JP2007163455A - レンズ評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を高精度に測定できるようにする。
【解決手段】レンズ評価装置は、ピンホール列標本である試料４と、これを透過照明する光源１と、対物レンズ７を含む評価される顕微鏡光学系と、撮像素子１０と、試料４と顕微鏡光学系のとの間の距離を変化させるZ軸ステージ５とを有し、Z軸ステージ５が前記距離を変化させるごとに撮像素子１０が試料４の像を撮像して積層画像を取得し、その積層画像内の複数のピンホール像から複数の像位置を算出し、その複数の像位置に収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズの評価装置に関し、特に光学系の像位置に関する性能、即ち横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を評価するレンズ評価装置に関する。

光学系を用いて撮像した画像を測定に用いる場合、その光学系には高度な収差補正が要求される。例えばレーザ共焦点顕微鏡の場合、像面湾曲があると平坦な試料の観察像が曲面になってしまうため、深さ方向の正確な測定ができなくなる。あるいは、複数の波長のレーザで画像を撮像して比較する場合、光学系に色収差があると、像の位置が波長によって横方向（光学系光軸に垂直な方向）と縦方向（光学系光軸方向）にずれるため、正確な比較演算ができなくなる。横倍率の誤差や歪曲収差も同様に、像位置の測定誤差を生じる。

これらの誤差を補正するためには、予めそれらの収差を測定しておき、それに基づいて撮像した画像を修正する必要がある。あるいは、収差の測定値に基づいて光学系のレンズ位置を修正し、それらの収差を十分に小さくしておく必要がある。それらを実施する前提として、光学系の像位置に関する性能、即ち横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を高精度に測定できる評価装置の存在が不可欠である。

従来の評価装置を図９を参照しながら説明する。
同図に示したように、従来の評価装置では、点光源となるピンホール５１を、評価される光学系５２の物体面に設置し、背後から不図示の照明手段で照明する。光学系５２の像面にはピンホール５１の空中像５３ができる。この空中像５３は小さいので、直接に撮像素子で撮像しても、最大強度となる像位置を十分な精度で測定できない。そこで拡大光学系５４で拡大した像を撮像素子５５で撮像する。このようにすると、拡大像から最大輝度の画素を探索することによって、像位置を決定することができる。さらに、拡大光学系５４と撮像素子５５を光学系５２の光軸方向(Z軸方向)に移動しながら撮像し、その積層画像から最大輝度の画素を探索すると、像位置のX，Y，Z座標を決定することができる。照明手段の波長を切り換えることにより、色収差も評価することができる。ただし、像位置のX，Y，Z座標を求めるために、拡大光学系５４と撮像素子５５の位置を３軸の測長器でモニターする必要がある。また、視野内全体の像面形状を決定するためには、ピンホール５１を物体面上で複数の位置に移動しながら測定する必要がある。この場合、ピンホール５１のX,Y座標も測長器でモニターする必要がある。

なお、本技術分野におけるレンズ評価装置に関連する従来技術として特許文献１〜４と非特許文献１がある。
特許第３３９１４７０号公報 特開２００２−２８９４９４号公報 特開２００４−１６３２０７号公報 特公平６−２１７７２号公報 画像電子学会誌，Vol.31，No.4，Page534-541(2002.07.25)，"ディジタル画像を用いた高精度画像計測のための画像補正"，中村 他

しかしながら、図９に示すような従来の評価装置のように、１つのピンホール像の像位置を求め、それを像面内の複数の位置で繰り返す、という方法では、それらの位置を何らかの測長器でモニターしなければならない。また、その測長器の精度で、全体の測定精度が決まってしまう。前記のレーザ共焦点顕微鏡などの光学系では、nmオーダーの色収差が求められることも稀ではない。そのような場合、nmオーダーの測定精度をもつ高精度のレーザ測長器が２軸以上も必要になってしまう。さらに、拡大光学系の収差が測定値に与える影響も検証しなければならない。また、１つのピンホールを移動しながら測定するために、像面全体の測定に時間を要し、その間の光学系の安定性などにも注意を要する。

既知の等間隔で配列された複数のピンホールを物体面に設置すれば、物体側のピンホールを移動したり、その位置をモニターしたりする必要はなくなる。さらに、１つのピンホールの空中像を十分な画素数で撮像し、かつ像面の大部分を覆うような面積をもつ撮像素子が仮に存在すれば、拡大光学系が不要になり、像面側のX,Y座標を高精度にモニターする必要もなくなる。この場合、複数のピンホールあるいは撮像素子のZ位置をモニターしながら移動することで、像位置や色収差を算出するのに十分な積層画像を撮像できる。しかし、そのような撮像素子は画素数が莫大な数になるため、現状では入手することができない。

本発明はこれらの課題を鑑み、光学系の横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を高精度に測定できるものであって特に１つの点光源の空中像を十分な画素数で撮像できない場合でも高精度の評価値を得ることができるレンズ評価装置、レンズ評価方法、及びレンズ評価プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るレンズ評価装置は、平面上に配置された複数の点光源と、像を撮像し画像を取得する撮像手段と、前記点光源あるいは前記撮像手段と、評価対象となる光学系との相対距離を変化させる移動手段と、前記移動手段が前記相対距離を変化させるごとに前記撮像手段が前記光学系を介した前記複数の点光源の像を撮像することによって取得される積層画像が記録される記録媒体と、前記記録媒体に記録された前記積層画像内の複数の点光源像から複数の像位置を算出する像位置算出手段と、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する収差取得手段と、を有することを特徴とする。

本発明の第２の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記複数の点光源は、出射する光の波長を選択切換可能に構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第３の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記複数の点光源は、前記評価対象となる光学系の分解能と同等あるいは同等以下の直径のピンホールと、前記ピンホールを透過照明する照明手段と、を含んで構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記複数の点光源は、平面上に２次元の周期格子状に配列している、ことを特徴とする。
本発明の第５の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定する設定手段と、前記設定手段により設定されたモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像に２次元の強度分布モデル関数をフィットする第１のフィット手段と、前記第１のフィット手段により前記各枚葉画像にフィットされた前記２次元の強度分布モデル関数の最大値と当該最大値の平面内座標とを算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットする第２のフィット手段と、前記算出手段により算出された前記各枚葉画像の前記最大値に第２の曲線モデル関数をフィットする第３のフィット手段と、前記第３のフィット手段によりフィットされた前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求める座標演算手段と、前記座標演算手段により求められた前記最大値の座標を、前記第２のフィット手段によりフィットされた前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する関数値取得手段と、を含む、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様に係るレンズ評価装置は、上記第５の態様において、前記２次元の強度分布モデル関数は、２次元のガウシアン分布関数である、ことを特徴とする。
本発明の第７の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定する設定手段と、前記設定手段により設定されたモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像から、当該各枚葉画像の最大強度値と当該最大強度値の平面内座標とを求める第１の演算手段と、前記第１の演算手段により求められた前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットする第１のフィット手段と、前記第１の演算手段により求められた前記各枚葉画像の前記最大強度値に第２の曲線モデル関数をフィットする第２のフィット手段と、前記第２のフィット手段によりフィットされた前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求める第２の演算手段と、前記第２の演算手段により求められた前記最大値の座標を、前記第１のフィット手段によりフィットされた前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する関数値取得手段と、を含む、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様に係るレンズ評価装置は、上記第５又は７の態様において、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置を、前記各枚葉画像の前記平面内座標にフィットされた前記第１の曲線モデル関数の平均に基づいて修正する像位置修正手段を更に含み、前記収差取得手段は、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に代えて前記像位置修正手段により修正された前記複数の像位置に前記収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から最大強度のデータ点の座標を求める座標演算手段を含む、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から強度の重心の座標を求める座標演算手段を含む、ことを特徴とする。

