(57)【要約】【課題】  高画質な光学系を提供すること。【解決手段】  被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップとを含むことを特徴とする計測方法。【選択図】  図２
2019191121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、
前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、
前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、
前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、
前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップとを含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記被検光学系を互いに異なる複数の方向に透過させた複数の透過光の透過波面を計測することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記波面収差の各収差成分は、楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数であることを特徴とする請求項１または２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記係数情報は、前記波面収差の各収差成分の大きさに応じて異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項５】
前記被検光学系の結像性能に関する評価値は前記被検光学系のＭＴＦであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項６】
被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、
前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、
前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、
前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、
前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップと、
前記光学素子の位置ずれ量に基づいて前記光学素子の位置を調整するステップを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項７】
光源と、
前記光源からの光を被検光学系に入射させる入射光学系と、
前記被検光学系を透過した透過光が入射する出射光学系と、
前記出射光学系を介して前記透過光を受光する波面センサと、
前記波面センサの出力に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を演算する演算部を有し、
前記演算部は、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度と、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報とを取得し、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を算出することを特徴とする計測装置。
【請求項８】
前記入射光学系は、前記光源からの光を前記被検光学系に複数の方向から入射させる複数のレンズを有し、
前記出射光学系は、前記被検光学系を透過した複数の透過光を透過させる複数のレンズを有することを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記入射光学系は、前記光源からの光を前記被検光学系に互いに異なる複数の方向から入射させる複数のレンズを有し、
前記出射光学系は、前記被検光学系を透過した複数の透過光を反射させて前記被検光学系に入射させる複数のミラーを有することを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記複数のミラーは入射した光の一部を透過させるミラーを含むことを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
光源と、
前記光源からの光を被検光学系に入射させる入射光学系と、
前記被検光学系を透過した透過光が入射する出射光学系と、
前記出射光学系を介して前記透過光を受光する波面センサと、
前記波面センサの出力に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を演算する演算部を有し、
