(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面、及び、前記画像形成面を照明する照明光学系を有し、前記照明光学系が前記画像形成面を照明することにより前記画像形成面から出射される前記画像光による光束を被検体へ出射する画像出射部と、
前記被検体から戻ってきた光束を空間的に分割して複数の分割光束を生成する波面分割部と、
前記画像出射部から出射される光束を前記被検体へ導き、且つ、前記被検体から戻ってきた光束を前記波面分割部へ導く光路分割部と、
前記被検体と前記光路分割部の間に配置され、前記画像出射部から出射された光束、又は、前記被検体から戻ってきた光束の発散量を調整するフォーカス調整部と、
前記波面分割部が生成した前記複数の前記分割光束を受光する受光部であって、前記受光部における前記各分割光束により結ばれる像の形状が、前記画像形成面から前記画像光として出射された前記物体の形状と同様の形状となる前記受光部と、
を備えたこと
を特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
複数の前記波面分割部と、
前記複数の前記波面分割部のうち、いずれか１つの前記波面分割部を選択的に切り替える波面分割切替部と、
を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項３】
前記画像出射部は、
複数の前記画像形成面と、
前記複数の前記画像形成面のうち、いずれか１つの前記画像形成面を選択的に切り替える画像形成切替部と、
を有すること
を特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項４】
前記画像出射部は、
外部からの入力を受けて二次元空間に任意の前記物体を形成する前記画像形成面
を有すること
を特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記受光部における前記波面分割部により分割された前記各分割光束により結ばれる各像が実質的に点像である場合、重心演算を行うことにより各像の位置を特定し、前記受光部における前記波面分割部により分割された前記各分割光束により結ばれる各像が実質的に非点像である場合、各像の相互相関関数を特定し、特定した各像の相互相関関数について重心演算を行うことにより各像の位置を特定する演算部
を備えたこと
を特徴とする請求項３又は請求項４記載の波面計測装置。
【請求項６】
濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面、及び、前記画像形成面を照明する照明光学系を有する画像出射部が、前記照明光学系が前記画像形成面を照明することにより前記画像形成面から出射される前記画像光による光束を被検体へ出射し、
波面分割部が、前記被検体から戻ってきた光束を空間的に分割して複数の分割光束を生成し、
光路分割部が、前記画像出射部から出射される光束を前記被検体へ導き、且つ、前記被検体から戻ってきた光束を前記波面分割部へ導き、
前記被検体と前記光路分割部の間に配置されるフォーカス調整部が、前記画像出射部から出射される光束、又は、前記被検体から戻ってきた光束の発散量を調整し、
前記波面分割部が生成した前記複数の前記分割光束を受光する受光部が、前記受光部における前記各分割光束により結ばれる像の形状が、前記画像形成面から前記画像光として出射された前記物体の形状と同様の形状となるように前記分割光束を受光すること
を特徴とする波面計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波面計測装置及び波面計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体に平面波を照射し、被検体により歪んだ波面を計測することで被検体の歪みを計測する波面収差計測装置がある。【０００３】
例えば、特許文献１では、被検光学系を光路上から一旦退避させた状態で、可変形状ミラーの反射面形状を変化させながら、可変形状ミラーで反射され被検光学系を介さずに波面センサに入射する光束の平行度を観測し、反射面の形状を、該光束が平行光束となる最適形状に設定した上で、被検光学系を上述の光路上に配置して、被検光学系の波面収差を計測する波面計測装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４７９０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の波面計測方法では、被検体に平面波を照射する必要があり、無限遠に存在する点光源が必要であった。しかしながら、光源は、一般的に有限の大きさを有するものであり、また、波面計測装置の大きさも有限であるため、従来の波面計測方法では、有限の距離にある有限の大きさを有するが、十分に小さい点とみなせる光源からの光を平面波であるとみなして、波面計測を行っていた。一方、有限の距離にある大きさの無視できない有限の大きさを有する光源、非点光源からの光を用いて波面計測を行った場合、計測する際に用いる撮像手段に結ばれる像は、点にはならないため、波面計測の精度が低下してしまうという問題点があった。【０００６】
この発明は、上述の課題を解決するためのもので、無限遠に存在する点光源が無い場合でも、波面計測の精度を向上できる波面計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に波面計測装置は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面、及び、画像形成面を照明する照明光学系を有し、照明光学系が画像形成面を照明することにより画像形成面から出射される画像光による光束を被検体へ出射する画像出射部と、被検体から戻ってきた光束を空間的に分割して複数の分割光束を生成する波面分割部と、画像出射部から出射される光束を被検体へ導き、且つ、被検体から戻ってきた光束を波面分割部へ導く光路分割部と、被検体と光路分割部の間に配置され、画像出射部から出射された光束、又は、被検体から戻ってきた光束の発散量を調整するフォーカス調整部と、波面分割部が生成した複数の分割光束を受光する受光部であって、受光部における各分割光束により結ばれる像の形状が、画像形成面から画像光として出射された物体の形状と同様の形状となる受光部と、を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、点光源が無い場合に非点光源を使うことが可能になり、波面計測の精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る波面計測装置が適用された波面計測システムの要部の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る画像形成面の構成の一例を示す図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、実施の形態１に係る画像形成面が形成する透過あるいは反射光の形状の一例を示す図である。
【図４】図４Ａは、実施の形態１に係る波面分割部を構成するマイクロレンズアレイを光束X８の光軸に沿って見た際の一例を示す図である。図４Ｂは、実施の形態１に係る受光部を光束X８の光軸に沿って見た際の一例を示す図である。
【図５】図５Ａは、校正用原器に光束Ｘ４を照射した際のマイクロレンズアレイと受光部とを有するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおける光束の一例を示す断面図である。図５Ｂは、校正用原器に光束Ｘ４を照射した際の受光部において結ばれる像の一例を示す図である。
