(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光を分割した光を集光して複数の光のスポットを形成する複数のレンズを備え、
前記各レンズが、レンズ部材と、前記レンズ部材の周縁部を含む内側の領域に対応して設けられ、光の一部が透過する遮光部材と、を有し、
前記各レンズの配置間隔をｐ、前記被検光の波長をλ、前記各レンズの焦点距離をｆ、虚数単位をｉ、Ｎを２以上の整数、前記各レンズの周縁部における電場透過係数の絶対値をΔ１としたとき、前記各レンズの周縁部から内側へ距離δｊ離れた位置で、電場透過係数の絶対値が変化量Δｊ、前記各レンズの周縁部から内側へ向かってステップ状に増加し、ｐ、λ、ｆ、δｊは同じ単位であり、かつ
【数１】
0006622515.tif 000039
を満たすように、前記遮光部材が形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
【数２】
0006622515.tif 000040
を満たすように、前記遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
ｍを２以上Ｎ以下の整数としたとき、
【数３】
0006622515.tif 000041
を満たすように、前記遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
【請求項４】
０以上ｍ未満の全ての整数ｋについて、
【数４】
0006622515.tif 000042
を満たすように、前記遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイ。
【請求項５】
Ｎ≧３であることを特徴とする請求項３又は４に記載のレンズアレイ。
【請求項６】
ｍ＝２であることを特徴とする請求項３又は４に記載のレンズアレイ。
【請求項７】
【数５】
0006622515.tif 000043
であることを特徴とする請求項６に記載のレンズアレイ。
【請求項８】
Ｎ＝２であることを特徴とする請求項６に記載のレンズアレイ。
【請求項９】
Ｎ≦２０であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項１０】
前記遮光部材が、前記レンズ部材の表面に形成された金属膜であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項１１】
前記遮光部材の膜厚で前記電場透過係数の絶対値が設定されていることを特徴とする請求項１０に記載のレンズアレイ。
【請求項１２】
前記各レンズの周縁部が円形又は多角形であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のレンズアレイと、
前記レンズアレイに対向して配置され、前記複数のスポットの像を撮像する撮像素子と、を有する波面センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の波面センサと、
前記波面センサの検知結果に基づき、前記被検光の波面データを算出する演算部と、を有する波面計測装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の波面計測装置と、
光源と、
前記光源からの光を被検物に導き、前記被検物で反射した光を前記被検光として前記波面計測装置に導く光学系と、を備え、
前記演算部が、前記波面データに基づき、前記被検物の形状を算出する形状計測装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の波面計測装置と、
光源と、
前記光源からの光を被検物に導き、前記被検物を透過した光を前記被検光として前記波面計測装置に導く光学系と、を備え、
前記演算部が、前記波面データに基づき、前記被検物の収差を算出する収差計測装置。
【請求項１７】
ワークを加工して光学素子を製作する加工工程と、
請求項１５に記載の形状計測装置で前記光学素子の形状を計測する形状計測工程と、を備えた光学素子の製造方法。
【請求項１８】
ワークを加工して光学素子を製作する加工工程と、
請求項１６に記載の収差計測装置で前記光学素子の収差を計測する収差計測工程と、を備えた光学素子の製造方法。
【請求項１９】
ワークを加工して光学素子を製作する加工工程と、
請求項１５に記載の形状計測装置で前記光学素子の形状を計測する形状計測工程と、
請求項１６に記載の収差計測装置で前記光学素子の収差を計測する収差計測工程と、を備えた光学素子の製造方法。
【請求項２０】
光学素子を有する光学機器を製作する製作工程と、
請求項１４に記載の波面計測装置で前記光学機器からの出射光の波面を計測する波面計測工程と、を備えた光学機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイのレンズに設けられた遮光部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学系を有するカメラ、光学ドライブ、露光装置などの光学機器は、光学系の小型化のため、非球面光学素子（ミラーやレンズ等）の導入が一般的になりつつある。高品質の非球面光学素子を効率良く生産するためには、非球面光学素子の形状を簡便に評価する計測技術が必要である。
【０００３】
そのような計測技術として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ：ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  ａｒｒａｙ）と撮像素子を備えたシャックハルトマンセンサ（ＳＨＳ：Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ  ｓｅｎｓｏｒ）による計測方法がよく知られている。非球面レンズなどの被検物に対して投光された光が反射すると、その光は被検物の形状を反映した波面の光（被検光）として伝搬する。その被検光をＳＨＳで検知することで簡単に波面の計測ができ、ひいては波面の計測データを通じて被検物の形状を計測することができる。
【０００４】
被検光がＳＨＳのＭＬＡに入射すると、撮像素子上に複数のスポットが形成される。そのスポットを撮像し、それぞれのスポット位置を検出する。検出されたスポット位置から各マイクロレンズに入射した光線の入射角度を算出し、この光線の入射角度分布から被検光の波面のデータを簡単に算出することができる。
【０００５】
ところで、ＳＨＳによる計測を高解像度化するためには、ＭＬＡを構成するマイクロレンズのピッチを狭める必要がある。しかし、各マイクロレンズに光が入射すると、その周縁部に起因して回折光が発生する。そのため、上記ピッチを狭めると、隣接するマイクロレンズで生じた回折光の電場がスポットの電場に干渉して干渉縞を形成することとなり、スポット像が歪み、波面計測精度が低下する。したがって、ＳＨＳの高解像度化と高精度化とを両立するためには、隣接するマイクロレンズが形成するスポットの近傍での回折光を抑制する必要がある。
【０００６】
これに対し、特許文献１には、レンズの周縁部に向かって光透過率が１００％、６０％、３０％と段階的に減少するアパーチャ部材を各マイクロレンズに付加したＳＨＳの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２８１９号公報
【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、特許文献１に記載のアパーチャ部材では、隣接するレンズにより生じたスポットに回折光が干渉するのを十分に抑制することはできなかった。そのため、レンズにより形成される光のスポットの歪みを十分に抑制することができず、十分な波面計測精度を得ることができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、回折光による光のスポットの歪みを効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレンズアレイは、被検光を分割した光を集光して複数の光のスポットを形成する複数のレンズを備え、前記各レンズが、レンズ部材と、前記レンズ部材の周縁部を含む内側の領域に対応して設けられ、光の一部が透過する遮光部材と、を有し、前記各レンズの配置間隔をｐ、前記被検光の波長をλ、前記各レンズの焦点距離をｆ、虚数単位をｉ、Ｎを２以上の整数、前記各レンズの周縁部における電場透過係数の絶対値をΔ１としたとき、前記各レンズの周縁部から内側へ距離δｊ離れた位置で、電場透過係数の絶対値が変化量Δｊ、前記各レンズの周縁部から内側へ向かってステップ状に増加し、ｐ、λ、ｆ、δｊは同じ単位であり、かつ
【００１１】
【数１】
0006622515.tif 000002
を満たすように、前記遮光部材が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回折光による光のスポットの歪みを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る波面計測装置を示す模式図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係るレンズアレイの正面図、（ｂ）は第１実施形態に係るレンズアレイの断面図である。
【図３】（ａ）は第１実施形態におけるレンズに平面波の光を垂直に入射した場合の、焦点面における電場の分布を示すグラフである。（ｂ）は（ａ）の縦軸を拡大したグラフである。
【図４】Ｃｒ膜の光学濃度ＯＤと膜厚Ｌとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図５】撮像素子によって撮像されたスポット像の模式図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態の遮光マスクを有するレンズの光軸から光軸の方向と直交する方向への距離ｒに対する光透過率Ｔを示すグラフである。（ｂ）は第１実施形態の遮光マスクを有するレンズの光軸から光軸の方向と直交する方向への距離ｒに対する電場透過係数の絶対値ｔを示すグラフである。
