(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光学素子又は光学系に対して、前記被測定光学素子又は光学系の光軸とのなす角度をさまざまに変化させた光線を入射させ、
それぞれの角度に対して、前記被測定光学素子又は光学系から射出され、集光光学系により像面に結像した前記光線の特性を測定し、
前記それぞれの角度に対してリアルレイトレースを行い、
前記それぞれの角度の全てで、測定された前記光線の特性と、前記リアルレイトレースで求めた光線の特性との差が小さくなるようにリアルレイトレースにおける前記被測定光学素子又は光学系の偏心量又は前記被測定光学素子又は光学系のレンズ面の傾きとズレ量を変化させることで、少なくとも一つの最適化された前記被測定光学素子又は光学系の偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法。
【請求項２】
前記光線の特性が光線の像点位置であることを特徴とする請求項１記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法。
【請求項３】
前記光線の特性が光線の像点位置における光強度分布であることを特徴とする請求項１記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法。
【請求項４】
前記光線の特性が光線の波面収差であることを特徴とする請求項１記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子又は光学系の物理量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ系の物理量（形状、曲率半径、面間隔、非球面係数、屈折率分布等を含む）の中、従来、一般的なレンズ系の偏心量の測定方法としては、オートコリメーション法が知られている。オートコリメーション法は、測定しようとする面の見かけ上の曲率中心、すなわち、被測定面と観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面の曲率中心の像の位置に指標を投影し、被検面による等倍の反射像をその指標の投影位置と同じ位置に生じさせる方法である。
【０００３】
上記の場合において、測定基準軸に関して全てのレンズ面に偏心がなければこの基準軸上に指標像が形成されるが、もし何れかのレンズ面に偏心が存在すれば、基準軸から基準軸に対して垂直な方向に離れた位置に反射像が形成されることになる。この反射像の基準軸からの振れ量Δは個々のレンズ面の偏心量εと関数関係があるので、各レンズ面についてその見かけの球心位置に投影した指標像の等倍反射像の振れ量Δを測定すれば、計算によってその測定基準軸に対する各レンズ面の偏心量を求めることができる。
【０００４】
図７は、偏心量（軸の傾き）εを持つ１被測定面５１により生じた振れ量Δを示した概略図である。図７のように、光源（指標）５２からの光束をコリメータレンズ５３で収束させて被測定面５１の測定基準軸上の球心位置に収束するように入射させる。光束の収束位置と被測定面５１の球心位置が一致する場合には、光束は被測定面５１に垂直入射することになる。しかし、光束の収束位置と被測定面５１の球心位置が一致していない（被測定面５１がε偏心している）と、光束は被測定面５１に斜入射することになる。ここで、垂直入射の場合は、被測定面５１で発生した反射光は入射時の光路を逆行し、光源（指標）５２と共役な位置に収束することになる。これに対し斜入射の場合は、被測定面５１で発生する反射光は入射時の光路からずれ、垂直入射した場合に収束した位置からΔずれた位置に収束する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術において、像面５４で測定された振れ量Δとレンズ面５１の偏心量εとの関係が比例するものであるとし、この比例関係の比例係数を近軸計算によって求めていたため、計算で得られた偏心量εの精度が低下することがあり得た。図７に示すコリメータレンズ５３の近軸計算により求めた倍率βを使用した場合、振れ量Δと被測定面５１の偏心量εとの関係式は被測定面５１の曲率半径をｒとすると、
Δ＝２βｒε                                          ・・・（１）
となる。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子の単体又は組み合わせからなる光学系の偏心をはじめとする物理量を表すパラメータを高い精度で求める手法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光学素子又は光学系の物理量測定方法は、被測定光学素子又は光学系に対して、前記被測定光学素子又は光学系の光軸とのなす角度をさまざまに変化させた光線を入射させ、
それぞれの角度に対して、前記被測定光学素子又は光学系から射出され、集光光学系により像面に結像した前記光線の特性を測定し、
前記それぞれの角度に対してリアルレイトレースを行い、
前記それぞれの角度の全てで、測定された前記光線の特性と、前記リアルレイトレースで求めた光線の特性との差が小さくなるようにリアルレイトレースにおける前記被測定光学素子又は光学系の偏心量又は前記被測定光学素子又は光学系のレンズ面の傾きとズレ量を変化させることで、少なくとも一つの最適化された前記被測定光学素子又は光学系の偏心量を求めることを特徴とする方法である。
【０００８】
この場合、前記光線の特性は、光線の像点位置、光線の像点位置における光強度分布、光線の波面収差等がある。
【０００９】
光線の像点位置、光線の像点位置における光強度分布の場合、前記物理量が前記被測定光学素子又は光学系の偏心量とすることができる。
また、光線の波面収差の場合、前記物理量が前記被測定光学素子又は光学系の屈折率分布とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学素子又は光学系の偏心測定方法の原理と実施例について説明する。
【００１１】
本発明は前記の問題点を解決するために、測定された振れ量Δから面の偏心量を算出する処理にリアルレイトレースを用いるものである。リアルレイトレースは実光線追跡とも呼ばれる。屈折及び反射の法則を厳密に計算して光線の位置、方向等を計算する方法である。光学系の偏心量、非球面を考慮した光線追跡が可能であり、計算機を用いた光学系の設計、評価等に広く利用されている。
【００１２】
リアルレイトレースの処理は、図１に示すように、光学系に入射する光線の位置ベクトルＰ0 、方向ベクトルＲ0 からの光学系の第１面（最初に光線と交わる面）との交点Ｐ1 を求め、交点位置での面の法線ベクトルＨ1 から光線の入射角θi1が決まる。入射側の媒質の屈折率ｎ0 と射出側の屈折率ｎ1 より、スネルの法則を用いて射出角θo1、射出光線の方向ベクトルＲ1 が求まる。第１面の交点の位置ベクトルＰ1 、射出光線の方向ベクトルＲ1 を第２面（次に光線と交わる面）への入射光線にして、次の面との交点、射出光線を繰り返し求めていくものである。
【００１３】
リアルレイトレースにより、光学系に入射した光束あるいは光線が光学系をいかに通り、射出されるかが計算でき、光束あるいは光線の像点位置、光束の重心位置、光束の状態（大きさ、形）、光線の方向・位置、光線の状態（強度、偏光状態）、又は、光束の広がり、ローカル近軸量（特開平１１−２８７９４７号）等の光学系の各種特性を算出することが可能である。
【００１４】
前記の発明が解決しようとする課題であげた振れ量Δは、例えば図６に示す光学系からなる測定機により測定される。振れ量Δは像点位置あるいは光束の重心位置を求める処理になる。物点（半導体レーザ）２０１から出た絞り中心を通る光線（主光線）を、測定用光学系２０２、ビームスプリッタ２０４を介して被測定レンズ２０３の各面の曲率中心に対して順々に投射し、この反射光を像面（ＣＣＤカメラ２０７の受光面）まで追跡し、像面（ＣＣＤカメラ２０７の受光面）での座標値を求める。ここでの絞り中心は、被検組上がりレンズ系（被測定レンズ２０３）の絞りの中心に限らず、被検面と光軸又はグローバル座標又はイメージローテータ２０５の回転中心軸との交点等を選んでもよい。また、光束の重心位置、形状は、物点（半導体レーザ）２０１から出た光線を複数本追跡し、光学系（測定用光学系）２０２からの射出光線をそれぞれ求める。射出光線の位置と方向、光線の強度等から像面（ＣＣＤカメラ２０７の受光面）での光束の重心位置、大きさ、形等を求める。
【００１５】
光線の強度、偏光状態は、光線の面への入射角、射出角、面の前後の屈折率によりエネルギー透過率、エネルギー反射率が求まり、各面の射出後のエネルギー透過率あるいはエネルギー反射率を掛け合わせることでその光線の強度が求まる。面にコーティング処理が施してある場合は、各層毎の特性行列を用いて透過率、反射率を算出できる。また、偏光状態も上記透過率、反射率を用いてジョーンズベクトルを追跡することで算出できる（「光学の原理」東海大学出版、「結晶光学」応用物理学会光学懇話会、「光学薄膜」共立出版  参照）。