【図６】図６Ａは、被検体に光束Ｘ４を照射した際のマイクロレンズアレイと受光部とを有するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおける光束の一例を示す断面図である。図６Ｂは、被検体に光束Ｘ４を照射した際の受光部において結ばれる像の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る波面計測装置が適用された波面計測システムの要部の構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る波面計測装置における受光部において結ばれる像の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る波面計測装置において、校正用原器を用いた際の光束の光路を示す図である。が適用された波面計測システムの要部の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０Ａ，図１０Ｂ，及び図１０Ｃは、実施の形態３に係る波面計測装置における受光部において結ばれる像の一例を示す図である。
【図１１】図１１Ａは、受光部上に並んだ非点像の一例を示す図である。図１１Ｂは、受光部上に並んだ非点像の中から選択した基準非点像の一例を示す図である。図１１Ｃは、基準非点像の位置に対する受光部上に並んだ各非点像の位置の相対関係を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る波面計測装置における演算部が基準位置を特定する処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１から図６までを参照して実施の形態１に係る波面計測装置１００について説明する。
図１は、実施の形態１に係る波面計測装置１００が適用された波面計測システム１の要部の構成の一例を示す図である。
特に図１は、実施の形態１に係る波面計測装置１００のある方向における断面の一例を示している。
【００１２】
被検体１０は、レンズ若しくはガラス板などの光波を透過させるもの、又は、反射鏡若しくは半導体ウェハ等の反射面を有するものである。
図１では、被検体１０は、有限の焦点距離を有する透過凸レンズである場合を示している。
【００１３】
波面計測システム１は、光源３０、導光部４０、及び波面計測装置１００を備える。
【００１４】
光源３０は、例えば、電力の供給を受けることにより光を発するフィラメント又は発光ダイオード等の発光体である。より具体的には、例えば、光源３０は、電力の供給を受けることにより単一波長光又は白色光を発する。
導光部４０は、光源３０が発した光を波面計測装置１００における筐体１０１の内部に導く、光ファイバ等の導光部材等である。
【００１５】
波面計測装置１００は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体の形状からなる画像光による光束Ｘ４を被検体１０へ照射し、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を空間的に分割して、物体の形状と同様の形状の複数の像を受光部１４０上に結像させて、被検体１０による波面歪みを計測するものである。
波面計測装置１００は、筐体１０１、画像出射部１１０、光路分割部１２０、フォーカス調整部１２１、波面分割部１３０、受光部１４０、制御回路１４１、入出力部１４３、放熱体１５０、温度計測部１６０、演算部１７１、電源部１７２、遮断部１７３、温度記録部１７４、及び校正用原器１９０を備える。図１は、被検体１０と受光部１４０とを結ぶ光束の伝搬の基準となる方向を示す光軸、又は、画像形成面１１２と被検体１０とを光路分割部１２０により折り曲げて結ぶ光束の伝搬の基準となる方向を示す光軸を、点線により示している。
【００１６】
筐体１０１は、波面計測装置１００の外装部材である。
実施の形態１において、光源３０及び導光部４０は、波面計測装置１００における筐体１０１の外部に備えられており、導光部４０の一端と筐体１０１とは、導光用コネクタ１０２を介して接続されている。光源３０が発した光は、導光部４０及び導光用コネクタ１０２を介して、波面計測装置１００の内部に導かる。波面計測装置１００の内部に導かれた光は、光束X０として画像出射部１１０に照射される。
光源３０及び導光部４０は、波面計測装置１００における筐体１０１の外部に備えられているものとは限らず、光源３０及び導光部４０は、波面計測装置１００における筐体１０１の内部に備えられていても良い。また、波面計測装置１００は、構成要件として光源３０及び導光部４０を備えるものであっても良い。
【００１７】
画像出射部１１０は、照明光学系１１１、画像形成面１１２、画像形成切替部（不図示）、及びリレー光学系１１３を有する。
【００１８】
照明光学系１１１は、画像形成面１１２を照明する。具体的には、照明光学系１１１は、画像出射部１１０における照明光学系１１１に入射された光束X０から非平面波である光束X１を形成して出射する。照明光学系１１１は、一枚以上のレンズ、又は一枚以上の反射鏡等の光学部材により構成され、出射した光束X１を画像形成面１１２に導く。
【００１９】
画像形成面１１２は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を光束Ｘ２（以下「画像光」という。）として出射するものである。具体的には、画像形成面１１２は、照明光学系１１１が光束Ｘ１により画像形成面１１２を照明することにより、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として形成し、光束X２として出射する。
図２を参照して画像形成面１１２の構成ついて説明する。
図２は、実施の形態１に係る画像形成面１１２の構成の一例を示す図である。
図２に示すとおり、例えば、画像形成面１１２は、照明光学系１１１から入射された光束X１を透過させる透過部１１２ａと、透過部１１２ａの周囲に受けた光束X１を遮断するマスク部１１２ｂとを有する。
【００２０】
画像形成面１１２は、透過部１１２ａとマスク部１１２ｂとにより、照明光学系１１１から入射された光束X１から、非点、すなわち、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体、を画像光として形成し、光束X２として出射する。
マスク部１１２ｂは、不透明の樹脂板、不透明なガラス、又は金属等により構成される。透過部１１２ａは、ガラス若しくは樹脂等の透明板、又はマスク部１１２ｂを形成する不透明の樹脂板、不透明なガラス、若しくは金属等の部材に開けられた穴等により構成される。
透過部１１２ａ及びマスク部１１２ｂは、上述の構成に限るものではない。
透過部１１２ａ及びマスク部１１２ｂは、画像形成面１１２が透過型液晶パネルにより構成される場合、透過型液晶パネルの液晶層を電気的に制御されることにより、透過型液晶パネルにおいて形成されるものであっても良い。
【００２１】
また、画像形成面１１２は、画像光を形成するために、照明光学系１１１から入射された光束X１を反射させる反射部（不図示）と、反射部の周囲に受けた光束X１を吸収する吸収部（不図示）とを有するものであっても良い。
画像形成面１１２は、反射部と吸収部とにより、照明光学系１１１から入射された光束X１から、非点、すなわち、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体、を画像光として形成し、光束X２として出射する。
反射部は、例えば、反射鏡により構成させる。吸収部は、例えば、樹脂性の吸光材により構成される。また、反射部及び吸収部は、画像形成面１１２が反射型液晶パネルにより構成される場合、反射型液晶パネルの液晶層を電気的に制御されることにより、反射型液晶パネルにおいて形成されるものであっても良い。
【００２２】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、実施の形態１に係る画像形成面１１２が形成する画像光の形状の一例を示す図である。
実施の形態１に係る画像出射部１１０は、画像形成面１１２として、それぞれ異なる形状の画像光を形成する４種類の画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４を備える。
【００２３】