本発明の第１１の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、 前記平面上に配置された複数の点光源の位置座標が予め測定されている、ことを特徴とする。
本発明の第１２の態様に係るレンズ評価装置は、上記第４の態様において、 前記２次元の周期格子状に配列している複数の点光源像から、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に、格子点の指数p,qを含む独立変数で規定される平面のモデル関数をフィットして、点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量を取得する点光源位置取得手段を含む、ことを特徴とする。

本発明の第１３の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１２の態様において、 前記点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量より、２次元の周期格子状に配列している複数の各点光源の位置座標を算出する点光源位置算出手段を含む、ことを特徴とする。

本発明の第１４の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１１又は１３の態様において、前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の像位置に、横倍率を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、ことを特徴とする。

本発明の第１５の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１１又は１３の態様において、 前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の横方向の像位置に、横倍率と歪曲収差係数を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、ことを特徴とする。

本発明の第１６の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１４又は１５の態様において、前記像位置算出手段は、前記複数の点光源を合焦状態で前記撮像手段により撮像した１枚の点光源像から複数の横方向の像位置を算出する、ことを特徴とする。

本発明の第１７の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の縦方向の像位置に、像面湾曲の係数を含む縦方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、ことを特徴とする。

本発明の第１８の態様に係るレンズ評価装置は、上記第２の態様において、前記移動手段が前記距離を変化させるごとに、前記複数の点光源の波長を切換えて前記撮像手段が波長ごとの前記複数の点光源の像を撮像することによって取得される、波長が異なる複数の積層画像が前記記録媒体に記録される、ことを特徴とする。

本発明の第１９の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１８の態様において、前記記録媒体に記録された第１の波長に係る積層画像と第２の波長に係る積層画像から前記像位置算出手段により算出された、前記第１の波長に係る複数の像位置と前記第２の波長に係る複数の像位置との間で、像位置の差分を求める差分演算手段と、前記差分演算手段により求められた複数の差分に色収差のモデル関数をフィットして色収差の測定値を取得する色収差取得手段と、を更に有することを特徴とする。

本発明の第２０の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記評価対象となる光学系の一部分を当該一部分の光軸を中心に回転させる回転手段と、前記回転手段による前記光学系の一部分の複数の回転位置において取得された収差の測定値に基づいて、前記光学系の一部分と当該一部分以外の部分との測定値の成分を分離する測定値成分分離手段と、を更に有することを特徴とする。

本発明の第２１の態様に係るレンズ評価装置は、上記第１の態様において、前記評価対象となる光学系は顕微鏡光学系を有する、ことを特徴とする。
本発明の第２２の態様に係るレンズ評価装置は、上記第２０の態様において、前記光学系の一部分は、顕微鏡光学系の対物レンズである、ことを特徴とする。

なお、本発明は、上記レンズ評価装置に限らず、レンズ評価方法やレンズ評価プログラムとして構成することもできる。

本発明によれば、視野内に分布する複数の点光源の積層画像を２次元の撮像素子で一括して撮像することと、像位置や収差の算出に適切なモデル関数のフィットを適用するアルゴリズムを併用することより、光学系の横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を高い精度で評価することができる。撮像素子の画素間隔より小さい精度で像位置のX,Y座標を算出できるので、それらを測定するための高精度の測長器を必要としない。また、視野内を一括撮像するので測定時間が大幅に短縮される。これは、複数の波長の積層画像を同時進行で撮像することと併せて、ドリフトによる測定誤差の軽減にも有効である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図８および図１０は、本発明の一実施形態に係る、顕微鏡光学系を評価するレンズ評価装置を説明するための図である。図１は、本実施形態に係るレンズ評価装置の側面図および制御系のブロック図である。図２は、ピンホール列標本の説明図である。図３は、積層画像の撮像に係るフローチャートである。図４は、収差の算出に係るフローチャートである。図５は、像位置の算出に係るフローチャートである。図６は、像位置の算出の説明図である。図７は、横方向の色収差の説明図である。図８は、レンズ評価装置の回転部の作用の説明図である。図１０は、物点位置の算出の説明図である。

図１において、光源１は、白色光源、波長選択手段、および光量調整手段を内部に含む。白色光源は、例えばハロゲンランプやキセノンランプ、ＬＥＤなどである。波長選択手段は、複数の干渉フィルタから１つを光路内に選択設置できる回転ホルダである。図示しない光量調整手段は、透過率を０〜１００％の範囲で連続に変えられる、例えば、回転型のＮＤフィルタである。また、図示しない波長選択手段と光量調整手段は、外部からの制御信号により制御され、出力する光の中心波長と強度を任意に設定（選択切換）できる。なお、波長選択手段を他の分光手段で置換したり、波長の異なる複数の光源を切換えて構成したりしても構わない。

光源１からの光は光ファイバ２で導かれ、光強度均一化部３で強度の位置／角度分布を均一にされてから試料４を透過照明する。光強度均一化部３は、内部反射を繰り返すロッドガラスや拡散板等から構成されている。

試料４は、図２に示すようなピンホール列標本である。ガラス基板の上に蒸着された不透明な金属膜２１に、縦横等間隔の格子状にピンホール２２が開けられている。すべてのピンホールの直径は等しく、対物レンズ７の回折限界より小さく、即ち評価される光学系の分解能と同等あるいは同等以下となっている。これにより、前述の光強度均一化部３の作用と併せて、対物レンズ７の角開口より広い範囲で強度角度分布がほぼ均一化された光が各ピンホール２２から出射する。ピンホール列が分布する範囲は、評価される顕微鏡光学系の視野より広いことが望ましい。なお、ピンホール列の格子配列は、図２に示すピンホール列の格子配列のみならず、２次元に周期性のあるものであれば他の配列であっても構わない。

試料４は、対物レンズ７を含む顕微鏡光学系の光軸方向に移動するZ軸ステージ５に載置されている。なお、顕微鏡光学系の光軸をZ軸とする。Z軸ステージ５は、変位量をモニターする静電容量センサを内蔵したピエゾステージであり、外部からの制御信号により任意のZ軸位置に試料４を移動することができる。また、XYステージ６は、Z軸ステージ５及び試料４を顕微鏡光学系の光軸に対して垂直な方向へ移動する手動のステージである。

評価される顕微鏡光学系は、対物レンズ７と結像レンズ９よりなり、試料４の像を撮像素子１０の撮像面に結像する。撮像素子１０は、顕微鏡光学系の結像範囲より大きい、あるいは大部分を撮像できるような撮像面積をもつ２次元のCCDである。これらの素子は鏡筒１１に取り付けられている。なお、対物レンズ７は鏡筒１１に対して、回転部８を介して取り付けられている。回転部８は、光軸を回転軸として対物レンズ７を任意の角度に回転および固定できる。鏡筒１１は、それを上下に移動する上下移動ステージ１２を介して、鏡基１３に取り付けられている。