【００１６】
以下、本発明の光学素子又は光学系の偏心測定方法の１実施例を説明する。
【００１７】
図２に、偏心測定方法を実施する処理装置のブロック図を示す。本装置は、上記のような光束の像の状態又は光線の状態を測定する測定機８、表示装置２、キーボード等の入力装置３、磁気ディスク等の記憶装置４、プリンター等６、及び、それらを統括処理し、かつ、処理を行う演算処理装置１よりなる。この他に、外部の光学素子測定機９、光学系設計装置１０等とデータや処理方法等をやりとりするためのＬＡＮ７に接続されており、フロッピーディスクや光磁気ディスク等の外部媒体５との入出力機構も備えている。
【００１８】
測定機８からは、前記のように、被検光学系から射出される光束の像の状態、又は、光線の状態の測定データの他、測定光学系に関する面間隔データ、移動量等も送られる。
【００１９】
光学素子測定機９は、光学素子の面形状、面間隔、媒質の屈折率、コーティング膜厚等の各種測定機の集合であり、この測定機９からは、被検光学系、測定光学系のｒ、ｄ、ｎの測定データ、あるいは、コーティングデータ、製造誤差データ等が送られる。ここで、ｒ：曲率又は曲率半径（非球面の場合は面の方程式）、ｄ：面間隔、ｎ：媒質の屈折率、コーティングデータ：各膜の複素屈折率、膜厚である。
【００２０】
光学系設計装置１０は、光学系を設計する装置である。この装置からは、被検光学系、測定光学系のｒ、ｄ、ｎ等の設計値データ等が送られる。また、本発明の方法より求めた偏心データを取り込み、設計に反映し、又は、光学系を評価することが可能となっている。
【００２１】
図２の装置で図３に示す処理を行う。すなわち、Ｓｔｅｐ１では、図２の入力装置３、記憶装置４、外部媒体５、測定機８、光学素子測定機９、光学系設計装置１０からのＳｔｅｐ２の偏心量算出処理に用いる被検光学系、測定光学系のｒ、ｄ（測定光学系における測定のための面間隔移動量も含む）、ｎデータ、コーティングデータ、製造誤差データ、被検光学系から射出される光束の像の状態データ、又は、光線の状態の測定データ、既に分かっている偏心データ、求める偏心の種類、範囲等を必要に応じて入力する。
【００２２】
Ｓｔｅｐ２では、Ｓｔｅｐ１で入力された各種データを基に、図２の演算装置１によりリアルレイトレースを行い、求める偏心量を算出する。
【００２３】
Ｓｔｅｐ３では、求めた偏心量を図２の表示装置２、記憶装置４、外部媒体５、プリンタ６に出力する。又は、測定機８、光学素子測定機９、光学系設計装置１０等にデータ転送する。
【００２４】
次に、図３の偏心量算出処理Ｓｔｅｐ２に相当する部分の処理を、図４の連立方程式の解法にリアルレイトレースを用いた例で説明を行う。従来のオートコリメーション法を用いた偏心測定に当てはめると、連立方程式は例えば以下のようにおける。
【００２５】
評価関数をＦi （ｘ1 ，ｘ2 ，ｘ3 ，・・・，ｘn ）、ｉ＝１，２，３・・・ｎ：例えば像点位置とする。像点位置は、リアルレイトレースを用いれば、例えば図８に示すように、物点から光学系に絞り中心を通る光線を入射させ、その光線が射出する光線と像面との交点として算出できる。また、評価関数として扱えるものは、像点位置のほかに、例えば図９（ａ）に示すような、物点から光学系に入射した光束（複数本の光線）が光学系から射出される光束（複数本の光線）のある断面（図９（ｂ）、（ｃ））における重心位置、光束の広がり、又は、波動光学的点像強度分布、光線の状態等、測定可能なものでリアルレイトレースを行うことにより算出できるものであれば全て扱える。
【００２６】
変数ｘj （１，２，３，・・・ｍ）、ｊ＝１，２，３，・・・ｍ：例えば図１０に示した面あるいは単レンズ、レンズ群における偏心量とする。図１０（ａ）は、面の偏心量の定義を示しており、基準軸上の面の中心軸の基準軸となすｘ−ｚ面内の傾きεx 、ｙ−ｚ面内の傾きεy で偏心量を表している。図１０（ｂ）は、レンズの偏心量の定義を示しており、レンズの中心軸と基準軸となすｘ−ｚ面内の傾きεx 、ｙ−ｚ面内の傾きεy と、レンズ第１面の中心の基準軸からのｘ−ｚ面内のズレ量δx 、ｙ−ｚ面内のズレ量δy とで偏心量を表している。図１０（ｃ）は、レンズ群の偏心量の定義を示しており、図１０（ｂ）と同様である。図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）とは別のレンズの偏心量の定義を示しており、任意の点Ｐ（Ｘ，Ｙ）を中心に回転しているとして、その中心軸の基準軸となすｘ−ｚ面内の傾きεx 、ｙ−ｚ面内の傾きεy で偏心量を表している。
【００２７】
ここで、ａij＝∂Ｆi ／∂ｘj （偏微分）、初期の評価関数値をＦi0、初期の変数値をｘj0とすると、
Ｆi ≒Ｆi0＋Σａij（ｘj −ｘj0）                      ・・・（２）
となる。このＦi が測定結果である像面位置Ｆimに十分近づいた状態になる偏心量（変数ｘj ）が算出できればよい。
【００２８】
Ｓｔｅｐ４では、偏心量（変数）が初期状態（ｘj0）での像点位置（評価関数Ｆi0）をリアルレイトレースで求める。
【００２９】
Ｓｔｅｐ５からＳｔｅｐ７では、差分によりａijを成分とする行列Ａijを求める。一つの偏心量（変数ｘi ）を微小に変化させた状態でリアルレイトレースを行い、一つの偏心量の単位変化量に対する像点位置（評価関数Ｆi ）の変化量∂Ｆi ／∂ｘj を求める。
【００３０】
Ｓｔｅｐ８では、最適化処理により偏心量（変数ｘi ）の変化量と変化後の像点位置（評価関数Ｆi ）を求める。
【００３１】
Ｓｔｅｐ９では、最適化により求まった像点位置（評価関数Ｆi ）と測定結果である像面位置Ｆimを比較し、十分に近い状態かどうか評価する。もし、十分な状態でない場合、Ｓｔｅｐ１０で最適化後の像点位置（評価関数Ｆi ）、偏心量（変数ｘj ）をそれぞれ初期状態（評価関数i0、変数ｘj0）に置き換えて、Ｓｔｅｐ５の処理に戻る。Ｓｔｅｐ９で十分な状態である評価した場合は、処理を終了する。
【００３２】
以上の処理において、従来のオートコリメーション法では、被検光学系からの反射光を測定する。被検光学系の前方から光束を入射し、測定面からの反射光の結像位置（像点位置又は重心位置）を測定する。測定した位置を評価関数とし、被検面の偏心量を変数として、以上の処理を行うことにより、被検面の量を求める。求まった偏心量は光学系に加え、光学系のデータとして次の面の偏心量算出処理を行う。前面から後面に１面ずつ順に処理を行っていく。その処理を図示すると図５のようになる。
【００３３】
また、オートコリメーション法とは別の方法として、評価関数として扱える像点位置、光束の重心位置、光束の広がり、光線の状態等を一つあるいは複数測定し、評価関数とする方法もある。測定時に光が通った範囲の一つ以上の被検面、単レンズ、群レンズの偏心量を同時に変数にして最適化処理を行うことにより、変数にした一つ以上の被検面、単レンズ、群レンズの偏心量を一度に算出することが可能である。
【００３４】
また、従来のオートコリメーション法で用いている近軸量の代わりに、ローカル近軸量を用いることもできる。図７における光源５２から像面５４に至る任意の基準光線を設定し、基準光線の近傍を伝播する微小光束の広がりを全系にわたって計算することにより、偏心量を考慮した非対称光学系での基準光線近傍におけるローカル近軸量が得られる。ローカル近軸量として得られる情報には、結像位置、結像方位、焦線方位、倍率、焦点距離、瞳位置、主点位置、節点位置、非点収差、像面歪曲、照度等があり（特開平１１−２８７９４７号）、式（１）のβの代わりにローカル近軸量の倍率を採用することにより、被検光学系の偏心量の精度を向上することができる。
【００３５】
また、上記リアルレイトレースを行う光学系の実際の面の曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎ等は製造誤差等により意図した光学系とは異なるものになっていることもある。リアルレイトレースを行う光学系のデータを、図２の光学素子測定機９等で測定された面の曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎ等のデータと置換、又は、図２の光学素子測定機９等で測定された曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎ等の製造誤差データ、又は、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎ等の公差量等のデータを、光学系の面の曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎ等に加える。これを光学系のデータとして扱い、リアルレイトレースを行うことで、実際により近い追跡結果が算出され、求められる偏心量の精度を向上することができる。
【００３６】
