(57)【要約】【課題】  Shack-Hartmann法を用いて、結像光学系の光学特性を高精度に評価することのできる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  波面計測装置は、複数の波長のうち一の波長の光を発生させる光源部と、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、被検レンズによって投影される光源部からの光をマイクロレンズアレイによって集光して結像される複数のスポット像を撮像する撮像部と、光源部が発生する一の波長の光を順次切替えて、撮像部に光毎による複数のスポット像を撮像させる制御部とを備えることを特徴とする。【選択図】    図１
2009192411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長のうち一の波長の光を発生させる光源部と、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
被検レンズによって投影される前記光源部からの光を前記マイクロレンズアレイによって集光して結像される複数のスポット像を撮像する撮像部と、
前記光源部が発生する前記一の波長の光を順次切替えて、前記撮像部に前記光毎による前記複数のスポット像を撮像させる制御部と、
を備えることを特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波面計測装置において、
前記光源部は、
相異なる波長の光をそれぞれ発生する複数の光源と、
前記複数の光源のいずれかに切替える光源切替部とをさらに備える
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の波面計測装置において、
前記光源部は、
白色光を発生する白色光源と、
前記白色光のうち相異なる波長の光だけをそれぞれ透過させる複数のフィルタと、
前記複数のフィルタのいずれかに切替えるフィルタ切替部とをさらに備える
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項４】
白色光を発生する白色光源と、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
被検レンズによって投影される前記白色光源からの前記白色光を前記マイクロレンズアレイによって集光して結像される複数のスポット像を複数の所定の波長毎に分光して撮像する撮像部と、
前記撮像部に前記複数のスポット像の撮像指令を出す制御部と、
を備えることを特徴とする波面計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の波面計測装置において、
前記撮像部は、
入射する前記白色光を前記複数の所定の波長毎に対応する色に分解するカラーフィルタが所定のパターンで配置されたカラーフィルタアレイを受光面に有する撮像素子であることを特徴とする波面計測装置。
【請求項６】
請求項４に記載の波面計測装置において、
前記撮像部は、
前記所定の複数の波長に分光する分光部と、
分光された前記複数の所定の波長による画像それぞれを取得する複数の撮像素子とをさらに備える
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか1項に記載の波面計測装置において、
前記制御部は、
撮像した全ての前記波長の画像を用いて前記被検レンズのレンズ性能に関する特徴量を算出する演算部をさらに備える
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項８】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の波面計測装置の制御および演算または少なくともいずれか一方をコンピュータで実現するための波面計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズ等の結像光学系の光学特性を評価する波面計測装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、結像光学系の光学特性を評価する方法として、結像光学系が適用される波長域に応じた光を用いて基準となるチャート像を投影し、評価対象の結像光学系によって結像されたチャート像の様子から伝達関数を導き出すことでＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の値を求めるのが一般的である。
【０００３】
また、Shack-Hartmann法等を用いた波面計測では、光源からの光の波面が結像光学系を通ることによってどのように変化したかを直接測り、ＭＴＦ値だけでなく、コマ、アスや球面収差等の色収差や倍率色収差の光学特性を求める。例えば、非特許文献１や非特許文献２には、Shack-Hartmann法を望遠鏡や人間の眼球に適用してそれらの光学特性を評価する方法が開示されている。
【非特許文献１】B. C. Platt and R. Shack, ‘History and Principles of Shack-Hartmann Wavefront Sensing', Journal of Refractive Surgery, Vol.17, pp.S573-S577, 2001.