光源１、Z軸ステージ５、及び撮像素子１０は、コンピュータ１４に接続されている。コンピュータ１４は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、及び後述する制御プログラム１５等が記録されているＲＯＭ１６を備えており、ＣＰＵがＲＯＭ１６に記録されている制御プログラム１５を実行することにより、接続されているユニットを制御して、試料４の像を撮像し、収差の評価値を算出する。また、コンピュータ１４は、その他、画像ファイル等が記録される記録媒体１７、入力部、及び表示部なども備えている。

次に、上述した構成からなるレンズ評価装置の動作を説明する。
操作者は評価する対物レンズ７を回転部８に取り付け、その対物レンズ７に適したピンホール径の試料４をZ軸ステージ５に取り付ける。次に、撮像素子１０の画像をコンピュータ１４の表示部の画面でモニターしながら、XYステージ６による試料４の位置決めと、上下移動ステージ１２あるいはZ軸ステージ５による合焦を行う。なお、ここでの合焦は手動に限らず、例えば自動合焦ユニットをレンズ評価装置に設けて自動により行うようにしてもよい。

そして、このようにして合焦が行われた後、コンピュータ１４内部のＣＰＵによる撮像プログラムの実行を開始する。なお、撮像プログラムは、コンピュータ１４内部のＲＯＭ１６に記録されている制御プログラム１５の一部であり、自動的に複数の波長の積層画像を撮像するための制御を行うプログラムである。この撮像プログラムによる手順を図３を参照しながら説明する。なお、複数の波長とは、色収差を評価するときの基準となる基準波長と、評価される複数の評価波長とのことである。

図３において、まずＳ１では、Z軸ステージ５を合焦位置（前記の合焦後の位置）から撮像範囲の下端に移動する。Z方向の撮像範囲は、評価される対物レンズ７の像面湾曲や縦方向の色収差の範囲を含むように、焦点深度の数倍程度に設定しておくのが望ましい。

Ｓ２では、光源１内部の波長選択手段の干渉フィルタを切り換えて、照明光を、複数の波長の中で未だ現在のZ軸ステージ位置での当該Ｓ２及び後述のＳ３を行っていない１つの波長へ切り換える。そして光源１内部のＮＤフィルタ（光量調整手段）により、適切な光量に切り換える。この光量は、複数の波長による積層画像の輝度が同じレベルに揃うように予め設定した値である。

Ｓ３では、撮像素子１０で試料４の画像を撮像し、コンピュータ１４に画像ファイルとして転送する。なお、転送された画像ファイルは、コンピュータ１４内部の記録媒体１７に記録される。

Ｓ４では、現在のZ軸ステージ位置において複数の波長の全てに対して上記のＳ２乃至Ｓ３を行ったか否か（波長本数に達したか否か）を判定する。ここで、その判定結果がＹＥＳの場合にはＳ５へ進み、ＮＯの場合にはＳ２へ戻る。このように、Ｓ４がＹＥＳになるまでＳ２乃至Ｓ３が繰り返されることにより、現在のＺ軸ステージ位置における複数の波長のそれぞれについての画像ファイルがコンピュータ１４に転送、記録される。

Ｓ５では、コンピュータ１４に転送、記録された各波長の画像ファイル数が、Z方向の撮像範囲をカバーする積層枚数に達したか否かを判定する。ここで、その判定結果がＹＥＳの場合には撮像プログラムによる撮像を終了し、ＮＯの場合にはＳ６へ進む。

Ｓ６では、Z軸ステージ５を上へ１ステップ移動する。この移動量は、評価される対物レンズ７の焦点深度の１／５〜１／１０程度が望ましい。Ｓ６の後は、Ｓ２へ戻る。
このように、Ｓ５がＹＥＳになるまでＳ２乃至Ｓ４及びＳ６が繰り返されることにより、Z方向の撮像範囲をカバーする積層枚数分の波長毎の画像ファイルが、コンピュータ１４内部の記録媒体１７に記録される。

この手順では、Z軸ステージ５を上へ１ステップ移動してから複数の波長を切り換え各々の画像を撮像するということを繰り返すことによって、複数の波長の積層画像を同時進行で撮像している。このようにすると、環境温度の変化などに起因して撮像時間内に進行する試料位置のドリフトが各波長でほぼ共通になる。これは、後述する収差の算出において、誤差を小さくする効果がある。

次に、コンピュータ１４内部のＣＰＵによる解析プログラムの実行を開始する。なお、解析プログラムは、コンピュータ１４内部のＲＯＭ１６に記録されている制御プログラム１５の一部であり、撮像された積層画像の画像ファイルから、自動的に対物レンズ７を含む顕微鏡光学系の横倍率、歪曲収差、像面湾曲および色収差を算出するための制御を行うプログラムである。この解析プログラムによる手順を図４を参照しながら説明する。

同図において、まずＳ１１では、上記の図３に示した手順によりコンピュータ１４内部の記録媒体１７に記録された画像ファイルから、複数の波長の中で未だ当該Ｓ１１及び後述するＳ１２乃至Ｓ１３を行っていない１つの波長の積層画像を読み出し、メモリ（コンピュータ１４内部のＲＡＭ）に格納する。

Ｓ１２では、その１つの波長の積層画像の撮像範囲内にある未だ当該Ｓ１２を行っていない１つのピンホール像から像位置を求める。像位置とは、像点の位置であってピンホールの空中像の最大強度位置のことである。しかし、撮像のサンプリング間隔(撮像素子１０の画素間隔とZ軸ステージ５の１ステップ移動量)は、ピンホール空中像の大きさの１／５〜１／１０程度なので、単純に最大輝度の画素位置を探索しただけでは像位置を高精度に求めることができない。そこで、このＳ１２では図５に示す手順で像位置を算出している。ここで、図５及び図６を参照しながら、その手順について更に詳しく説明する。

図５において、まずＳ２１では、サンプリングされたピンホール空中像に強度分布モデルをフィットする範囲を設定する。なお、フィットするとは当てはめるという意味である。ピンホール空中像は、その最大強度位置から離れるにつれて強度が徐々に低下する。最大強度付近では、その変化が単調減少で滑らかなので、単純な強度分布モデルをフィットしやすい。そこで、縦方向(Z軸方向)は、対物レンズ７の焦点深度をフィット範囲とする。横方向(X，Y軸方向)は、エアリーディスクの１／２の半径内をフィット範囲とする。これらの値は、評価される対物レンズ７の開口数NAと照明光の波長λから、それぞれλ/NA²、0.3λ/NAと求められる。初めに、サンプリングされたピンホール空中像から最大輝度の画素を探索し、その画素位置を中心として上記の(円筒形になる)フィット範囲内に含まれるサンプリング点を、以下に述べるフィットの対象とする。なお、フィット範囲を上記の値から増減して微調整してもよい。