前記演算部は、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度と、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報とを取得し、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を算出し、
前記光学素子の位置ずれ量に基づいて前記光学素子の位置を調整する調整部を有することを特徴とする調整装置。
【請求項１２】
被検光学系を組み立てるステップと、
前記被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、
前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、
前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、
前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、
前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップと、
前記光学素子の位置ずれ量に基づいて前記光学素子の位置を調整するステップを含むことを特徴とする光学系の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系の波面を計測することにより、光学系を構成する光学素子の位置ずれ量を計測する計測方法、調整方法及び光学系の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系を構成する光学素子の配置に誤差が生じた場合、光学系の結像性能が低下する。光学系の結像性能の低下を防ぐために、光学系の波面収差を計測し、波面収差を小さくするように光学系の各光学素子の位置を調整する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示されている偏心量計測方法では、被検光学系から出射した光の波面データから所定の収差成分を抽出し、偏芯収差感度を用いて偏芯量を算出している。
【０００４】
特許文献２で開示された方法によれば、計測された透過波面の収差成分と、各調整箇所の敏感度（影響度）から、収差成分を小さくするための被検光学系の調整量を算出している。
【０００５】
特許文献１、２に記載された方法は、光学系の収差を小さくすることで、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の値を含む結像性能を向上させることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−９５３１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−９５７５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｓｅｐｈ  Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ６．４，Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１によれば、ＭＴＦは収差成分によって変化する。このことは、収差の２乗和根号で代表される収差量を小さくするように光学系を調整しても、必ずしもＭＴＦが向上しないことを意味する。また、光学系の用途に応じて低減すべき収差成分が異なる場合、一律に収差を小さくしても所望の結像性能が得られないことがある。
【０００９】
本発明は、所望の結像性能を有する光学系を実現するための光学素子の位置ずれ量を計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての計測方法は、被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の一側面としての調整方法は、被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップと、前記光学素子の位置ずれ量に基づいて前記光学素子の位置を調整するステップを含むことを特徴とする調整方法。
【００１２】
本発明の他の一側面としての光学系の製造方法は、被検光学系を組み立てるステップと、前記被検光学系を透過した透過光の透過波面を計測するステップと、前記透過光の透過波面に基づいて前記被検光学系の波面収差の各収差成分を取得するステップと、前記被検光学系の光学素子を位置ずれさせた際に変化する前記波面収差の各収差成分の敏感度を取得するステップと、前記被検光学系の結像性能に関する評価値と前記波面収差の各収差成分の相関を高めるための係数情報を取得するステップと、前記波面収差の各収差成分と前記各収差成分の敏感度と前記係数情報を用いて前記被検光学系の光学素子の位置ずれ量を求めるステップと、前記光学素子の位置ずれ量に基づいて前記光学素子の位置を調整するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所望の結像性能を有する光学系を実現するための光学素子の位置ずれ量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における計測装置の概略図