【非特許文献２】G. Yoon, S. Pantanelli, and L. J. Nagy, ‘Large-dynamic-range Shack-Hartmann wavefront sensor for highly aberrated eyes', Journal of Biomedical Optics, Vol.11(3), pp.030502-1-030502-3, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、対象となる結像光学系のＭＴＦ値をチャート像から求める従来からの評価方法では、色収差を求めることができず、ＭＴＦを劣化させる原因が結像光学系のどこに原因があるかを特定することが困難である。
【０００５】
一方、Shack-Hartmann法による波面計測では、複数の波長からなる混合光または白色光を用いた波面計測によって様々な光学特性評価が可能であるが、結像光学系の持つ色収差の影響により、上記チャート像から求めたＭＴＦ値と波面計測から求めたＭＴＦ値とに乖離が生じる場合がある。
【０００６】
上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の目的は、Shack-Hartmann法を用いて、結像光学系の光学特性を高精度に評価することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、複数の波長のうち一の波長の光を発生させる光源部と、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、被検レンズによって投影される光源部からの光をマイクロレンズアレイによって集光して結像される複数のスポット像を撮像する撮像部と、光源部が発生する一の波長の光を順次切替えて、撮像部に光毎による複数のスポット像を撮像させる制御部とを備えることを特徴とする波面計測装置が提供される。
【０００８】
第２の態様によれば、白色光を発生する白色光源と、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、被検レンズによって投影される白色光源からの白色光をマイクロレンズアレイによって集光して結像される複数のスポット像を複数の所定の波長毎に分光して撮像する撮像部と、撮像部に複数のスポット像の撮像指令を出す制御部とを備えることを特徴とする波面計測装置が提供される。
【０００９】
なお、上記態様に関する波面計測装置を制御したり演算処理するコンピュータプログラムおよびプログラムを記憶した記憶媒体等に変換して表現したものも本発明の具体的態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Shack-Hartmann法を用いて、結像光学系の光学特性を高精度に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1は、本発明に係る波面計測装置の原理ブロックである。
【００１２】
本発明に係る波面計測装置は、Shack-Hartmann法による波面計測を行う。この波面計測装置は、光源部、被検レンズ、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）、撮像部およびコンピュータ（ＰＣ）から構成される。本発明に係る波面計測装置の特徴は、ＰＣの指令に基づいて波長を切り替えながら光源部が発する複数の波長の光、あるいは撮像部において分光される複数の波長の光で、マイクロレンズアレイによって結像される複数のスポット像をそれぞれ撮像し、各波長の光の波面形状を求めることにより、被検レンズの光学特性を高精度に評価することができる点にある。以下において、その具体的な実施形態について説明する。
≪第1の実施形態≫
図２は、本発明の第1の実施形態に係る波面計測装置１００の構成図である。
【００１３】
波面計測装置１００は、光源Ｌ１〜Ｌ５、波長切替部１、拡散板２、開口部３、被検レンズ４、ＭＬＡ５、撮像素子６、Ａ／Ｄ変換部７、バッファメモリ８、ピント調節部９、ＣＰＵ１０、記憶部１２および入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）１３から構成される。波長切替部１およびピント調節部９はＣＰＵ１０に接続されている。バッファメモリ８、ＣＰＵ１０、記憶部１２および入出力Ｉ／Ｆ１３は、バス１１を介して情報伝達可能に接続されている。さらに、入出力Ｉ／Ｆ１３には、画像処理の途中経過や処理結果を表示する出力装置１４と、ユーザからの入力を受け付ける入力装置１５とが接続される。なお、図２は波面計測装置１００の主要部分のみを示す。例えば、図２において、ＣＰＵ１０の指令に基づいて撮像素子６に対して撮像指令であるタイミングパルスを発するタイミングジェネレータ等は省略されている。
【００１４】
光源Ｌ１〜Ｌ５は、互いに相異なる波長の光をそれぞれ発生する単色光源である。本第１の実施形態で用いる５つの光源は、赤のＣ線（６５６ｎｍ）、黄のｄ線（５８８ｎｍ）、緑のｅ線（５４６ｎｍ）、青のＦ線（４８６ｎｍ）および紫のｇ線（４３５ｎｍ）の波長の光をそれぞれ発生する。なお、光源Ｌ１〜Ｌ５としては、ＬＥＤやレーザ等を適宜選択して用いることが可能である。また、各光源Ｌ１〜Ｌ５における波長帯域は、被検レンズ４の色収差変化量が実用上無視できる程度（５０ｎｍ程度、またはそれ以下）に設定するのが良い。