Ｓ２２では、縦方向のフィット範囲に含まれる枚葉画像の中で未だ当該Ｓ２２を行っていない１つの枚葉画像の最大強度Iとその位置(x_c,y_c)を求める。ここで、これらの求め方を図６を参照しながら説明する。同図は、１つのピンホール空中像の積層画像を示している。この積層画像２６では、Z軸位置ごとに、ピンホール空中像の横断面２７が、各枚葉画像２８にサンプリングされている。このうち、１つの枚葉画像２８の上記フィット範囲内のサンプリング点に、横断面２７の強度分布モデルI(x,y)を最小２乗法でフィットする。本実施例では、最大強度位置付近の強度分布にフィットしやすい強度分布モデルとして、回転対称の２次元ガウシアン分布（式（１））を採用する。

そして、フィットされた強度分布モデルI(x,y)から、１つの枚葉画像２８内の最大強度Iとその位置(x_c,y_c)を求める。なお、ここで求められた最大強度Iとその位置(x_c,y_c)は、フィットされた強度分布モデルI(x,y)の最大値と当該最大値の平面内座標でもある。このようにして求めることにより、１つの枚葉画像内の最大強度Iとその位置(x_c,y_c)を、元のX,Y方向のサンプリング間隔より高い精度で得ることができる。なお、元のX,Y方向のサンプリング間隔とは、例えば撮像素子１０の画素間隔と評価される光学系の横倍率とによって決まる物体側のサンプリング間隔である。

なお、Ｓ２２では、１つの枚葉画像のフィット範囲内のサンプリング点に強度分布モデルI(x,y)をフィットして最大強度Iとその位置(x_c,y_c)を求めているが、これを、１つの枚葉画像のフィット範囲内のサンプリング点から最大輝度値の画素を探索してその輝度値と位置を求めるように置換することも可能である。この場合、前者に比べて算出される像位置の精度は低下するものの、撮像視野内のピンホール数が十分に多ければ、後述する収差モデル関数のフィットにより、個々の像位置の誤差が相殺された、収差の表式を求めることができる。

Ｓ２３では、縦方向のフィット範囲に含まれる枚葉画像の全てに対して上記Ｓ２２を行ったか否か（フィット枚数に達したか否か）を判定する。ここで、その判定結果がＹＥＳの場合にはＳ２４へ進み、ＮＯの場合にはＳ２２へ戻る。このように、Ｓ２３がＹＥＳになるまでＳ２２が繰り返されることにより、縦方向のフィット範囲に含まれる枚葉画像のそれぞれについての最大強度Iとその位置(x_c,y_c)が求められる。図６において、各枚葉画像２８の位置２９は、求められた各枚葉画像の最大強度位置(x_c,y_c)を示している。ここで、ピンホール空中像の最大強度位置は、各枚葉画像２８の最大強度位置２９を結ぶ直線上にある。

そこで、Ｓ２４では、Z座標の関数としての各枚葉画像の最大強度位置x_c(z),y_c(z)に、それぞれ直線モデル（式（２）、（３））を最小２乗法でフィットして、これらの直線を求める。

多くの場合、ドリフト量は撮像時間にほぼ比例する変化なので、フィットするモデルは直線モデル（一次曲線モデル）で十分である。撮像時間が長く、ドリフト量が複雑に変化する場合は、ｎ次曲線モデルなどを選択してもよい。

Ｓ２５では、Z座標の関数としての各枚葉画像の最大強度I(z)に、ｎ次曲線モデルを最小２乗法でフィットする。ｎ＝２では球面収差などによるI(z)の非対称にフィットできないので、ｎ＝４〜６程度が好ましい。

Ｓ２６では、Z座標の関数としての各枚葉画像の最大強度I(z)にフィットされたｎ次曲線モデルのピーク位置を求める。これがピンホール空中像の最大強度位置のZ座標になる。次に、そのZ座標を、Ｓ２４で求めた直線モデルx_c(z),y_c(z)に代入して、最大強度位置のX,Y座標を求める。このようにして求めた像位置を、用途に応じて、物体側あるいは像側の実座標に変換する。物体側の実座標に変換するには、Z方向のサンプリング間隔をZ軸ステージ５のステップ移動間隔(μm単位)に変換する。X,Y方向のサンプリング間隔は、撮像素子１０の画素間隔(μm単位)を評価される光学系の横倍率で除算した値に変換する。この横倍率は、通常、評価される光学系の設計上の値で十分である。(正確な横倍率の算出方法についてはＳ１７に後述する。) 像側の実座標への変換も同様である。これで、１つの像位置の算出が終了する。

以上の図５に示した手順により、元のサンプリング間隔より高い精度で１つの像位置のX,Y,Z座標が得られる。なお、それ以外に、３次元の強度分布モデルを直接フィットするような方法もあるが、ドリフトなどによるピンホール空中像の複雑な変形に追随するのが困難になる。図５に示した像位置の算出手順では、比較的簡単な強度分布モデルの組合せによって、それらの複雑な変形を吸収できる利点がある。

図４に戻り、Ｓ１３では、１つの波長の積層画像の撮像範囲内にある全てのピンホール像に対しＳ１２を行ったか否か（ピンホール数に達したか否か）を判定し、その判定結果がＹＥＳの場合にはＳ１４へ進み、ＮＯの場合にはＳ１２へ戻る。このように、Ｓ１３がＹＥＳになるまでＳ１２が繰り返されることにより、１つの波長の積層画像の撮像範囲内にある全てのピンホール像から全ての像位置が求められる。

Ｓ１４では、複数の波長の全てに対しＳ１１乃至Ｓ１３を行ったか否か（波長本数に達したか否か）を判定する。ここで、その判定結果がＹＥＳの場合にはＳ１５へ進み、ＮＯの場合にはＳ１１へ戻る。このように、Ｓ１４がＹＥＳになるまでＳ１１乃至Ｓ１３が繰り返されることによって、複数の波長の積層画像のそれぞれについての撮像範囲内の全ての像位置が求められる。すなわち、各波長の像位置の分布が求められる。

Ｓ１５では、すべての波長のＳ２４（図５参照）でフィットした直線モデル（式（２）、（３））の傾きa_x, a_yの平均値

を求める。ここで、全てのピンホール像に共通する傾きはドリフトによる成分である。Ｓ１２で求めた像位置が合焦面（z=0）から離れるほど、ドリフトによって像位置のX,Y座標の誤差が大きくなっている。そこで、各波長の各像位置のX,Y座標から、当該像位置のZ座標とすべての波長の傾きの平均の積

をそれぞれ差し引いて、ドリフトによる誤差（ドリフト成分）を除去する。なお、上記の図３に示した撮像手順において、複数の波長の積層画像を同時進行で撮像しているので、このドリフト成分除去が効果的に作用する。

Ｓ１６では、物点位置、即ちピンホール列標本の各ピンホールの位置を求める。これは特に横倍率と歪曲収差を評価するために必要になる。評価される光学系がカメラレンズのような縮小系の場合、標本の物点の間隔が大きいので、実測によって十分な測定精度が得られる。しかし、顕微鏡光学系のような拡大光学系を評価するとき、物点位置のX,Y座標を実測で高精度に求めるのは困難である。ピンホール列標本のピンホール間隔は、フォトリソグラフィなどの製造技術によって高い精度が得られる。それを評価される光学系の物体側に設置したときの設置位置を算出する方法を図１０と図１を参照して説明する。