【図２】実施例１における位置ずれ量の計算方法に関するフローチャート
【図３】実施例２における計測装置の概略図
【図４】実施例２における計測装置の変形例の説明図
【図５】実施例３における光学系の製造方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１の計測装置１０の概略図を示している。実施例１の計測装置１０は、光源１０１、１０２、１０３、投光レンズ（入射光学系）１１１、１１２、１１３、受光レンズ（出射光学系）１３１、１３２、１３３、波面センサ１４１、１４２、１４３、コンピュータ（演算部）１５０を備える。被検光学系１２０は、例えばカメラの撮像光学系やプロジェクタの投射光学系等の光学系であり、複数の光学素子を備えている。光学系を構成する複数の光学素子はレンズに限られず、ミラー、回折光学素子、プリズム等の光学素子を含んでいてもよい。被検光学系１２０を構成する複数の光学素子は３つ以上であっても良いが、本実施例においては２つの光学素子１２１、１２２を備える場合について説明する。
【００１７】
実施例１の計測装置１０は、被検光学系１２０を構成する光学素子の位置ずれ量を計測する。光学素子の位置ずれは、光学素子の光軸方向（図１におけるＺ軸方向）の並進による位置ずれ、光軸に垂直な方向（図１におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向）の並進による位置ずれ、光軸に垂直な軸（図１におけるＸ軸、Ｙ軸）周りの回転による位置ずれを意味する。
【００１８】
レーザダイオード等の複数の光源１０１、１０２、１０３からの光はファイバを経由して投光レンズ１１１、１１２、１１３に照射される。複数の投光レンズ１１１、１１２、１１３から射出した光は平行光となって被検光学系１２０に対して互いに異なる方向から照射される。被検光学系１２０を透過した複数の透過光は、受光レンズ１３１、１３２、１３３を経由して、シャックハルトマンセンサ等の波面センサ１４１、１４２、１４３で受光される。
【００１９】
複数の波面センサ１４１、１４２、１４３に接続されたコンピュータ１５０は、波面センサから出力される信号に基づいて複数の透過光の波面収差成分を算出し、複数の透過光の波面収差成分に基づいて、被検光学系１２０内の光学素子の位置ずれ量を算出する。
【００２０】
図２は、光学素子の位置ずれ量の計算方法に関するフローチャートを示している。ステップＳ１１では、複数の波面センサ１４１、１４２、１４３を用いて被検光学系１２０の透過波面を計測する。ステップＳ１２では、計測した透過波面を楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングし、その係数を得る。ステップＳ１３では位置ずれ量を求めたい光学素子の位置ずれ量敏感度を計算する。ステップＳ１４では、収差成分に掛ける重み（係数情報）を計算する。ステップＳ１５では、波面収差成分と、位置ずれ量敏感度と、重みを用いて光学素子の位置ずれ量を計算する。
【００２１】
図１に示したように、複数の透過光が３つの場合を想定する。また、求めたい位置ずれ量Ａが、光学素子１２１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の平行移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、光学素子１２２のＸ軸周りの回転量ΔθＸ、Ｙ軸周りの回転量ΔθＹである場合について、説明する。
【００２２】
【数１】
2019191121.tif 000003
【００２３】
ステップＳ１１における計測方法には、波面センサを用いる。波面センサにはシャックハルトマンセンサやシアリング干渉計等を用いることができる。
【００２４】
シャックハルトマンセンサは、入射した光の波面（位相分布）を、マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズによって分割および集光する。そして複数の集光スポット像として撮像される。マイクロレンズアレイに入射する波面の傾斜に応じて、集光スポットの重心位置がずれて集光され、集光スポットの重心位置ずれ量から波面の傾斜を算出し、２次元の位相分布を算出する。
【００２５】
シアリング干渉計の事例の１つであるＴａｌｂｏｔ干渉計は、２次元回折格子によって入射した光を回折させ、透過光（０次光）と回折光（例えば１次光）の干渉によって生じる干渉縞として撮像する。干渉縞の縦縞、横縞の明暗の位相を位相シフト法、フーリエ変換法等の既知の手法で求める。求めた位相が入射した光の微分波面に相当するため、これを積分することで、入射した光の波面を算出する。