画像出射部１１０は、画像形成切替部により、複数の画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４のうち、いずれか１つを選択的に切り替えて、各画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４に対応する画像光を形成させることができる。なお、画像出射部１１０における画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４の画像形成切替部による切り換えは、予め用意された画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４を可動部（不図示）により切り替えることにより行うことができる。また、画像形成面１１２が、透過型液晶パネル又は反射型液晶パネル等により構成される場合、画像形成面１１２は、二次元空間に任意の濃淡によるパターンにより形成することにより、有限の大きさの物体を画像光として出射するようにしても良い。具体的には、画像形成面１１２が透過型液晶パネル又は反射型液晶パネル等により構成される場合、画像形成切替部が、透過型液晶パネル又は反射型液晶パネルの液晶層を電気的に制御することにより、画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４の切り換えを行う。
【００２４】
以下、画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，及び画像形成面１１２−４が形成する画像光の形状は、それぞれ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに示すものに相当するものとして説明する。
なお、画像出射部１１０が備える画像形成面１１２が形成する画像光の形状は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに示すものとは限らず、非点、すなわち、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体の形状であれば良い。
【００２５】
また、画像出射部１１０が備える画像形成面１１２の種類の数は、４個とは限らず、１個以上であれば、３個以下でも、５個以上でも良い。
なお、図３において、図３Ａ又は図３Ｂに示す画像形成面１１２−１又は画像形成面１１２−２は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面１１２の一例を示すものである。また、図３Ｃに示す画像形成面１１２−３は、例えば、図２に示す透過部１１２ａの大きさが光の波長の長さと同程度の大きさの点である。透過部１１２ａの大きさが光の波長の長さと同程度の大きさの点である場合、透過部１１２ａの大きさは、無視できるものとなる。このため、画像形成面１１２−３は、実際には非点であるが、濃淡によるパターンにより形成された実質的に点とみなせる物体を画像光として出射する画像形成面１１２の一例を示すものである。また、図３Ｄに示す画像形成面１１２−４は、図３Ｃに示す実質的に点とみなせる物体を空間的な並びを持たせて配置した物体を画像光として出射する画像形成面１１２の一例を示すものである。
【００２６】
リレー光学系１１３は、画像形成面１１２から入射された画像光である光束X２を被検体１０の方向へ導く。実施の形態１に係るリレー光学系１１３は、一例として、透過凸レンズにより構成され、光束X３を光路分割部１２０に導くものである。
【００２７】
以上のとおり、画像出射部１１０は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面１１２、及び、画像形成面１１２を照明する照明光学系１１１を有し、照明光学系１１１が画像形成面１１２を照明することにより画像形成面１１２から出射される画像光による光束Ｘ３を被検体１０へ出射するものである。
【００２８】
光路分割部１２０は、筐体１０１の内部に配されるハーフミラー等により構成されたビームスプリッタ等である。光路分割部１２０は、第１入射面１２０ａと、第１入射面１２０ａと直交する、第１出射面であり第２入射面である出入射面１２０ｂと、出入射面１２０ｂと平行する第２出射面１２０ｃを有する。
【００２９】
光路分割部１２０は、リレー光学系１１３から第１入射面１２０ａに入射された光束Ｘ３を９０度屈曲させて出入射面１２０ｂから出射し、出入射面１２０ｂから出射した光束Ｘ３をフォーカス調整部１２１に導く。
一方、光路分割部１２０は、出入射面１２０ｂに入射された被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を透過させて、第２出射面１２０ｃから波面分割部１３０に導く。
以上のとおり、光路分割部１２０は、画像出射部１１０が出射する光束Ｘ３を、出入射面１２０ｂを経由して被検体１０へ導く光路、及び、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を、第２出射面１２０ｃを経由し波面分割部１３０に導く光路の二つ光路を分割するためのものである。
【００３０】
フォーカス調整部１２１は、筐体１０１の内部に配される透過凸レンズ等により構成されたの光学系部材である。フォーカス調整部１２１は、可動部（不図示）により透過凸レンズ等の位置を被検体１０から戻ってきた光束Ｘ７が進む方向に対して前後に移動させることにより、出入射面１２０ｂから入射された光束Ｘ３、及び被検体１０から入射された光束Ｘ７の発散量を調整するものである。
フォーカス調整部１２１は、光束Ｘ３の発散量を調整して、光束Ｘ４として出射し、被検体１０に導く。
また、フォーカス調整部１２１は、光束Ｘ７の発散量を調整して、光束Ｘ８として出射し、光路分割部１２０の出入射面１２０ｂへ導く。
【００３１】
フォーカス調整部１２１から出射された光束Ｘ４は、筐体１０１に備えられた開口部１０３を介して、筐体１０１の外部に配置された被検体１０に照射される。開口部１０３は、筐体１０１において必ずしも開口しているものととは限らず、例えば、開口部１０３は、光束Ｘ４が可視光線である場合、透明なガラス板等で覆われていても良い。
【００３２】
図１に示す被検体１０は、有限の焦点距離を有する透過凸レンズであるため、フォーカス調整部１２１から被検体１０に入射された光束Ｘ４は、被検体１０を透過して、被検体１０から光束Ｘ５として出射される。被検体１０から出射された光束Ｘ５は、折り返しミラー２０に導かれる。
【００３３】
折り返しミラー２０は、例えば、平面鏡又は凹面鏡等に代表される反射鏡により構成される。折り返しミラー２０は、被検体１０が、図１に示すような透過レンズ等の光束を透過するものである場合、折り返しミラー２０は、被検体１０を透過した光束Ｘ５を反射させて、被検体１０に向かって光束Ｘ５を光束Ｘ６として光路又は光軸を折り返す。
折り返しミラー２０により折り返された光束Ｘ６は、再び、被検体１０に入射される。
【００３４】
なお、実施の形態１に係る折り返しミラー２０は、折り返しミラー２０の光軸が、被検体１０及び波面計測装置１００の光軸と同軸になるように揃えたものである。また、折り返しミラー２０は、折り返しミラー２０の位置又は角度等の調整するための調整機構（不図示）を用いて、折り返しミラー２０、被検体１０、及び波面計測装置１００の光軸を揃えるように調整可能なものであっても良い。
被検体１０に入射された光束Ｘ６は、被検体１０を透過して、被検体１０から光束Ｘ７として出射され、フォーカス調整部１２１に導かれる。
また、被検体１０が光束Ｘ４を透過するものではなく、被検体１０が光束Ｘ４を反射するものである場合、折り返しミラー２０は、必須なものではない。
【００３５】
フォーカス調整部１２１に入射された光束Ｘ７は、上述のとおり、フォーカス調整部１２１を透過して、光束Ｘ８として光路分割部１２０の出入射面１２０ｂに導かれる。
出入射面１２０ｂに入射された光束Ｘ８は、上述のとおり、光路分割部１２０の第２出射面１２０ｃから波面分割部１３０に導かれる。
【００３６】
図４を参照して、実施の形態１に係る波面分割部１３０及び受光部１４０について説明する。
波面分割部１３０は、光路分割部１２０の第２出射面１２０ｃから入射された光束Ｘ８を空間的に分割するものである。