図１０は格子間隔a_x,a_yの長方格子に配列したピンホール列標本６１(試料４)と物体側座標の位置関係を示している。座標の原点は光学系の光軸であり、X,Y軸はそれぞれ撮像素子１０の横,縦方向である。初めに試料４をZ軸ステージ５に固定する。このときピンホールの配列方向が撮像素子１０の横,縦方向となす角度をθ_pとする。次に、座標原点に近い１つのピンホールを指数(0,0)とし、図１０のように各ピンホールの指数(p,q)を決める。指数(0,0)のピンホールの位置を(x_p,y_p)とする。指数(p,q)のピンホールの物点位置(x,y)は、角度θ_pの回転と平行移動(x_p,y_p)により式（４）で表される。

格子間隔a_x,a_yの誤差が無視できる場合、θ_pと(x_p,y_p)が決まると、物点位置が決まる。
物体側の座標原点が基準波長で結像する位置を像側の座標原点と定義する。さらに、顕微鏡光学系の歪曲収差は一般に極めて小さいので無視すると、基準波長における各ピンホールの像位置(X,Y)は式（５）になる。

は測定領域内の横倍率の平均値である。

そこで、Ｓ１１〜Ｓ１４で求めた基準波長の像位置(X,Y)に、指数と格子間隔の積(a_xp,a_yq)を独立変数とした式（６）の平面をそれぞれ最小２乗法でフィットする。

ここから得られたパラメータＡ〜Ｆは式（５）と次の関係にある。

これより、(x_p,y_p), θ_pおよび

が式（８）のように得られる。θ_pと

は２つの平面から得られた値の平均をとる。

以上のようにして求めた(x_p,y_p), θ_pを式（４）に代入して、各ピンホールの物点位置の座標を求める。指数(p,q)を独立変数として計算しても同じ結果が得られる。
なお、長方格子以外の任意の格子型に対しても、同様に物点位置を決めることができる。θ_pと(x_p,y_p)がゼロのときの物点位置(x₀,y₀)が式（９）で表されるピンホール列標本の場合、

ただし、a₁, a₂：２次元格子の基本並進ベクトル
指数(p,q)を独立変数とした式（１０）の平面を基準波長の像位置(X,Y)にそれぞれ最小２乗法でフィットする。

このパラメータＡ〜Ｆより、(x_p,y_p), θ_pおよびが式（１１）のように得られる。

従って、ピンホール列標本の配列が２次元周期格子であれば、格子型に関わらず物点位置を求めることができる。
Ｓ１７では、横倍率と歪曲収差係数を含む横方向の結像式を求める。評価される光学系が高度に収差補正されているとき、高次の歪曲収差を無視してもよい。最低次(３次)の歪曲収差による像位置の移動量は「歪曲の中心」からの距離の３乗に比例し、その方向は歪曲の中心と物点の位置を結ぶ直線上にある。従って、横方向の結像式、即ち物点と像点の位置ｒ,Ｒの関係式は式（１２）で表される。

β₀：「歪曲の中心」のおける横倍率、Ａ₃：３次の歪曲収差係数。
そこで、Ｓ１１〜Ｓ１５で求めた像位置(X,Y)と実測あるいはＳ１６で求めた物点位置(x,y)より、式（１２）のβ₀,Ｒ_s,Ａ₃,ｒ_cを以下のように求める。

測定されたＮ個のピンホールのうち、i番めのピンホールの物点位置r_iを式（１２）の結像式に代入して求めた像位置をＲ'_iとする。一方、i番めのピンホールから測定で求めた像位置をＲ_iをとする。対応するすべてのＲ'_iとＲ_iの距離の２乗和が最小になったとき、式（１２）の結像式が実際の像位置にフィットしたことになる。そこで、式（１３）の評価関数Ｓが最小になるようにパラメータβ₀,Ｒ_s,Ａ₃,ｒ_cを最適化する。

最適化は「最急降下法」などの、非線形モデルに対する一般的な繰り返し最適化のアルゴリズムで実施する。(参考文献：W. H. Press, 他 (丹慶,他・訳) 「ニューメリカルレシピ・イン・シー 〜Ｃ言語による数値計算のレシピ〜 日本語版」(技術評論社, 1993)) このようにして求められた横方向の結像式から、任意の物点位置(x,y)に対応する像位置(X,Y)の測定値を取得することができる。

なお、評価される光学系の歪曲収差が大きく、Ｓ１６のように物点位置を求めることができないときは、式（４）を式（１３）に代入する。そして、パラメータβ₀,Ｒ_s,Ａ₃,ｒ_cと同時にθ_pと(x_p,y_p)を上記の繰り返し最適化で求めるようにすればよい。

また、シフト量 r_s と歪曲の中心r_cが無視できるほど小さいことが予めわかっている場合、次のような方法でβ₀,Ａ₃を求めてもよい。横方向の結像式(式（１２）)を式（１４）のように変形する。

物点と像点の高さの比(左辺)に２次曲面(右辺)を最小２乗法でフィットすれば、β₀とＡ₃が得られる。
さらに、歪曲収差が無視できるほど小さいことが予めわかっている場合、式（１５）の近軸結像式のパラメータ

を求めれば十分である。

対応する物点と像点のx座標(x_i, X_i)とy座標(y_i, Y_i )の組に式（１６）の直線、

をそれぞれ最小２乗法でフィットすると、次のパラメータが得られる。

横倍率

はAとCの平均をとることにする。
以上のように、評価する光学系に合わせて横方向の結像式の形式を予め選択し、そのパラメータをＳ１７で求める。なお、高次の歪曲収差も評価する必要がある場合は、式（１２）あるいは式（１４）に|ｒ|⁴,|ｒ|⁶,...に関する項を追加すればよい。

評価される光学系の像面湾曲や縦方向の色収差が十分に小さい場合、あるいは焦点深度が十分に大きい場合、合焦状態で撮像された１枚の画像から横方向の結像式を算出できることは明らかである。そのような結像式のみを評価する場合は、積層画像の撮像に係るフローチャート(図３)のＳ１を「Ｚステージを合焦位置へ移動」に変更し、Ｓ５,Ｓ６を省略する。そして、像位置の算出に係るフローチャート(図５)のＳ２３〜Ｓ２５を省略すればよい。

Ｓ１８では、縦方向の結像式、即ち物点位置rと像点のZ座標の関係式を求める。評価される光学系が高度に収差補正されているとき、その像面は、式（１８）で表される２次曲面になる。

Ｚ₀：像面湾曲の頂点のＺ座標。
そこで、Ｓ１８では、Ｓ１６で求めた物点位置rに対応する、Ｓ１１〜Ｓ１５で求めた像位置のZ座標に２次曲面モデルを最小２乗法でフィットして、縦方向の結像式（式（１８））を求める。係数cは像面湾曲を表す２次係数であり、x₀,y₀,Z₀は２次曲面の頂点の座標である。これにより、求められた縦方向の結像式から任意の物点位置(x,y)に対応する像位置のZ座標の測定値を取得することができる。なお、評価される光学系によっては、より高次の項を含んだ像面湾曲モデルを設定することが適切な場合もある。その場合は式（１８）に、|ｒ|⁴,|ｒ|⁶,...に関する項を追加すればよい。