【００２６】
光軸と同軸の透過光の強度分布は円形になるが、光軸外の透過光の強度分布は円形ではなくなる。このような非円形領域の波面収差を成分分解する際にステップＳ１２では、楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式を用いることがある。楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式とは、楕円領域で直交化したＺｅｒｎｉｋｅ多項式である。楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式をＥＺ、円形Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式をＣＺ、瞳内の座標系をｘ、ｙ、ｘ軸方向の直径２ａ、軸方向の直径２ｂのとき、楕円Ｚｅｒｎｉｋｅは以下の式（２）となる。
【００２７】
【数２】
2019191121.tif 000004
【００２８】
なお、式中のｊはＺｅｒｎｉｋｅ多項式の項番号を示す。楕円Ｚｅｒｎｉｋｅの３６項まで求める場合、ステップＳ１２で取得される波面収差成分は、以下の式（３）で表される。ただし、式（３）における上付き添え字が像高番号、下付き添え字がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の項番号を示す。
【００２９】
【数３】
2019191121.tif 000005
【００３０】
ステップＳ１３では、光学素子１２１、１２２の位置ずれ量敏感度Ｓを求める。位置ずれ量敏感度Ｓは各光学素子が単位量だけ平行移動または回転したときの収差成分の変化量であり、以下の式（４）で表現できる。
【００３１】
【数４】
2019191121.tif 000006
【００３２】
ステップＳ１４では、各収差成分に掛ける重み係数（係数情報）ｗを求める。重みを掛けた重み付き収差成分ｗＥは以下の式（５）となる。
【００３３】
【数５】
2019191121.tif 000007
【００３４】
重み係数ｗは、重み付き収差成分ｗＥの総和である重み付き収差量Ｒを小さくすれば、光学系の結像性能に関する評価値Ｍが向上するように設定する。すなわち、重み付き収差量Ｒと光学系の結像性能に関する評価値Ｍが負の相関を高めるように重み係数（係数情報）ｗを設定する。光学系の結像性能に関する評価値ＭとはＭＴＦの評価値に代表される解像度や像の歪みの程度等を示す。実施例１では、式（６）に示すように、光学系の結像性能に関する評価値ＭをＭＴＦの平均値とし、式（７）に示すように、重み付き収差量Ｒを重み付き収差成分ｗＥの２乗和根号とする。
【００３５】
【数６】
2019191121.tif 000008
【００３６】
【数７】
2019191121.tif 000009
【００３７】
まず、複数の重み付き収差量Ｒｋと、各重み付き収差量Ｒｋに対応する光学系の結像性能に関する評価値Ｍｋを計算する。ｋは複数の重み付き収差量Ｒと光学系の結像性能に関する評価値Ｍに対する通し番号である。Ｒｋは光学素子１２１、１２２の位置ずれ量敏感度Ｓとランダムに与えた位置ずれ量Ｂｋを用いて計算すると、被検光学系１２０の特性を考慮した相関を求めやすい。
Ｒｋ＝Ｒ（ｗＥｋ）      ・・・（８）
Ｅｋ＝Ｅ０＋ＳＢｋ      ・・・（９）
【００３８】
【数８】
2019191121.tif 000010
【００３９】
式（９）におけるＥ０は、被検光学系１２０の収差成分の設計値とする。光学系の結像性能に関する評価値Ｍｋは収差成分Ｅｋが決まれば、非特許文献１に記載された計算方法により計算することができる。
【００４０】
次に、光学系の結像性能に関する評価値Ｍｋと重み付き収差量Ｒｋの関係を線形近似する。次式のａが傾き、ｂが切片、ｎがデータ数を示す。Δは線形近似により得られる直線と各データ（Ｒｋ、Ｍｋ）の乖離を示す。一般には重み付き収差量Ｒが大きいほど、光学系の結像性能に関する評価値Ｍは低下するため、傾きａは負の値となる。
Ｍｋ＝ａＲｋ＋ｂ      ・・・（１１）
【００４１】
【数９】
2019191121.tif 000011
【００４２】
【数１０】
2019191121.tif 000012
【００４３】
【数１１】
2019191121.tif 000013
【００４４】
線形近似により得られる直線と各データ（Ｒｋ、Ｍｋ）の乖離Δが小さくなるように重み係数ｗを決定する。決定方法は、最小２乗法や最急降下法等の既存の手法を用いればよい。このように、光学系の結像性能に関する評価値Ｍと重み付き収差量Ｒの関係を単調減少の線形関数に近づけることで負の相関を高めることができる。
【００４５】