実施の形態１に係る波面分割部１３０は、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ１３１により構成される。
【００３７】
図４Ａは、実施の形態１に係る波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１を光束Ｘ８の光軸に沿って見た際の一例を示す図である。
波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１は、図４Ａに示すように、平面上に複数のマイクロレンズが二次元的、つまり、複数行複数列の格子状に配置されたものである。波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズの入射面は、光軸に直交して配置される。
各マイクロレンズは、入射された光束Ｘ８を空間的に分割し、各マイクロレンズにより分割した光束（以下「分割光束」という。）を、各マイクロレンズに対向する受光部１４０における各位置に集光させ、受光部１４０における当該各位置に結像させる。
【００３８】
図４Ａに示すマイクロレンズアレイ１３１は、一例として、１０行１０列の格子状に配置された複数のマイクロレンズを有するものである。
図４Ａに示すマイクロレンズアレイ１３１における複数のマイクロレンズの配置は、一例に過ぎず、これに限るものではない。例えば、マイクロレンズアレイ１３１における複数のマイクロレンズは、行と列とにおいて異なる数により格子状に配列されたものであっても良い。また、例えば、マイクロレンズアレイ１３１における複数のマイクロレンズは、複数行複数列の格子状に配列されたものから、マイクロレンズアレイ１３１における光束Ｘ８が入射されない領域のマイクロレンズを取り去るように配列されたものでも良い。また、マイクロレンズアレイ１３１における複数のマイクロレンズは、格子状に配置されたものに限るものではなく、例えば、ハニカム状に配置されたものであっても良い。
【００３９】
受光部１４０は、波面分割部１３０が空間的に分割して生成した複数の分割光束を受光し、各分割光束により結ばれる像を受光面において取得するためのものである。この際、画像形成面１１２と受光部１４０は光学的に共役な関係にあるため、受光部１４０において各分割光束により結ばれる像の形状は、前記画像形成面から画像光として出射される、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体の形状と同様の形状となる。
具体的には、受光部１４０は、波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズにより集光された分割光束を、当該各マイクロレンズに対向する受光部１４０における各位置において受光する。当該各マイクロレンズに対向する受光部１４０における各位置において結ばれる像の形状は、画像形成面１１２により形成された有限の大きさの物体の形状と同様の形状となる。つまり、画像形成面１１２により形成された有限の大きさの物体と同様の形状の像は、波面分割部１３０により分割した分割光束の数だけ受光部１４０における受光面上に作られる。
【００４０】
画像出射部１１０において、図３Ａ又は図３Ｂに示した画像形成面１１２−１又は画像形成面１１２−２を選択している場合、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの像（以下「非点像」という。）となる。また、画像出射部１１０において、図３Ｃ又は図３Ｄに示した画像形成面１１２−３又は画像形成面１１２−４を選択している場合、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、濃淡によるパターンにより形成された実質的に点とみなせる像（以下「点像」という。）となる。
受光部１４０は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等に代表されるイメージセンサにより構成される。受光部１４０がＣＭＯＳにより構成される場合、受光部１４０を構成するＣＭＯＳは、ＣＭＯＳカメラセンサを構成している。
【００４１】
図４Ｂは、実施の形態１に係る受光部１４０を光束Ｘ８の光軸に沿って見た際の一例を示す図である。
受光部１４０は、図４Ｂに示すように、平面上に複数の受光素子が二次元的、つまり、複数行複数列の格子状に配置され、波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１に対向して配置される。図４Ｂに示す受光部１４０は、一例として、１００行１００列の格子状に配置された複数の受光素子を有するものである。図４Ｂにおいて、網目の一つひとつは、１つの受光素子を示している。
マイクロレンズアレイ１３１が、図４Ａに示すように１０行１０列の格子状に配置された複数のマイクロレンズを有するものである場合、受光部１４０は、図４Ｂに示すように各マイクロレンズにより集光された分割光束を、当該各マイクロレンズに対向する１０行１０列に配置された複数の受光素子により受光する。
【００４２】
図４Ｂに示す受光部１４０における複数の受光素子の配置は、一例に過ぎず、これに限るものではない。受光部１４０は、少なくとも、マイクロレンズアレイ１３１における任意のマイクロレンズにより集光される分割光束を、複数の受光素子により受光するものあれば良い。例えば、受光部１４０における複数の受光素子は、行と列とにおいて異なる数により格子状に配列されたものであっても良い。また、例えば、受光部１４０における複数の受光素子は、複数行複数列の格子状に配列されたものから、受光部１４０においてマイクロレンズにより集光される分割光束を受光しない領域の受光素子を取り去るように配列されたものでも良い。また、受光部１４０における複数の受光素子は、格子状に配置されたものに限るものではなく、例えば、ハニカム状に配置されたものであっても良い。
【００４３】
波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズと、各マイクロレンズにより集光された分割光束が受光部１４０において結像される点像又は非点像との関係は、光学的に言うと瞳と像との関係になっている。受光部１４０と、波面分割部１３０を構成するマイクロレンズアレイ１３１とを組み合わせた波面センサ１８０は、一般にシャック・ハルトマン方式の波面センサとして知られている。シャック・ハルトマン方式の波面センサにおいて、集光された光は、イメージセンサによって光電変換され、光電変換後の電気信号は、光の位置と量を示す信号として読み出される。
【００４４】
制御回路１４１は、受光部１４０に対する露光制御、及び、受光部１４０における各受光素子が受光した光の量を示す電気信号（以下「受光信号」という。）を受光部１４０から受信するための受信制御を行うためのものである。
配線１４２は、受光部１４０と制御回路１４１との間で受光信号等の電気信号を伝達するためのものである。
制御回路１４１は、筐体１０１の外部にある電源部１７２から駆動するための電源が供給される。
受光部１４０は、制御回路１４１及び配線１４２を介して電源部１７２から駆動するための電源が供給される。
【００４５】
入出力部１４３は、制御回路１４１が露光制御を行うための露光条件を制御回路１４１に入力するためのものである。更に、入出力部１４３は、制御回路１４１が受信した受光信号を筐体１０１の外部にある演算部１７１に出力するためのものである。
入出力部１４３は、波面計測装置１００と、筐体１０１の外部にある演算部１７１との間でデータの送受を行うためのインターフェースである。入出力部１４３は、ＵＳＢ、ＲＪ４５、ＲＳ２３２Ｃ、又はＩＥＥＥ１３９４等の汎用的な通信規格に基づいてデータの送受を行う。
制御回路１４１は、上述の通信規格が筐体１０１の外部にある電源部１７２からの電源供給が可能なものである場合、入出力部１４３を介して、筐体１０１の外部にある電源部１７２から電源供給されるものであっても良い。
【００４６】
放熱体１５０は、筐体１０１の一部を構成する放熱部材、又は筐体１０１に固定される放熱部材である。