Ｓ１９では、Ｓ１１〜Ｓ１５で求めた１つの評価波長の像位置のX,Y,Z座標から、Ｓ１１〜Ｓ１５で求めた基準波長の像位置のX,Y,Z座標をそれぞれ差し引くという操作を、すべての像位置について行い、物点位置(x,y)の関数としての像位置の差分の分布ΔX(x,y),ΔY(x,y),ΔZ(x,y)を求める。

ΔX(x,y),ΔY(x,y)は、横方向の色収差の分布である。評価される光学系が高度に収差補正されており、波長によるわずかな横倍率の差、即ち倍率の色収差のみを考慮すればよいとき、像位置のX,Y座標の分布は図７に示したようになる。同図に示したように、わずかな横倍率の差により、基準波長の像位置（同図の黒丸）３１に対して、評価波長の像位置（同図の白丸）３２が横ズレしている。このとき、両者の位置関係には次のような性質がある。
・横ズレの無い位置、即ち横色収差の中心(x_c,y_c)３３から放射状に横ズレする。
・横ズレ量ΔR３４は、横色収差の中心３３からの距離に比例する。
・横ズレ量のX座標成分ΔX３５の大きさは、物点位置のx座標のみに依存する。同様に、Y座標成分ΔY３６の大きさは、物点位置のy座標のみに依存する。
その結果、 ΔX, ΔY は直線の式（１９）、（２０）で表される。係数A は "倍率色収差係数”である。

そこで、すべての像位置の差分ΔX(x,y),ΔY(x,y)に式（１９）、（２０）の直線モデルを最小２乗法でフィットして、横色収差の表式（式（１９）、（２０））を求める。これにより、求められた横色収差の表式から、任意の物点位置(x,y)に対応する横色収差の測定値を取得することができる。

一方、上記のΔZ(x,y)は、縦方向の色収差の分布である。像面が２次曲面で表されるとき、縦色収差も式（１８）のような２次曲面になる。そこで、すべての像位置の差分ΔZ(x,y)に２次曲面モデルを最小２乗法でフィットして、縦色収差の表式を求める。これにより、求められた縦色収差の表式から、任意の物点位置(x,y)に対応する縦色収差の測定値を取得することができる。なお、より高次の項を含んだ像面湾曲モデルを設定することが適切な光学系の場合、縦色収差のモデル関数もそのように変更した方がよい。

なお、横方向と縦方向の色収差は、Ｓ１７とＳ１８で求めた結像式から求めるようにしてもよい。すなわち、横方向の結像式から、任意の物点位置(x,y)に対応する評価波長と基準波長の像位置(X,Y)をそれぞれ取得する。両者の差分として、物点位置(x,y)に対応する横色収差の測定値を取得することができる。縦方向の色収差も同様に取得できる。

Ｓ２０では、複数の波長の全てに対し１７乃至Ｓ１９を行ったか否か（波長本数に達したか否か）を判定する。ここで、その判定結果がＹＥＳの場合には解析プログラムによる評価値の算出を終了し、ＮＯの場合にはＳ１７へ戻る。このように、Ｓ２０がＹＥＳになるまで１７乃至Ｓ１９が繰り返されることにより、複数の波長の横／縦方向の結像式および色収差の表式(評価波長のみ)が求められる。すなわち、各波長についての横倍率、歪曲収差、像面湾曲と横／縦色収差の測定値が取得される。

なお、個々の像位置には、試料４の表面の凹凸、Z軸ステージ５の移動量の誤差、像位置算出の計算誤差などによる測定誤差がある。しかし、上記のように収差モデル関数へのフィットを行うことにより、個々の像位置の測定誤差が相殺されて、収差の表式を高精度に求めることができる。

また、横倍率の誤差と歪曲収差が極めて小さく、像面湾曲と色収差のみを評価する場合、物点位置を求めるＳ１６を簡略化できる。すなわち、Ｓ１１〜Ｓ１５で求めた基準波長の像位置を光学系の設計上の横倍率で除算することにより、物点位置を求めることができる。このとき、試料４のピンホール列が必ずしも規則的に配列されている必要はない。ただし、収差モデル関数へのフィットを考慮すると、ピンホールは撮像視野内にほぼ均一な密度で分布していることが望ましい。

また、像位置を求めるＳ１２では、モデル関数のフィットを繰り返して像位置を高精度に求める手順（図５参照）を説明した。しかし簡易的に、各ピンホールの積層画像全体の中の最大輝度の画素位置を探索して、それを像位置としてしまう方法も可能である。図５に示した手順による場合に比べて算出される収差の表式の精度は低下するものの、撮像視野内のピンホール数が十分に多ければ、収差モデル関数をフィットすることによって、個々の像位置の誤差が相殺されて、ある程度の精度で収差の表式を求めることができる。あるいは、ピンホールの枚葉画像あるいは積層画像全体の最大強度位置の代わりに、強度の重心位置を算出する、というような変形例も考えられる。しかし、一般に像位置は最大強度の位置として定義されているので、そちらの方が好ましい。

また、図４に示した手順において、Ｓ１５ではドリフト成分の除去を行っているが、ドリフト成分を無視することができる場合などには、Ｓ１５を省き、Ｓ１４がＹＥＳの後にＳ１６へ進むようにしてもよい。

また、顕微鏡光学系の場合、収差の大部分は対物レンズ７に起因している。そこで、対物レンズ７単体の収差を評価するために以下の手順を追加するのが効果的である。
回転部８により対物レンズ７を回転すると、横／縦方向の結像式および色収差の表式に含まれるX,Y座標値のパラメータ(横色収差の中心、など)のうち、対物レンズに起因する成分は、それに伴って回転移動する。その様子を図８を参照しながら説明する。同図に示したように、回転に伴う前記X,Y座標の移動は円４１の軌跡を描く。このとき、円４１の中心４２は視野の中心４３に必ずしも一致しない。両者の差４４は、対物レンズ７以外の光学系および素子の配置の誤差などに起因する成分である。そして、円の半径４５が対物レンズ７に起因する成分である。

そこで、回転部８を１８０゜回転して同じ測定を行う。両者のX,Y座標のパラメータの平均値は対物レンズ７以外の成分になる。また、両者の差の１／２として、対物レンズ７に起因する成分が得られる。さらに回転角度を分割し、例えば０゜,９０゜,１８０゜,２７０゜の４位置で測定を行い、円４１の中心４２と半径４５を求めるようにすれば、両者の成分をさらに高精度に分離できるようになる。なお、横／縦方向の結像式および色収差の表式に含まれるZ座標値のパラメータ(像面湾曲の頂点のＺ座標、など)および座標値以外のパラメータ(横倍率、各収差係数、など)は、回転に伴う変化をしないはずである。これらの値は上記の複数の測定値の平均をとることで、測定誤差の改善を図ることができる。

なお、本実施例では、試料４をZ軸ステージ５で光軸方向に移動しているが、撮像素子１０の方を移動して積層画像を撮像してもよい。つまり、評価される光学系と、試料４あるいは撮像素子１０のいずれかとの距離を相対的に変化させる移動手段が最低１つ必要、ということである。また、上記のアルゴリズムから明らかなように、その移動手段のステップ移動量が数値として記録されていれば、等間隔である必要はない。