また、オートコリメーション法では、被測定面の球心位置に収束するように光束を入射させる。これを実現するためには、被測定面に応じて測定機光学系内部を動かして測定を行う必要がある場合もある。上記リアルレイトレースを行う光学系に、被測定面に応じた測定機光学系内部の変動量を測定して加える。これを光学系データとして扱い、リアルレイトレースを行うことにより、実際により近い追跡結果が算出され、求められる偏心量の精度を向上することができる。
【００３７】
また、リアルレイトレースを用いて上記偏心測定、評価、解析を行う光学系には、カメラ、内視鏡、顕微鏡等のズームレンズ等がある。
【００３８】
次に、リアルレイトレースを用いて光学系あるいは光学素子の偏心測定、評価、解析を行う実施例を図１１と図１３に示す。
【００３９】
図１１は、特開平７−１２０２１８号及び特開平９−２２２３８０号に示されている斜入射法を用いた非球面偏心測定機にリアルレイトレースを応用し、精度を向上させた例を示す図である。図１１（ａ）は、非球面１２０の光軸付近に光束を入射させた状態、図１１（ｂ）は、非球面１２０の周辺部に光束を斜めに入射させた状態を示している。何れの場合も、非球面１２０の表面で反射した光束は、ミラー１１１、投影レンズ１０３、ビームスプリッタ１１５、顕微鏡対物レンズ１０５、三角プリズム１３４、ズームレンズ１０６と進み、ＣＣＤカメラ１０７に輝点となって結像する。非球面１２０を回転させると、ＣＣＤカメラ１０７上の反射してきた光束の輝点は曲線を描き、ＣＣＤカメラ１０７上で回るが、この輝点の軌跡を解析することで被検非球面レンズ１２１の非球面１２０の偏心δｒと傾きεｒをその方位角εθ、δθと共に求めることができる。
【００４０】
ところが、上述の２件の特許では、軌跡を解析するのに近軸計算及びローカル曲率に基づく近軸計算を用いていたため、必ずしも精度が良いとは言えなかった。
【００４１】
そこで、本発明では、偏心測定機１４１の光学系の全ての面の光学設計データ、つまり、各面の
ｒ：曲率半径（非球面の場合は面の方程式）
ｄ：次の面までの距離
ｎ：媒質の屈折率
を計算機１５０に入力しておき、被検非球面のεｒ、δｒ並びにεｒ、δｒの方位角εθ、δθを変数としてＣＣＤカメラ１０７で観測した被検非球面レンズ１２１を回転させたときの軌跡にリアルレイトレースした輝点の軌跡が一致するようなεｒ、δｒ、εθ、δθの最適値を求める。
【００４２】
このようにすれば、近軸光線での解析よりも精度良くεｒ、δｒ、εθ、δθを求めることかできる。
【００４３】
なお、図中の符号１４９はＣＣＤカメラ１０７の出力を処理する信号処理回路であり、符号１５１はＴＶモニターである。
【００４４】
εx ＝εｒ・ｃｏｓεθ
εy ＝εｒ・ｓｉｎεθ
δx ＝δｒ・ｃｏｓδθ
δy ＝δｒ・ｓｉｎδθ
であるから、εｒ、δｒ、εθ、δθの代わりに偏心量の成分εx 、εy 、δx 、δy を求めてもよい。
【００４５】
図１２に、上記εｒ、δｒ、εθ、δθの定義を示す。
【００４６】
次に、図１３はリアルレイトレースを用いた心出顕微鏡１６０の例を示す図であり、この心出顕微鏡１６０は、１枚のレンズの偏心測定、レンズの１面の偏心測定、複数のレンズの接合のために、それぞれのレンズの偏心を調べつつ接合するときに用いられる。
【００４７】
この心出顕微鏡１６０において、光源１６１から出た光は、ターゲットのピンホール１６２、採光レンズ１６３、ビームスプリッタ（ハーフプリズム）１１５を通り、被検面１６４に入射する。被検面１６４で反射した光束は、ビームスプリッタ（ハーフプリズム）１１５、変倍系１７１を有する光学系１０２、ハーフミラー１６７、結像レンズ１６６と進み、ＣＣＤカメラ１０７に輝点となって結像する。被検レンズ１６５を回転させたとき、ＣＣＤカメラ１０７上の輝点の位置又は軌跡から被検面１６４の偏心を求めることができる。ＣＣＤカメラ１０７の代わりに、焦点板１６８上の輝点の位置又は軌跡から、接眼レンズ１６９を介して眼１７０で観察して被検面１６４の偏心を求めてもよい。
【００４８】
ここで、ピンホール１６２の採光レンズ１６３による像は、被検面１６４の球心にできるのではなく、その球心から外れた位置にできるものでもよく、図１３はそのような場合を図示している。それを不等倍結像の状態という。同様にして、被検面１６４の下方の面１７２、１７３、１７４の偏心を求めることができる。
【００４９】
輝点の位置又は軌跡から被検面び偏心を求めるには、従来、近軸理論で解析していた。しかし、心出顕微鏡１６０の光学系の収差（特に歪曲収差）のため、精度がやや悪かった。そこで、本発明では、心出顕微鏡１６０の光学系の各面の
ｒ：曲率半径（非球面の場合は面の方程式）
ｄ：次の面までの距離
ｎ：媒質の屈折率
を計算機１５０に入力しておき、ＣＣＤカメラ１０７上の輝点の位置又は軌跡にリアルレイトレースした輝点の位置が略一致するような被検面１６４の偏心を求めることで、被検面１６４の偏心を知ることができる。
【００５０】
次に、複数面を有するレンズ系に非球面で構成されたレンズ面が含まれている場合の偏心測定の実施例を示す。非球面は一義的に決まる非球面軸が存在するため、例えばレンズ面の傾きεとズレ量δの偏心を表すパラメータが必要となる。偏心を表すパラメータは、光軸と直交し、かつ、それぞれが直交する２方向の成分（εx ，εy ）、（δx ，δy ）で表してもよい。また、図１２に非球面の偏心の定義を示すように、極座標（εｒ，εθ）、（δｒ，δθ）等でもよい。これらの偏心を表わすパラメータを求めるには以下のようにすればよい。
【００５１】
一般的に、測定しようとするレンズ面が非球面であるとき、この面に傾きεがある場合の指標の反射像の光強度分布と、この面にズレ量δがある場合の指標の反射像の光強度分布は異なるため、測定された指標の反射像の光強度分布を目標値として、例えば被測定面の傾きεとズレ量δを変数にして、リアルレイトレース又は近軸光線追跡を行い、傾きεとズレ量δを最適化することで、偏心を表すパラメータを求めることができる。
【００５２】
上記の光強度分布は、検出器で検出された光の強度分布の形状、及び、幾何光学的あるいは波動光学的に計算された光の強度分布を意味する。
【００５３】
また、被検光学系の評価を行うためには、偏心を表すパラメータの中、必要とされる少なくとも一つのパラメータを求めればよい。
【００５４】
また、図７において、光源５２から射出する光束の中一部の光線だけを被検光学系に入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面から反射する光線の位置を検出し、それぞれの状態に対してリアルレイトレース又は近軸光線追跡を行い、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるよう、傾きεとズレ量δを最適化することでも、偏心を表すパラメータを求めることができる。
【００５５】
また、図１４に示すように、マイクロレンズアレイ６２で点光源像群を作り、それを投影レンズ６３で被検面６１に投影し、被検面６１で反射若しくは屈折した光をハーフミラー６４を介して（被検面６１で反射させる場合）撮像素子６５で検出し、図１５に例示するような各点光源の像を得て、各点光源像の位置を目標としてリアルレイトレース又は近軸光線追跡を行い、全ての状態において測定された点光源像の位置と光線追跡で求めた点光源像の位置との差が小さくなるよう、傾きεとズレ量δを最適化することでも、偏心を表すパラメータを求めることができる。
【００５６】
また、図１６に示すように、シャックハルトマン法の応用例として、被検光学素子又は光学系７１を透過した光をコリメートレンズ７２を介してマイクロレンズアレイ７３に導いて点像群を作り、リレーレンズ７４を経てその点像群を撮像素子７５で検出し、各点像の位置を目標としてリアルレイトレース又は近軸光線追跡を行い、全ての状態において測定された点光源像の位置と光線追跡で求めた点光源像の位置との差が小さくなるよう、各面の傾きεとズレ量δを最適化することでも、偏心を表すパラメータを求めることができる。
【００５７】
また、測定しようとする非球面を含むレンズ単体において、レンズの前面と後面との間の面間偏心εL が、面間偏心測定機等で得られている場合には、前面及び後面単体での軸の光軸に対する傾きε（それぞれε1 、ε2 ）とズレ量δ（それぞれδ1 、δ2 ）と、指標の反射像の測定から得られた前面の傾き量ε1'、後面の傾き量ε2'、及び、εL 、及び、前面の近軸曲率半径Ｒ1 、後面の近軸曲率半径Ｒ2 、レンズ厚Ｔから、前面と後面の傾きεとズレ量δを、以下のように計算することができる。なお、偏心を表するパラメータε1 、ε2 、ε1'、ε2'、εL 、δ1 、δ2 は、ｘ、ｙそれぞれの成分を表している。
【００５８】
ε1'＝ε1 ＋δ1 ／Ｒ1                                 ・・・（３）
ε2'＝ε2 ＋δ2 ／Ｒ2                                 ・・・（４）
ε2 ＝ε1 ＋εL                                       ・・・（５）
δ2 ＝δ1 ＋Ｔε1                                     ・・・（６）
式（３）〜（６）から、