放熱体１５０は、接着剤１５１を介して、制御回路１４１及び入出力部１４３を放熱体１５０に固定しつつ、制御回路１４１及び入出力部１４３と熱的に接触されるものである。結果として、制御回路１４１及び入出力部１４３で発生する熱は放熱体１５０を介して筐体１０１の外部に放散される。
【００４７】
受光部１４０又は制御回路１４１等は、半導体等の電子部品により構成されている。電子部品は、動作保障温度が予め定められているため、受光部１４０又は制御回路１４１等を構成する電子部品の温度が上昇すると、動作が不安定になることがある。
波面計測装置１００は、放熱体１５０を備えることにより、制御回路１４１及び入出力部１４３で発生する熱を筐体１０１の外部に放散できるため、受光部１４０又は制御回路１４１等を構成する電子部品の温度上昇を抑制できる。
【００４８】
温度計測部１６０は、受光部１４０、制御回路１４１、又は入出力部１４３等の温度を計測するためのものである。図１では、一例として、温度計測部１６０は、受光部１４０の温度を計測する例を示している。また、図１では、温度計測部１６０は、１つしか示されていないが、波面計測装置１００は、受光部１４０、制御回路１４１、又は入出力部１４３等における各温度を計測するために、複数の温度計測部１６０を備えていても良い。
温度計測部１６０は、計測した温度を示す温度情報を筐体１０１の外部にある温度記録部１７４に記録させる。
【００４９】
演算部１７１、電源部１７２、遮断部１７３、及び温度記録部１７４は、筐体１０１の外部に存在する。演算部１７１、電源部１７２、遮断部１７３、及び温度記録部１７４は、それぞれ、例えば、汎用計算機１７０におけるＣＰＵ等の演算処理手段、電源供給手段、電源制御手段、ＲＡＭ又はＨＤＤ等の記憶手段により構成される。
【００５０】
電源部１７２は、演算部１７１、遮断部１７３、温度記録部１７４、及び筐体１０１の内部の制御回路１４１に電源を供給するものである。
温度記録部１７４は、温度計測部１６０が計測した温度を示す温度情報を記憶するものである。
【００５１】
遮断部１７３は、温度記録部１７４に記録された温度情報を読み出し、読み出した温度情報が示す温度値と、予め設定された温度閾値とを比較して、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を制御するものである。
遮断部１７３は、温度記録部１７４から読み出した温度情報が示す温度値が温度閾値を超えた場合、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を停止するように制御する。
遮断部１７３は、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を停止させた後においても、温度記録部１７４に記録された温度情報を読み出すようにしても良い。遮断部１７３は、電源部１７２による制御回路１４１への電源の供給が停止されている場合における温度情報が示す温度値と、予め設定された温度閾値とを比較し、当該温度値が温度閾値以下になった場合、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を再開するように制御する。
【００５２】
なお、制御回路１４１への電源の供給を停止するか否かを判定するために用いる温度閾値（以下「停止閾値」という。）と、制御回路１４１への電源の供給を再開するか否かを判定するために用いる温度閾値（以下「再開閾値」という。）とは、再開閾値が停止閾値以下であれば良く、同じ値に限るものではない。
【００５３】
また、遮断部１７３は、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を開始してから連続して当該供給を行った期間と、予め設定された期間閾値とを比較し、当該期間が期間閾値を超えた場合、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を停止するように制御するものであっても良い。
また、遮断部１７３は、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を停止してから連続して当該供給を停止した期間と、予め設定された期間閾値とを比較し、当該期間が期間閾値を超えた場合、電源部１７２による筐体１０１の内部の制御回路１４１への電源の供給を再開するように制御するものであっても良い。
なお、制御回路１４１への電源の供給を停止するか否かを判定するために用いる期間閾値と、制御回路１４１への電源の供給を再開するか否かを判定するために用いる期間閾値とは、同じ値に限るものではない。
【００５４】
上述のとおり、受光部１４０又は制御回路１４１等は、半導体等の電子部品により構成されている。電子部品は、動作保障温度が予め定められているため、受光部１４０又は制御回路１４１等を構成する電子部品の温度が動作保障温度を超えて上昇すると、動作が不安定になるばかりか、電子部品が故障し、波面計測装置１００が動作しなくなることがある。
波面計測装置１００は、遮断部１７３を備えることにより、受光部１４０、制御回路１４１、又は入出力部１４３等の温度上昇を監視することで、電子部品の故障又は不安定な動作を未然に抑制できる。
【００５５】
演算部１７１は、入出力部１４３を介して取得した受信信号に基づいて、集光した光の位置及び量を定量的に計算する。集光した光の量が多い位置（以下「集光スポット」という。）の空間分布は、マイクロレンズアレイ１３１に入射された局所的な波面の傾きと相関がある。したがって、演算部１７１は、集光スポットの空間分布から、マイクロレンズアレイ１３１に入射された光束Ｘ８の波面を計測することにより、被検体１０の歪みを計測する。
【００５６】
実施の形態１に係る波面計測装置１００の動作について説明する。
まず、波面計測装置１００は、被検体１０の波面を計測する際の基準となる波面を特定するために、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際に取得した受信信号に基づいて、波面の計測を行う。
校正用原器１９０は、例えば、既知の光学特性を有する反射鏡である。具体的には、例えば、校正用原器１９０は、表面の形状が既知、又は所定の手段により平面度が保証された平面鏡等である。
図９は、実施の形態１に係る波面計測装置１００において、校正用原器１９０を用いた際の光束の光路を示す図である。
波面計測装置１００は、図９に示すように、筐体１０１における開口部１０３と、フォーカス調整部１２１との間における光束Ｘ４の光軸上に校正用原器１９０を配置し、光束Ｘ４を校正用原器１９０によりフォーカス調整部１２１に向かって反射させることにより、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際の波面測定を行う。
【００５７】
図５Ａは、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際のマイクロレンズアレイ１３１と受光部１４０とを有するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおける光波の一例を示す断面図である。
図５Ｂは、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際の受光部１４０において結ばれる像の一例を示す図である。なお、図５Ｂは、画像形成面１１２が図３Ａに示す画像形成面１１２−１を選択している場合における、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際の受光部１４０において結ばれる非点像の一例を示している。