【００１５】
波長切替部１は、ＣＰＵ１０の指示に従って、光源Ｌ１〜Ｌ５のうちいずれかの光源の光に切り替える。波長切替部１には、例えば、ハーフミラーやダイクロイックミラー等を用いることができる。または、波長切替部１としてターンテーブルを用い、そのターンテーブル上に光源Ｌ１〜Ｌ５を配置し、ターンテーブルを回転させて、波面計測に用いる光源を順次切り替えても良い。
【００１６】
被検レンズ４は、波面計測装置１００によって光学特性が評価される結像光学系である。被検レンズ４には、図２の被検レンズ４は１枚レンズであるが、例えば、２群５枚等の複数のレンズから成るカメラの撮影レンズ等を適宜選択して用いることができる。
【００１７】
ＭＬＡ５は、複数のマイクロレンズがマトリックス状に配列されたマイクロレンズアレイである。ＭＬＡ５は、撮像素子６の受光面にＭＬＡ５による複数のスポット像を結像させるために、ＭＬＡ５の位置を調節してピント合わせする一般的なＸＹステージ等のピント調節部９に設置される。
【００１８】
撮像素子６は、前方に設けられたＭＬＡ５によって結像される複数のスポット像を撮像する。撮像素子６には、ＣＣＤやＣＭＯＳの半導体のイメージセンサ等を適宜選択して用いることができる。
【００１９】
撮像素子６からの画像信号は、Ａ／Ｄ変換部７によってデジタル信号に変換され出力される。その出力結果は、一時的にフレームメモリ（不図示）に保持された後、バッファメモリ８に保持される。なお、バッファメモリ８には、不揮発性メモリ等の半導体メモリを適宜選択して用いることができる。
【００２０】
ＣＰＵ１０は、入出力Ｉ／Ｆ１３を経由して受け付けるユーザからの入力に応じて、波面計測装置１００を制御する。即ち、ＣＰＵ１０は、入力装置１５を介してユーザからの指示を受け付けると、記憶部１２から制御演算プログラムを読み込んで起動し、撮像素子６に結像する複数のスポット像の撮像や撮像した画像の記憶部１２への保存および出力装置１４への表示等の制御を行う。なお、ＣＰＵ１０は、一般的な中央演算装置を用いることができる。一方、出力装置１４としてはモニタやプリンタ等を、入力装置１５としてはキーボードやマウス等をそれぞれ適宜選択して使用できる。
【００２１】
記憶部１２は、ＣＰＵ１０が制御する波面計測装置１００の制御演算プログラムや撮像した画像、被検レンズ４に要求する光学特性のデータ等を保持する。記憶部１２に保持されるプログラムやデータは、バス１１を介して、ＣＰＵ１０から適宜参照することができる。記憶部１２には、一般的なハードディスク装置、光磁気ディスク装置または脱着可能なメモリカード等の記憶装置を選択して用いることができる。
【００２２】
次に、本第１の実施形態に係る波面計測装置１００について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】
ユーザが、入力装置１５を使って波面計測の初期設定等とともに、制御演算プログラムのコマンドを入力し開始命令を出す。ＣＰＵ１０は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１３を通じて受け付け、記憶部１２に格納されている制御演算プログラムを実行する。その結果、図３のステップＳ１０からステップＳ１７の処理が行われる。
【００２４】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０が、光源Ｌ１〜Ｌ５のうち、波面計測を行う光源の１つを選択し、波長切替部１に対しその光源の波長の光を通過させるように切り替える指令を出す。
【００２５】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ１０にて選択された光源の光が、ＭＬＡ５によって撮像素子６の受光面に複数のスポット像が結像するように、ピント調節部９に対しＭＬＡ５の位置を調節してピント合わせをさせる指令を出す。これにより、高精度な波面計測が可能となる。
【００２６】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０が、撮像素子６を用いてその受光面に結像された複数のスポット像を撮像する。ＣＰＵ１０は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部７にてデジタル信号に変換しバッファメモリ８に保持する。ＣＰＵ１０は、バッファメモリ８に保持した画像を、バス１１を通じて記憶部１２に転送し保存する。
【００２７】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０が、次に別の波長の光源によるスポット像の撮像を行うか否かの判定を行う。次の光源によるスポット像の撮像を行う場合には、ステップＳ１０（ＹＥＳ側）へ移行し、ＣＰＵ１０は、上述したステップＳ１０からステップＳ１２の作業を行う。全ての光源についての撮像が終了したら、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１４（ＮＯ側）へ移行する。一方、全ての光源についての撮像が終了している場合には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１４（ＮＯ側）へ移行する。