【図７】第１実施形態におけるｕ１及びｕ２の値を複素平面上で表現したグラフである。
【図８】第２実施形態において、Ｎ＝３としてレンズの光透過率分布を計算した結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、第２実施形態において、焦点面での電場分布とＮの関係を計算した結果を示すグラフである。（ｂ）は、回折光電場の抑制率βとＮの関係を算出した結果を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態において、δの値と回折光電場の抑制率βとの関係を計算した結果を示すグラフである。
【図１１】比較例として、マイクロレンズの焦点面での電場Ｅ’（ｒ）を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は、第３実施形態におけるレンズの光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。（ｂ）は、ｕｊを複素平面上にプロットしたグラフである。
【図１３】（ａ）は、第４実施形態におけるレンズの光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。（ｂ）は、ｕｊを複素平面上にプロットしたグラフである。
【図１４】（ａ）は、第５実施形態におけるレンズの光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。（ｂ）は、ｕｊを複素平面上にプロットしたグラフである。
【図１５】（ａ）は、第６実施形態におけるレンズの光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。（ｂ）は、入射する波面の曲率とスポット検出誤差の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１６】（ａ）は、ＳＨＳで計測できる波面の最小曲率とスポット検出誤差をシミュレーションした結果を示すグラフである。（ｂ）は、焦点面での電場強度をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は第７実施形態に係るレンズアレイの正面図、（ｂ）は第７実施形態に係るレンズアレイの断面図である。
【図１８】第８実施形態に係る形状計測装置を示す模式図である。
【図１９】第９実施形態に係る収差計測装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
（波面計測装置）
図１は、本発明の第１実施形態に係る波面計測装置を示す模式図である。波面計測装置１００は、不図示の光学系を介して、光学素子を有する光学機器２００からの出射光（被検光）の波面１０４を計測する。波面計測装置１００は、波面センサであるシャックハルトマンセンサ（ＳＨＳ）１０１と、演算部である演算機１０３とを備えている。ＳＨＳ１０１は、レンズアレイであるマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１０５と、撮像素子１０７とを有する。
【００１６】
図２（ａ）は、ＭＬＡ１０５の正面図、図２（ｂ）は、ＭＬＡ１０５の断面図である。ＭＬＡ１０５は、被検光を分割した光を集光して複数の光のスポットを形成する複数のマイクロレンズ（レンズ）１０９を有する。複数のレンズ１０９は、図２（ａ）に示すＸＹ平面内においてアレイ状（正方状）に等間隔に配列されている。
【００１７】
各レンズ１０９は、図２（ｂ）に示すように、透明部材で形成されたレンズ部材１１１と、レンズ部材１１１に対応して設けられた遮光部材である遮光マスク１２１と、を有する。遮光マスク１２１は、レンズ部材１１１のレンズ面と共に、レンズ部材１１１の光出射側、つまりレンズ部材１１１の光が透過した側に配置されている。
【００１８】
また、ＭＬＡ１０５は、複数のレンズ部材１１１を接続する接続部材１１２と、接続部材１１２に対応して設けられた遮光マスク１２２と、を有している。接続部材１１２も、レンズ部材１１１と同様の透明部材で形成されている。つまり、複数のレンズ部材１１１と接続部材１１２とは一体に形成されている。遮光マスク１２２は、接続部材１１２の光出射側、つまり接続部材１１２の光が透過した側に配置されている。
【００１９】
レンズ１０９は、その光軸１０９ＣがＺ方向と平行に配置されている。レンズ１０９の周縁部１０９Ａ（レンズ部材１１１の周縁部１１１Ａ）は、光軸１０９Ｃを中心とした半径Ｒの円形である。レンズ１０９の焦点距離はｆである。第１実施形態では、複数のレンズ１０９がピッチ（配置間隔）ｐで正方状に等間隔に配列されている。つまり、互いに隣接する２つのレンズ１０９の光軸１０９Ｃ間の距離がピッチｐである。なお、レンズ１０９の配列は、これに限定するものではなく、六方格子状などの他の配列であっても良い。また、図２ではレンズ１０９が５×５個配列されている場合を示しているが、配列数はこれに限らない。
【００２０】
撮像素子１０７は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどのエリアセンサである。撮像素子１０７は、ＭＬＡ１０５に対向して配置され、ＭＬＡ１０５の複数のレンズ１０９により形成された複数のスポットからなるスポット像を撮像する。ＭＬＡ１０５は、撮像素子１０７の受光面１０７Ａとほぼ平行（平行を含む）に、ほぼ焦点距離（焦点距離を含む）ｆ、離れた位置に配置する。
【００２１】
演算機１０３は、ＳＨＳ１０１の検知結果に基づき、被検光の波面１０４のデータ（波面データ）を算出する。より具体的には、演算機１０３は、撮像素子１０７にてスポット像を撮像して得られた画像を取り込んで被検光の波面データを算出する。
【００２２】
遮光マスク１２２は、接続部材１１２に入射した被検光を遮光するために接続部材１１２を覆って形成されている。遮光マスク１２２は、半径Ｒの円形開口マスクであり、開口の中心はレンズ１０９の光軸１０９Ｃと一致している。遮光マスク１２２を透過する光は無視できる程度に小さく、遮光マスク１２２の光学濃度としては３以上、すなわち光透過率としては０．００１以下であることが望ましい。第１実施形態では、遮光マスク１２２は、Ｃｒ膜によって構成される例を取り上げるが、上記条件を満たせば他の金属膜であっても良いし、金属膜以外のものであっても良い。
【００２３】
図２（ｂ）では、接続部材１１２が平行平板状である例を示しているが、レンズ１０９のレンズ面を外挿するような球面形状を含んでもよい。この場合でも、遮光マスク１２２が存在するために、接続部材１１２がレンズとして機能することはない。そのため、遮光マスク１２２の円形開口がレンズ１０９の周縁部１０９Ａを規定することとなり、レンズ１０９の半径は遮光マスク１２２の円形開口の半径Ｒに一致することとなる。
【００２４】
ここで、比較例として、レンズ１０９が、遮光マスクを有しておらず、透明なレンズ部材１１１のみで構成され、その光透過率が全面に亘って１で均一な場合、即ちレンズ１０９が透明な場合について説明する。平面波からなる光がレンズ１０９に垂直に入射する場合、レンズ１０９の光軸１０９Ｃからｒだけ離れた位置での焦点面における電場の複素振幅（以下、単に電場と記す）Ｅ’０（ｒ）は、フレネルの回折式によって式（１）のように近似される。（参照：鶴田著、「応用光学I」、培風館、１９９０年）
【００２５】
【数２】
0006622515.tif 000003
但し、Ｅ０はレンズ１０９に入射した光の電場強度、λは光の波長、Ｊ１（ｘ）は１次ベッセル関数を表す。
【００２６】
図３（ａ）は、レンズ１０９に平面波の光を垂直に入射した場合の、焦点面における電場の分布を示すグラフである。図３（ｂ）は、図３（ａ）の縦軸を拡大したグラフである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す点線は、例としてｆ＝２．４［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｐ＝０．１［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］を式（１）に代入し、焦点面での電場分布を算出した結果である。縦軸の値は、ｒ＝０で１となるように規格化している。
【００２７】
以下、互いに隣接する２つのレンズ１０９のうち、一方のレンズ１０９に隣接する他方のレンズ１０９が形成する光のスポットを、隣接スポットという。隣接スポットの位置は、被検光の波面の傾きや曲率によって多少は異なるものの、一方のレンズ１０９の光軸１０９Ｃと撮像素子１０７の受光面１０７Ａとの交点からおおよそｐだけ離れた、ｒ＝ｐの位置近傍である。図３（ａ）及び図３（ｂ）の点線で示すように、この領域（ｒ＝０．１［ｍｍ］）では強い回折光電場が発生する。
【００２８】
隣接スポット近傍での回折光を抑制するため、第１実施形態では、各レンズ１０９の遮光マスク１２１は、レンズ部材１１１の周縁部１１１Ａを含む内側の領域に対応してそれぞれ設けられている。そして、各レンズ１０９の遮光マスク１２１は、光の一部が透過するよう構成されている。
【００２９】
具体的には、遮光マスク１２１は、レンズ部材１１１の周縁部１１１Ａから内側に幅λｆ／２ｐのドーナツ状の領域に形成されている。遮光マスク１２１の光透過率は０．２５である。
【００３０】
第１実施形態では、遮光マスク１２１がＣｒからなる金属膜によって構成される。なお、上記条件を満たせば遮光マスク１２１は他の金属で構成された金属膜であっても良いし、金属膜以外のものであっても良い。また、遮光マスク１２１は、必ずしもレンズ部材１１１に接触している必要はない。即ち、遮光マスク１２１は、レンズ部材１１１から離間して配置されていてもよい。
【００３１】
遮光マスク１２１の光透過率は、Ｃｒ膜（金属膜）の膜厚で制御すれば良い。膜厚と光透過率の関係は、例えば、Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ著、『Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｔｅｒｓ』（Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ  Ｌｔｄ，Ｂｒｉｓｔｏｌ，１９８６）、ｐ１１に記載のモデルに基づいてシミュレーションすることができる。