校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際の校正用原器１９０から戻ってきた光束Ｘ８における波面の位相空間分布が、図５Ａに示すように、光束Ｘ８の光軸に直交する面に平行な面である場合、受光部１４０において結ばれる像は、マイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズの中心位置に対向する位置に結像される。例えば、マイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズが複数行複数列の格子状に等間隔に配置されている場合、受光部１４０において結ばれる非点像は、図５Ｂに示すように、受光部１４０上に等間隔に並ぶ。このようにマイクロレンズアレイ１３１による非点像の位置は、マイクロレンズアレイ１３１に入射された局所的な波面の傾斜と相関があるため、非点像の位置から波面の傾斜を求めることが可能となる。
【００５８】
演算部１７１は、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際に取得した受信信号が示す受光部１４０上に結像された各像の受光部１４０における位置（以下「基準位置」という。）を特定する。
図５Ｂに示すような、受光部１４０上に並んだ点像又は非点像の位置を特定するには、いくつかの方法がある。基準位置の特定方法の一例を図１２を参照して説明する。
図１２は、実施の形態１に係る波面計測装置１００における演算部１７１が基準位置を特定する処理の一例を説明するフローチャートである。
【００５９】
まず、ステップＳＴ１にて、演算部１７１は、受光部１４０上に並んだ像が非点像であるか否かを判定する。受光部１４０に結ばれる像は、画像形成面１１２において図３に示す画像形成面１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４のうち、いずれかが選択されることにより決定されているため、既知のものであるとする。
ステップＳＴ１にて、演算部１７１が、受光部１４０上に並んだ像が非点像であると判定した場合、すなわち、例えば、画像形成面１１２において図３Ａ又は図３Ｂに示す画像形成面１１２−１又は画像形成面１１２−２が選択されている場合、演算部１７１は、ステップＳＴ２からステップＳＴ４までの処理を行う。
【００６０】
ステップＳＴ２及びステップＳＴ３の処理について、図１１を参照して、具体例を説明する。
図１１Ａは、図３Ａ示す画像形成面１１２−１を選択している場合における受光部１４０上に並んだ非点像の一例を示す図である。
ステップＳＴ２にて、演算部１７１は、受光部１４０上に並んだ非点像の中から、基準となる任意の１つの非点像（以下「基準非点像」という。）を選択する。
図１１Ｂは、受光部１４０上に並んだ非点像の中から演算部１７１が選択した基準非点像の一例を示す図である。
【００６１】
ステップＳＴ２の後、ステップＳＴ３にて、演算部１７１は、図１１Ａに示す受光部１４０上に並んだ各非点像と、図１１Ｂに示す基準非点像との相互相関関数を算出する。
具体的には、演算部１７１は、ＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、ＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、相互相関（Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、正規化相互相関（ＮＣＣ：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、零平均正規化相互相関（ＺＮＣＣ：Ｚｅｒｏ  ｍｅａｎｓ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、又は位相限定相関（ＰＯＣ：Ｐｈａｓｅ−Ｏｎｌｙ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法等のパターンマッチングにおける画像処理を用いて、画像の中から特定の特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて基準非点像の位置に対する受光部１４０上に並んだ各非点像の位置の相対関係を示す相互相関関数を算出する。
【００６２】
図１１Ｃは、基準非点像の位置に対する受光部１４０上に並んだ各非点像の位置の相対関係を示す図である。
図１１Ａに示すような受光部１４０上に並んだ非点像において、演算部１７１が上述の相互相関処理を行うことにより算出された相互相関関数は、図１１Ｃに示すような各マイクロレンズに対応する位置に点像が作られたものに類似した関数になる。つまり、ステップＳＴ２、ステップＳＴ３の前処理により、ステップＳＴ１にて受光部１４０上に並んだ像が点像とであると判定した場合と同様の処理ステップＳＴ４を行うことができるメリットがある。
ステップＳＴ３の後、ステップＳＴ４にて、演算部１７１は、演算部１７１が算出した相互相関関数の各領域に対して重心演算を行うことにより、受光部１４０における非点像の位置を特定する。
ステップＳＴ４の後、演算部１７１は、当該フローチャートの処理を終了する。
【００６３】
ステップＳＴ１にて、演算部１７１が、受光部１４０上に並んだ像が非点像でない、つまり、受光部１４０上に並んだ像が点像であると判定した場合、すなわち、例えば、画像形成面１１２において図３Ｃに示す画像形成面１１２−３が選択されている場合、ステップＳＴ４にて、演算部１７１は、各マイクロレンズに対応する受光部１４０の各領域にて重心演算を行うことにより、受光部１４０における各点像の位置を特定する。
ステップＳＴ４の後、演算部１７１は、当該フローチャートの処理を終了する。
図１２に示すフローチャートに従って処理を行うことにより、受光部１４０上に並んだ像が点像であるか非点像であるかに関わらず、受光部１４０上に並んだ各像の位置を特定することが可能となる。
【００６４】
演算部１７１は、演算部１７１が上述の方法により特定した基準位置に基づいて、校正用原器１９０に光束Ｘ４を照射した際のマイクロレンズアレイ１３１に入射された光束Ｘ８における波面の位相空間分布（以下「基準位相分布」という。）を特定する。
演算部１７１は、例えば、田中済らにより「国立天文台報  Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．２  “シャック・ハルトマン鏡面測定装置のデータ処理”」（ＵＲＬ：http://dbc.nao.ac.jp/cgi-bin-jp/display/rep/vol2/431/0001）に示された方法を用いることにより、マイクロレンズで分割された点像、あるいは非点像の受光部１４０上の位置に基づいて、マイクロレンズアレイ１３１に入射された光束Ｘ８における波面の位相空間分布を特定することが可能である。
【００６５】
次に、波面計測装置１００は、校正用原器１９０を光軸上から取り除き、被検体１０に光束Ｘ４を照射することにより取得した受信信号に基づいて、波面の計測を行う。
【００６６】
図６Ａは、被検体１０に光束Ｘ４を照射した際のマイクロレンズアレイ１３１と受光部１４０とを有するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおける光波の一例を示す断面図である。
図６Ｂは、被検体１０に光束Ｘ４を照射した際の受光部１４０において結ばれる像の一例を示す図である。なお、図６Ｂは、画像形成面１１２が図３Ａに示す画像形成面１１２−１が選択されている場合における、被検体１０に光束Ｘ４を照射した際の受光部１４０において結ばれる像の一例を示している。
【００６７】
被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８における波面の位相空間分布が、図６Ａに示すように、光束Ｘ８の光軸に直交する面に対して歪みがある場合、受光部１４０において結ばれる像は、マイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズの中心位置に対向する位置に対してずれた位置に結像される。例えば、マイクロレンズアレイ１３１に入射した局所的な波面は、光軸に対して傾いている場合、図６Ａの分割光束に示すように斜めに進むことから、各マイクロレンズが作る非点像の相対位置から、マイクロレンズアレイ１３１に入射した波面の位相空間分布を求めることができる。