また、光源１により透過照明された試料４は、平面上に配列された複数の点光源、という要件を満たすならば、他の実施の形態に置換できる。例えば、平面上に配置された光ファイバの出射端列や蛍光ビーズのような発光体などである。あるいは、図２に示すようなピンホール列標本を「ネガ」とすれば、逆の「ポジ」の標本を使用することもできる。即ち、図２のピンホール２２に相当する部分の金属膜２１だけを残し、それ以外の金属膜２１を除去した標本を使用できる。そのような標本を落射照明すると、各金属膜からの反射光を複数の点光源と見なせるからである。１波長のみで評価するときは、発光ダイオード列などの単波長の発光体も使用できる。これらの点光源の大きさは、評価される光学系の分解能と同等あるいはそれ以下であることが望ましい。また、複数の点光源は、撮像視野内での点光源の数をより多くすることで、測定精度をさらに向上させることが可能である。さらに、撮像素子１０は、同じ撮像面積をもつCCDであってもより画素密度の高い、即ち高画素の撮像素子を用いれば測定精度をさらに向上させることが可能である。

また、本実施形態に係るレンズ評価装置は、顕微鏡以外の光学系や光学素子にも適用できる。ただし、評価対象となる光学系の視野の大きさや分解能によって、適切な複数の点光源を用意する必要がある。積層画像を撮像するための移動手段のステップ移動量や移動範囲も同様である。それらに必要な要件は、これまでの説明によって既に明らかである。積層画像から横／縦方向の結像式および色収差の表式を算出するアルゴリズムは、顕微鏡光学系の実施例と同様のものを適用できる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

一実施形態に係るレンズ評価装置の側面図および制御系のブロック図である。 ピンホール列標本の説明図である。 積層画像の撮像に係るフローチャートである。 収差の算出に係るフローチャートである。 像位置の算出に係るフローチャートである。 像位置の算出の説明図である。 横方向の色収差の説明図である。 レンズ評価装置の回転部の作用の説明図である。 従来の評価装置の説明図である。 物点位置の算出の説明図である。

符号の説明

１ 光源
２ 光ファイバ
３ 光強度均一化部
４ 試料
５ Z軸ステージ
６ XYステージ
７ 対物レンズ
８ 回転部
９ 結像レンズ
１０ 撮像素子
１１ 鏡筒
１２ 上下移動ステージ
１３ 鏡基
１４ コンピュータ
２１ 金属膜
２２ ピンホール
２６ 積層画像
２７ 横断面
２８ 枚葉画像
２９ 最大強度位置
３１ 基準波長の像位置
３２ 評価波長の像位置
３３ 横色収差の中心
３４ 横ズレ量
３５ X成分の横ズレ量
３６ Y成分の横ズレ量
４１ 軌跡を示す円
４２ 軌跡を示す円の中心
４３ 視野の中心
４４ 軌跡を示す円の中心位置と視野の中心位置との差
４５ 軌跡を示す円の半径
５１ ピンホール
５２ 光学系
５３ 空中像
５４ 拡大光学系
５５ 撮像素子
６１ ピンホール列標本

Claims (45)

