(57)【要約】【課題】  白色光源を用いて、Shack-Hartmann法による波面計測が高精度且つ高速に行え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、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、二次元的に配列される複数の画素と各々の画素に入射する白色光を色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とを受光面に有する撮像素子と、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が、撮像素子の受光面上を所定のシフト量だけシフトするように、白色光源と撮像素子を結ぶ光路に対して直交する方向にマイクロレンズアレイと撮像素子との相対位置をシフトさせるシフト部と、シフト部にマイクロレンズアレイと撮像素子との相対位置をシフトさせて、撮像部に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
2009192412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
二次元的に配列される複数の画素と前記各々の画素に入射する前記白色光を色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とを受光面に有する撮像素子と、
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が、前記撮像素子の前記受光面上を所定のシフト量だけシフトするように、前記白色光源と前記撮像素子を結ぶ光路に対して直交する方向に前記マイクロレンズアレイと前記撮像素子との相対位置をシフトさせるシフト部と、
前記シフト部に前記マイクロレンズアレイと前記撮像素子との相対位置をシフトさせて、前記撮像部に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】
白色光を発生する白色光源と、
前記白色光を通過させる開口部と、
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、
二次元的に配列される複数の画素と前記各々の画素に入射する前記白色光を色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とを受光面に有する撮像素子と、
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が、前記撮像素子の前記受光面上を所定のシフト量だけシフトするように、前記白色光源と前記撮像素子を結ぶ光路に対して直交する方向に前記開口部と前記被検レンズとの相対位置をシフトさせるシフト部と、
前記シフト部に前記開口部と前記被検レンズとの相対位置をシフトさせて、前記撮像部に前記複数のスポット像を色毎に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３】
請求項１または２に記載の波面計測装置において、
前記所定のシフト量は、前記撮像素子の１画素幅であることを特徴とする波面計測装置。
【請求項４】
請求項１ないし３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、
シフト部をシフトさせて撮像した画像のうち前記色毎の前記画像を用い、前記所定のシフト量を考慮して画像合成を行う画像合成部と、
前記画像合成部による合成された前記色毎の前記画像を用いて、前記色毎の光の波面を算出する演算部とをさらに備え、
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
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項５】
請求項１ないし３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、
シフト部をシフトさせて撮像した画像毎に、前記色毎の光の波面を算出する演算部と
前記所定のシフト量を考慮して、前記演算部よって算出された前記色毎の波の波面の合成を行う波面合成部とをさらに備え、
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
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項６】
請求項１ないし５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の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、白色光源を用いて、Shack-Hartmann法による波面計測が高精度且つ高速に行え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、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、二次元的に配列される複数の画素と各々の画素に入射する白色光を色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とを受光面に有する撮像素子と、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が、撮像素子の受光面上を所定のシフト量だけシフトするように、白色光源と撮像素子を結ぶ光路に対して直交する方向にマイクロレンズアレイと撮像素子との相対位置をシフトさせるシフト部と、シフト部にマイクロレンズアレイと撮像素子との相対位置をシフトさせて、撮像部に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、白色光を通過させる開口部と、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、二次元的に配列される複数の画素と各々の画素に入射する白色光を色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とを受光面に有する撮像素子と、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が、撮像素子の受光面上を所定のシフト量だけシフトするように、白色光源と撮像素子を結ぶ光路に対して直交する方向に開口部と被検レンズとの相対位置をシフトさせるシフト部と、シフト部に開口部と被検レンズとの相対位置をシフトさせて、撮像部に複数のスポット像を色毎に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。
【０００９】
なお、上記態様に関する波面計測装置を制御し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】