【００３２】
図４は、上述のシミュレーションモデルを用いて、波長６３８［ｎｍ］におけるＣｒ膜の光学濃度ＯＤと膜厚Ｌとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。光学濃度ＯＤと光透過率Ｔは、ＯＤ＝−ｌｏｇ１０Ｔの関係にある。例えば、光透過率０．２５は光学濃度０．６０に相当し、これを満たすためのＣｒ膜の膜厚は図４より９．７［ｎｍ］と求められる。また、膜厚Ｌと光透過率Ｔの関係は、より簡単には、膜の屈折率の虚部κを用いておおよそＴ＝ｅｘｐ（−４πκＬ／λ）と近似されるので、この関係を用いて所望の光透過率を得るための膜厚を求めても良い。更には、膜厚Ｌと光透過率Ｔの関係を予め実験で求めておいても良い。
【００３３】
なお、ＭＬＡ１０５については、遮光マスク１２１，１２２が形成されていない面に、不図示の反射防止膜を形成してもよい。また、図２にはＭＬＡ１０５の出射光側にレンズ面と遮光マスクが形成されている例を示したが、これらは入射側に形成しても良い。
【００３４】
（波面計測手順）
ＳＨＳ１０１を用いた波面計測の手順を説明する。まずは、ＭＬＡ１０５に被検光を入射し、撮像素子１０７の受光面１０７Ａ上に形成される複数のスポット像を撮像する。図５は、撮像素子１０７によって撮像されたスポット像の模式図である。スポット像は、撮像素子１０７が出力する、μ行ν列の画素からの信号Ｉμ，ν（μ＝１、２、・・・、ν＝１、２、・・・）で構成されることとなる。
【００３５】
次に、撮像素子１０７の出力信号Ｉμ，νから、ｇ行ｈ列に位置するレンズ１０９によって形成されたスポットの位置（Ｘｇ，ｈ，Ｙｇ，ｈ）（ｇ＝１、２、・・・、ｈ＝１、２、・・・）を、演算機１０３で検出する。スポット位置を検出する方法としては、例えばスポット像がピークを形成する点近傍の画像を抽出し、その重心を式（２）で求める。
【００３６】
【数３】
0006622515.tif 000004
ここで、ｐｃｃｄは撮像素子１０７の画素のピッチを表す。ｓの値は１〜３程度の値とするが、スポットサイズと撮像素子１０７の画素のピッチｐｃｃｄの関係に応じて適宜調整することが望ましい。第１実施形態では式（２）を用いるが、例えば他の方法として、ガウシアンを初めとするスポットの像を適切に表す式で各スポットの像をフィッティングし、その中心をスポットの位置として求めても良い。
【００３７】
さらに、ＭＬＡ１０５に入射する光線の傾斜（∂ｗ／∂Ｘ，∂ｗ／∂Ｙ）を、式（３）に従って演算機１０３で求める。
【００３８】
【数４】
0006622515.tif 000005
ここで、（Ｘ０，ｇ，ｈ，Ｙ０，ｇ，ｈ）はｇ行ｈ列に位置するレンズ１０９の光軸１０９Ｃの位置、ｌｇ，ｈはｇ行ｈ列目に位置するレンズ１０９と撮像素子１０７の受光面１０７Ａとの距離を表す。
【００３９】
レンズ１０９の光軸１０９Ｃの位置（Ｘ０，ｇ，ｈ，Ｙ０，ｇ，ｈ）は、例えばＡｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．３０、ｐ６４１９に記載の方法で事前に取得しておく。ＳＨＳ１０１は、距離ｌｇ，ｈがなるべくｆに等しくなる様に組み立てられているが、その組立には有限の誤差が存在する。そこで距離ｌｇ，ｈについても、周知の方法で校正し、精密な値を事前に取得しておく。
【００４０】
その後は、演算機１０３にて（∂ｗ／∂Ｘ，∂ｗ／∂Ｙ）を２次元に亘って積分し、被検光の波面１０４をｗ（Ｘ，Ｙ）として求める。
【００４１】
図６（ａ）は、第１実施形態の遮光マスク１２１を有するレンズ１０９の光軸１０９Ｃから光軸１０９Ｃの方向と直交する方向への距離ｒに対する光透過率Ｔを示すグラフである。レンズ１０９の光透過分布は、図６（ａ）に示すようなステップ状となる。その結果、焦点面における隣接スポット近傍での回折光の電場強度は、後述する理由により、遮光マスク１２１を有さない場合に対して７３％低減することとなる。
【００４２】
電場強度は光強度の１／２乗に比例するので、遮光マスク１２１の電場透過係数の絶対値ｔは光透過率Ｔの１／２乗となり、遮光マスク１２１の電場透過係数の絶対値は√０．２５＝０．５となる。
【００４３】
ここで、ｔは絶対値、すなわち正の実数であり、複素数ではない。そのため、このパラメータは、レンズ１０９への入射光と出射光の電場強度の比を表現するパラメータに過ぎず、平面波の光を球面波の光に変換するレンズ作用までは表現していない。
【００４４】
遮光マスク１２１は、ｒ≧（Ｒ−λｆ／２ｐ）の領域にのみ形成されている。したがって、遮光マスク１２１は、入射する光電場Ｅ０の半分に対してのみ作用する半径（Ｒ−λｆ／２ｐ）の円形開口とみなすことができる。さらには、レンズ１０９の周縁部１０９Ａは、遮光マスク１２１を透過した光に対して、半径Ｒの円形開口として作用する。
【００４５】
図６（ｂ）は、第１実施形態の遮光マスク１２１を有するレンズ１０９の光軸１０９Ｃから光軸１０９Ｃの方向と直交する方向への距離ｒに対する電場透過係数の絶対値ｔを示すグラフである。レンズ１０９は、遮光マスク１２１を備えると共に、周縁部１０９Ａによって区切られているため、その電場透過係数の絶対値は図６（ｂ）のようになる。すなわち、レンズ１０９を透過した直後の電場は、半径Ｒの円形開口を透過した強度Ｅ０／２の電場（図６（ｂ）ドット部）と、半径（Ｒ−λｆ／２ｐ）の円形開口を透過した強度Ｅ０／２の電場（図６（ｂ）網掛部）の重ね合わせとなる。その結果、このレンズ１０９の焦点面での電場は、電場Ｅ０／２の光を半径Ｒの透明レンズに入射した時の焦点面での電場Ｅ’１と、電場Ｅ０／２の光を半径（Ｒ−λｆ／２ｐ）の透明レンズに入射した時の焦点面での電場Ｅ’２の重ね合わせとなる。レンズ１０９の焦点面、すなわち撮像素子１０７の受光面１０７Ａ上での電場Ｅ’１とＥ’２は、式（１）を参照して式（４）のように近似される。
【００４６】
【数５】
0006622515.tif 000006
ｒ≫λｆ／Ｒを満たす領域では、Ｅ’１とＥ’２は式（５）で近似される（参照：森口他、「岩波数学公式III  特殊関数」、岩波書店、１９６０年）。
【００４７】
【数６】
0006622515.tif 000007
すなわち、焦点面上で光軸１０９Ｃから離れた領域の電場Ｅ’１とＥ’２の空間分布は、振幅がほぼ等しく、空間周波数が互いに１／（２ｐ）異なる単振動を示すこととなる。隣接スポットが現れるｒ＝ｐでは、その単振動の位相が電場Ｅ’１と電場Ｅ’２との間でπずれるので、これらを重ね合わせると電場が互いに相殺されることとなる。このような電場の干渉効果により、隣接スポット近傍での回折光が抑制されることとなる。
【００４８】
図３の破線と一点鎖線は、それぞれ電場Ｅ’１とＥ’２を式（４）で算出した結果である。縦軸の値は、点線と比較できるように規格化している。ｆ、λ、ｐ、Ｒは、点線を求めた時と同じ値を用いている。この計算結果を用いることにより、上記の回折光抑制メカニズムはより端的に説明される。すなわち、レンズ１０９が遮光マスク１２１を備えることは、入射した光電場の半分に対して、レンズとして作用する領域の半径がλｆ／２ｐだけ縮むことに相当する。これにより、図３に点線で示した隣接スポット近傍での回折光電場Ｅ’０のうち、半分だけが位相を反転してＥ’２（一点鎖線）となり、反転しない残り半分の回折光電場Ｅ’１（破線）を相殺し、回折光電場が抑制されることとなる。
【００４９】
図３の実線は、式（４）で算出したＥ’１とＥ’２を合計し、遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９の焦点面での電場分布を算出した結果である。遮光マスク１２１を備えない場合（点線）と比較して、ｒ＝ｐの近傍での回折光電場が抑制される。さらに、その回折光電場の抑制率βは、式（６）で定量的に求めることができる。
【００５０】
【数７】
0006622515.tif 000008
αは、回折光を抑制すべき領域の広さをｐで規格化した無次元量であり、スポットサイズや、ＳＨＳ１０１に要求されるダイナミックレンジに応じて決めるのが好ましい。例えばα＝０．３として、式（６）に式（１），（４）を代入すると、β＝０．７３と算出される。すなわち、遮光マスク１２１による隣接スポット近傍での回折光電場の抑制率は、７３％という大きな値を示すこととなる。
【００５１】
（レンズ１０９がＮステップの光透過率分布を示す場合）
第１実施形態では、遮光マスク１２１を導入することにより、レンズ１０９に２ステップの光透過率分布を与え、隣接スポット近傍での回折光を抑制している。以下、レンズ１０９がＮステップ（Ｎは、２以上の整数）の光透過率分布を示す場合に拡張し、この時に隣接スポット近傍での回折光電場が抑制されるための条件を改めて導く。
【００５２】
Ｎステップの光透過率分布を示すレンズ１０９について、電場透過係数の絶対値の分布ｔ（ｒ）は、式（７）で表現される。
【００５３】
【数８】
0006622515.tif 000009
ｔ０は、ｒ＝０におけるレンズ１０９の電場透過係数の絶対値を示す。δｊは、各レンズ１０９の周縁部１０９Ａから内側へ距離である。Δｊは、各レンズ１０９の周縁部１０９Ａから内側へ距離δｊ離れた位置での、電場透過係数の絶対値の変化量である。ここで、δ１＝０である。Δ１は、各レンズ１０９の周縁部１０９Ａにおける電場透過係数の絶対値である。
【００５４】
レンズ１０９の焦点面での電場Ｅ’は、半径（Ｒ−δｊ）の透明レンズで電場強度ΔｊＥ０の光を集光したときの焦点面での電場Ｅ’ｊを、ｊ＝１、２、・・・、Ｎについて重ね合わせたものとみなすことができる。Ｅ’ｊは、ｒ≫λｆ／Ｒの領域では式（５）を参照して式（８）の様に、Ｅ’は、Ｅｊ’を用いて式（９）の様に表現されることとなる。
【００５５】
【数９】
0006622515.tif 000010
一方、電場透過係数の絶対値がｔ０で均一なレンズ１０９では、焦点面における隣接スポット近傍での電場Ｅ０’の空間分布は、動径方向に沿って式（１０）で示される振幅Ｅ’ａで単振動を示し、その微分値の振幅ｓ’ａは式（１１）で示される値となる。
【００５６】