【００２８】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０が、各波長の光で撮像された画像それぞれを用いて、各波長の光の波面の形状を求める。具体的には、例えば、被検レンズ４を通過してＭＬＡ５に投影される光の波面が完全な平面波であれば、ＭＬＡ５のマイクロレンズと全く同じ配置パターンで、各々のマイクロレンズに対応するスポット像が撮像素子６の受光面に結像する。しかしながら、被検レンズ４を通過することによって光の波面が全体または一部が歪むと位相差が生じ、その位相差によりスポット像の位置が、平面波の場合の位置からずれる。そのスポット像のズレ量（位相差）から、ＣＰＵ１０は、各波長の光の波面がどのような形状であるかを算出する。ＣＰＵ１０は、各波長の光の波面データを記憶部１２に保存する。
【００２９】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ１４で求めた各波長の光の波面データを用いて、被検レンズ４の光学性能を示す各波長のＭＴＦやＯＴＦ（Optical Transfer Function）とともに、コマ、アス、球面収差等の収差と倍率色収差とを求める。また、ＣＰＵ１０は、各波長におけるデフォーカス量から軸上色収差を求める。さらに、ＣＰＵ１０は、各波長の光の波面データを重み付けして足し合わることにより白色光の波面を算出し、この白色光の波面から直接ＯＴＦに変換して白色光のＭＴＦ値を求める。
【００３０】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０が、記憶部１２から被検レンズ４に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ１０は、その要求する値とステップＳ１５で求めた被検レンズ４のレンズ性能を示す各特徴量の値との比較を行い、満たしているか否かの判定を行う。満たしている場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１０は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１７へ移行する。
【００３１】
ステップＳ１７では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ４の調整作業の後、ＣＰＵ１０が、調整後の被検レンズ４の光学特性を再度評価するために、ステップＳ１０へ移行する。ＣＰＵ１０は、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ１０からステップＳ１５の作業を行い終了する。
【００３２】
このように本第１の実施形態は、複数の光源Ｌ１〜Ｌ５を順次切り替えて、ＭＬＡ５によって結像される各波長のスポット像の画像から各波長の光の波面形状を算出することにより、各波長の光に対する被検レンズ４の光学特性であるＭＴＦ値、収差や倍率色収差等を求めることができるだけでなく、各波長の光の重み付けすることで白色光におけるＭＴＦ値を従来のチャート像から求める場合と同じ精度で求めることが可能となる。
【００３３】
また、本第１の実施形態では、光源を切り替える毎に、ピント調節部９を用いてＭＬＡ５によるスポット像を撮像素子６の受光面に結像させるピント合わせを行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、最初に選択した光源による波長の光でピント調節を行い、それ以後の他の光源による波長の光での波面計測の際にはピント調節を省略して行うことも可能である。これにより、一連の波面計測の作業時間を短縮することができる。
【００３４】
なお、本第１の実施形態において、波面測定に用いた光源の数は、５つとしたが、本発明はこれに限定されない。要求される波面計測の精度や処理能力等に応じて、光源の数を変更することができる。例えば、光の３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））の３光源でも良いし、上記の５光源にｉ線（３６５ｎｍ）の光源を加えた６光源でも良い。
【００３５】
なお、本第１の実施形態では、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ１０からステップＳ１５の作業を行うとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定結果に基づいて、被検レンズ４を調節するのみで一連の作業を終了しても良い。
≪第２の実施形態≫
図４は、本発明の第２の実施形態に係る波面計測装置２００の構成図である。
【００３６】
本第２の実施形態に係る波面計測装置２００の構成は、第１の実施形態に係る波面計測装置１００とその主要な要素において共通しており、図２で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、波面計測装置２００において、光源として白色光源ＷＬが用いられるとともに、波長切替部１に代えて、フィルタ部２０とフィルタ切替部２１とが新たに白色光源ＷＬと拡散板２との間に配置される。
【００３７】
白色光源ＷＬは、広帯域のスペクトル幅を持つ白色光源で、スーパーコンティニューム光源やメタルハライド光源等を適宜選択して用いることができる。