本発明により、白色光源を用いて、Shack-Hartmann法による波面計測を高精度且つ高速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
≪第１の実施形態≫
図１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。
【００１２】
波面計測装置１００は、白色光源ＷＬ、拡散板１、開口部２、被検レンズ３、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）４、撮像素子５、Ａ／Ｄ変換部６、バッファメモリ７、シフト部８、ＣＰＵ９、記憶部１１および入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）１２から構成される。シフト部８はＣＰＵ９に接続されている。バッファメモリ７、ＣＰＵ９、記憶部１１および入出力Ｉ／Ｆ１２は、バス１０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／Ｆ１２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１３と、ユーザからの入力を受け付ける入力装置１４とが接続される。なお、図１は波面計測装置１００の主要部分のみを示す。例えば、図１において、ＣＰＵ９の指令に基づいて撮像素子５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。
【００１３】
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。
【００１４】
被検レンズ３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３には、図1の被検レンズ３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。
【００１５】
ＭＬＡ４は、複数のマイクロレンズを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。本第１の実施形態では、ＭＬＡ４は、白色光源ＷＬと撮像素子５とを結ぶ光路（図１のＺ軸方向）に対して直交するＸＹ面でシフトされる、一般的なＸＹステージ等のシフト部８に設置される。
【００１６】
撮像素子５は、前方に設けられたＭＬＡ４によって結像される複数のスポット像を撮像する。本第１の実施形態における撮像素子５は、その受光面に、複数のフォトダイオード(画素)が二次元的に配列され、各フォトダイオードには、図２が示すように、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ている。図２は、撮像素子５の受光面（ＸＹ面）に配列された画素の一部を模式的に示す。なお、撮像素子５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。
【００１７】
撮像素子５からの画像信号は、Ａ／Ｄ変換部６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７に保持される。なお、バッファメモリ７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。
【００１８】
シフト部８は、白色光源ＷＬと撮像素子５とを結ぶ光路（図１のＺ軸方向）に対して直交するＸＹ面でＭＬＡ４をシフトさせる。これにより、ＭＬＡ４と撮像素子５の受光面との相対位置が変化し、ＭＬＡ４によって結像される複数のスポット像が撮像素子５の受光面上をシフトする。本第１の実施形態では、シフト部８の１回のシフト幅は、撮像素子５に結像される複数のスポット像を、Ｘ方向またはＹ方向に１画素幅だけシフトさせるように設定される。このことは、ＭＬＡ４のシフト幅も微小（マイクロレンズの直径２００ｎｍの１／２０程度）であり、白色光源ＷＬからの白色光の波面に対するＭＬＡ４の相対的な位置の変化は無視できる。なお、本第１の実施形態では、シフト部８に、複数のスポット像を撮像素子５の受光面に結像させるために、ＭＬＡ４の位置をＺ方向にもシフトさせてピント合わせを行う。
【００１９】
ＣＰＵ９は、入出力Ｉ／Ｆ１２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、ＣＰＵ９は、入力装置１４を介してユーザからの指示を受け付けると、記憶部１１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１１への保存および出力装置１３への表示等の制御を行う。なお、ＣＰＵ９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１３としてはモニタやプリンタ等を、入力装置１４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。
【００２０】
記憶部１１は、ＣＰＵ９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３に要求する光学特性のデータ等を保持する。記憶部１１に保持されるプログラムやデータは、バス１０を介して、ＣＰＵ９から適宜参照することができる。記憶部１１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。
【００２１】
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。なお、本第１の実施形態における、シフト部８によるＭＬＡ４のシフトパターンは、撮像素子５に結像される複数のスポット像が、受光面上を＋Ｘ方向に１画素幅のシフトを１回するように設定されているとする（図４の矢印）。
【００２２】
ユーザが、入力装置１４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。ＣＰＵ９は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１２を通じて受け付け、記憶部１１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Ｓ１８の処理が行われる。
【００２３】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ９が、白色光源ＷＬの白色光がＭＬＡ４によって撮像素子５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、シフト部８に対しＭＬＡ４の位置をＺ方向に調節してピント合わせをさせる指令を出す。
【００２４】