【数１０】
0006622515.tif 000011
レンズ１０９の電場透過係数の絶対値が式（７）の分布を示すことで焦点面でのｒ＝ｐ近傍の回折光電場が十分に抑制されるためには、式（１２），（１３）が満たされる必要がある。
【００５７】
【数１１】
0006622515.tif 000012
式（１２），（１３）に式（８），（９）を代入すると、式（１４）が導かれる。
【００５８】
【数１２】
0006622515.tif 000013
但し、φｊ＝２πｐδｊ／λｆ、ｕｊ＝Δｊｅｘｐ（ｉφｊ）である。ｉは、虚数単位である。空間上で振動するＥ’ｊ（ｒ）について、φｊはｒ＝ｐにおけるその振動の位相、Δｊは振幅の大きさを表現しており、ｕｊはその両方を含む複素数となっている。この式（１４）は、レンズ１０９がＮステップの光透過率分布を示す場合について、隣接スポット近傍での回折光電場を抑制するための条件式を一般化したものに相当する。
【００５９】
図６（ｂ）の電場透過率係数の分布はＮ＝２、δ２＝λｆ／２ｐ、Δ１＝Δ２＝０．５を式（７）に代入して得られるものであり、これらの値から求められるｕ１とｕ２はそれぞれ０．５、−０．５である。図７は、ｕ１及びｕ２の値を複素平面上で表現したグラフである。ｕ１とｕ２を合計すると０であり、式（１４）を満たしている。すなわち、式（１４）は、図６（ｂ）の電場透過係数の分布を包括する条件式となっている。
【００６０】
ところで、式（１），（１０）によると、光透過率が均一なレンズ１０９が隣接スポット近傍に形成する回折光電場の強度Ｅ’ａと、スポットピークの電場強度Ｅ’（ｒ＝０）の比（Ｅ’ａ／Ｅ’（ｒ＝０））は、Ｒ≒ｐとして、ｐの３乗に反比例する。そして、ＳＨＳの解像度を向上するために、レンズ１０９の光軸１０９Ｃのピッチｐを２割低減すると、隣接スポット近傍での回折光電場は約２倍となり、スポット検出誤差と波面計測誤差も約２倍となる。例えば、遮光マスク１２１がない状態におけるレンズのピッチｐを１５０［μｍ］とした場合に対して２割低減して１２０［μｍ］とした場合、隣接スポット近傍での回折光電場は約２倍となる。したがって、ピッチｐを２割低減させることによるＳＨＳの誤差の増大分を補償するためには、少なくとも隣接スポット近傍での回折光電場を半減させる必要がある。また、式（１４）の左辺は、レンズ１０９の電場透過係数が式（７）の分布を示すときと、ｔ０で均一な分布を示すときとでの、ｒ＝ｐ近傍における回折光電場強度の比におおよそ等しい。したがって、ピッチｐを２割低減させることによるＳＨＳの誤差の増大分を補償するための条件式は、式（１５）で表される。
【００６１】
【数１３】
0006622515.tif 000014
即ち、ｕｊ＝Δｊｅｘｐ（２πｉｐδｊ／λｆ）で定義されるｕｊの合計の絶対値を、Δｊの合計の半分以下とする。
【００６２】
更に、ピッチｐを２／３倍とすることによるＳＨＳの誤差の増大分を補償するためには、隣接スポット近傍での回折光電場を０．３倍とする必要があり、この補償を行うための条件式は、式（１６）で表される。
【００６３】
【数１４】
0006622515.tif 000015
以上、第１実施形態では、各レンズ１０９の周縁部１０９Ａから内側へ距離δｊ離れた位置で、電場透過係数の絶対値が変化量Δｊ各レンズ１０９の周縁部１０９Ａから内側へ向かってステップ状に増加するように各遮光マスク１２１が形成されている。そして、第１実施形態では、式（１５）を満たすように、より好ましくは式（１６）を満たすように、各遮光マスク１２１が形成されている。これにより、互いに隣接する一対のレンズ１０９のうち、一方のレンズ１０９に対して隣接する他方のレンズ１０９により形成されるスポットの位置に形成される一方のレンズ１０９の回折光を十分に抑制することができる。その結果、各レンズ１０９における回折光による光のスポットの歪みを効果的に抑制することができる。よって、スポットの位置検出誤差が低減され、高精度な波面計測を実現することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、各遮光マスク１２１が各レンズ部材１１１の表面に形成された金属膜であり、各遮光マスク１２１の膜厚で電場透過係数の絶対値がステップ状に設定（制御）されている。したがって、厚さ分布を有した金属膜で光透過率が滑らかな分布（例えばガウス分布）を示す遮光マスクを形成する場合と比較して、金属膜の成膜工程の繰り返し回数が少なく、安価となる。
【００６５】
特に、第１実施形態の遮光マスク１２１の光透過率は均一なので、遮光マスク１２１を形成する際に成膜工程を繰り返す必要はない。そのため、ＭＬＡ１０５を安価に製作することができ、ひいてはＳＨＳ１０１も安価に製作することができる。
【００６６】
なお、遮光マスクを、微小開口の配置密度により光透過率分布が制御された濃度フィルタで形成してもよい。しかし、遮光マスクを濃度フィルタで形成した場合、散乱光が生じるため、これを備えたＭＬＡで構成されたＳＨＳではスポット検出精度が低下するおそれがある。したがって、第１実施形態のように遮光マスク１２１の膜厚で電場透過係数を制御（設定）するのが好ましい。
【００６７】
（光学機器の製造方法）
第１実施形態のＳＨＳ１０１は、光源と光学素子とを有する光学機器２００の製造に用いることができる。具体的には、まず、予め光学機器２００を製作する（製作工程）。次に、波面計測装置１００で光学機器２００からの出射光の波面を計測する（計測工程）。このようにして計測された波面の収差を抑制するように光学機器２００内の光学素子の位置を調整したり、加工を施したりすることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
第２実施形態において、ＳＨＳ１０１がＭＬＡ１０５から構成され、ＭＬＡ１０５がピッチｐで配列された複数のレンズ１０９を有する点は、第１実施形態と共通である。但し、第２実施形態では、レンズ１０９の遮光マスク１２１が、第１実施形態と異なる。
【００６９】
（δｊの設計指針）
第１実施形態のＳＨＳ１０１以上に隣接スポット近傍での回折光電場を低減するには、電場Ｅ’１，Ｅ’２に対して空間周波数が異なる電場Ｅ’ｊを更に重ね合わせて相殺すれば良い（ｊ＝３，４，・・・，Ｎ）。その際には、Ｅ’ｊのｒ＝ｐにおける位相がＥ’１とＥ’２に対して０°もしくは１８０°ずれていることが好ましい。そのために、第２実施形態では、レンズ１０９の電場透過係数の絶対値が、式（７）にｔ０＝１、Ｎ≧３、
【００７０】
【数１５】
0006622515.tif 000016
を代入して得られる分布を示すよう、各レンズ１０９の遮光マスク１２１が形成されている。より具体的には、Ｒ−（Ｎ−１）λｆ／２ｐ≦ｒ≦Ｒの領域に、電場透過係数の絶対値ｔ’（ｒ）が式（１８）で表されるステップ状の分布を示す遮光マスク１２１が形成されている。
【００７１】
【数１６】
0006622515.tif 000017
遮光マスク１２１は、第１実施形態と同様にＣｒ膜（金属膜）で構成されている。遮光マスク１２１の各領域での電場透過係数は、例えば図４を参照しながらＣｒ膜の膜厚で制御する。
【００７２】
ｔ０＝１であり、この場合、式（７），（１７）によると、ｒ≦Ｒ−（Ｎ−１）λｆ／２ｐの領域でのレンズ１０９の電場透過係数の絶対値ｔは１なので、この領域には遮光マスク１２１を形成しない。このように、ｔ０＝１と設計することにより、遮光マスク１２１の成膜領域を低減し、レンズ１０９を透過する光の量を確保することができる。この時、ΔＮ＝１−Σｋ＝１Ｎ−１Δｋとなる。
【００７３】
遮光マスク１２１は、半径Ｒ−（ｊ−１）λｆ／２ｐの円形開口をｊ＝２、・・・Ｎについて重ね合わせたものとして考えることができる。すなわち、この遮光マスク１２１に電場強度Ｅ０の光を入射したときには、そのうち強度Ｅ０Δｊの電場に対して半径Ｒ−（ｊ−１）λｆ／２ｐの円形開口として作用することとなる。さらには、レンズ１０９の周縁部１０９Ａは、強度Ｅ０Δ１の電場に対して半径Ｒの円形開口として作用する。その結果、焦点面における電場Ｅ’は、径が異なる複数の透明レンズから発生した回折光電場の重ね合わせとして表現することができ、ｒ≫λｆ／Ｒの領域では、式（８），（９）に式（１７）を代入して得られる式（１９）で表される。
【００７４】
【数１７】
0006622515.tif 000018
（Δｊの設計指針）
ｒ＝ｐ近傍でＥ’１〜Ｅ’Ｎが互いに相殺する様なΔ１〜ΔＮの値は、以下の様に求めることができる。すなわち、Ｅ’（ｒ）をｒ＝ｐの周りでテイラー展開すると、式（２０）が得られる。
【００７５】
【数１８】
0006622515.tif 000019
ｒ＝ｐの近傍での回折光電場を抑制するには、ｑ＝０、１、…、Ｎ−２について、式（２１）とすればよい。
【００７６】
【数１９】
0006622515.tif 000020
この式（２１）は、ｑ＝０とすると式（１２）に対応し、ｑ＝１とすると式（１３）に対応する。これら２つの式を満たすだけでも隣接スポット近傍での回折光電場はある程度抑制されるが、第２実施形態では、ｑ≧２でもこの式を満たすようにすることで、より精度良く回折光電場を抑制する。
【００７７】
式（１９）を式（２１）に代入すると、ｒ＝ｐ≫λｆ／Ｒとして、式（２２）が得られる。
【００７８】
【数２０】
0006622515.tif 000021
さらには、ｔ０＝１なので、式（２３）が成立する。
【００７９】
【数２１】
0006622515.tif 000022
ｑ＝０〜（Ｎ−２）として式（２２），（２３）を連立方程式として解くと、式（２４）の解が得られる。
【００８０】
【数２２】
0006622515.tif 000023
Ｎ＝３〜７として式（２４）で算出されるΔｊの値は、表１に記載の通りである。
【００８１】
【表１】
0006622515.tif 000024
【００８２】
図８は、第２実施形態において、Ｎ＝３としてレンズ１０９の光透過率分布を計算した結果を示すグラフである。
【００８３】
（第１実施形態との関係）
Ｎ＝２を式（２４）に代入すると、Δ１＝Δ２＝０．５となり、式（１７）によると、δ２＝λｆ／２ｐである。これらの値を式（７）に代入すると、第１実施形態のレンズ１０９の電場透過係数の分布（図６（ｂ））と一致する。すなわち、式（２４）でＮ≧２とすると、第１実施形態のレンズ１０９も包括する条件式となる。
