JP2014128365A - Optical wave front measuring device and optical wave front measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シャック・ハルトマンセンサーを用いた光波面の収差測定に関するものである。 The present invention relates to aberration measurement of an optical wavefront using a Shack-Hartmann sensor.
光波面の収差計測は、光学素子の検査など産業的分野から、大型の地上天体望遠鏡における補償光学(Adaptive Optics、AO)など学術的意義の高い分野、眼科診断など医療に至るまで、多岐にわたる領域で応用されている。 Optical wavefront aberration measurement covers a wide range of fields, from industrial fields such as inspection of optical elements to highly academic fields such as adaptive optics (AO) in large terrestrial astronomical telescopes and medical fields such as ophthalmic diagnosis. It is applied in.
光波面の収差を計測する代表的な装置として、シャック・ハルトマンセンサーが挙げられる。シャック・ハルトマンセンサーは、光波面を分割する2次元のマイクロレンズアレイと、そのマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点面におかれたCCDセンサーなど2次元撮像素子からなる装置である。2次元マイクロレンズアレイにより分割された光波面は、個々のマイクロレンズによりCCDセンサー上に焦点を結ぶ。元の光波面が理想的な平面波で、シャック・ハルトマンセンサーに直入射している場合、個々の焦点はマイクロレンズの投影された領域に対応するCCDセンサー領域の中心に位置する。光波面が収差により局所的な傾きを持つ場合、分割された光は、ずれた位置に集光する。収差のない理想的な波面での焦点位置と、収差を有した波面が結ぶ焦点位置とを比較することで、光波面の局所的な傾きを測定することができ、傾きの情報から光波面を計算することが可能である。この方法では、光の干渉を利用しないため外乱の影響が少なく、振動や音響など雑音が存在する環境でも使用に堪えうる。 As a typical apparatus for measuring the aberration of the light wavefront, there is a Shack-Hartmann sensor. The Shack-Hartmann sensor is a device including a two-dimensional image pickup device such as a two-dimensional microlens array that divides an optical wavefront and a CCD sensor placed on a focal plane of the microlens of the microlens array. The light wavefront divided by the two-dimensional microlens array is focused on the CCD sensor by individual microlenses. When the original light wavefront is an ideal plane wave and is directly incident on the Shack-Hartmann sensor, each focal point is located at the center of the CCD sensor area corresponding to the projected area of the microlens. When the light wavefront has a local inclination due to aberration, the divided light is collected at a shifted position. By comparing the focal position at the ideal wavefront with no aberration and the focal position where the wavefront with aberration is connected, the local tilt of the optical wavefront can be measured. It is possible to calculate. This method is less affected by disturbance because it does not use light interference, and can be used even in an environment where noise such as vibration and sound exists.
光波面の収差計測の応用分野である眼科での眼の収差計測において、シャック・ハルトマンセンサーが広く利用されている理由のひとつは、上記のとおり外乱への耐性を有しているからである。特に、眼の収差を実時間で計測し、その収差を打ち消すAOを備えた走査型レーザー検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope、SLO)では、大学など研究機関における装置や臨床試験中の試作機も含め、収差計測にシャック・ハルトマンセンサーが広く採用されている。 One of the reasons why the Shack-Hartmann sensor is widely used in ophthalmic aberration measurement in ophthalmology, which is an application field of optical wavefront aberration measurement, is that it has resistance to disturbance as described above. In particular, scanning laser ophthalmoscopes (SLOs) equipped with AO that measure ocular aberrations in real time and cancel the aberrations, including equipment in research institutions such as universities and prototypes in clinical trials, The Shack-Hartmann sensor is widely used for aberration measurement.
シャック・ハルトマンセンサーを用いて光波面の収差を計測する際に問題となるのが、CCDセンサー上の集光点が、どのマイクロレンズにより集光されたものかを正確に対応付けることである。特に、光波面の収差が大きくなったり、光波面の収差が複雑になったりする場合、集光点が隣のマイクロレンズに対応するCCDセンサー領域に照射された場合には、どちらの集光点か区別できなくなる可能性がある。 A problem in measuring the aberration of the light wavefront using the Shack-Hartmann sensor is precisely associating which condensing point on the CCD sensor is collected by which microlens. In particular, when the aberration of the light wavefront becomes large or the aberration of the light wavefront becomes complicated, when the condensing point is irradiated to the CCD sensor area corresponding to the adjacent microlens, which condensing point is May be indistinguishable.
そこで、マイクロレンズと集光点の対応付けを正しく行うために、マイクロレンズアレイのピッチを変えて、光波面の収差を予め測定しておくことにより、マイクロレンズと集光点の対応付けを行うことが、特許文献1に開示されている。
Therefore, in order to correctly associate the microlens and the focal point, the microlens and the focal point are associated by changing the pitch of the microlens array and measuring the aberration of the light wavefront in advance. This is disclosed in
しかしながら、この方法では、隣り合うマイクロレンズからの集光点が互いに逆の位置に集光した場合等には、誤検知してしまう可能性がある。また、隣り合うマイクロレンズからの集光点が互いに重なるような場合には、どちらの集光点か区別できなくなる。
そこで、本発明は、集光点が隣のマイクロレンズに対応するCCDセンサー領域に照射された場合でも、どちらの集光点か区別することが目的である。
However, in this method, there is a possibility of erroneous detection when the condensing points from adjacent microlenses are condensed at positions opposite to each other. Moreover, when the condensing points from adjacent microlenses overlap each other, it becomes impossible to distinguish which condensing point.
In view of the above, an object of the present invention is to distinguish between the condensing points even when the condensing points are irradiated to the CCD sensor region corresponding to the adjacent microlens.