ここで、図４は、図２が示す撮像素子５の一部の画素配列に結像された１つのスポット像を例示する。スポット像のＸ印は、スポット像の中心位置を示し、矢印は、後述するステップＳ１３でのシフト部８によるＭＬＡ４のシフト動作によって、そのスポット像の中心が受光面上を＋Ｘ方向にシフトすることを示す。なお、ＭＬＡ４のシフト動作によって、図４のスポット像だけでなく、図示されていない他のスポット像も同様のシフト動作をする。また、本第１の実施形態では、図４のスポット像の大きさは直径１０画素程度の大きさであるが、波面計測を行う状況や波面計測装置１００の設定によって変化する。
【００２５】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ９が、撮像素子５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。ＣＰＵ９は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部６にてデジタル信号に変換し、バッファメモリ７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。ＣＰＵ９は、バッファメモリ７に保持した各色の光の画像を、バス１０を通じて記憶部１１に転送し保存する。
【００２６】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ９が、ＭＬＡ４を１回シフトさせたか否かの判定を行う。既に１回シフトさせた場合には、ステップＳ１４（ＹＥＳ側）へ移行する。まだシフトしていない場合には、ステップＳ１３へ移行する。
【００２７】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ９が、シフト部８に対し、撮像素子５の受光面上の複数のスポット像を＋Ｘ方向へ１画素分シフトするように、ＭＬＡ４をシフトさせる指令を出す。ＣＰＵ９は、ステップＳ１１へ移行し、ステップＳ１１の撮像処理を行う。
【００２８】
ここで、図２や図４が示すように、撮像素子５のＲ、Ｇ、Ｂの各々のカラーフィルタは離散的に分布しているため、各Ｒ、Ｇ、Ｂの画像の解像度は、撮像素子５の全画素による解像度に対して、１／４、１／２、１／４とそれぞれ低い。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ’線上の画素のうち、Ｇ成分の画素の画素値の分布をスポット像の中心（Ｘ印）の位置を基準にして示す。図５（ｂ）は、スポット像を＋Ｘ方向に１画素幅だけシフトさせた後のＡ−Ａ’線上にあるＧ成分の画素の画素値の分布を示す。
【００２９】
そこで、ステップＳ１４では、ＣＰＵ９が、シフト部８によるＭＬＡ４のシフトの前後で撮影された各色２枚の画像を用い、合成処理によって１枚のより解像度の高い画像をそれぞれ生成する。具体的には、ＣＰＵ９は、シフトした後に撮像した画像（図５（ｂ））を−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行い、最初の位置での画像（図５（ａ））と重ね合わせる（図５（ｃ））。このように、各色の画素の隙間を埋め合わせることで、合成前の画像と比較して２倍の解像度となり、波面の形状をより高精度に求めることが可能となる。
【００３０】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ９が、ステップＳ１４で合成処理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。具体的には、例えば、被検レンズ３を通過してＭＬＡ４に投影される光の波面が完全な平面波であれば、ＭＬＡ４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５の受光面に結像する。しかしながら、被検レンズ３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、ＣＰＵ９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。ＣＰＵ９は、求めた各色の光の波面データを、記憶部１１に保存する。
【００３１】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ９が、ステップＳ１５で求めた各色の光の波面データを用いて、被検レンズ３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、ＣＰＵ９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、ＣＰＵ９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。これにより、従来のチャート像から求める場合と同じ精度でＭＴＦ値を求めることが可能となる。
【００３２】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ９が、記憶部１１から被検レンズ３に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ９は、その要求する値とステップＳ１６で求めた被検レンズ３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、ＣＰＵ９は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ９は、ステップＳ１８へ移行する。
【００３３】
ステップＳ１８では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ３の調整作業の後、ＣＰＵ９が、調整後の被検レンズ３の光学特性を再度評価するために、シフト部８に対しＭＬＡ４を初めの位置に戻す指令を出す。ＣＰＵ９は、被検レンズ３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Ｓ１８の作業を行い終了する。
【００３４】
このように本第１の実施形態は、ＭＬＡ４をシフトさせる前後において、撮像素子５でその受光面に結像する複数のスポット像を各色の光で撮像し、その画像を色毎にそれぞれ合成することにより、高精度の波面計測を行うことが可能となる。さらに、シフト部８によるシフトは１回により、波面計測装置１００の小型化および波面計測の高速化が可能である。
【００３５】
なお、本第１の実施形態では、シフト部８によるＭＬＡ４のシフトパターンは、撮像素子５の受光面に結像される複数のスポット像を＋Ｘ方向にシフトさせる向きとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数のスポット像が、−Ｘ方向、＋Ｙまたは−Ｙ方向の向きにシフトするようにＭＬＡ４をシフトさせても良い。
【００３６】