【００８４】
更に、第２実施形態の遮光マスク１２１では、式（１７）によると、奇数のｊに対してはφｊ＝φ２ｊ’−１＝２πｐδ２ｊ’―１／λｆ＝２π（ｊ’−１）であり、ｕｊ＝ｕ２ｊ’−１＝Δ２ｊ’−１ｅｘｐ（ｉφ２ｊ’−１）＝Δ２ｊ’−１となる。ここで、ｊ’は自然数である。式（２２）でｑ＝０とした式と式（２３）によると、Δ２ｊ’−１の合計は０．５なので、ｕ２ｊ’−１の合計も０．５となる。一方、偶数のｊに対してはφｊ＝φ２ｊ’＝２πｐδ２ｊ’／λｆ＝２π（ｊ’−１／２）であり、ｕｊ＝ｕ２ｊ’＝Δ２ｊ’ｅｘｐ（ｉφ２ｊ’）＝−Δ２ｊ’となる。Δ２ｊ’の合計は０．５なので、ｕ２ｊ’の合計は−０．５となる。その結果、ｕｊを全て合計すると０となり、第１実施形態に示した一般化された条件式（１４）と、そこから導かれる式（１５），（１６） が満たされる。すなわち、式（１４）〜（１６）は、第２実施形態の遮光マスク１２１の設計を包括した条件式となっている。
【００８５】
（遮光マスク１２１による回折光電場の抑制効果）
図９（ａ）は、式（１９）に式（２４）を代入し、遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９に平面波の光を垂直に入射した場合について、焦点面での電場分布とＮの関係を計算した結果を示すグラフである。計算の際には、ｐ＝０．１［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］としている。また、図９（ｂ）は、その結果を式（６）に代入し、α＝０．３として、回折光電場の抑制率βとＮの関係を算出した結果を示すグラフである。いずれの図９（ａ）及び図９（ｂ）からも、遮光マスク１２１で高い回折光電場抑制率が得られると共に、その値はＮが増加するにつれてより向上する。第２実施形態では、電場透過係数が３ステップ以上（Ｎ≧３）となるように遮光マスク１２１が形成されるので、Ｎ＝２とした第一実施形態と比較して、隣接スポットでの回折光電場をより低減することができる。
【００８６】
（Ｎとコストの関係）
式（１８）でＲ＞λｆ（Ｎ−１）／２ｐなので、Ｎの上限Ｎｍａｘは、１＋（２ｐＲ／λｆ）を超えない最大の整数となる。更に、Ｒの上限はｐ／２なので、Ｎの上限Ｎｍａｘは１＋（ｐ２／λｆ）を超えない最大の整数となる。例えば、ｐ＝０．１［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］であれば、Ｎｍａｘ＝７である。Ｎ＝７の時、遮光マスク１２１の光透過率のステップ数は６であり、そう多くはない。したがって、例えＮが最大値を取る場合でも、遮光マスク１２１を形成するために成膜工程を多数回繰り返す必要はなく、第２実施形態の波面計測装置は現実的なコストで製作することが可能である。
【００８７】
とはいえ、Ｎの値を増やすほど、製作に要するコストが多少は増大する。そのため、Ｎの値は、所望の性能と許容されるコストの両方を鑑みて決定することが好ましい。多少のコスト増大を許容しても回折光電場の抑制率を向上したい場合には、１＋（ｐ２／λｆ）を超えない範囲でＮを大きな値に設定すればよい。逆に、さほど高い抑制率は必要なく、コスト条件が厳しい場合には、例えば図９（ｂ）を参照し、必要な抑制率を確保できる範囲でＮをなるべく小さな値に設定すればよい。
【００８８】
（許容されるδの設計値からの乖離量）
遮光マスク１２１では、式（１８）に基づき、異なる光透過率を示す領域の境界線の間隔δ（＝δｊ−δｊ−１）をλｆ／２ｐとしたが、δがこの値から多少ずれても回折光電場を十分に抑制することができる。ここでは、許容されるδの範囲を検討する。
【００８９】
Ｎ＝３の場合の遮光マスク１２１では、δ２＝λｆ／２ｐ、δ３＝λｆ／ｐ、Δ１＝Δ３＝０．２５、Δ２＝０．５である。
【００９０】
図１０は、Δ１〜Δ３を上記値に、δ２／δ３（＝φ２／φ３）を０．５に固定し、δ（＝δ２＝δ３−δ２）の値と回折光電場の抑制率βとの関係を計算した結果を示すグラフである。横軸は、δの値をλｆ／２ｐで除することで規格化している。２δｐ／λｆが０．５５〜１．４６の範囲にある場合にβが０．５を超えていることから、δの値が０．５５×（λｆ／２ｐ）〜１．４６×（λｆ／２ｐ）の範囲にあれば、回折光電場が十分に抑制される。すなわち、δｊ（＝δ（ｊ−１））が式（２５）の範囲にあれば、回折光電場が十分に抑制される。
【００９１】
【数２３】
0006622515.tif 000025
特許文献１には、光軸からレンズの周縁部に向かって光透過率が１００％、６０％、３０％と段階的に変化する遮光マスクが示されている。ここでは、マイクロレンズがこの遮光マスクを備えることによる回折光電場の抑制効果を調べる。
【００９２】
図１１は、マイクロレンズが特許文献１の条件の遮光マスクを備えることによる、回折光電場の抑制効果を示すグラフである。この遮光マスクでは、Ｎ＝３とし、Δ１＝０．５４８、Δ２＝０．２２７、Δ３＝０．２２６とすることに相当する。ここで、電場透過係数の絶対値＝√光透過率である。これらの値を式（８），（９）に代入して求めたマイクロレンズの焦点面での電場Ｅ’（ｒ）が、図１１の実線である。δ２とδ３については、第２実施形態と同じく、それぞれλｆ／２ｐ、λｆ／ｐとし、ｆ＝２．４［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｐ＝０．１［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］とした。
【００９３】
図１１には、比較のために、マイクロレンズが遮光マスクを備えず均一な光透過率を示す場合について、焦点面での電場を破線で示している。特許文献１に記載の遮光マスクを備えることで、ｒ＝ｐ＝０．１［ｍｍ］近傍での回折光電場は低減しているものの、その抑制率は０．５には達していない。また、図１１の実線のデータを式（６）に代入して計算される回折光電場の抑制率βは０．４５であり、０．５を下回る。更に、上記パラメータを式（１５）の左辺に代入すると０．５４７となり、式（１５）は満たされない。
【００９４】
特許文献１では、光透過率がステップ状に変化する遮光マスクを、「マイクロレンズの中心から外側に向かって光透過率が徐々に小さくなる素子」として捉えた。この思想だけでは、隣接スポット近傍での回折光の電場強度を半減できる遮光マスクを設計するには至らなかった。
【００９５】
これに対し、本実施形態では、このような遮光マスクを「径の異なる複数の開口」と捉え、さらには、これを備えたレンズの焦点面での電場を「径が異なる複数の透明レンズから発生した回折光電場の重ね合わせ」と捉えた。この思想に基づき、隣接スポット近傍での回折光の電場強度を半分以下にするための条件式として、式（１５）を導き出した。上述の第１、第２実施形態、後述の第３〜第９実施形態では、いずれもこの式（１５）を満たすように遮光マスクを形成することで、隣接スポット近傍での回折光の電場強度を半分以下に抑制している。
【００９６】
以上、第２実施形態によれば、式（１５）又は式（１６）を満たすように、遮光マスク１２１を形成したので、第１実施形態と同様、隣接スポット近傍での回折光が電場の干渉効果により抑制される。
【００９７】
［第３実施形態］
第３実施形態において、ＳＨＳ１０１がＭＬＡ１０５から構成され、ＭＬＡ１０５がピッチｐで配列された複数のレンズ１０９を有する点は、第１、第２実施形態と共通である。但し、第３実施形態では、レンズ１０９の遮光マスク１２１が、第１、第２実施形態と異なる。
【００９８】
遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９の電場透過係数の絶対値ｔは、Δ１＝Δ２＝Δ３＝１／３、δ２＝λｆ／３ｐ、δ３＝２λｆ／３ｐを式（７）に代入して得られる分布を示す。
【００９９】
図１２（ａ）は、第３実施形態におけるレンズ１０９の光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。ここで、ｐ＝０．１［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］とした。δｊとΔｊから求められるｕｊは、ｕ１＝１／３、ｕ２＝（１／３）ｅｘｐ（２πｉ／３）、ｕ３＝（１／３）ｅｘｐ（４πｉ／３）である。
【０１００】
図１２（ｂ）は、これらｕｊを複素平面上にプロットしたグラフである。いずれのｕｊも原点からの距離が１／３で等しく、位相が１２０°ずつ異なる。その結果、合計値は０となり、一般化された条件式（１４）を満たすと共に、式（１４）から導かれた式（１５），（１６）を満たすこととなる。第１、第２実施形態では、例えば図７のように、いずれのｕｊも実数であったが、第３実施形態ではｕ２，ｕ３が複素数となっている。
【０１０１】
レンズ１０９の焦点面における電場Ｅ’を式（８），（９）で求め、式（６）に代入すると、回折光電場の抑制率βは０．８０と求められる。この結果から、第３実施形態におけるＳＨＳ１０１では、隣接スポット近傍での回折光電場が十分に抑制される。
【０１０２】
第３実施形態は、ｕｊを、複素平面上の原点を中心とする円上に等間隔で配置する例である。上述の例では、ステップ数が３、光軸１０９Ｃでの電場透過係数の絶対値ｔ（ｒ＝０）が１であるが、ステップ数をＮに、ｔ（０）をｔ０に拡張した時のｕｊ、Δｊ、δｊは、式（２６）で表される。
【０１０３】
【数２４】
0006622515.tif 000026
式（２６）にＮ＝３、ｔ０＝１を代入して得られるΔｊとδｊは、上述の値に一致する。また、Ｎ＝２、ｔ０＝１を代入すると、Δ１＝０．５、Δ２＝０．５、δ２＝λｆ／２ｐであり、これを式（７）に代入して得られる電場透過係数の絶対値の分布は、第１実施形態で図６（ｂ）に示した分布と一致する。すなわち、式（２６）でＮ≧２とすると、第１実施形態も包括した条件式となる。このように、式（１５）、より好ましくは式（１６）を満たすように、遮光マスク１２１が形成されているので、第１実施形態と同様、隣接スポット近傍での回折光が電場の干渉効果により抑制される。
【０１０４】