δ1 ＝（Ｒ1 Ｒ2 ＋Ｒ1 Ｔ）ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
−Ｒ1 Ｒ2 （ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）  ・・・（７）
δ2 ＝Ｒ1 Ｒ2 ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
−（Ｒ1 Ｒ2 −Ｒ2 Ｔ）（ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）・・・（８）
ε1 ＝−Ｒ1 ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
＋Ｒ2 （ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）      ・・・（９）
ε2 ＝ε1'＋εL                                       ・・・（10）
以上の計算は、光学系の近軸的な性質を基にした計算であり、式（７）〜（１０）の方程式で偏心量を求めることができるし、リアルレイトレースで被検光学系の各面の偏心を計算する場合に、非球面を含むレンズの両面の面間偏心を束縛条件として計算することもできる。
【００５９】
なお、言うまでもなく、式（７）〜（１０）と数学的に同値な方程式（例えば、極座標に変換したもの）を用いてももちろんよい。
【００６０】
ところで、複数面を有するレンズ系の各面の測定をオートコリメーション法（図７）を用いて行う場合、測定しようとする面５１の見かけ上の曲率中心、すなわち、被測定面５１と観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面５１の曲率中心の像の位置に、指標若しくは光源像を投影し、被検面５１による等倍の反射像を、その指標若しくは光源像の投影位置と同じ位置に生じさせたときに、測定しようとするレンズ面以外から反射された指標像若しくは光源像が、測定しようとするレンズ面５１による指標若しくは光源像の近傍に生じることが有り得る。この場合には、どちらが測定しようとするレンズ面による指標像若しくは光源像かの区別が困難である。
【００６１】
そこで、このような場合には、測定しようとする面の見かけ上の曲率中心、すなわち、被測定面５１と観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面５１の曲率中心の像の位置から光軸に沿った方向にずらした位置に指標若しくは光源像を投影する。その様子を図１７に示す。図７の光源５２若しくはコリメータレンズ５３の位置を光軸に沿ってずらせた場合に相当する。このとき、指標若しくは光源像を投影した位置とのその反射像の位置は異なり、倍率も等倍ではなくなる。
【００６２】
また、上記した測定しようとするレンズ面５１以外から反射される指標の像若しくは光源像の位置もずれ、一般に測定しようとするレンズ面５１による反射像の位置のずれ量と測定しようとするレンズ面以外からの反射像の位置ずれ量は異なるため、測定しようとするレンズ面５１から反射される指標の像若しくは光源像のずれ量を計算で求めておき、この位置に結像される指標の像若しくは光源像の反射像を検出するようにすることで、測定しようとするレンズ面５１による指標像若しくは光源像を区別することができる。また、投影する指標若しくは光源像に対する指標若しくは光源像の反射像の倍率の絶対値を１より大きくすることにより、等倍で結像する場合よりも偏心測定精度を向上させることができる。また、被検面で反射した光線の代わりに被検面で屈折した光線を検出する方法でもよい。
【００６３】
次に、リアルレイトレースを用いて光学素子の屈折率分布測定・評価・解析を行う実施例を、図１８を用いて説明する。
【００６４】
Ｈｅ−Ｎｅレーザー８１からのレーザー光をビームスプリッタ８２で２つの光路に分割し、一方を被検光学素子８３に入射させ、残る一方をその被検光学素子８３の設計値通りの光学性能を持つ基準光学系８４に入射させ、双方の光学系を透過した光束をビームスプリッタ８５で合成し、スクリーン８６上に干渉縞が発生するように投影する。干渉縞の像はテレビカメラで取り込み、計算機に入力して縞の解析を行い、スクリーン８６上の光束内における位相差分布を求める。
【００６５】
このような装置により測定される位相差分布は、被検光学素子８３に平行光束を入射させた場合の、射出瞳面における波面収差に該当する。
【００６６】
一般に、屈折率分布は、
ｎ（ｒ）＝ｎ0 ＋ｎ2 ｒ2 ＋ｎ4 ｒ4 ＋ｎ6 ｒ6 ＋・・    ・・・（11）
の形で表せられる。
【００６７】
被検光学素子８３の光軸方向の厚さが十分に小さくなく、被検光学素子８３内での光線の屈曲が無視できない場合には、リアルレイトレースによって計算した波面収差が、測定した波面収差に等しくなるように、式（１１）の係数ｎ2 、ｎ4 、ｎ6 を変数として屈折率分布の最適化を行う。
【００６８】
この場合、被検光学素子８３に平行光を入射させた場合の射出波面の、基準光学系８４に平行光を入射させた場合の射出波面からのズレを測定していると考えられ、基準光学系８４の収差が無視できる程小さければ、射出波面は球面となるため、被検光学素子８３に平行光を入射させた場合の射出波面の、基準光学系８４に平行光を入射させた場合の射出波面からのズレは、被検光学素子８３に平行光を入射させた場合の波面収差と一致する。
【００６９】
そのため、屈折率分布形状を式（１１）で定義した媒質の各屈折率分布係数を、初期状態を設計値とする変数として、リアルレイトレースを行い、その射出波面、すなわち波面収差を、測定値にフィッティングさせるように最適化を行えば、各係数が得られる。
【００７０】
以上の本発明の光学素子又は光学系の偏心測定方法等は、次のように構成することができる。
【００７１】
〔１〕  被測定光学素子又は光学系に光を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７２】
〔２〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光線の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７３】
〔３〕  被測定光学素子又は光学系に光束を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光束の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７４】
〔４〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光を入射させる手段と、その光が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光を検出する光検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光を前記光検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の偏心を測定する偏心測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光検出手段における光の状態が、測定された光の状態と等しくなるような被検面の偏心量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７５】
〔５〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光線を入射させる手段と、その光線が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光線を検出する光線検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光線を前記光線検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の偏心を測定する偏心測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光線検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光線検出手段における光線の状態が、測定された光線の状態と等しくなるような被検面の偏心量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７６】
〔６〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光束を入射させる手段と、その光束が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光束を検出する光束検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光束を前記光束検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の偏心を測定する偏心測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光束検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光束検出手段における光束の状態が、測定された光束の状態と等しくなるような被検面の偏心量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７７】