ステップＳ１５では、収差成分Ｅ、重み係数ｗ、位置ずれ量敏感度Ｓを用いて位置ずれ量Ａを計算するステップである。位置ずれ量Ａを決定するためには、次の最小化問題を解けばよい。すなわち、式（１５）に示すφが最も小さくなるように位置ずれ量Ａを決めればよい。このときの位置ずれ量Ａの決定方法についても最小２乗法等の既存の手法を用いればよい。
φ＝ｗＥ−ＳＡ      ・・・（１５）
【００４６】
また式（１５）から明らかであるが、収差成分Ｅに重みｗを掛ける代わりに、位置ずれ量敏感度Ｓに重み係数の逆数ｗ’を掛けても同様の結果が得られる。この場合は次式で示すφ’を小さくするように位置ずれ量Ａを求めればよい。
【００４７】
【数１２】
2019191121.tif 000014
φ＝Ｅ−ｗ’ＳＡ      ・・・（１７）
【００４８】
以上のステップにより被検光学系１２０内の光学素子１２１、１２２の位置ずれ量を求めることができる。
【００４９】
さらに、ステップＳ１６ではステップＳ１５で求めた位置ずれ量に従って、被検光学系１２０の光学素子の位置と角度の少なくとも一方を調整する。この調整は、位置ずれ量を指示する画面を見ながら人が光学素子の位置を角度の少なくとも一方を変化させる送りねじ等の調整部を介して調整してもよい。また、位置ずれ量を調整装置２０から受信した不図示のロボット（コンピュータ）が調整部を操作して自動で調整するようにしてもよい。
【００５０】
これにより、被検光学系１２０を所望の結像性能を有する光学系に調整することができる。
【００５１】
実施例１では、説明を簡略化するため、特定の場合について記載したが、本発明は実施例１における上記の構成に限られない。
【００５２】
例えば、実施例１では、透過光を３つとしたがこれに限らない。紙面に垂直な方向も含めて更に多くの透過光を計測してもよい。
【００５３】
また、複数の透過光の計測方法として複数の光源、投光レンズ、受光レンズ、波面センサを備える構成を説明したが、各１つしか使用せず、駆動して計測してもよい。
【００５４】
本実施例において、光源１０１、１０２、１０３はそれぞれ別の光源を用いたが、例えば１つの光源からの光を分割することにより被検光学系１２０に対して異なる角度で光を入射させるようにしても良い。
【００５５】
また、投光レンズ（入射光学系）１１１，１１２，１１３および受光レンズ（出射光学系）１３１，１３２，１３３は単レンズで示しているが、それぞれ複数のレンズを含むように構成しても良い。
【００５６】
また、被検光学系を一方向に透過させた透過光の透過波面のみを用いて位置ずれ量を算出するようにしても良い。
【００５７】
被検光学系１２０は、カメラやプロジェクタ以外の光学装置に用いられる光学系であってよく、特に組み立て中の光学系の光学素子の位置ずれ量の計測に適している。実施例１では収差成分として楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数を示したが、これ以外の収差成分を用いることもできる。例えば通常のＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数、その他直交関数、縦収差量、横収差量、像面湾曲量であってもよい。
【００５８】
光学系の結像性能に関する評価値Ｍは被検光学系１２０の使用目的によって適切に設定するべきである。例えば周波数ｃより低周波領域を重視する場合は次式でよい。
【００５９】
【数１３】
2019191121.tif 000015
【００６０】
さらに縦横（ｘ，ｙ）２断面のＭＴＦを評価すれば十分な場合は、光学系の結像性能に関する評価値Ｍに次式を用いてもよい。
【００６１】
【数１４】
2019191121.tif 000016
【００６２】
光学系の結像性能に関する評価値Ｍと重み付き収差量Ｒの関係は２次関数で求めてもよいし、単純に両者が負の相関を持つという制約条件のみを指定して重み係数ｗを決定してもよい。
【００６３】
また、複数の光学系内の光学素子の敏感度を用いて重み付き収差量Ｒｋを計算してもよい。これらの場合は重み係数ｗの決定に機械学習を用いた方が、光学系の結像性能に関する評価値と重み付き収差量の相関を高められる場合がある。機械学習を用いる場合、光学系の結像性能に関する評価値Ｍと重み付き収差量Ｒの相関関係を評価点として、自ら評価点を高めるように重み係数ｗを決定する強化学習を用いてもよい。
【００６４】
位置ずれ量敏感度Ｓを用いずにランダムに設定した楕円Ｚｅｒｎｉｋｅ係数から重み付き収差量Ｒｋを作成してもよい。この場合より一般的な重み付き収差量Ｒと光学系の結像性能に関する評価値Ｍの相関関係をつくることができる。
【００６５】
このように、本発明によれば、所望の結像性能を有する光学系を実現するための光学素子の位置ずれ量を計測することができる。また、光学素子の位置ずれ量に基づいて光学素子の位置と角度の少なくとも一方を調整することにより、所望の結像性能を有する光学系を得ることができる。
【実施例２】
【００６６】