なお、式（２６）では、数式からＮの上限が規定されることはないが、ＭＬＡ１０５の製作コストの観点から、Ｎ≦２０とすることが望ましい。
【０１０５】
［第４実施形態］
第４実施形態において、ＳＨＳ１０１がＭＬＡ１０５から構成され、ＭＬＡ１０５がピッチｐで配列された複数のレンズ１０９を有する点は、第１〜第３実施形態と共通である。但し、第４実施形態では、レンズ１０９の遮光マスク１２１が、第１〜第３実施形態と異なる。
【０１０６】
遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９の電場透過係数の絶対値ｔは、Ｎ＝５、Δ１＝Δ２＝Δ４＝Δ５＝１／６、Δ３＝１／３、δ２＝λｆ／３ｐ、δ３＝２λｆ／３ｐ、δ４＝λｆ／ｐ、δ５＝４λｆ／３ｐを式（７）に代入して得られる分布を示す。
【０１０７】
図１３（ａ）は、第４実施形態におけるレンズ１０９の光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。ここで、ｐ＝０．１［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］とした。δｊとΔｊから求められるｕｊは、ｕ１＝ｕ４＝１／６、ｕ２＝ｕ５＝（１／６）ｅｘｐ（２πｉ／３）、ｕ３＝（１／３）ｅｘｐ（４πｉ／３）である。
【０１０８】
図１３（ｂ）は、これらｕｊを複素平面上にプロットしたグラフである。ｕｊの位相は０°、１２０°、２４０°のいずれかであり、同位相に位置するｕｊの絶対値の合計はそれぞれ１／３で等しい。その結果、ｕ１〜ｕ５の合計値は０となり、一般化された条件式（１４）を満たすこととなる。
【０１０９】
このときのレンズ１０９の焦点面における電場Ｅ’を式（８），（９）で求め、式（６）に代入すると、回折光電場の抑制率βは０．９１と求められる。この結果から、第４実施形態におけるＳＨＳ１０１では、隣接スポット近傍での回折光電場が十分に抑制される。
【０１１０】
第４実施形態は、ｕｊの位相を等間隔とし、なおかつ絶対値を均一としない例である。上述の例は、ステップ数を５とし、ｕｊの位相を１２０°間隔とし、ｔ（ｒ＝０）＝１とする場合だが、ステップ数をＮに、ｕｊの位相の間隔を（３６０／ｍ）°に、ｔ（０）＝ｔ０に拡張した場合、δｊは、式（２７）で表される。
【０１１１】
【数２５】
0006622515.tif 000027
Δｊに課せられる条件は式（２８）となる。
【０１１２】
【数２６】
0006622515.tif 000028
ここで、
【０１１３】
【数２７】
0006622515.tif 000029
は、ｘを超えない最大の整数を表す。また、ｍは２以上Ｎ以下の整数であり、式（２８）は０以上ｍ未満の全ての整数ｋについて満たされることとなる。当然ながら、式（２７）にｍ＝３を代入して得られるδｊは上述の値に一致し、式（２８）にｍ＝３、Ｎ＝５、ｔ０＝１を代入した式は、上述のΔｊの値を包括する条件式となっている。
【０１１４】
また、式（２７），（２８）にｍ＝Ｎを代入すると、第３実施形態に記載のδｊとΔｊを定める式（２６）と一致する。すなわち、式（２７），（２８）は、第３実施形態も包括する条件式となっている。
【０１１５】
さらに、ｍ＝２を代入すると、式（２７）は第２実施形態で示したδｊを定める式（１７）に、式（２８）は第２実施形態で示したΔｊを定める式（２２）にｑ＝０を代入した式に一致する。すなわち、式（２７），（２８）は第２実施形態も包括する条件式となっている。
【０１１６】
ここで、第２実施形態における式（１７）が式（２７）に拡張されたことにより、第２実施形態における式（２５）は式（２９）に拡張される。
【０１１７】
【数２８】
0006622515.tif 000030
また、回折光電場をおおよそ半減させるための条件は式（１５）で表され、式（１５）に式（２７）を代入して式（２８）の左辺を含む形に書き換えると、式（３０）となる。
【０１１８】
【数２９】
0006622515.tif 000031
０以上ｍ未満の全ての整数ｋについて式（３１）が満たされれば、式（３０）は満たされることとなる。
【０１１９】
【数３０】
0006622515.tif 000032
したがって、δｊが式（２９）を、Δｊが０以上ｍ未満の全ての整数ｋについて式（３１）を満たせば、マイクロレンズが透明な場合に対して隣接スポット近傍での回折光電場が半分以下に抑制されることとなる。
【０１２０】
［第５実施形態］
第５実施形態において、ＳＨＳ１０１がＭＬＡ１０５から構成され、ＭＬＡ１０５がピッチｐで配列された複数のレンズ１０９を有する点は、第１〜第４実施形態と共通である。但し、第５実施形態では、レンズ１０９の遮光マスク１２１が、第１〜第４実施形態と異なる。
【０１２１】
遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９の電場透過係数の絶対値ｔは、Δ１＝２√３−３、Δ２＝Δ３＝２−√３、δ２＝５λｆ／１２ｐ、δ３＝７λｆ／１２ｐを式（７）に代入して得られる分布を示す。
【０１２２】
図１４（ａ）は、第５実施形態におけるレンズ１０９の光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。ここで、ｐ＝０．１［ｍｍ］、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］とした。第１〜第４実施形態では（δｊ−δｊ−１）がｊによらず一定であったが、第５実施形態では、δ２−δ１＝δ２＝５λｆ／１２ｐ、δ３−δ２＝λｆ／６ｐであり、一定ではない。更には、式（２９）でｍ＝３としても、第５実施形態におけるδ２とδ３はこの式を満たさない。Δｊとδｊから求められるｕ１，ｕ２，ｕ３の値は、それぞれ２√３−３，（２−√３）ｅｘｐ（５πｉ／６），（２−√３）ｅｘｐ（７πｉ／６）である。
【０１２３】
図１４（ｂ）は、これらのｕｊを複素平面上にプロットしたものである。ｕ２とｕ３の絶対値は等しく、その位相はそれぞれ１５０°、−１５０°なので、ｕ２とｕ３は互いに複素共役な関係となる。その結果、ｕ２とｕ３の合計は実数で−２√３＋３となり、これがｕ１の（−１）倍なので、ｕ１〜ｕ３の合計値は０となり、一般化された条件式（１４）を満たすこととなる。さらには、式（１４）から導かれた式（１５），（１６）も満たすこととなる。
【０１２４】
このときのレンズ１０９の焦点面における電場Ｅ’を式（８），（９）で求め、式（６）に代入すると、回折光電場抑制率βは０．７５となる。この結果から、第５実施形態のＳＨＳ１０１では、隣接スポット近傍での回折光電場が抑制される。また、必ずしも（δｊ−δｊ−１）がｊによらず一定でなく、式（２９）を満たさずとも、条件式（１４）〜（１６）を満たせば回折光電場は抑制される。
【０１２５】
式（２９）は満たさないが条件式（１４）〜（１６）を満たす場合としては、例えば他にも、Δ１＝０．５、Δ２＝Δ３＝０．２５、δ２＝λｆ／２ｐ、δ３＝３λｆ／２ｐとし、ｕ１＝０．５、ｕ２＝ｕ３＝−０．２５とするパターンでも良い。
【０１２６】
［第６実施形態］
第６実施形態において、ＳＨＳ１０１がＭＬＡ１０５から構成され、ＭＬＡ１０５がピッチｐで配列された複数のレンズ１０９を有する点は、第１〜第５実施形態と共通である。但し、第６実施形態では、レンズ１０９の遮光マスク１２１が、第１〜第５実施形態と異なる。
【０１２７】
遮光マスク１２１を備えたレンズ１０９の電場透過係数の絶対値ｔ（ｒ）は、他の実施形態と同様に、式（７）で規定されるステップ状の分布を示す。但し、第６実施形態の遮光マスク１２１では、式（７）に含まれるパラメータΔｊ、δｊを、回折光電場の抑制率βが最大になるような値に取る。
【０１２８】
（Δｊとδｊの設計方法）
レンズ１０９を無収差レンズとして近似し、なおかつ単一のレンズ１０９に入射する被検光を局所的に平面波として近似する。このとき、レンズ１０９を透過した直後の電場Ｅは、式（３２）で求められる。
【０１２９】
【数３１】
0006622515.tif 000033
また、撮像素子１０７の受光面１０７Ａでの電場Ｅ’は、式（３２）の電場Ｅを距離ｆだけ伝搬させる計算を行うことで求めることができる。伝搬モデルとしては、例えば式（３３）を用いたＡｎｇｕｌａｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ法を用いる。（参照：Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ，“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ  ２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ”，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，ｐ５５−（１９９６））
【０１３０】
【数３２】
0006622515.tif 000034
但し、受光面１０７ＡとＭＬＡ１０５の距離ｌがｆからずれている場合には、式（３３）中でｆ→ｌとすることが好ましい。また、伝搬モデルは、Ａｎｇｕｌａｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ法でなくても、光波面の伝搬を正しく計算できるモデルであれば良く、例えば時間領域有限差分法などを用いても良い。
【０１３１】
第６実施形態では、式（３２）に式（７）を代入し、更にこれを式（３３）に代入し、更にこれを式（６）に代入して得られる回折光電場の抑制率βが最小となる様なΔｊとδｊを、数値計算で求める。この数値計算を行うにあたって、Δｊとδｊの初期値を入力する必要があるが、例えば式（１７），（２４）で算出される値を用いれば良い。
【０１３２】
例として、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、ｐ＝０．１［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］、Ｎ＝６、α＝０．５とし、上記方法に従って設計したΔｊとδｊの値を、表２に示す。
【０１３３】
【表２】
0006622515.tif 000035
【０１３４】