なお、本第１の実施形態では、シフト部８によるＭＬＡ４のシフトを１回としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、スポット像を＋Ｘ方向にシフトして＋Ｙ方向にシフトさせる２回シフト、またはスポット像を＋Ｘ方向、＋Ｙ方向そして−Ｘ方向にシフトさせる３回シフト等のように複数回シフトさせても良い。波面計測装置１００の処理能力や波面計測の精度等に応じて、シフトさせる回数および方向の組み合わせを適宜選択するのが好適である。ただし、複数回シフトさせる場合、Ｇの画像の解像度は他のＲやＢの画像と比べて２倍の解像度があり、Ｇの画像のステップＳ１４における合成処理を行うと、重複する画素が出てくる。そこで、画素値が重複する場合には、平均した値またはいずれかの画素値を、その画素の値とするのが良い。
【００３７】
なお、本第１の実施形態では、ステップＳ１４で画像を色毎に合成処理し、ステップＳ１５で波面形状を求めているが、本発明はこれに限定されない。例えば、各画像それぞれにおいて波面を算出し、シフト後に撮像した画像から求めた波面については−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行い、色毎に波面を重ね合わせて平均化する処理を行っても良い。これにより、シフト部８によるシフト精度の悪化による影響を避けることができる。
【００３８】
なお、本第１の実施形態では、被検レンズ３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Ｓ１６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３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６は、本発明の第２の実施形態に係る波面計測装置１５０の構成図である。
【００３９】
本第２の実施形態に係る波面計測装置１５０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１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１５０において、シフト部８は撮像素子５に設置され、撮像素子５をＸＹ面でシフトさせる。また、ピント調節部１５が、新たにＭＬＡ４に設置され、ＭＬＡ４をＺ方向にシフトさせて撮像素子５の受光面に複数のスポット像を結像させるようにピント合わせを行う。
【００４０】
次に、本第２の実施形態に係る波面計測装置１５０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。
【００４１】
第１の実施形態と同様に、ユーザが、入力装置１４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。ＣＰＵ９は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１２を通じて受け付け、記憶部１１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Ｓ１８の処理が行われる。
【００４２】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ９が、白色光源ＷＬの白色光がＭＬＡ４によって撮像素子５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１５に対しＭＬＡ４の位置をＺ方向に調節してピント合わせをさせる指令を出す。
【００４３】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ９が、撮像素子５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。ＣＰＵ９は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部６にてデジタル信号に変換し、バッファメモリ７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。ＣＰＵ９は、バッファメモリ７に保持した各色の光の画像を、バス１０を通じて記憶部１１に転送し保存する。
【００４４】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ９が、撮像素子５を１回シフトさせたか否かの判定を行う。既に１回シフトさせた場合には、ステップＳ１４（ＹＥＳ側）へ移行する。まだシフトしていない場合には、ステップＳ１３へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ９が、シフト部８に対し、撮像素子５の受光面上の複数のスポット像を＋Ｘ方向へ１画素分シフトするように、撮像素子５をシフトさせる指令を出す。ＣＰＵ９は、ステップＳ１１へ移行し、ステップＳ１１の撮像処理を行う。
【００４６】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ９が、シフト部８による撮像素子５のシフトの前後で撮影された各色２枚の画像を用い、合成処理によって１枚のより解像度の高い画像をそれぞれ生成する。具体的には、ＣＰＵ９は、シフトした後に撮像した画像（図５（ｂ））を−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行い、最初の位置での画像（図５（ａ））と重ね合わせる（図５（ｃ））。このように、各色の画素の隙間を埋め合わせることで、合成前の画像と比較して２倍の解像度となり、波面の形状をより高精度に求めることが可能となる。
【００４７】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ９が、ステップＳ１４で合成処理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。ＣＰＵ９は、求めた各色の光の波面データを、記憶部１１に保存する。
【００４８】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ９が、ステップＳ１５で求めた各色の光の波面データを用いて、被検レンズ３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、ＣＰＵ９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、ＣＰＵ９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。これにより、従来のチャート像から求める場合と同じ精度でＭＴＦ値を求めることが可能となる。
【００４９】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ９が、記憶部１１から被検レンズ３に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ９は、その要求する値とステップＳ１６で求めた被検レンズ３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、ＣＰＵ９は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ９は、ステップＳ１８へ移行する。