【００３８】
フィルタ部２０は、白色光源ＷＬからの白色光のうち、所定の波長の光のみを透過させる複数のフィルタから成り、例えば、図４に示すようにターレットに５つのフィルタが配置されている。フィルタ部２０は、ＣＰＵ１０からの指示によりフィルタ切替部２１を介して回転し、５つのフィルタのうちのいずれかが選択され、白色光源ＷＬと撮像素子５とを結ぶ光路上に挿入される。本第２の実施形態では、フィルタ部２０の５つのフィルタは、次の波長の光をそれぞれ透過させる。赤のＣ線（６５６ｎｍ）、黄のｄ線（５８８ｎｍ）、緑のｅ線（５４６ｎｍ）、青のＦ線（４８６ｎｍ）および紫のｇ線（４３５ｎｍ）。なお、各フィルタの透過波長帯域は、被検レンズ４の色収差変化量が実用上無視できる程度（５０ｎｍ程度、またはそれ以下）に設定するのが良い。
【００３９】
次に、本第２の実施形態に係る波面計測装置２００における作業手順を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、この作業手順は、第１の実施形態に係る波面計測装置１００と同じである。
【００４０】
第１の実施形態と同様に、ユーザが、入力装置１５を使って波面計測の初期設定等とともに、制御演算プログラムのコマンドを入力し開始命令を出す。ＣＰＵ１０は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１３を通じて受け付け、記憶部１２に格納されている制御演算プログラムを実行する。その結果、図３のステップＳ１０からステップＳ１７の処理が行われる。
【００４１】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０が、フィルタ部２０の５つのフィルタのうち、波面計測を行う波長の光を透過させるフィルタを選択し、フィルタ切替部２１に対し、そのフィルタを白色光源ＷＬと撮像素子６とを結ぶ光路上に挿入するように指令する。
【００４２】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ２０にて選択された波長の光が、ＭＬＡ５によって撮像素子６の受光面に複数のスポット像が結像するように、ピント調節部９に対しＭＬＡ５の位置を調節してピント合わせをさせる指令を出す。これにより、高精度な波面計測が可能となる。
【００４３】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０が、撮像素子６を用いてその受光面に結像された複数のスポット像を撮像する。ＣＰＵ１０は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部７にてデジタル信号に変換しバッファメモリ８に保持する。ＣＰＵ１０は、バッファメモリ８に保持した画像を、バス１１を通じて記憶部１２に転送し保存する。
【００４４】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０が、次に別の波長の光によるスポット像の撮像を行うか否かの判定を行う。次の波長の光によるスポット像の撮像を行う場合には、ステップＳ１０（ＹＥＳ側）へ移行し、ＣＰＵ１０は、上述したステップＳ１０からステップＳ１２の作業を行う。全ての波長の光についての撮像が終了したら、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１４（ＮＯ側）へ移行する。一方、全ての波長の光についての撮像が終了している場合には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１４（ＮＯ側）へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０が、各波長の光を使って撮像された画像それぞれを用いて、各波長の波面の形状を求める。ＣＰＵ１０は、求めた各波長の光の波面データを記憶部１２に保存する。
【００４６】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ１４で求めた各波長の光の波面データを用いて、被検レンズ４の光学性能を示す各波長のＭＴＦやＯＴＦとともに、コマ、アス、球面収差等の収差と倍率色収差とを求める。また、ＣＰＵ１０は、各波長におけるデフォーカス量から軸上色収差を求める。さらに、ＣＰＵ１０は、各波長の光の波面データを重み付けして足し合わることにより白色光の波面を算出し、この白色光の波面から直接ＯＴＦに変換して白色光のＭＴＦ値を求める。
【００４７】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０が、記憶部１２から被検レンズ４に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ１０は、その要求する値とステップＳ１５で求めた被検レンズ４のレンズ性能を示す各特徴量の値との比較を行い、満たしているか否かの判定を行う。満たしている場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１０は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１７へ移行する。