〔７〕  被測定光学素子又は光学系あるいは測定機の光学素子又は光学系の製造誤差を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７８】
〔８〕  測定機の光学素子又は光学系内部の変動量を測定し、変動量を考慮した光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００７９】
〔９〕  光学素子又は光学系の前面から１面ずつ測定して偏心量を求め、次の面では前に求めた偏心量を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行い、その面の偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８０】
〔１０〕  前記測定値を目標値、求める面の偏心量を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８１】
〔１１〕  前記測定値を目標値、任意の位置又は任意の軸を基準とした複数の面あるいはレンズ群の偏心量を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８２】
〔１２〕  前記未知数の算出に、最適化処理を用いることを特徴とする上記１０又は１１記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８３】
〔１３〕  波動光学的点像強度分布を評価関数とすることを特徴とする上記１２記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８４】
〔１４〕  光束の像を測定する場合の結像関係が等倍結像あるいは不等倍結像の何れかを用いることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８５】
〔１５〕  ローカル近軸量を用いたオートコリメーション法又は不等倍像法により偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８６】
〔１６〕  測定された指標の反射像の光強度分布又は位置を目標値として、非球面である被測定面の偏心量を変数にして光線追跡を行い、偏心量を最適化することで少なくとも一つの偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８７】
〔１７〕  測定された指標の反対像の光強度分布又は位置を目標値として、非球面である被測定面の傾きと偏り量を変数にして光線追跡を行い、傾きと偏り量を最適化することで、傾きと偏り量のそれぞれの要素の中少なくとも一つの偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８８】
〔１８〕  測定された指標の反射像の光強度分布又は位置を目標値として、非球面である被測定面の光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量を変数にして光線追跡を行い、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量を最適化することで、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量の少なくとも一つの偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００８９】
〔１９〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように偏心量を最適化することで、少なくとも一つの偏心量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９０】
〔２０〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように傾きと偏り量を最適化することで、傾きと偏り量の少なくとも一つの偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９１】
〔２１〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量を最適化することで、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量の少なくとも一つの偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９２】
〔２２〕  光学系中若しくは単体の非球面レンズにおいて、レンズの前面と後面との間の既知の面間偏心εL を用い、指標の反射像の測定から得られた前面の傾き量ε1'、後面の傾き量ε2'、及び、εL 、及び、前面の近軸曲率半径Ｒ1 、後面の近軸曲率半径Ｒ2 、レンズ厚Ｔから、以下の式若しくは数学的に同値の式により前面と後面の傾きε1 とε2 、偏り量δ1 とδ2 を計算することを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９３】
δ1 ＝（Ｒ1 Ｒ2 ＋Ｒ1 Ｔ）ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
−Ｒ1 Ｒ2 （ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）  ・・・（７）
δ2 ＝Ｒ1 Ｒ2 ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
−（Ｒ1 Ｒ2 −Ｒ2 Ｔ）（ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）・・・（８）
ε1 ＝−Ｒ1 ε1'／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）
＋Ｒ2 （ε2'−εL ）／（Ｒ2 −Ｒ1 ＋Ｔ）      ・・・（９）
ε2 ＝ε1'＋εL                                       ・・・（10）
〔２３〕  光学系中若しくは単体の球面若しくは非球面レンズにおいて、レンズの前面と後面との間の既知の面間偏心を用いてその面間偏心を束縛条件とし、リアルレイトレースを用いて偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９４】
〔２４〕  測定しようとする面のみかけ上の曲率中心、すなわち、被測定面と偏心測定機の観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面の曲率中心の像の位置から光軸に沿った方向にずらした位置に指標を投影し、測定しようとするレンズ面から反射される指標の像のずれ量を計算で求めておき、この位置に結像される指標の像の反射像を検出することを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９５】
〔２５〕  投影する指標に対する指標の反射像の倍率の絶対値が１より大きくすることを特徴とする上記２４記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９６】
〔２６〕  リアルレイトレースを用いることを特徴とする上記２４又は２５記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９７】
〔２７〕  光源と、光源からの光を複数の点光源群像に分割する手段と、前記点光源像群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９８】
〔２８〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の点光源像群に分割する手段と、前記点光源像群を検出する検出手段と、前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【００９９】
〔２９〕  光源と、光源からの光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１００】
〔３０〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を検出する検出手段と、前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の偏心を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０１】
