(57)【要約】【課題】視野範囲に対して均一性の低い光源を用いた場合であっても、高い精度で重心演算を行うことができ、結果的に、高い精度で結像波面の形状を計測することができる波面計測装置を得る。【解決手段】結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置であって、結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞り２を備える。【選択図】図１
2013245997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置であって、
結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞り
を備えたことを特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
分割された各光束の伝播方向を計測する際に、前記視野絞りによって結像した十字状の像の横棒部分から縦方向の重心演算を行うとともに、前記十字状の像の縦棒部分から横方向の重心演算を行う重心演算部を
さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の波面計測装置。
【請求項３】
分割された各光束の伝播方向を計測する際に、前記視野絞りによって結像した十字状の像を、参照となる十字状の像とテンプレートマッチングすることで、像の重心位置を算出するテンプレートマッチング部を
さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の波面計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、結像された光線の波面の形状を計測する波面計測装置に関し、特に結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置においては、結像される光線の視野を決める視野絞りの形状として、円形形状のピンホールが用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。ここで、分割された各光束の伝播方向の計測は、視野絞りの像の重心演算により行われるので、円形形状のピンホール像に対する重心演算が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２２５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の円形形状のピンホール像に対する重心演算では、ピンホールの面積が大きいほど、計測時の雑音等の影響が小さくなって、重心演算の精度が向上する。なお、ピンホールの面積を大きくした場合には、その視野内で信号強度が均一であることが求められる。
【０００５】
すなわち、信号強度が不均一である場合には、重心演算において信号強度の分布によって位置変化に対する感度が変化するので、重心演算の精度が低下する恐れがある。そのため、円形形状のピンホールを視野絞りとして用いた場合に、高い精度で重心演算を行うためには、広い視野範囲を均一に照射する光源が必要になるという問題がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、視野範囲に対して均一性の低い光源を用いた場合であっても、高い精度で重心演算を行うことができ、結果的に、高い精度で結像波面の形状を計測することができる波面計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る波面計測装置は、結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置であって、結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞りを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る波面計測装置によれば、結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置において、結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞りを備えたことにより、視野範囲に対して均一性の低い光源を用いた場合であっても、高い精度で重心演算を行うことができ、結果的に、高い精度で結像波面の形状を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を、計測対象である光学系とともに示す構成図である。
【図２】図１に示したシャックハルトマン型の波面センサを示す模式図である。
【図３】図１に示した重心演算部における処理を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る波面計測装置を、計測対象である光学系とともに示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明に係る波面計測装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を、計測対象である光学系１０とともに示す構成図である。この波面計測装置は、光学系１０によって形成される点像の波面形状を計測する。
【００１２】
図１において、この波面計測装置は、光源１、視野絞り２、波面センサ３および信号処理部４を備えている。光源１は、波面形状の計測に用いられる光線を発生する。視野絞り２は、十字状の開口部を有し、結像される光線の視野を決める。なお、光源１は、視野絞り２の開口よりも大きな面積を持っている。
【００１３】
波面センサ３は、シャックハルトマン型の波面センサ３であり、光学系１０によって結像された光線を複数の光束に分割して、複数の像を形成する。信号処理部４は、波面センサ３により取得された複数の像から、波面形状を算出する。信号処理部４は、スポット抽出部４１、重心演算部４２および波面形状算出部４３を有している。
【００１４】
図２は、図１に示したシャックハルトマン型の波面センサ３を示す模式図である。図２において、シャックハルトマン型の波面センサ３では、光学系１０によって結像された光線を、複数のレンズアレイで複数の光束に分割して、レンズアレイ毎に像を形成する。
【００１５】
なお、レンズアレイで形成される像の位置は、各光束の伝播方向で決まる。そのため、各光束の伝播方向を計測するために、像の重心位置を計測する。これにより、レンズアレイ毎の光束の伝播方向が分かる。各光束について、その伝播方向は、波面形状の導関数となるので、伝播方向を積分することにより、波面形状を算出することができる。
【００１６】
図１に戻って、スポット抽出部４１は、波面センサ３により取得されたレンズアレイ毎の像を抽出する機能を有する。重心演算部４２は、スポット抽出部４１により抽出された像の重心位置を算出する。波面形状算出部４３は、重心演算部４２により算出された重心位置から各光束の伝播方向を算出し、さらに波面形状を算出する。