【００４８】
ステップＳ１７では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ４の調整作業の後、ＣＰＵ１０が、調整後の被検レンズ４の光学特性を再度評価するために、ステップＳ１０へ移行する。ＣＰＵ１０は、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ１０からステップＳ１５の作業を行い終了する。
【００４９】
このように本第２の実施形態は、フィルタ部２０の複数のフィルタを順次切り替えて、ＭＬＡ５によって結像される各波長のスポット像の画像から各波長の光の波面形状を算出することにより、各波長に光に対する被検レンズ４の光学特性であるＭＴＦ値、収差や倍率色収差等を求めることができるだけでなく、各波長の光の重み付けすることで白色光におけるＭＴＦ値を従来のチャート像から求める場合と同じ精度で求めることが可能となる。
【００５０】
また、本第２の実施形態では、フィルタを切り替える毎に、ピント調節部９を用いてＭＬＡ５によるスポット像を撮像素子６の受光面に結像させるようにピント合わせを行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、最初に選択したフィルタによる波長の光でピント調節を行い、それ以後の他のフィルタによる波長の光での波面計測の際にはピント調節を省略して行うことも可能である。これにより、一連の波面計測の作業時間を短縮することができる。
【００５１】
なお、本第２の実施形態において、波面測定に用いたフィルタの数は、５つとしたが、本発明はこれに限定されない。要求される波面計測の精度や処理能力等に応じて、フィルタ部２０のフィルタの数を変更することができる。例えば、光の３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））の３フィルタでも良いし、上記の５フィルタにｉ線（３６５ｎｍ）を透過させるフィルタを加えた６フィルタでも良い。
【００５２】
なお、本第２の実施形態では、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ１０からステップＳ１５の作業を行うとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定結果に基づいて、被検レンズ４を調節するのみで一連の作業を終了しても良い。
≪第３の実施形態≫
図５は、本発明の第３の実施形態に係る波面計測装置３００の構成図である。
【００５３】
本第３の実施形態に係る波面計測装置３００の構成は、第１の実施形態に係る波面計測装置１００とその主要な要素において共通しており、図２で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、波面計測装置３００において、光源が白色光源ＷＬとなる。また、波長切替部１を外して、受光面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色透過フィルタがベイヤ配列型に設けられた撮像素子６を用いる。
【００５４】
白色光源ＷＬは、第２の実施形態と同様に、広帯域のスペクトル幅を持つ白色光源で、スーパーコンティニューム光源やメタルハライド光源等を適宜選択して用いることができる。
【００５５】
次に、本第３の実施形態に係る波面計測装置３００について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５６】
第１の実施形態と同様に、ユーザが、入力装置１５を使って波面計測の初期設定等とともに、制御演算プログラムのコマンドを入力し開始命令を出す。ＣＰＵ１０は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１３を通じて受け付け、記憶部１２に格納されている制御演算プログラムを実行する。その結果、図６のステップＳ２０からステップＳ２５の処理が行われる。
【００５７】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０が、白色光源ＷＬの白色光が、ＭＬＡ５によって撮像素子６の受光面に複数のスポット像がそれぞれ結像するように、ピント調節部９に対しＭＬＡ５の位置を調節してピント合わせをさせる指令を出す。これにより、高精度な波面計測が可能となる。
【００５８】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０が、撮像素子６を用いてその受光面に結像された複数のスポット像を撮像する。ＣＰＵ１０は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部７にてデジタル信号に変換し、バッファメモリ８に撮像した画像を原色透過フィルタの色毎にそれぞれ保持する。ＣＰＵ１０は、バッファメモリ８に保持した各色の光の画像を、バス１１を通じて記憶部１２に転送し保存する。
【００５９】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ２１で撮像した各色の光の画像それぞれを用いて、各色の光の波面の形状を求める。ＣＰＵ１０は、求めた各色の光の波面データを、記憶部１２に保存する。
【００６０】
ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ２２で求めた各色の光の波面データを用いて、被検レンズ４の光学性能を示す各色の光のＭＴＦやＯＴＦとともに、コマ、アス、球面収差等の各収差と倍率色収差とを求める。また、ＣＰＵ１０は、各色の光におけるデフォーカス量から軸上色収差を求める。さらに、ＣＰＵ１０は、各色の光の波面データを重み付けして足し合わることにより白色光の波面を算出し、この白色光の波面から直接ＯＴＦに変換して白色光のＭＴＦ値を求める。
【００６１】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０が、記憶部１２から被検レンズ４に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ１０は、その要求する値とステップＳ２３で求めた被検レンズ４のレンズ性能を示す各特徴量の値との比較を行い、満たしているか否かの判定を行う。満たしている場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１０は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２５へ移行する。
【００６２】
ステップＳ２５では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ４の調整作業の後、ＣＰＵ１０が、調整後の被検レンズ４の光学特性を再度評価するために、ステップＳ２０へ移行する。ＣＰＵ１０は、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ２０からステップＳ２３の作業を行い終了する。
【００６３】
このように本第３の実施形態は、白色光源ＷＬを用いてＭＬＡ５によって結像される各波長のスポット像を、原色透過フィルタを有する撮像素子６で撮像し各色の光の波面形状を求めることにより、各色の光に対する被検レンズ４の光学特性であるＭＴＦ値、収差や倍率色収差等を求めることができるだけでなく、各色の光の重み付けすることで白色光におけるＭＴＦ値を従来のチャート像から求める場合と同じ精度で求めることが可能となる。
【００６４】
なお、本第３の実施形態では、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ２０からステップＳ２３の作業を行うとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定結果に基づいて、被検レンズ４を調節するのみで一連の作業を終了しても良い。
≪第４の実施形態≫
図７は、本発明の第４の実施形態に係る波面計測装置４００の構成図である。
【００６５】
本第４の実施形態に係る波面計測装置４００の構成は、第３の実施形態に係る波面計測装置３００とその主要な要素において共通しており、図５で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本第４の実施形態が第３の実施形態と異なる点は、波面計測装置４００において、光の３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））に分光する分光部３０、分光部３０によって分光された各色の光による画像をそれぞれ撮像し保持するための撮像素子６ｒ〜６ｂ、Ａ／Ｄ変換部７ｒ〜７ｂおよびバッファメモリ８ｒ〜８ｂを有する。なお、分光部３０は、プリズムやダイクロイックミラー等の分光光学系を適宜選択して用いることができる。
【００６６】
次に、本第４の実施形態に係る波面計測装置４００における作業手順を、図６のフローチャートを用いて説明する。この作業手順は、第３の実施形態に係る波面計測装置３００と同じである。
【００６７】
第３の実施形態と同様に、ユーザが、入力装置１５を使って波面計測の初期設定等とともに、制御演算プログラムのコマンドを入力し開始命令を出す。ＣＰＵ１０は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１３を通じて受け付け、記憶部１２に格納されている制御演算プログラムを実行する。その結果、図６のステップＳ２０からステップＳ２５の処理が行われる。
【００６８】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０が、白色光源ＷＬの白色光が、ＭＬＡ５によって撮像素子６ｒ〜６ｂの受光面に複数のスポット像がそれぞれ結像するように、ピント調節部９に対しＭＬＡ５の位置を調節してピント合わせをさせる指令を出す。これにより、高精度な波面計測が可能となる。
【００６９】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０が、撮像素子６ｒ〜６ｂを用いてその受光面に結像された各色の光の複数のスポット像をそれぞれ撮像する。ＣＰＵ１０は、撮像した各色の光の画像をＡ／Ｄ変換部７ｒ〜７ｂにてデジタル信号に変換し、バッファメモリ８ｒ〜８ｂに保持する。ＣＰＵ１０は、バッファメモリ８ｒ〜８ｂに保持した各色の光の画像を、バス１１を通じて記憶部１２に転送し保存する。
【００７０】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ２１で撮像した各色の光の画像それぞれを用いて、各色の光の波面の形状を求める。ＣＰＵ１０は、求めた各色の光の波面データを、記憶部１２に保存する。