〔３１〕  カメラ、内視鏡、顕微鏡等のズームレンズの光学系を対象にしていることを特徴とする上記１から３０の何れか１項記載の光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０２】
〔３２〕  上記１から３０の何れか１項記載の処理方法を機械可読な形で記録したことを特徴とする記憶媒体。
【０１０３】
〔３３〕  上記１から３０の何れか１項記載の処理方法を用いていることを特徴とする偏心測定処理装置。
【０１０４】
〔３４〕  測定機を制御するコンピュータとリアルレイトレースを行うコンピュータとが同一であることを特徴とする光学素子又は光学系の偏心測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０５】
〔３５〕  被測定光学素子又は光学系に光を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の物理量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０６】
〔３６〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光線の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の物理量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０７】
〔３７〕  被測定光学素子又は光学系に光束を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光束の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の物理量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０８】
〔３８〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光を入射させる手段と、その光が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光を検出する光検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光を前記光検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の物理量を測定する物理量測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光検出手段における光の状態が、測定された光の状態と等しくなるような被検面の物理量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１０９】
〔３９〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光線を入射させる手段と、その光線が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光線を検出する光線検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光線を前記光線検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の物理量を測定する物理量測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光線検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光線検出手段における光線の状態が、測定された光線の状態と等しくなるような被検面の物理量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１０】
〔４０〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光束を入射させる手段と、その光束が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光束を検出する光束検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光束を前記光束検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の物理量を測定する物理量測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光束検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光束検出手段における光束の状態が、測定された光束の状態と等しくなるような被検面の物理量を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１１】
〔４１〕  被測定光学素子又は光学系あるいは測定機の光学素子又は光学系の製造誤差を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１２】
〔４２〕  測定機の光学素子又は光学系内部の変動量を測定し、変動量を考慮した光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１３】
〔４３〕  光学素子又は光学系の前面から１面ずつ測定して物理量を求め、次の面では前に求めた物理量を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行い、その面の物理量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１４】
〔４４〕  前記測定値を目標値、求める面の物理量を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記３５から３７の何れか１項記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１５】
〔４５〕  前記測定値を目標値、任意の位置又は任意の軸を基準とした複数の面あるいはレンズ群の物理量を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記３５から３７の何れか１項記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１６】
〔４６〕  前記未知数の算出に、最適化処理を用いることを特徴とする上記４４又は４５記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１７】
〔４７〕  波動光学的点像強度分布を評価関数とすることを特徴とする上記４６記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１８】
〔４８〕  光束の像を測定する場合の結像関係が等倍結像あるいは不等倍結像の何れかを用いることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１１９】
〔４９〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように物理量を最適化することで、少なくとも一つの物理量を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２０】
〔５０〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように傾きと偏り量を最適化することで、傾きと偏り量の少なくとも一つの物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２１】
〔５１〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量を最適化することで、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量の少なくとも一つの物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２２】
〔５２〕  測定しようとする面のみかけ上の曲率中心、すなわち、被測定面と物理量測定機の観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面の曲率中心の像の位置から光軸に沿った方向にずらした位置に指標を投影し、測定しようとするレンズ面から反射される指標の像のずれ量を計算で求めておき、この位置に結像される指標の像の反射像を検出することを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２３】