【００１７】
ここで、シャックハルトマン型の波面センサ３においては、レンズアレイにより形成された像の重心位置の演算精度が、各光束の伝播方向の見積もり精度を決定し、ひいては波面計測装置そのものの精度を決定する要因となる。
【００１８】
また、レンズアレイにより形成された像の重心位置の計測感度は、像の形状によって変化する。例えば、計測感度は、円形の像に比べると、矩形の像の方が高く、より小さな重心変化をモーメントの変化として検出することができる。また、レンズアレイにより形成された像の強度分布が不均一である場合にも、像の形状の違いと同様に、重心位置の計測感度が変化し、計測感度が低下する恐れがある。
【００１９】
そこで、この発明の実施の形態１では、重心演算部４２において、以下に示す重心演算を行う。まず、この発明の実施の形態１では、十字状の開口部を有する視野絞り２を用いるので、図３に示すように、レンズアレイにより形成される像も十字状になる。すなわち、十字状の像は、横方向に長く、縦方向に狭い横棒部分と、縦方向に長く、横方向に狭い縦棒部分とから構成されている。
【００２０】
ここで、横棒部分は、縦方向に狭いので、像に縦方向の強度分布は発生しない。したがって、横棒部分の縦方向の重心を計測した場合には、強度分布の不均一性は発生しないので、縦方向の重心演算では、感度低下は起こらない。また、同様に、縦棒部分の横方向の重心を計測したときにも、強度分布の不均一性は発生しないので、横方向の重心演算では、感度低下は起こらない。
【００２１】
そのため、十字状の開口部を有する視野絞り２を用いて、重心演算部４２が、視野絞り２によって結像した十字状の像の横棒部分から縦方向の重心位置を算出するとともに、十字状の像の縦棒部分から横方向の重心位置を算出する。これにより、光源１に強度分布が生じた場合であっても、常に高い精度で重心演算を行うことができる。
【００２２】
また、十字状の像の横棒部分は、横方向に長いので、面積が拡大する。このとき、面積に比例して重心演算に用いる信号量も増えるので、相対的に雑音の影響が減少し、縦方向の重心演算において、精度を向上させることができる。また、同様に、縦棒部分の縦方向の面積も広いので、横方向の重心演算において、精度を向上させることができる。なお、横棒部分では横方向の重心演算を行わず、縦棒部分では縦方向の重心演算を行わないので、強度分布があっても重心位置の精度に影響しないことはいうまでもない。
【００２３】
以上のように、実施の形態１によれば、結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置において、結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞りを備えたことにより、視野範囲に対して均一性の低い光源を用いた場合であっても、高い精度で重心演算を行うことができ、結果的に、高い精度で結像波面の形状を計測することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態１では、波面センサ３としてシャックハルトマン型の波面センサ３を用いたが、これに限定されず、ハルトマンセンサ等、像の重心を用いて光線の伝播方向を算出するセンサであれば、同様に用いることができる。
【００２５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る波面計測装置を、計測対象である光学系１０とともに示す構成図である。この波面計測装置は、信号処理部４Ａにおいて、図１に示した重心演算部４２に代えて、テンプレートマッチング部４４を有している。なお、その他の構成については、上記実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
【００２６】
テンプレートマッチング部４４は、スポット抽出部４１により抽出された、視野絞り２によって結像した十字状の像を、参照となる十字状の像とテンプレートマッチングすることにより、像の重心位置を算出する。
【００２７】
ここで、テンプレートマッチングを適用する場合、像に参照となる像とは異なる強度分布があると、テンプレートの不一致が発生してマッチング精度が低下する。そこで、この発明の実施の形態２では、参照となる像として、十字状の像を用いる。
【００２８】
これにより、横棒部分は、縦方向に狭いので、光源１が持つ縦方向の強度分布が発生しなくなり、テンプレートの不均一性が減少する。また、同様に、縦棒部分は、横方向の強度分布が発生しなくなり、やはりテンプレートの不均一性が減少する。したがって、高い精度でテンプレートマッチングを行うことができるので、高い精度で重心演算を行うことができる。
【００２９】
また、十字状の像の横棒部分は、横方向に長いので、面積が拡大する。このとき、面積に比例して重心演算に用いる信号量も増えるので、相対的に雑音の影響が減少し、テンプレートマッチングにおいて、縦方向の精度を向上させることができる。また、同様に、縦棒部分の縦方向の面積も広いので、テンプレートマッチングにおいて、横方向の精度を向上させることができる。
【００３０】
すなわち、テンプレートマッチングによって、レンズアレイにより形成された十字状の像の重心位置が、参照となる十字状の像の重心位置の対応点として算出されるので、像の重心位置を求めることができる。
【００３１】
以上のように、実施の形態２によれば、上述した実施の形態１の場合と同様に、結像された光線を複数の光束に分割して、各光束の伝播方向を計測することで結像波面の形状を計測する波面計測装置において、結像される光線の視野を決める、十字状の開口部を有する視野絞りを備えたことにより、視野範囲に対して均一性の低い光源を用いた場合であっても、高い精度で重心演算を行うことができ、結果的に、高い精度で結像波面の形状を計測することができる。
【００３２】
なお、参照となる像としては、レンズアレイの理想的な結像として演算で得られる視野絞り２の像を用いることができる。また、１つのレンズアレイにより形成された像をテンプレートとして、他のレンズアレイによる像とのテンプレートマッチングを行っても同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態２では、像の重心を算出したが、テンプレート内の任意の対応点を用いても同様の処理により波面形状を計測することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  光源、２  視野絞り、３  波面センサ  ４、４Ａ  信号処理部、１０  光学系、４１  スポット抽出部、４２  重心演算部、４３  波面形状算出部、４４  テンプレートマッチング部。
【図１】
2013245997.tif 000003
【図２】
2013245997.tif 000004
【図３】
2013245997.tif 000005
【図４】
2013245997.tif 000006