これらの値を第１実施形態において一般化した条件式（１４）の左辺に代入すると０．００５となり、式（１４）と、そこから導かれる式（１５），（１６）を満たしている。また、表２のδｊから算出されるｊ＝２〜６における２ｐδｊ／λｆ（ｊ−１）の値は、いずれも１．０１〜１．０３の範囲にあり、これらのδｊは第２実施形態における式（２５）を満たしている。
【０１３５】
さらに、表２のΔｊから算出されるΔ１＋Δ３＋Δ５、Δ２＋Δ４＋Δ６は、それぞれ０．５００、０．５００であり、第４実施形態における式（３１）に（ｋ、ｍ）＝（０，２）、（１，２）のいずれを代入した式も満たしている。
【０１３６】
すなわち、数値計算でΔｊとδｊを最適化した場合にも、式（１４）〜（１６），（２５），（３１）から逸脱する値が算出されることはなく、これらの式は第６実施形態を包括する条件式となっていることが分かる。
【０１３７】
第６実施形態では、上記手法で算出したΔｊとδｊを、式（７）に代入することでレンズ１０９が示すべき電場透過係数の絶対値の分布ｔ（ｒ）を求め、さらにそれを２乗することでレンズ１０９が示すべき光透過率の分布Ｔ（ｒ）を求める。
【０１３８】
図１５（ａ）は、表２のΔｊとδｊから求めた、レンズ１０９の光透過率分布Ｔ（ｒ）を示すグラフである。この光透過率分布を示すような遮光マスク１２１を、レンズ部材１１１上に形成する。
【０１３９】
（遮光マスクの効果）
図１５（ａ）の光透過率分布を示すレンズ１０９について、焦点面での電場Ｅ’（ｒ）を式（３３）で求め、その後式（６）でα＝０．５として回折光電場の抑制率βを求めたところ、０．９５となった。この結果から、第６実施形態のＳＨＳ１０１（ＭＬＡ１０５）によれば、隣接スポット近傍での回折光電場が十分に抑制される。
【０１４０】
更に、レンズ１０９が図１５（ａ）の光透過率分布を示す場合（遮光マスク１２１有）と、均一な分布を示す場合（遮光マスク１２１無）について、ＳＨＳ１０１におけるスポット検出誤差をシミュレーションした。スポット検出誤差は入射する被検光波面の曲率に依存するため、このシミュレーションでは波面曲率とスポット検出誤差の関係を求めた。撮像素子１０７の画素ピッチｐＣＣＤは、７．４［μｍ］としている。
【０１４１】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の光透過率分布を示すマイクロレンズで構成されるＭＬＡを用いたＳＨＳについて、入射する波面曲率とスポット検出誤差の関係を表すシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、収束光の波面曲率を負、発散光の波面曲率を正としてプロットしている。レンズ１０９が均一な光透過率分布を示す場合には１００［ｎｍ］近いスポット検出誤差が発生しているが、図１５（ａ）の光透過率分布を示す場合には２０［ｎｍ］以下に抑制されている。この結果から、第６実施形態のＳＨＳ１０１では、大幅に精度が向上する。
【０１４２】
（ガウシアンマスクに対する性能上の利点）
比較例の遮光マスクとして、光軸から周縁部に向けて光透過率が滑らかなガウス分布を示すガウシアンマスクについて考える。フレネルの回折式によると、レンズ面での電場Ｅと焦点面での電場Ｅ’とは互いにフーリエ変換の関係にある。マイクロレンズの光透過率Ｔがガウス分布を示せば、電場透過係数の絶対値ｔもガウス分布を示し、レンズ面での電場Ｅもガウス分布を示す。ガウス分布のフーリエ変換はやはりガウス分布なので、レンズ面での電場Ｅがガウス分布を示せば、焦点面での電場Ｅ’もガウス分布を示す。その結果、焦点面において周期的な空間分布を示す回折光電場は、マイクロレンズの光透過率が均一な場合と比較して、抑制されることとなる。
【０１４３】
ところが、マイクロレンズの半径Ｒは有限である。ガウシアンマスクを導入しても、レンズ面での電場は半径Ｒの円形領域内でしかガウス分布を示すことはできず、完全なガウス分布とはならない。その結果、焦点面での電場も完全なガウス分布を示すことは無い。具体的には、レンズ面での電場がｒ＝Ｒの位置で段差を持ち、焦点面には、これに起因した周期的な空間分布を示す回折光電場が生じることとなる。
【０１４４】
この回折光電場をなるべく抑制するためには、ガウシアンマスクのガウス分布の幅σを低減し、レンズ面におけるｒ＝Ｒでの電場の段差を抑制すれば良い。ところが、σを低減すると、焦点面の電場の空間分布の幅σ’が増大する。このσ’は、スポット径とほぼ同義である。スポット径が大きいと、収束光をＳＨＳに入射した時にスポット同士が重なり、その位置検出精度が大幅に低下する。これは、ＳＨＳとして収束光の計測ができなくなり、ダイナミックレンジが低下することを意味する。すなわち、ガウシアンマスクを備えたＭＬＡから構成されるＳＨＳでは、計測精度とダイナミックレンジの両立が困難となる。
【０１４５】
図１６（ａ）は、ＳＨＳで計測できる波面の最小曲率（ダイナミックレンジ）とスポット検出誤差（計測精度）をシミュレーションした結果を示すグラフである。図１６（ａ）中、白三角は、σ＝２２［μｍ］、２５［μｍ］、３０［μｍ］の場合を示す。σとガウシアンマスクの電場透過係数ｔ’（ｒ）の関係は、ｔ’（ｒ）＝ｅｘｐ（−ｒ２／σ２）とした。シミュレーションは、λ＝６３８［ｎｍ］、ｆ＝２．４［ｍｍ］、ｐ＝０．１［ｍｍ］、Ｒ＝０．０５［ｍｍ］、ｐｃｃｄ＝７．４［μｍ］の条件下で、式（３２），（３３）に基づいて行った。スポット検出誤差の波面曲率依存性を−０．１〜０．１［／ｍｍ］の範囲で計算し、その絶対値の平均値を縦軸にプロットした。このシミュレーション結果からも、計測精度とダイナミックレンジがトレードオフの関係にある。
【０１４６】
これに対し、図１６（ａ）中、黒四角は、Ｎ＝４，６として第６実施形態で示した手法で設計した遮光マスク１２１を備えた場合について、ＳＨＳ１０１で計測できる波面の最小曲率とスポット検出誤差をシミュレーションした結果である。例えば、Ｎ＝６の遮光マスク１２１を備えた場合、σ＝２２［μｍ］のガウシアンマスクを備えた場合と比較して、ＳＨＳのスポット検出誤差は同程度であるが、計測できる波面の最小曲率は低減しており、ダイナミックレンジが広い。すなわち、計測精度向上とダイナミックレンジ確保の両立の観点では、ガウシアンマスクと比較して、遮光マスク１２１の方が高い効果が得られる。
【０１４７】
図１６（ｂ）は、焦点面での電場強度をシミュレーションした結果を示すグラフである。図１６（ｂ）中、実線、点線、破線は、それぞれＮ＝６の遮光マスク１２１を備えた場合、σ＝２２［μｍ］のガウシアンマスクを備えた場合、遮光マスクを備えない場合を示す。いずれの遮光マスクを備えた場合にも、備えない場合と比較してスポット径が増大しているものの、その増大量は遮光マスク１２１の方が抑制されている。このように、第６実施形態では、スポット径が抑制され、遮光マスク１２１における計測精度向上とダイナミックレンジの確保とを両立することができる。
【０１４８】
［第７実施形態］
第７実施形態では、ＳＨＳ１０１が、ＭＬＡ１０５の代わりにＭＬＡ２０５を有する点で、第１〜第６実施形態と異なる。図１７（ａ）は、ＭＬＡ２０５の正面図、図１７（ｂ）は、ＭＬＡ２０５の断面図である。
【０１４９】
ＭＬＡ２０５は、被検光を分割した光を集光して複数の光のスポットを形成する複数のマイクロレンズ（レンズ）２０９を有する。複数のレンズ２０９は、図１７（ａ）に示すＸＹ平面内においてアレイ状（正方状）に配列されている。
【０１５０】
レンズ２０９は、その光軸２０９ＣがＺ方向と平行に配置されている。レンズ２０９の周縁部２０９Ａ（レンズ部材２１１の周縁部２１１Ａ）は、多角形、第７実施形態では矩形である。各レンズ２０９の焦点距離はｆである。各レンズ２０９のサイズは、ｐｘ×ｐｙである。各レンズ２０９の光軸２０９Ｃは、ｘ方向にピッチｐｘ、ｙ方向にピッチｐｙで等間隔に配列されている。
【０１５１】
各レンズ２０９は、図１７（ｂ）に示すように、透明部材で形成されたレンズ部材２１１と、レンズ部材２１１に対応して設けられた遮光部材である遮光マスク２２１と、を有する。遮光マスク２２１は、レンズ部材２１１のレンズ面と共に、レンズ部材２１１の光出射側、つまりレンズ部材２１１の光が透過した側に配置されている。遮光マスク２２１は、Ｃｒ膜（金属膜）で構成されている。
【０１５２】
レンズ２０９の光軸２０９Ｃをｘｙ平面の原点、δｘ，２＝λｆ／２ｐｘ、δｙ，２＝λｆ／２ｐｙとしたとき、遮光マスク２２１は、｜ｘ｜≧ｐｘ／２−δｘ，２と｜ｙ｜≧ｐｙ／２−δｙ，２のいずれかを満たす領域に形成されている。また、その光透過率は０．２５であり、電場透過係数の絶対値は０．５である。この遮光マスク２２１により、レンズ２０９は２ステップの光透過率分布を示すこととなる。
【０１５３】
ここで、ｐ＝ｐｘとして第１実施形態で説明した式（１４）の左辺にδ２＝δｘ，２、Δ１＝Δ２＝０．５を代入すると０となり、式（１４）と、そこから導かれる式（１５），（１６）は満たされる。また、ｐ＝ｐｙとして式（１４）の左辺にδ２＝δｙ，２、Δ１＝Δ２＝０．５を代入しても０となり、やはり式（１４）は満たされる。すなわち、式（１４）は、第７実施形態も包括する条件式となっている。
【０１５４】
フレネルの回折式によると、平面波から構成される電場強度Ｅ０の光を、光透過率が全面に亘って１で均一な矩形レンズに垂直に入射した時の、焦点面における電場Ｅ０’は、式（３４）で近似される（参照：鶴田著、「応用光学I」、培風館、１９９０年）。
【０１５５】
【数３３】
0006622515.tif 000036
この式によると、レンズ２０９が遮光マスク２２１を備えず、均一な光透過率分布を示す場合には、焦点面におけるｘ＝０の直線近傍とｙ＝０の直線近傍で、強い回折光電場が発生する。これに対し、レンズ２０９が遮光マスク２２１を備えた場合の焦点面での電場Ｅ’は、式（３５）で近似される。
【０１５６】
【数３４】
0006622515.tif 000037
ｘ＝０とｙ＝０の直線上での電場Ｅ’（０，ｙ）、Ｅ’（ｘ，０）は、式（３５）にｘ＝０とｙ＝０を代入することで、式（３６）のように算出される。
【０１５７】
【数３５】
0006622515.tif 000038