〔５３〕  投影する指標に対する指標の反射像の倍率の絶対値が１より大きくすることを特徴とする上記５２記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２４】
〔５４〕  リアルレイトレースを用いることを特徴とする上記５２又は５３記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２５】
〔５５〕  光源と、光源からの光を複数の点光源群像に分割する手段と、前記点光源像群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２６】
〔５６〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の点光源像群に分割する手段と、前記点光源像群を検出する検出手段と、前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２７】
〔５７〕  光源と、光源からの光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２８】
〔５８〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を検出する検出手段と、前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の物理量を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１２９】
〔５９〕  カメラ、内視鏡、顕微鏡等のズームレンズの光学系を対象にしていることを特徴とする上記３５から５８の何れか１項記載の光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３０】
〔６０〕  上記３５から５８の何れか１項記載の処理方法を用いていることを特徴とする物理量測定処理装置。
【０１３１】
〔６１〕  測定機を制御するコンピュータとリアルレイトレースを行うコンピュータとが同一であることを特徴とする光学素子又は光学系の物理量測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３２】
〔６２〕  被測定光学素子又は光学系に光を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の屈折率分布型を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３３】
〔６３〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光線の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の屈折率分布型を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３４】
〔６４〕  被測定光学素子又は光学系に光束を入射し、その光学素子又は光学系から射出される光束の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより前記光学素子又は光学系の屈折率分布型を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３５】
〔６５〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光を入射させる手段と、その光が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光を検出する光検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光を前記光検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の屈折率分布型を測定する屈折率分布型測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光検出手段における光の状態が、測定された光の状態と等しくなるような被検面の屈折率分布型を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３６】
〔６６〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光線を入射させる手段と、その光線が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光線を検出する光線検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光線を前記光線検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の屈折率分布型を測定する屈折率分布型測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光線検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光線検出手段における光線の状態が、測定された光線の状態と等しくなるような被検面の屈折率分布型を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３７】
〔６７〕  被検光学素子又は光学系中の被検面に光束を入射させる手段と、その光束が被検光学素子又は光学系中の被検面より反射又は屈折した光束を検出する光束検出手段と、前記被検面で反射又は屈折された光束を前記光束検出手段に導く光学素子又は光学系で構成される光学素子又は光学系の各面の屈折率分布型を測定する屈折率分布型測定機において、前記光学素子又は光学系中の被測定面より前記光束検出手段までの光学素子又は光学系の全光学素子の設計値若しくは測定値を基に、光線追跡の計算を行い、前記光束検出手段における光束の状態が、測定された光束の状態と等しくなるような被検面の屈折率分布型を計算で求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３８】
〔６８〕  被測定光学素子又は光学系あるいは測定機の光学素子又は光学系の製造誤差を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１３９】
〔６９〕  測定機の光学素子又は光学系内部の変動量を測定し、変動量を考慮した光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行うことを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４０】
〔７０〕  光学素子又は光学系の前面から１面ずつ測定して屈折率分布型を求め、次の面では前に求めた屈折率分布型を含んだ光学素子又は光学系でリアルレイトレースを行い、その面の屈折率分布型を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４１】
〔７１〕  前記測定値を目標値、求める面の屈折率分布型を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記６２から６４の何れか１項記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４２】
〔７２〕  前記測定値を目標値、任意の位置又は任意の軸を基準とした複数の面あるいはレンズ群の屈折率分布型を未知数とした方程式の解法処理をリアルレイトレースを用いて行うことを特徴とする上記６２から６４の何れか１項記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４３】
〔７３〕  前記未知数の算出に、最適化処理を用いることを特徴とする上記７１又は７２記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４４】
〔７４〕  波動光学的点像強度分布を評価関数とすることを特徴とする上記７３記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４５】
〔７５〕  光束の像を測定する場合の結像関係が等倍結像あるいは不等倍結像の何れかを用いることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４６】
〔７６〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように屈折率分布型を最適化することで、少なくとも一つの屈折率分布型を求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４７】
〔７７〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように傾きと偏り量を最適化することで、傾きと偏り量の少なくとも一つの屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４８】
