光束Ｌは、波面収差に応じた位置で結像され、上記した撮像素子７で結像位置Ｍが計測される。この計測データはデータ記憶装置４７で記録され、さらに分析装置４８で解析されて表示装置４９に表示される。
【００２２】
図５は本願発明によるレンズアレイの他の実施の形態であり、図１のＩＩ部を拡大した状態を示す。この場合のレンズアレイ１は６辺１３ａ〜１３ｆを有する六角形状体に形成される。いずれの外周辺１３ａ〜１３ｆも円弧状であって、隣接する辺１３ａ、１３ｂ、１３ｃが夫々外側に向かう同一の突弧状に、また隣接する辺１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが夫々内側に向かう同一の凹弧状に形成される。
【００２３】
図５の実施の形態において、レンズエレメント１３の配列の仕方は、図５（Ａ）に示すように、ｍ方向に並べる各列及びｎ方向に並べる各行のいずれも隣接する各レンズエレメント１３は同一の向きに配列される。その余の構成は、前記実施の形態と同様、各レンズエレメント１３が二次元状に多数隣接して配列され、各微小開口１５が光軸に対し直交に設けられ、各微小開口１５が夫々正の屈折力を有し、各レンズエレメント１３の形状が同一である。
【００２４】
図５の実施の形態の場合は、レンズエレメント１３の辺が６辺からなり、円形により近似するため、図２の実施の形態の場合より、回折光の影響がより少ない計測をすることができる。
【００２５】
図６は本願発明によるレンズアレイの外周辺を奇数辺としたさらに他の実施の形態であり、図１のＩＩ部を拡大した状態を示す。
【００２６】
図６（Ａ）は各レンズエレメント２３が３個の辺２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する三角形状体に形成される。外周辺２３ａは内側に向かう凹弧状に、外周辺２３ｂは外側に向かう突弧状に、外周辺２３ｃは外側に向かう突弧状に形成されている。
【００２７】
各レンズエレメント２３の配列につき、ｍ方向に並べる各列及びｎ方向に並べる各行のいずれも隣接する各レンズエレメント２３は逆の向きに配列される。その余の構成は、前記実施の形態と同様、各レンズエレメント２３が二次元状に多数隣接して配列され、各微小開口２５が光軸に対し直交に設けられ、各微小開口２５が夫々正の屈折力を有し、各レンズエレメント２３の形状が同一である。
【００２８】
図６（Ｂ）は、各レンズエレメント３３が５個の辺３３ａ〜３３ｅを有する五角形状体に形成される。該５個の辺３３ａ〜３３ｅは交互に外方又は内方に向かう弧状の曲線からなる。即ち、レンズエレメント３３Ａにつき、外周辺３３ａは外側に向かう突弧状に、外周辺３３ｂは内側に向かう凹弧状に、外周辺３３ｃは外側に向かう突弧状に、外周辺３３ｄは内側に向かう凹弧状に、外周辺３３ｅは外側に向かう突弧状に形成される。該レンズエレメント３３Ａに隣接される３３Ａ’は弧状に形成される外周辺の内側又は外側に向く向きが、上記レンズエレメント３３Ａの向きとは反対になるように形成される。各レンズエレメント３３の配列につき、ｍ方向に並べられる各列の各レンズエレメント３３は、矢印ｎ方向に隣接する素子同士、例えばレンズエレメント３３Ａとレンズエレメント３３Ａ’とは同一の向きに配列される。また奇数列目と偶数列目例えば１列目と２列目ごと、３列目と４列目ごとのように組が形成され、各組ごとに矢印ｍ方向に隣接する素子同士、例えばレンズエレメント３３Ａとレンズエレメント３３Ｂとが逆の向きに配列される。その余の構成は、前記実施の形態と同様、各レンズエレメント３３が二次元状に多数隣接して配列され、各微小開口３５が光軸に対し直交に設けられ、各微小開口３５が夫々正の屈折力を有し、各レンズエレメント３３の形状が同一である。
【００２９】
ここで図７及び図８に基づき、回折光による測定誤差について述べる。
【００３０】
図７に示すように、本願発明においてはレンズエレメント３の外周辺が曲線からなるため、外周辺が直線からなる場合に比し、回折光５０が分散され、局所的に生じる回折光である±１次光５０ａが減少する。よって図７（Ｃ）に示すように、±１次光５０ａの強度が小となり、回折光の影響を抑制することができ、計測誤差を可及的に防止することができる。
【００３１】
この点につき、図８に示すように、レンズエレメント３０の外周辺が直線から構成される場合には、回折光５０の影響が強く生ずるため、強度が大きい±１次光５０ｂにより結像位置Ｍ’に誤差が生じ易いのである。
【００３２】
本願発明によるレンズアレイ１は上記した実施の形態に制限されることはない。例えば、辺をなす外周辺のすべては曲線である必要はなく、少なくとも２箇の外周辺が曲線であれば足りる。