マイクロレンズアレイ１３１における各マイクロレンズが複数行複数列の格子状に等間隔に配置されている場合、受光部１４０において結ばれる非点像は、図６Ｂに示すように、マイクロレンズアレイ１３１に入射した波面の局所的な傾きに比例して、各マイクロレンズの中央位置からずれて結像される。
【００６８】
演算部１７１は、被検体１０に光束Ｘ４を照射した際に取得した受信信号が示す受光部１４０上に結像された各像の受光部１４０における位置（以下「被検体計測位置」という。）を図１２に示すフローチャートを参照して説明した方法により特定する。
更に、演算部１７１は、演算部１７１が特定した被検体計測位置に基づいて、被検体１０に光束Ｘ４を照射した際の、マイクロレンズアレイ１３１に入射された光束Ｘ８における波面の位相空間分布（以下「被検体位相分布」）を特定する。
【００６９】
演算部１７１は、基準位相分布と被検体位相分布との差分を算出する。この基準位相分布と被検体位相分布の差分は図１と図９の光路の違いによって生じる波面の歪み、又は収差であるため、被検体１０の歪みを計測することが可能となる。なお、実施の形態１において計測される被検体１０の歪みは、厳密には折り返しミラー２０の歪みも含むものである。また、実施の形態１において計測される被検体１０の歪みは、折り返しミラー２０を経由して２回計測される、所謂、ダブルパス計測により計測されるものであるため、実施の形態１において計測される被検体１０の歪みは、被検体１０が有する歪みの２倍の値となる。
【００７０】
実施の形態１に係る波面計測装置１００における画像出射部１１０は、互いに異なる形状の画像光を形成する複数の画像形成面１１２のうち、いずれか１つを画像形成切替部により選択的に切り替えることが可能なものである。波面計測装置１００は、画像形成面１１２を切り替えることにより、様々な濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光を形成し、形成した画像光を画像出射部１１０から光束Ｘ３として出射して基準位相分布と被検体位相分布とを計測することにより、被検体１０の歪みを高精度に計測することが可能になる。
【００７１】
以上のように、波面計測装置１００は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面１１２、及び、画像形成面１１２を照明する照明光学系１１１を有し、照明光学系１１１が画像形成面１１２を照明することにより画像形成面１１２から出射される画像光による光束Ｘ３を被検体１０へ出射する画像出射部１１０と、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を空間的に分割して複数の分割光束を生成する波面分割部１３０と、画像出射部１１０から出射される光束Ｘ３を被検体１０へ導き、且つ、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を波面分割部１３０へ導く光路分割部１２０と、被検体１０と光路分割部１２０の間に配置され、画像出射部１１０から出射された光束Ｘ３、又は、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ７の発散量を調整するフォーカス調整部１２１と、波面分割部１３０が生成した複数の分割光束を受光する受光部１４０であって、受光部１４０における各分割光束により結ばれる像の形状が、画像形成面１１２から画像光として出射された物体の形状と同様の形状となる受光部１４０と、を備えた。
【００７２】
このように構成することで、波面計測装置１００は、点光源が無い場合に非点光源を使うことが可能になり、波面計測の精度を向上できる。
【００７３】
実施の形態２．
図７及び図８を参照して、実施の形態２に係る波面計測装置１００ａについて説明する。
波面計測装置１００ａは、波面計測装置１００における波面分割部１３０を切り替え可能にしたものである。
【００７４】
図７は、実施の形態２に係る波面計測装置１００ａが適用された波面計測システム１ａの要部の構成の一例を示す図である。
特に図７は、実施の形態２に係る波面計測装置１００ａのある方向における断面の一例を示している。
波面計測装置１００ａは、波面分割部１３０として、入射された光束Ｘ８を空間的に、それぞれ異なる分割数に分割する２種類の波面分割部１３０−１，１３０−２を備える。波面計測装置１００ａは、波面分割切替部（不図示）により、波面分割部１３０−１，１３０−２のうち、いずれか１つを選択的に切り替えて、入射された光束Ｘ８を空間的に分割することができる。なお、波面分割部１３０における波面分割部１３０−１，１３０−２の波面分割切替部による切り換えは、予め用意された波面分割部１３０−１，１３０−２を可動部（不図示）により切り替えることにより行う。波面計測装置１００ａが備える波面分割部１３０の種類の数は、２個とは限らず、３個以上でも良い。
【００７５】
実施の形態２に係る波面分割部１３０−１，１３０−２は、それぞれ、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ１３１−１，１３１−２により構成される。
波面計測装置１００ａの構成において、波面計測装置１００と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。すなわち、図１に記載した符号と同じ符号を付した図７の構成については、説明を省略する。
【００７６】
図８は、マイクロレンズアレイ１３１−１，１３１−２により構成される波面分割部１３０−１，１３０−２と、波面分割部１３０−１，１３０−２を介して受光部１４０おいてに結ばれる非点像の一例を示す図である。
図８において、マイクロレンズアレイ１３１−１は、８行８列の格子状に配列されたマイクロレンズを有する。また、マイクロレンズアレイ１３１−２は、４行４列の格子状に配列されたマイクロレンズを有する。すなわち、マイクロレンズアレイ１３１−１は、マイクロレンズアレイ１３１−２と比較して、マイクロレンズの数が多く、複数のマイクロレンズが配置されている間隔が狭いものである。
マイクロレンズアレイ１３１−１，１３１−２を介して受光部１４０に結ばれる像は、各マイクロレンズに対向した受光部１４０上の位置に結像される。したがって、マイクロレンズアレイ１３１−１を介して受光部１４０に結ばれる像は、マイクロレンズアレイ１３１−２を介して受光部１４０に結ばれる像と比較して、数が多く、複数の像が結像される間隔が狭くなる。
【００７７】
受光部１４０と被検体１０が光学的に共役になるように配置した場合、受光部１４０に結ばれる各像の受光部１４０上における位置は、被検体１０における位置に対応する。したがって、波面計測装置１００ａは、マイクロレンズアレイ１３１における分割数が多いほど、受光部１４０上に多くの非点像が作られることになるため、被検体１０から戻ってきた光束Ｘ８を空間的に細かくサンプリングすることができる。すなわち、マイクロレンズアレイ１３１−１は、マイクロレンズアレイ１３１−２と比較して、波面をより細かく詳細に測定することを可能にする。
【００７８】
一方、マイクロレンズアレイ１３１−１はマイクロレンズアレイ１３１−２と比較して分割数が多いため、１つの分割光束に対応する受光部１４０における領域が狭くなり、当該領域における受光部１４０の受光素子が少なくなる。具体的には、例えば、受光部１４０が８０行８０列の格子状に配列された受光素子を有する場合、マイクロレンズアレイ１３１−１により分割された１つの分割光束に対応する受光素子は、１０行１０列の１００個となる。また、マイクロレンズアレイ１３１−１により分割された１つの分割光束に対応する受光素子は、２０行２０列の４００個となる。
【００７９】
したがって、被検体１０の歪みが大きい場合、マイクロレンズアレイ１３１−１のように分割数が多い場合、マイクロレンズアレイ１３１−１を介して受光部１４０に結ばれる像が、例えば、図８の円Ｃで囲んだ領域にある像のように、隣接するマイクロレンズに対向する受光部１４０上の位置に跨って結像されてしまうことがある。このような場合、波面計測装置１００ａは、演算部１７１において、正確な被検体計測位置を特定することができない。このような場合、波面計測装置１００ａは、波面分割切替部により波面分割部１３０を分割数の少ないものに切り替えることで、波面の計測を行うことができる。実施の形態２の例では、波面計測装置１００ａは、波面分割切替部によりマイクロレンズアレイ１３１−１をマイクロレンズアレイ１３１−２に切り替える。