〔７８〕  被測定光学素子又は光学系に光線を入射させ、この光線と光軸とのなす角度をさまざまに変化させ、それぞれの角度に対して被検面からの反射又は屈折する光線の位置を検出し、全ての状態において測定された光線の位置と光線追跡で求めた光線位置との差が小さくなるように、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量を最適化することで、光軸と直交しかつそれぞれが直交する２方向の傾きと偏り量の少なくとも一つの屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１４９】
〔７９〕  測定しようとする面のみかけ上の曲率中心、すなわち、被測定面と屈折率分布型測定機の観察系との間に存在する別の面によって結像される被測定面の曲率中心の像の位置から光軸に沿った方向にずらした位置に指標を投影し、測定しようとするレンズ面から反射される指標の像のずれ量を計算で求めておき、この位置に結像される指標の像の反射像を検出することを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５０】
〔８０〕  投影する指標に対する指標の反射像の倍率の絶対値が１より大きくすることを特徴とする上記７９記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５１】
〔８１〕  リアルレイトレースを用いることを特徴とする上記７９又は８０記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５２】
〔８２〕  光源と、光源からの光を複数の点光源群像に分割する手段と、前記点光源像群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５３】
〔８３〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の点光源像群に分割する手段と、前記点光源像群を検出する検出手段と、前記点光源像群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された点光源像群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５４】
〔８４〕  光源と、光源からの光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を被検面近傍に投影する手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を検出する検出手段と、前記被検面で反射ないし屈折した前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５５】
〔８５〕  光学素子若しくは光学系を透過した光を複数の光束群に分割する手段と、前記光束群を検出する検出手段と、前記光束群を前記検出手段に導く手段とを備え、検出された光束群の位置を基に近軸光線追跡若しくはリアルレイトレースを行い、前記被検面の屈折率分布型を表すパラメータを求めることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５６】
〔８６〕  カメラ、内視鏡、顕微鏡等のズームレンズの光学系を対象にしていることを特徴とする上記６２から８５の何れか１項記載の光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５７】
〔８７〕  上記６２から８５の何れか１項記載の処理方法を用いていることを特徴とする屈折率分布型測定処理装置。
【０１５８】
〔８８〕  測定機を制御するコンピュータとリアルレイトレースを行うコンピュータとが同一であることを特徴とする光学素子又は光学系の屈折率分布型測定方法又は測定機又は測定されたもの。
【０１５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光学素子又は光学系の物理量測定方法においては、被測定光学素子又は光学系から射出される光の状態を測定し、その測定値よりリアルレイトレースを用いることにより物理量を求めるので、高い精度で光学素子の単体又は組み合わせからなる光学系の物理量を表すパラメータを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏心測定方法で用いるリアルレイトレースを説明するための図である。
【図２】本発明の１実施例の光学素子又は光学系の偏心測定方法を実施する処理装置のブロック図である。
【図３】図２の装置で行う処理のフローチャートである。
【図４】図３の偏心量算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図４の偏心量算出処理を前面から後面に１面ずつ順に行う処理のフローチャートである。
【図６】反射像の基準軸からの振れ量を測定するための測定機の一例を示す図である。
【図７】オートコリメータで反射像の基準軸からの振れ量を測定する様子を説明するための図である。
【図８】像点位置算出のためのリアルレイトレースの一例を説明するための図である。
【図９】光束の重心位置、光束の広がり算出のためのリアルレイトレースの一例を説明するための図である。
【図１０】レンズ面、単レンズ、レンズ群の偏心量の定義の例を示す図である。
【図１１】斜入射法を用いた非球面偏心測定機に本発明のリアルレイトレース法を適用した実施例を示す図である。
【図１２】偏心量εｒ、δｒ、εθ、δθの定義を示す図である。
【図１３】本発明のリアルレイトレース法を用いた心出顕微鏡の例を示す図である。
【図１４】本発明によりマイクロレンズアレイで点光源像群を作って偏心量を求める配置を示す図である。
【図１５】図１４における各点光源の像の例を示す図である。
【図１６】本発明によるシャックハルトマン法の応用例を示す図である。
【図１７】本発明によりオートコリメータで不等倍像を作って振れ量を測定する様子を説明するための図である。
【図１８】本発明によりリアルレイトレースを用いて光学素子の屈折率分布測定・評価・解析を行う実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…演算処理装置
２…表示装置
３…入力装置
４…記憶装置
５…外部媒体
６…プリンター
７…ＬＡＮ
８…測定機
９…光学素子測定機
１０…光学系設計装置
５１…被測定面
５２…光源（指標）
５３…コリメータレンズ
５４…像面
６１…被検面
６２…マイクロレンズアレイ
６３…投影レンズ
６４…ハーフミラー
６５…撮像素子
７１…被検光学素子又は光学系
７２…コリメートレンズ
７３…マイクロレンズアレイ
７４…リレーレンズ
７５…撮像素子
８１…Ｈｅ−Ｎｅレーザー
８２…ビームスプリッタ
８３…被検光学素子
８４…基準光学系
８５…ビームスプリッタ
８６…スクリーン
１０２…光学系
１０３…投影レンズ
１０５…顕微鏡対物レンズ
１０６…ズームレンズ
１０７…ＣＣＤカメラ
１１１…ミラー
１１５…ビームスプリッタ
１２０…非球面
１２１…被検非球面レンズ
１３４…三角プリズム
１４１…偏心測定機
１４９…信号処理回路
１５０…計算機
１５１…ＴＶモニター
１６０…心出顕微鏡
１６１…光源
１６２…ピンホール
１６３…採光レンズ
１６４…非検面
１６５…被検レンズ
１６６…結像レンズ
１６７…ハーフミラー
１６８…焦点板
１６９…接眼レンズ
１７０…眼
１７１…変倍系
１７２、１７３、１７４…光学面
２０１…半導体レーザー
２０２…測定用光学系
２０３…被測定レンズ
２０４…ビームスプリッタ
２０５…イメージローテータ
２０６…基準軸設定用光学系
２０７…ＣＣＤカメラ
２０８…モニタテレビ
２０９…ＣＲＴ
２１０…演算処理部
【図１】
0004768904.tif 000002
【図２】
0004768904.tif 000003
【図３】
0004768904.tif 000004
【図４】
0004768904.tif 000005
【図５】
0004768904.tif 000006
【図６】
0004768904.tif 000007
【図７】
0004768904.tif 000008
【図８】
0004768904.tif 000009
【図９】
0004768904.tif 000010
【図１０】
0004768904.tif 000011
【図１１】
0004768904.tif 000012
【図１２】
0004768904.tif 000013
【図１３】
0004768904.tif 000014
【図１４】
0004768904.tif 000015
【図１５】
0004768904.tif 000016
【図１６】
0004768904.tif 000017
【図１７】
0004768904.tif 000018
【図１８】
0004768904.tif 000019