【００５０】
ステップＳ１８では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ３の調整作業の後、ＣＰＵ９が、調整後の被検レンズ３の光学特性を再度評価するために、シフト部８に対し撮像素子５を初めの位置に戻す指令を出す。ＣＰＵ９は、被検レンズ３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Ｓ１８の作業を行い終了する。
【００５１】
このように本第２の実施形態は、撮像素子５をシフトさせる前後において、撮像素子５でその受光面に結像する複数のスポット像を各色の光で撮像し、画像を色毎にそれぞれ合成することにより、高精度の波面計測を行うことが可能となる。さらに、シフト部８によるシフトは１回により、波面計測装置１５０の小型化および波面計測の高速化が可能である。
【００５２】
なお、本第２の実施形態では、シフト部８による撮像素子５のシフトパターンは、撮像素子５の受光面に結像される複数のスポット像を＋Ｘ方向にシフトさせる向きとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数のスポット像が、−Ｘ方向、＋Ｙまたは−Ｙ方向の向きにシフトするように撮像素子５をシフトさせても良い。
【００５３】
なお、本第２の実施形態では、シフト部８による撮像素子５のシフトを１回としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、スポット像を＋Ｘ方向にシフトして＋Ｙ方向にシフトさせる２回シフト、またはスポット像を＋Ｘ方向、＋Ｙ方向そして−Ｘ方向にシフトさせる３回シフト等のように複数回シフトさせても良い。波面計測装置１５０の処理能力や波面計測の精度等に応じて、シフトさせる回数および方向の組み合わせを適宜選択するのが好適である。ただし、複数回シフトさせる場合、Ｇの画像の解像度は他のＲやＢの画像と比べて２倍の解像度があり、Ｇの画像のステップＳ１４における合成処理を行うと、重複する画素が出てくる。そこで、画素値が重複する場合には、平均した値またはいずれかの画素値を、その画素の値とするのが良い。
【００５４】
なお、本第２の実施形態では、ステップＳ１４で画像を色毎に合成処理し、ステップＳ１５で波面形状を求めているが、本発明はこれに限定されない。例えば、各画像それぞれにおいて波面を算出し、シフト後に撮像した画像から求めた波面については−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行い、色毎に波面を重ね合わせて平均化する処理を行っても良い。これにより、シフト部８によるシフト精度の悪化による影響を避けることができる。
【００５５】
なお、本第２の実施形態では、被検レンズ３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Ｓ１６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３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７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。
【００５６】
本第３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１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２００において、シフト部８は被検レンズ３に設置され、被検レンズ３をＸＹ面でシフトさせる。また、ピント調節部１５が、新たにＭＬＡ４に設置され、ＭＬＡ４をＺ方向にシフトさせて撮像素子５の受光面に複数のスポット像を結像させるようにピント合わせを行う。
【００５７】
次に、本第３の実施形態に係る波面計測装置２００について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、本第３の実施形態における、シフト部８による被検レンズ３のシフトパターンは、第１の実施形態と同様に、撮像素子５に結像される複数のスポット像が、受光面上を＋Ｘ方向に１画素幅のシフトを１回するように設定されているとする（図４の矢印）。
【００５８】
ユーザが、入力装置１４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。ＣＰＵ９は、その命令を入出力Ｉ／Ｆ１２を通じて受け付け、記憶部１１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８のステップＳ２０からステップＳ２８の処理が行われる。
【００５９】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ９が、白色光源ＷＬの白色光がＭＬＡ４によって撮像素子５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１５に対しＭＬＡ４の位置をＺ方向に調節してピント合わせをさせる指令を出す。
【００６０】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ９が、撮像素子５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。ＣＰＵ９は、撮像した画像をＡ／Ｄ変換部６にてデジタル信号に変換し、バッファメモリ７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。ＣＰＵ９は、バッファメモリ７に保持した各色の光の画像を、バス１０を通じて記憶部１１に転送し保存する。
【００６１】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ９が、被検レンズ３を１回シフトさせたか否かの判定を行う。既に１回シフトさせた場合には、ステップＳ２４（ＹＥＳ側）へ移行する。まだシフトしていない場合には、ステップＳ２３へ移行する。
【００６２】
ステップＳ２３では、ＣＰＵ９が、シフト部８に対し、撮像素子５の受光面上の複数のスポット像を＋Ｘ方向へ１画素分シフトするように、被検レンズ３をシフトさせる指令を出す。ＣＰＵ９は、ステップＳ２１へ移行し、ステップＳ２１の撮像処理を行う。
【００６３】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ９が、各画像それぞれから波面形状を算出する。ＣＰＵ９は、画像毎に算出した波面データを、記憶部１１に保存する。
【００６４】