【００８０】
以上のように、波面計測装置１００ａは、波面計測装置１００の構成に加えて、複数の波面分割部１３０と、複数の波面分割部１３０−１，１３０−２のうち、いずれか１つの波面分割部１３０を選択的に切り替える波面分割切替部とを備えた。
このように構成することで、波面計測装置１００ａは、被検体１０の歪みの度合い合わせて、波面分割部１３０−１，１３０−２を選択的に切り替えることにより、精度の高い波面計測が可能となる。
【００８１】
実施の形態３．
図７及び図１０を参照して、実施の形態３に係る波面計測装置１００ａについて説明する。波面計測装置１００ａは、波面計測装置１００における画像形成面１１２と波面分割部１３０との組み合わせを切り替え可能にしたものである。
実施の形態１で説明したように、画像出射部１１０において、画像形成面１１２として図３Ｃに示す画像形成面１１２−３を選択している場合、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、濃淡によるパターンにより形成された実質的に点とみなせる点像となる。この場合、図１０Ａに示すように、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、実質的に点であることから空間的な広がりは狭いため、波面分割部１３０の分割数を多くすることにより、高解像度な波面計測が可能となる。つまり２種類の波面分割部１３０−１，１３０−２のうち、分割数の多い波面分割部１３０−１と組み合わせた計測を行うことができる。
【００８２】
これに対して、実施の形態１で説明したように、画像出射部１１０において、画像形成面１１２として図３Ａ又は図３Ｂに示す画像形成面１１２−１又は画像形成面１１２−２を選択している場合、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの非点像となる。
画像出射部１１０において、図１０Ｃに示すように画像形成面１１２として図３Ｂに示す画像形成面１１２−２を選択している場合、波面分割部１３０の分割数を多くすると、実施の形態２で説明したように、１つの分割光束に対応する受光部１４０における領域は狭くなり、当該領域における受光部１４０の受光素子は少なくなる。このため、あるマイクロレンズに対向する受光部１４０上の位置に結ばれる非点像が、隣接するマイクロレンズに対向する受光部１４０上の位置に跨って結像されてしまう場合がある。このような場合、波面計測装置１００ａは、正確な被検体計測位置を特定することができないため、被検体１０の波面を測定することができなくなる。
【００８３】
そこで、波面計測装置１００ａは、２種類の波面分割部１３０−１，１３０−２のうち、分割数の少ない波面分割部１３０−２を波面分割切替部により選択し、画像形成面１１２−２と、波面分割部１３０−２とを組み合わせて、被検体１０の波面を測定する。波面分割部１３０−２は、分割数が少ないため、波面分割部１３０−１の場合と比較して、１つの分割光束に対応する受光部１４０における領域は広くなり、当該領域における受光部１４０の受光素子は多くなる。波面計測装置１００ａは、画像形成面１１２−２を選択している場合であっても、あるマイクロレンズに対向する受光部１４０上の位置に結ばれる非点像が、隣接するマイクロレンズに対向する受光部１４０上の位置に跨って結像されることなく、波面を測定することが可能である。
【００８４】
画像形成面１１２−３と波面分割部１３０−１との組み合わせ、及び、画像形成面１１２−２と波面分割部１３０−２との組み合わせは、点像を用いた空間的なサンプリング数が多い波面計測と、非点像を用いたサンプリング数の少ない波面計測を表している。上述の２つの波面計測は、画像光として出射された物体と、サンプリング数とがいずれも異なるため、上述の２つの波面計測により計測した波面に誤差等の違いがあった場合、画像光として出射された物体の違いによるものか、サンプリング数の違いによるものを判断することができない。
【００８５】
そこで、波面計測装置１００ａは、図１０Ｂに示すように、画像形成面１１２−３と波面分割部１３０−２とを組み合わせて波面計測を行う。画像形成面１１２−３と波面分割部１３０−２とを組み合わせた場合、波面分割部１３０−２は、分割数が少ないため、波面分割部１３０−１の場合と比較して、１つの分割光束に対応する受光部１４０における領域は広くなり、当該領域における受光部１４０の受光素子は多くなる。一方で、画像形成面１１２として画像形成面１１２−３を選択していることから、図１０Ｂに示すように、受光部１４０における各位置において結ばれる像は、実質的に点であることから空間的な広がりは狭く、点像の周囲に像のない領域が広く存在する。したがって、図１０Ｃに示す画像形成面１１２−３と波面分割部１３０−１との組み合わせによる波面計測と、同じサンプリング条件により波面計測を行うことができるため、波面計測装置１００ａは、点像と非点像とによる波面計測の違いを確認することができる。
【００８６】
以上のように、波面計測装置１００ａは、波面計測装置１００の構成に加えて、複数の波面分割部１３０と、複数の波面分割部１３０−１，１３０−２のうち、いずれか１つの波面分割部１３０を選択的に切り替える波面分割切替部と、複数の画像形成面１１２である、濃淡によるパターンにより形成された実質的に点とみなせる物体を画像光として出射する画像形成面１１２−３と、濃淡によるパターンにより形成された有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面１１２−１，１１２−２と、当該複数の画像形成面１１２を選択的に切り替える画像形成切替部と、を備える。
このように構成することで、波面計測装置１００ａは、例えば、点とみなせる物体を画像光として出射する画像形成面１１２−３と、分割数の多い波面分割部１３０−１との組み合わせ、及び、有限の大きさの物体を画像光として出射する画像形成面１１２−１，１１２−２と、分割数の少ない波面分割部１３０−２との組み合わせだけでなく、画像形成面１１２−３と波面分割部１３０−２との組み合わせにより波面計測が可能となり、点像と非点像とによる波面計測の誤差等の違いを検証することができる。
【００８７】
なお、この発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
この発明に係る波面計測装置は、波面計測システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ  波面計測システム、１０  被検体、２０  折り返しミラー、３０  光源、４０  導光部、１００，１００ａ  波面計測装置、１０１  筐体、１０２  導光用コネクタ、１０３  開口部、１１０  画像出射部、１１１  照明光学系、１１２，１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４  画像形成面、１１２ａ  透過部、１１２ｂ  マスク部、１１３  リレー光学系、１２０  光路分割部、１２０ａ  第１入射面、１２０ｂ  出入射面、１２０ｃ  第２出射面、１２１  フォーカス調整部、１３０，１３０−１，１３０−２  波面分割部、１３１，１３１−１，１３１−２  マイクロレンズアレイ、１４０  受光部、１４１  制御回路、１４２  配線、１４３  入出力部、１５０  放熱体、１５１  接着剤、１６０  温度計測部、１７０  汎用計算機、１７１  演算部、１７２  電源部、１７３  遮断部、１７４  温度記録部、１８０  波面センサ、１９０  校正用原器。
【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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