【００７１】
ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０が、ステップＳ２２で求めた各色の光の波面データを用いて、被検レンズ４の光学性能を示す各色の光のＭＴＦやＯＴＦとともに、コマ、アス、球面収差等の各収差と倍率色収差とを求める。また、ＣＰＵ１０は、各色の光におけるデフォーカス量から軸上色収差を求める。さらに、ＣＰＵ１０は、各色の光の波面データを重み付けして足し合わることにより白色光の波面を算出し、この白色光の波面から直接ＯＴＦに変換して白色光のＭＴＦ値を求める。
【００７２】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０が、記憶部１２から被検レンズ４に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ１０は、その要求する値とステップＳ２３で求めた被検レンズ４のレンズ性能を示す各特徴量の値との比較を行い、満たしているか否かの判定を行う。満たしている場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１０は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２５へ移行する。
【００７３】
ステップＳ２５では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ４の調整作業の後、ＣＰＵ１０が、調整後の被検レンズ４の光学特性を再度評価するために、ステップＳ２０へ移行する。ＣＰＵ１０は、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ２０からステップＳ２３の作業を行い終了する。
【００７４】
このように本第４の実施形態は、白色光源ＷＬを用いてＭＬＡ５によって結像される各波長のスポット像を、分光部３０によって分光して撮像素子６ｒ〜６ｂで撮像して各色の光の波面形状を求めることにより、各色の光に対する被検レンズ４の光学特性であるＭＴＦ値、収差や倍率色収差等を求めることができるだけでなく、各色の光の重み付けすることで白色光におけるＭＴＦ値を従来のチャート像から求める場合と同じ精度で求めることが可能となる。
【００７５】
なお、本第４の実施形態において、分光部３０は光の３原色に分光するとしたが、本発明はこれに限定されない。要求される波面計測の精度や処理能力等に応じて、分光される光の数を変更することができる。その際に、分光部３０により分光される光の数に応じて、撮像素子６、Ａ／Ｄ変換部７およびバッファメモリ８の数を適宜変更するのが好適である。
【００７６】
なお、本第４の実施形態において、分光部３０および撮像素子６ｒ〜６ｂはそれぞれ分離独立のものを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、一体化された３ＣＣＤ等を用いることができる。
【００７７】
なお、本第４の実施形態では、被検レンズ４が要求する光学特性を示すまで、ステップＳ２０からステップＳ２３の作業を行うとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定結果に基づいて、被検レンズ４を調節するのみで一連の作業を終了しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、デジタルカメラや撮影レンズ等に限らず、デジタルビデオカメラ、望遠鏡や顕微鏡等のあらゆる光学機器の光学特性評価に対して、本発明を利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る波面計測装置の原理ブロックである。
【図２】本第１の実施形態に係る波面計測装置１００の構成を示す図である。
【図３】本第１の実施形態および本第２の実施形態に係る波面計測の手順を示すフローチャートである。
【図４】本第２の実施形態に係る波面計測装置２００の構成を示す図である。
【図５】本第３の実施形態に係る波面計測装置３００の構成を示す図である。
【図６】本第３の実施形態および本第４の実施形態に係る波面計測の手順を示すフローチャートである。
【図７】本第４の実施形態に係る波面計測装置４００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
Ｌ１〜Ｌ５  光源、１  波長切替部、２  拡散板、３  開口部、４  被検レンズ、５  ＭＬＡ、６  撮像素子、７  Ａ／Ｄ変換部、８  バッファメモリ、９  ピント調節部、１０  ＣＰＵ、１１  バス、１２  記憶部、１３  入出力インタフェース、１４  出力装置、１５  入力装置、１００  波面計測装置
【図１】
2009192411.tif 000003
【図２】
2009192411.tif 000004
【図３】
2009192411.tif 000005
【図４】
2009192411.tif 000006
【図５】
2009192411.tif 000007
【図６】
2009192411.tif 000008
【図７】
2009192411.tif 000009