1. 平面上に配置された複数の点光源と、
   像を撮像し画像を取得する撮像手段と、
   前記点光源あるいは前記撮像手段と、評価対象となる光学系との相対距離を変化させる移動手段と、
   前記移動手段が前記相対距離を変化させるごとに前記撮像手段が前記光学系を介した前記複数の点光源の像を撮像することによって取得される積層画像が記録される記録媒体と、
   前記記録媒体に記録された前記積層画像内の複数の点光源像から複数の像位置を算出する像位置算出手段と、
   前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する収差取得手段と、
   を有することを特徴とするレンズ評価装置。
2. 前記複数の点光源は、出射する光の波長を選択切換可能に構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
3. 前記複数の点光源は、
   前記評価対象となる光学系の分解能と同等あるいは同等以下の直径のピンホールと、
   前記ピンホールを透過照明する照明手段と、
   を含んで構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
4. 前記複数の点光源は、平面上に２次元の周期格子状に配列している、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
5. 前記像位置算出手段は、
   前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定されたモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像に２次元の強度分布モデル関数をフィットする第１のフィット手段と、
   前記第１のフィット手段により前記各枚葉画像にフィットされた前記２次元の強度分布モデル関数の最大値と当該最大値の平面内座標とを算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットする第２のフィット手段と、
   前記算出手段により算出された前記各枚葉画像の前記最大値に第２の曲線モデル関数をフィットする第３のフィット手段と、
   前記第３のフィット手段によりフィットされた前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求める座標演算手段と、
   前記座標演算手段により求められた前記最大値の座標を、前記第２のフィット手段によりフィットされた前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する関数値取得手段と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
6. 前記２次元の強度分布モデル関数は、２次元のガウシアン分布関数である、
   ことを特徴とする請求項５記載のレンズ評価装置。
7. 前記像位置算出手段は、
   前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定されたモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像から、当該各枚葉画像の最大強度値と当該最大強度値の平面内座標とを求める第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段により求められた前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットする第１のフィット手段と、
   前記第１の演算手段により求められた前記各枚葉画像の前記最大強度値に第２の曲線モデル関数をフィットする第２のフィット手段と、
   前記第２のフィット手段によりフィットされた前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求める第２の演算手段と、
   前記第２の演算手段により求められた前記最大値の座標を、前記第１のフィット手段によりフィットされた前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する関数値取得手段と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
8. 前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置を、前記各枚葉画像の前記平面内座標にフィットされた前記第１の曲線モデル関数の平均に基づいて修正する像位置修正手段を更に含み、
   前記収差取得手段は、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に代えて前記像位置修正手段により修正された前記複数の像位置に前記収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する、
   ことを特徴とする請求項５又は７記載のレンズ評価装置。
9. 前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から最大強度のデータ点の座標を求める座標演算手段を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
10. 前記像位置算出手段は、前記積層画像内の１つの点光源像から強度の重心の座標を求める座標演算手段を含む、
    ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
11. 前記平面上に配置された複数の点光源の位置座標が予め測定されている、
    ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
12. 前記２次元の周期格子状に配列している複数の点光源像から、前記像位置算出手段により算出された前記複数の像位置に、格子点の指数p,qを含む独立変数で規定される平面のモデル関数をフィットして、点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量を取得する点光源位置取得手段を含む、
    ことを特徴とする請求項４記載のレンズ評価装置。
13. 前記点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量より、２次元の周期格子状に配列している複数の各点光源の位置座標を算出する点光源位置算出手段を含む、
    ことを特徴とする請求項１２記載のレンズ評価装置。
14. 前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の像位置に、横倍率を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項１１又は１３記載のレンズ評価装置。
15. 前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の横方向の像位置に、横倍率と歪曲収差係数を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項１１又は１３記載のレンズ評価装置。
16. 前記像位置算出手段は、前記複数の点光源を合焦状態で前記撮像手段により撮像した１枚の点光源像から複数の横方向の像位置を算出する、
    ことを特徴とする請求項１４又は１５記載のレンズ評価装置。
17. 前記収差取得手段は、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の縦方向の像位置に、像面湾曲の係数を含む縦方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
18. 前記移動手段が前記距離を変化させるごとに、前記複数の点光源の波長を切換えて前記撮像手段が波長ごとの前記複数の点光源の像を撮像することによって取得される、波長が異なる複数の積層画像が前記記録媒体に記録される、
    ことを特徴とする請求項２記載のレンズ評価装置。
19. 前記記録媒体に記録された第１の波長に係る積層画像と第２の波長に係る積層画像から前記像位置算出手段により算出された、前記第１の波長に係る複数の像位置と前記第２の波長に係る複数の像位置との間で、像位置の差分を求める差分演算手段と、
    前記差分演算手段により求められた複数の差分に色収差のモデル関数をフィットして色収差の測定値を取得する色収差取得手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１８記載のレンズ評価装置。
20. 前記評価対象となる光学系の一部分を当該一部分の光軸を中心に回転させる回転手段と、
    前記回転手段による前記光学系の一部分の複数の回転位置において取得された収差の測定値に基づいて、前記光学系の一部分と当該一部分以外の部分との測定値の成分を分離する測定値成分分離手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
21. 前記評価対象となる光学系は顕微鏡光学系を有する、
    ことを特徴とする請求項１記載のレンズ評価装置。
22. 前記光学系の一部分は、顕微鏡光学系の対物レンズである、
    ことを特徴とする請求項２０記載のレンズ評価装置。
23. 平面上に配置された複数の点光源あるいは撮像手段と、評価対象となる光学系との相対距離を変化させるごとに前記撮像手段が前記光学系を介して前記複数の点光源の像を撮像して積層画像を取得し、
    取得した前記積層画像内の複数の点光源像から複数の像位置を算出し、
    算出した前記複数の像位置に収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する、
    ことを特徴とするレンズ評価方法。
24. 前記複数の点光源は、出射する光の波長を選択切換可能に構成されている、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
25. 前記複数の点光源は、
    前記評価対象となる光学系の分解能と同等あるいは同等以下の直径のピンホールと、
    前記ピンホールを透過照明する照明手段と、
    を含んで構成されている、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
26. 前記複数の点光源は、平面上に２次元の周期格子状に配列している、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
27. 前記像位置の算出では、
    前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定し、
    設定したモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像に２次元の強度分布モデル関数をフィットし、
    前記各枚葉画像にフィットした前記２次元の強度分布モデル関数の最大値と当該最大値の平面内座標とを算出し、
    算出した前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットし、
    算出した前記各枚葉画像の前記最大値に第２の曲線モデル関数をフィットし、
    フィットした前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求め、
    求めた前記最大値の座標を、前記各枚葉画像の前記平面内座標にフィットした前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
28. 前記２次元の強度分布モデル関数は、２次元のガウシアン分布関数である、
    ことを特徴とする請求項２７記載のレンズ評価方法。
29. 前記像位置の算出では、
    前記積層画像内の１つの点光源像から像位置を求めるためのモデル関数フィット範囲を設定し、
    設定したモデル関数フィット範囲内の積層画像の中の各枚葉画像から、当該各枚葉画像の最大強度値と当該最大強度値の平面内座標とを求め、
    求めた前記各枚葉画像の前記平面内座標に第１の曲線モデル関数をフィットし、
    求めた前記各枚葉画像の前記最大強度値に第２の曲線モデル関数をフィットし、
    フィットした前記第２の曲線モデル関数の最大値の座標を求め、
    求めた前記最大値の座標を、前記各枚葉画像の前記平面内座標にフィットした前記第１の曲線モデル関数に代入して関数値を取得する、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
30. 更に、
    算出した前記複数の像位置を、前記各枚葉画像の前記平面内座標にフィットした前記第１の曲線モデル関数の平均に基づいて修正し、
    前記収差の測定値の取得では、算出した前記複数の像位置に代えて、修正した前記複数の像位置に前記収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項２７又は２９記載のレンズ評価方法。
31. 前記像位置の算出では、前記積層画像内の複数の点光源像から各点光源像の最大強度のデータ点の座標を求める、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
32. 前記像位置の算出では、前記積層画像内の複数の点光源像から各点光源像の強度の重心の座標を求める、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
33. 前記平面上に配置された複数の点光源の位置座標が予め測定されている、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
34. 更に、
    前記２次元の周期格子状に配列している複数の点光源像から、前記像位置の算出により算出された前記複数の像位置に、格子点の指数p,qを含む独立変数で規定される平面のモデル関数をフィットして、点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量を取得する、
    ことを特徴とする請求項２６記載のレンズ評価方法。
35. 更に、
    前記点光源の設置位置に係る回転の角度と平行移動量より、２次元の周期格子状に配列している複数の各点光源の位置座標を算出する、
    ことを特徴とする請求項３４記載のレンズ評価方法。
36. 前記収差の測定値の取得では、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の像位置に、横倍率を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項３３又は３５記載のレンズ評価方法。
37. 前記収差の測定値の取得では、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の横方向の像位置に、横倍率と歪曲収差係数を含む横方向の結像のモデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項３３又は３５記載のレンズ評価方法。
38. 前記像位置の算出では、前記複数の点光源を合焦状態で前記撮像手段により撮像した１枚の点光源像から複数の横方向の像位置を算出する、
    ことを特徴とする請求項３６又は３７記載のレンズ評価方法。
39. 前記収差の測定値の取得では、前記複数の点光源の位置と、前記複数の点光源像から算出された複数の縦方向の像位置に、像面湾曲の係数を含む縦方向の結像モデル関数をフィットして測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
40. 前記積層画像の取得では、前記距離を変化させるごとに、前記複数の点光源の波長を切換えて前記撮像手段が波長ごとの前記複数の点光源の像を撮像して、波長が異なる複数の積層画像を取得する、
    ことを特徴とする請求項２４記載のレンズ評価方法。
41. 更に、
    取得した第１の波長に係る積層画像と第２の波長に係る積層画像から算出した、前記第１の波長に係る複数の像位置と前記第２の波長に係る複数の像位置との間で、像位置の差分を求め、
    求めた複数の差分に色収差のモデル関数をフィットして色収差の測定値を取得する、
    ことを特徴とする請求項４０記載のレンズ評価方法。
42. 更に、
    前記評価対象となる光学系の一部分の当該光軸を中心とする複数の回転位置において取得した収差の測定値に基づいて、前記光学系の一部分と当該一部分以外の部分との測定値の成分を分離する、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
43. 前記評価対象となる光学系は顕微鏡光学系を有する、
    ことを特徴とする請求項２３記載のレンズ評価方法。
44. 前記光学系の一部は、顕微鏡光学系の対物レンズである、
    ことを特徴とする、請求項４２記載のレンズ評価方法。
45. レンズ評価装置のコンピュータに、
    平面上に配置された複数の点光源あるいは撮像手段と、評価対象となる光学系との相対距離を変化させるごとに前記撮像手段が前記光学系を介した前記複数の点光源の像を撮像して積層画像を取得する積層画像取得手順と、
    前記積層画像取得手順により取得された前記積層画像内の複数の点光源像から複数の像位置を算出する像位置算出手順と、
    前記像位置算出手順により算出された前記複数の像位置に収差のモデル関数をフィットして収差の測定値を取得する収差測定値取得手順と、
    を実行させるためのレンズ評価プログラム。