ステップＳ２５では、ＣＰＵ９が、ステップＳ１４で算出した波面データを色毎に重ね合わせて、１つの波面にする。具体的には、ＣＰＵ９は、シフトした後に撮像した画像から求めた波面データを−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行い、最初の位置での波面データと重ね合わせて平均化する処理を行う。これにより、シフト部８によるシフト精度の悪化による影響を避けることができる。
【００６５】
ステップＳ２６では、ＣＰＵ９が、ステップＳ２５で求めた各色の波面データを用いて、被検レンズ３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、ＣＰＵ９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、ＣＰＵ９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。これにより、従来のチャート像から求める場合と同じ精度でＭＴＦ値を求めることが可能となる。
【００６６】
ステップＳ２７では、ＣＰＵ９が、記憶部１１から被検レンズ３に対して要求する光学特性データを読み込む。ＣＰＵ９は、その要求する値とステップＳ２６で求めた被検レンズ３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、ＣＰＵ９は一連の作業を終了する。満たしていない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ９は、ステップＳ２８へ移行する。
【００６７】
ステップＳ２８では、測定結果に基づいて、ユーザによる被検レンズ３の調整作業の後、ＣＰＵ９が、調整後の被検レンズ３の光学特性を再度評価するために、シフト部８に対し被検レンズ３を初めの位置に戻す指令を出す。ＣＰＵ９は、被検レンズ３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Ｓ２６の作業を行い終了する。
【００６８】
このように本第３の実施形態は、被検レンズ３をシフトさせる前後において、撮像素子５でその受光面に結像する複数のスポット像を各色の光で撮像し、画像毎に波面形状を求めてから色毎に重ね合わせ平均化することにより、シフト部８によるシフト精度の悪化による影響を回避し、高精度の波面計測を行うことが可能となる。さらに、シフト部８によるシフトは１回により、波面計測装置２００の小型化および波面計測の高速化が可能である。
【００６９】
なお、本第３の実施形態では、シフト部８による被検レンズ３のシフトパターンは、撮像素子５の受光面に結像される複数のスポット像を＋Ｘ方向にシフトさせる向きとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数のスポット像が、−Ｘ方向、＋Ｙまたは−Ｙ方向の向きにシフトするように被検レンズ３をシフトさせても良い。
【００７０】
なお、本第３の実施形態では、シフト部８による被検レンズ３のシフトを１回としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、スポット像を＋Ｘ方向にシフトして＋Ｙ方向にシフトさせる２回シフト、またはスポット像を＋Ｘ方向、＋Ｙ方向そして−Ｘ方向にシフトさせる３回シフト等のように複数回シフトさせても良い。波面計測装置１５０の処理能力や波面計測の精度等に応じて、シフトさせる回数および方向の組み合わせを適宜選択するのが好適である。
【００７１】
なお、本第３の実施形態では、シフト部８による被検レンズ３をシフトさせたが、本発明はこれに限定されない。例えば、シフト部８は、開口部２をシフトさせるために開口部２に設置しても良いし、開口部２と被検レンズ３とを相対的にシフトさせるように開口部２および被検レンズ３に設置しても良い。
【００７２】
なお、本第３の実施形態では、ステップＳ２４で画像毎に波面形状を算出した後、ステップＳ２５で位置補正を行い、色毎に波面を重ね合わせ平均化する処理を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、各色の画像について、シフトした後に撮像した画像を−Ｘ方向に１画素幅戻す位置補正を行った後、最初の位置での画像と重ね合わせる画像合成し、合成した各色の画像を用いて波面を求めても良い。このように、各色の画素の隙間を埋め合わせることで、合成前の画像と比較して解像度が高くなり、波面の形状をより高精度に求めることが可能となる。
【００７３】
なお、本第３の実施形態では、被検レンズ３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Ｓ２６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３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】
【００７４】
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、本発明を利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】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２】撮像素子５の受光面に配列された画素の一部を模式的に示す図である。
【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】図２が示す撮像素子５の画素配列に結像された１つのスポット像を例示する図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’線上のＧ成分の画素の画素値の分布を示す図である。
【図６】本第２の実施形態に係る波面計測装置１５０の構成を示す図である。
【図７】本第３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８】本第３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。
【符号の説明】
【００７６】
ＷＬ  白色光源、１  拡散板、２  開口部、３  被検レンズ、４  ＭＬＡ、５  撮像素子、６  Ａ／Ｄ変換部、７  バッファメモリ、８  シフト部、９  ＣＰＵ、１０  バス、１１  記憶部、１２  入出力インタフェース、１３  出力装置、１４  入力装置、１００  波面計測装置
【図１】
2009192412.tif 000003
【図２】
2009192412.tif 000004
【図３】
2009192412.tif 000005
【図４】
2009192412.tif 000006
【図５】
2009192412.tif 000007
【図６】
2009192412.tif 000008
【図７】
2009192412.tif 000009
【図８】
2009192412.tif 000010