図３は本発明の実施例２の計測装置２０の概略構成図を示している。実施例１の図１と共通する部材については同じ番号を記載する。計測装置２０は、光源１０１、１０２、１０３、投光レンズ１１１、１１２、１１３、反射ミラー２０１、２０２、２０３、投受光レンズ２１１、２１２、２１３、ビームスプリッタ２２１、２２２、２２３、波面センサ２３０、コンピュータ２４０を備える。
【００６７】
レーザダイオード等の複数の光源１０１、１０２、１０３からの光はファイバを経由して投光レンズ１１１、１１２、１１３に照射される。複数の投光レンズ１１１、１１２、１１３から射出した光は平行光となってビームスプリッタ２２１、２２２、２２３、投受光系レンズ２１１、２１２、２１３を経由して被検レンズ１２０に照射される。被検光学系１２０を透過した複数の透過光は、反射ミラー２０１、２０２、２０３で反射され、再度被検光学系１２０を透過する。被検光学系１２０を再度透過した複数の透過光は、投受光レンズ２１１、２１２、２１３、ビームスプリッタ２２１、２２２、２２３を経由して波面センサ２３０で受光される。波面センサ２３０に接続されたコンピュータ２４０は、波面センサ２３０から出力される信号に基づいて、波面センサ上で受光した複数の透過光の波面収差成分及び被検光学系１２０内の光学素子１２１、１２２の位置ずれ量を計算する。
【００６８】
被検光学系１２０の焦点距離が長い場合（画角が小さい場合）は、図４に示すように入射した光の一部を反射させて一部を透過させるハーフミラー２０４、２０５を用いても良い。ミラー２０６はハーフミラーであっても良いが、入射した光の全てを反射させるミラーであることが好ましい。
【００６９】
実施例２の位置ずれ量の計算方法に関するフローチャートは、図２の実施例１のフローチャートと同様である。
【００７０】
図２のステップＳ１４に対応する重み係数を取得するステップに関して、像のボケや像の歪みを改善するように重みを設定する方法について説明する。像のボケや像の歪みは対応する収差が存在するため、その収差係数の重みを大きくすればよい。例えば画面内の一部がボケている場合はデフォーカス成分（楕円Ｚｅｒｎｉｋｅの４項）の重みを大きく設定する。波面のうねりを重視する場合、デフォーカス成分のみ特定の像高からの差分の値に設定してもよい。計測系によって変化しやすい楕円Ｚｅｒｎｉｋｅの１〜３項は除いて評価してもよい。
【００７１】
【数１５】
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【００７２】
例えば像のボケの非対称成分を抑えたいときは、コマ収差成分（楕円Ｚｅｒｎｉｋｅの７，８項）と非点収差成分（楕円Ｚｅｒｎｉｋｅの５，６項）の重みを増やせばよい。このように本発明における光学系の結像性能に関する評価値は、ＭＴＦの評価値に代表される解像度の他に像のボケ方や像の歪みといった概念を含むものとする。
【００７３】
このように、本発明の実施例２の計測装置によれば、所望の結像性能を有する光学系を実現するための光学素子の位置ずれ量を計測することができる。また、光学素子の位置ずれ量に基づいて光学素子の位置と角度の少なくとも一方を調整することにより、所望の結像性能を有する光学系を得ることができる。また、光学系の用途に応じて所望の収差成分を抑える調整が可能になる。
【実施例３】
【００７４】
図５は、本発明の実施例３の光学系の製造方法に関するフローチャートである。ステップＳ２０では複数の光学素子を組み合わせて光学系を組み立てる。次に、ステップＳ２１において、例えば実施例１の計測装置１０を利用して、被検光学系１２０を構成する光学素子の位置ずれ量を計測する。ステップＳ２２では光学素子の位置ずれ量の計測結果に基づいて光学素子の位置および角度の少なくとも一方を調整する。ステップ２３では、光学素子の位置ずれを調整したのちの光学系の結像性能を評価する。ステップ２３において、所望の結像性能が得られていれば調整を終了する。ステップＳ２３において、所望の結像性能が得られていない場合はステップＳ２０に戻り、一部の光学素子を差し替えるか、光学素子を収容する鏡筒を交換した上で被検光学系を組み立て直す。被検光学系１２０を構成する光学素子のうち、調整可能な全ての光学素子について上記の手順を経ることで、高画質な光学系を製造することができる。なお、被検光学系１２０について調整可能な光学素子が複数存在する場合において、一部の光学素子について上記の調整を行うことにより光学系の結像性能が所望の基準に達する場合は、全ての光学素子について上記の手順による位置ずれの調整を行う必要はない。
【符号の説明】
【００７５】
１０１、１０２、１０３  光源
１１１、１１２、１１３  入射光学系
１２０  被検光学系
１３１、１３２、１３３  出射光学系
１４１、１４２、１４３  波面センサ
１５０  コンピュータ（演算部）
【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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