隣接スポットが現れる（ｘ，ｙ）＝（０，±ｐｙ）、（±ｐｘ，０）の位置で、大括弧内の２つの正弦項は、位相が互いにπずれて相殺する。このような電場の干渉効果により、隣接スポット近傍での回折光電場Ｅ’は抑制されることとなる。
【０１５８】
第７実施形態によれば、上記実施形態と同様、隣接スポット近傍での回折光が電場の干渉効果により抑制される。
【０１５９】
また、ＭＬＡ２０５が、第１実施形態で説明した接続部材１１２を備えないため、遮光マスク１２２を備える必要がなく、第１実施形態と比べて撮像素子１０７に入射する光量が多い。その結果、被検光の光強度が弱い場合でも、被検光の波面をより高精度に計測することができる。
【０１６０】
なお、第２〜第６実施形態において、第７実施形態と同様に、レンズの周縁部を多角形としても同様の効果を奏する。また、多角形として、矩形（四角形）の場合について説明したが、これに限定するものではなく、例えば三角形や六角形としても良い。
【０１６１】
［第８実施形態］
（形状計測装置の形態）
第８実施形態では、第１〜第７実施形態で説明した波面計測装置を有する形状計測装置について説明する。図１８は、本発明の第８実施形態に係る形状計測装置３００を示す模式図である。形状計測装置３００は、非球面光学素子の表面の形状を計測するものである。
【０１６２】
形状計測装置３００は、光源３０１と、光学系３０２と、波面計測装置１００と、を備えている。波面計測装置１００は、波面センサであるＳＨＳ１０１と、演算機１０３とを有している。ＳＨＳ１０１は、第１〜第７実施形態で説明したＭＬＡ１０５又はＭＬＡ２０５を有している。被検物（光学素子）である被検レンズ３１２は、ステージ３０７に保持され、ステージ３０７によりその位置と姿勢が調整される。光学系３０２は、光源３０１からの光を被検レンズ３１２に導き、被検レンズ３１２で反射した光を被検光として波面計測装置１００に導く。
【０１６３】
光源３０１とファイバーコネクタ３０１Ｂとが光ファイバー３０１Ａで接続されており、光ファイバー３０１Ａを通じて導かれた光源３０１の出射光が、ファイバーコネクタ３０１Ｂから出射される。光学系３０２は、第８実施形態では、ビームスプリッタ３０８と、対物レンズ３０４と、コリメータレンズ３０５とで構成されている。ビームスプリッタ３０８と対物レンズ３０４は、ファイバーコネクタ３０１Ｂから出射される測定光（出射光）の光軸に沿って配置され、ビームスプリッタ３０８の反射面は光軸に対して４５°傾けて配置されている。
【０１６４】
コリメータレンズ３０５は、ファイバーコネクタ３０１Ｂから出射される測定光（出射光）の光軸に対して直交してビームスプリッタ３０８とＳＨＳ１０１との間に配置されている。対物レンズ３０４は、ファイバーコネクタ３０１Ｂからの出射光を集光して形状を計測したい被検レンズ３１２の被検面３１２Ａに球面波ｗ０（Ｘ’、Ｙ’）の光を照射すると共に、その反射光を集光させる。ビームスプリッタ３０８は、対物レンズ３０４で集光された被検面３１２Ａからの反射光を、９０°折り返してコリメータレンズ３０５に導く。コリメータレンズ３０５は、反射光を略平行な光に変換し、被検光としてＳＨＳ１０１に導く。
【０１６５】
対物レンズ３０４とコリメータレンズ３０５は、被検面３１２Ａの反射光を倍率ＭでＳＨＳ１０１の受光面に結像している。すなわち、被検面３１２ＡとＳＨＳ１０１の受光面は、コリメータレンズ３０５と対物レンズ３０４を介して光学的に互いに共役な位置関係にある。
【０１６６】
演算機１０３は、被検光の波面データを計算し、波面データに基づき、被検面３１２Ａの形状を算出する。
【０１６７】
（光学素子の製造方法）
まず、不図示の加工装置でワークを加工して光学素子である被検レンズ３１２を製作する（加工工程）。次に、形状計測装置３００で被検レンズ３１２の形状を計測する（形状計測工程）。
【０１６８】
形状計測装置３００で被検レンズ３１２の被検面３１２Ａの形状ｆ（Ｘ’，Ｙ’）を計測するにあたり、まずは、ステージ３０７に被検レンズ３１２を設置し、その光軸が対物レンズ３０４の光軸と一致する様に、ステージ３０７で位置と姿勢を調整する。このとき、被検面３１２Ａで反射される光の波面には、被検面３１２Ａの形状が反映されている。この反射光はＳＨＳ１０１に入射するが、被検面３１２ＡとＳＨＳ１０１の受光面は共役な位置関係にあるため、ＳＨＳ１０１に入射する光波面にも被検面３１２Ａの形状が反映されている。
【０１６９】
被検レンズ３１２をステージ３０７に設置した後には、ＳＨＳ１０１に入射する、被検面３１２Ａの形状を反映した光波面ｗ（Ｘ、Ｙ）を、第１実施形態で説明した手順に従って計測する。その後は、ｆ（Ｘ’，Ｙ’）＝（ｗ（Ｘ／Ｍ，Ｙ／Ｍ）−ｗ０（Ｘ’，Ｙ’））／２として、被検面３１２Ａの形状ｆを演算機１０３で算出する。但し、この演算は、スポット像から波面データを求める演算機１０３とは別の演算機で行っても良く、これら演算機で演算部が構成されることとなる。
【０１７０】
被検面３１２Ａの形状を算出する際には、ＳＨＳ１０１で計測した光線角度分布（∂ｗ（Ｘ，Ｙ）／∂Ｘ、∂ｗ（Ｘ，Ｙ）／∂Ｙ）から光線を逆に追跡して被検面３１２Ａで反射された直後の光線角度分布を求め、そこから被検面３１２Ａの形状を求めても良い。ここで、光を波として捉えた時の等位相面が波面に相当し、その波面の法線が光線であり、波面と光線角度分布は一対一に対応する。そのため、波面ｗ（Ｘ，Ｙ）を求めなくとも、光線角度分布（∂ｗ（Ｘ，Ｙ）／∂Ｘ、∂ｗ（Ｘ，Ｙ）／∂Ｙ）を求めれば、それは波面を求めたことと同義である。
【０１７１】
ＳＨＳ１０１は遮光マスク１２１（２２１）を備えるため、回折光によるスポット検出誤差が低減されており、高精度な波面計測が可能である。形状計測装置３００では、このような高精度なＳＨＳ１０１を使って被検面３１２Ａの反射光波面を計測し、そこから被検面３１２Ａの形状を算出しているため、高精度な形状計測を実現することができる。
【０１７２】
なお、形状計測装置３００で取得した形状データに基づいて、製造した被検レンズ１２の良否判定を行い、不図示のモニターに表示しても良い。また、形状データから製造誤差に起因する形状誤差を求め、その形状誤差の値を小さくするような加工を施しても良い。
【０１７３】
［第９実施形態］
第９実施形態では、第１〜第７実施形態で説明した波面計測装置を有する収差計測装置について説明する。図１９は、本発明の第９実施形態に係る収差計測装置４００を示す模式図である。収差計測装置４００は、被検物（光学素子）である被検レンズ４１２の収差を計測するものである。
【０１７４】
収差計測装置４００は、光源４０１と、光学系４０２と、波面計測装置１００と、を備えている。波面計測装置１００は、波面センサであるＳＨＳ１０１と、演算機１０３とを有している。ＳＨＳ１０１は、第１〜第７実施形態で説明したＭＬＡ１０５又はＭＬＡ２０５を有している。被検物（光学素子）である被検レンズ４１２は、ステージ４０７に保持され、ステージ４０７によりその位置と姿勢が調整される。光学系４０２は、光源４０１からの光を被検レンズ４１２に導き、被検レンズ４１２を透過した光を被検光として波面計測装置１００に導く。
【０１７５】
光源４０１とファイバーコネクタ４０１Ｂとが光ファイバー４０１Ａで接続されており、光ファイバー４０１Ａを通じて導かれた光源４０１の出射光が、ファイバーコネクタ４０１Ｂから出射される。光学系４０２は、第９実施形態では、コリメータレンズ４０３，４０４で構成されている。
【０１７６】
コリメータレンズ４０３，４０４は、ファイバーコネクタ３０１Ｂから出射される測定光（出射光）の光軸に沿って配置されている。被検レンズ４１２は、コリメータレンズ４０３とコリメータレンズ４０４との間に配置されている。
コリメータレンズ４０３は、ファイバーコネクタ４０１Ｂからの出射光をコリメートして被検レンズ３１２に導く。コリメータレンズ４０４は、被検レンズ４１２を透過した光をコリメートしてＳＨＳ１０１に導く。
【０１７７】
演算機１０３は、コリメータレンズ４０４を透過した光の波面データを計測する。そして、演算機１０３は、波面データから被検レンズ４１２の収差データを算出する。
【０１７８】
（光学素子の製造方法）
まず、不図示の加工装置でワークを加工して光学素子である被検レンズ４１２を製作する（加工工程）。次に、収差計測装置４００で被検レンズ４１２の収差を計測する（収差計測工程）。
【０１７９】
被検レンズ４１２の収差を計測する際には、ステージ４０７に被検レンズ４１２を設置し、その光軸がコリメータレンズ４０３，４０４の光軸と一致する様に、ステージ４０７で位置と姿勢を調整する。その後は、ＳＨＳ１０１に入射する光波面を第１実施形態で説明した手順に従って波面を計測し、その波面データから被検レンズ３１２の収差を演算機３１１で算出する。但し、この演算は、スポット像から波面データを求める演算機１０３とは別の演算機で行っても良く、これら演算機で演算部が構成されることとなる。
【０１８０】
ＳＨＳ１０１は遮光マスク１２１（２２１）を備えるため、回折光によるスポット検出誤差が低減されており、高精度な波面計測が可能である。収差計測装置４００では、このような高精度なＳＨＳ１０１を使って被検レンズ３１２の透過光波面を計測しているため、高精度な収差計測を実現することができる。
【０１８１】
なお、収差計測装置４００で取得した収差データに基づいて、製造した被検レンズ４１２の良否判定を行い、不図示のモニターに表示しても良いし、その収差を小さくするような加工を施しても良い。
【０１８２】
また、製作した被検レンズに対し、第８実施形態で説明した形状計測装置３００と第９実施形態で説明した収差計測装置４００とを用いて形状計測と収差計測とを行ってもよい。
【０１８３】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【符号の説明】
【０１８４】
１００…波面計測装置、１０１…ＳＨＳ（波面センサ）、１０３…演算機（演算部）、１０５…ＭＬＡ（レンズアレイ）、１０７…撮像素子、１０９…レンズ、１０９Ａ…周縁部、１１１…レンズ部材、１１１Ａ…周縁部、１２１…遮光マスク
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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