【００３３】
レンズエレメントの外周辺の曲線は任意であり、突弧状、凹弧状だけでなく、波状その他の曲線形状であっても、隣接する他の外周辺と隙間なく接することができるものであれば形状の如何を問わない。
【００３４】
また、レンズエレメントの外周辺の曲線は上記実施の形態のように規則的なものであってもよいが、規則性のないものであっても、各レンズエレメント間が隙間なく接することができるものであればよい。
【００３５】
また、レンズエレメントの外周辺の頂点部には多少のアールの存在が許される。しかし、この場合、光量の損失が生ずるため、頂点部にアールを設けない上記実施の形態のようにするのが望ましい。
【００３６】
また、上記微小開口の断面形状は入射面だけでなく、その反対側の面も突弧状に盛り上げられてもよい。
【００３７】
さらに、レンズエレメントは７辺以上からなる多角形状体であってもよい。また、撮像素子としては、ＣＣＤの外に、撮像管、ＣＭＯＳが考えられる。
【００３８】
また、レンズエレメントは少なくとも光軸方向に平行する面の断面形状が前記微小開口の全面にわたって突弧状に盛り上げられた形状に形成されてもよい。
【００３９】
また、二次元状に隣接して配列される多数のレンズエレメントがいずれもその平面形状が同一であってもよい。
【００４０】
また、微小開口の対向する辺が曲線からなっていてもよい。
【００４１】
また、微小開口の隣接する辺が曲線からなっていてもよい。
【００４２】
また、微小開口の断面形状が一面のみ突弧状に盛り上げられていてもよい。
【００４３】
また、微小開口の断面形状が両面とも突弧状に盛り上げられていてもよい。
【００４４】
以上のように、レンズエレメントの配列につき、各レンズエレメントはいずれもその平面形状が同一であるため相互に隙間なく接することができるから、波面収差の測定に使用できない不感部分を生じない。よって光量の損失が防止され、光量の確保をすることができるから、感度の低下を防止する効果がある。
【００４５】
また、各レンズエレメントの微小開口の外周辺が円弧状の曲線からなるため、一次回折リングなどの強度が少なく、このため、回折光の影響を抑制することができる。よって計測誤差を可及的に防止することができる。
【００４６】
さらに、計測誤差を減少することができるため、焦点距離を短小化することができ、各レンズエレメントの薄型化及びこれによる装置全体の薄型化に寄与する。
【００４７】
また、回折光の影響が少ないことから、レンズエレメントの微小開口と焦点距離の割合を変えて口径比を大きくできるため、波面計測精度を高める効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本願発明によるレンズアレイは、波面センサ、波面収差測定装置だけでなく、例えば望遠鏡、カメラ、コピー機、ファクシミリ機、プリンタ等の光学機器一般に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１      レンズアレイ
３      レンズエレメント
３ａ    外周辺
３ｂ    外周辺
３ｃ    外周辺
３ｄ    外周辺
５      微小開口
７      撮像素子
１０    波面センサ
１３    レンズエレメント
１３ａ  外周辺
１３ｂ  外周辺
１３ｃ  外周辺
１３ｄ  外周辺
１３ｅ  外周辺
１３ｆ  外周辺
１５    微小開口
２３    レンズエレメント
２３ａ  外周辺
２３ｂ  外周辺
２３ｃ  外周辺
２５    微小開口
３３    レンズエレメント
３３ａ  外周辺
３３ｂ  外周辺
３３ｃ  外周辺
３３ｄ  外周辺
３３ｅ  外周辺
３５    微小開口
４０    波面収差測定装置
４１    ファイバ
４２    レンズ
４３    被検レンズ
４４    レンズ
４７    データ記憶装置
４８    分析装置
４９    表示装置
５０    回折光
５０ａ  ±１次光
５０ｂ  ±１次光
Ｌ      光束
Ｍ      結像位置
Ｗ      波面
【図１】
2011164360.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011164360.tif 000007
【図６】
2011164360.tif 000008
【図７】
2011164360.tif 000009
【図８】
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