本発明に係る収差測定装置は、
測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
前記戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性が他の分割領域の特性とは異なるように構成された分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した複数の照射領域の位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出された形状に基づいて、前記複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定する決定手段と、
前記決定された分割領域と前記検出された位置とに基づいて、前記複数の分割領域毎に前記複数の光の傾きを取得する取得手段と、を有し、
前記取得された傾きに基づいて、前記収差が測定される。
The aberration measuring apparatus according to the present invention is
An aberration measuring device that measures the aberration of the return light from the inspection object irradiated with the measurement light,
A dividing unit configured to have a plurality of divided areas that divide the return light into a plurality of lights, and the characteristics of at least one of the plurality of divided areas are different from the characteristics of the other divided areas; ,
Detecting means for detecting positions and shapes of a plurality of irradiation regions irradiated with each of the plurality of lights;
Determining means for determining a divided region corresponding to each of the plurality of irradiation regions based on the detected shape;
Obtaining means for acquiring inclinations of the plurality of lights for each of the plurality of divided regions based on the determined divided region and the detected position;
The aberration is measured based on the acquired tilt.
本発明によれば、戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域(例えば、複数のマイクロレンズ等の複数の光学部材)を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性(例えば、屈折力等の光学特性)が他の分割領域の特性とは異なるように構成される。これにより、複数の光それぞれが照射した複数の照射領域(例えば、複数の集光点)の形状を用いることで、集光点が隣のマイクロレンズに対応するCCDセンサー領域に照射された場合でも、複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定することができる。このため、どちらの照射領域か区別することができる。 According to the present invention, it has a plurality of divided regions (for example, a plurality of optical members such as a plurality of microlenses) that divide the return light into a plurality of light, and at least one of the plurality of divided regions. The characteristics (for example, optical characteristics such as refractive power) are configured to be different from the characteristics of other divided regions. Thereby, even when the condensing point is irradiated to the CCD sensor region corresponding to the adjacent microlens by using the shape of the plurality of irradiation regions (for example, the plurality of condensing points) irradiated with each of the plurality of lights. A divided region corresponding to each of the plurality of irradiation regions can be determined. For this reason, it is possible to distinguish which irradiation region.
本実施形態によれば、戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域(例えば、複数のマイクロレンズ等の複数の光学部材)を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性(例えば、屈折力等の光学特性)が他の分割領域の特性とは異なるように構成される。これにより、複数の光それぞれが照射した複数の照射領域(例えば、複数の集光点)の形状を用いることで、集光点が隣のマイクロレンズに対応するCCDセンサー領域に照射された場合でも、複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定することができる。このため、どちらの照射領域か区別することができる。 According to this embodiment, it has a plurality of divided areas (for example, a plurality of optical members such as a plurality of microlenses) that divide the return light into a plurality of lights, and at least one of the plurality of divided areas. (For example, optical characteristics such as refractive power) are different from those of other divided regions. Thereby, even when the condensing point is irradiated to the CCD sensor region corresponding to the adjacent microlens by using the shape of the plurality of irradiation regions (for example, the plurality of condensing points) irradiated with each of the plurality of lights. A divided region corresponding to each of the plurality of irradiation regions can be determined. For this reason, it is possible to distinguish which irradiation region.
なお、人の眼の光学要素(角膜、水晶体など)は一般に収差を有しており、眼底の微小循環における疾患の予兆を早期に発見するために眼底を視細胞レベルで撮影する場合、収差の影響により眼底像がぼけてしまうことが知られている。AOSLOを用いた視細胞レベルでの眼底撮影において、眼の光学要素を透過した撮影用の光は、眼の収差により光波面が収差を受ける。特に、角膜が突出するように変形する円錐角膜など複雑な収差を有する人眼を撮影する場合、光波面の収差計測に用いるシャック・ハルトマンセンサーのCCDセンサー上の集光点が隣接する集光点と重なりを有したり、複数の光が交差したりする現象が生じる。この場合、集光点とマイクロレンズの正しい対応付けが不可能となり、誤った光波面の収差の計算結果となる。 Note that optical elements of the human eye (cornea, lens, etc.) generally have aberrations, and when photographing the fundus at the photoreceptor level to detect early signs of disease in the microcirculation of the fundus, It is known that the fundus image is blurred due to the influence. In fundus imaging at the photoreceptor cell level using AOSLO, the light for imaging that has passed through the optical elements of the eye undergoes aberrations due to the aberration of the eye. In particular, when photographing a human eye with complex aberrations such as a keratoconus that deforms so that the cornea protrudes, the condensing point on the CCD sensor of the Shack-Hartmann sensor used for measuring the aberration of the light wavefront is adjacent. And a phenomenon in which a plurality of lights cross each other. In this case, it is impossible to correctly associate the focal point with the microlens, resulting in an erroneous calculation result of the light wavefront aberration.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態の構成によって、何ら限定されるものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. However, the present invention is not limited by the configuration of the following embodiment.
[第1の実施形態:隣り合う分割領域の光学特性が異なる光学手段]
第1の実施形態に係る収差測定装置を適用した眼底撮像装置の構成について、図1を用いて説明する。なお、図1は、第1の実施形態に係る補償光学系を備えたSLOによる眼底撮像装置の構成例の模式図である。本実施形態に係る眼底撮像装置は、被検査物の一例として眼を適用し、眼で発生する収差をAOで補正し、眼の眼底を撮像するものである。また、被検査物は、被検眼以外に、被検体であれば何でも良く、例えば、人体の皮膚や内臓等も含む概念である。また、本実施形態に係る収差測定装置は、眼底撮像装置以外にも、内視鏡等の撮像装置であれば、何でも適用可能である。また、本実施形態に係る収差測定装置は、後述する収差補正手段の一例である波面補正デバイスを用いない装置、例えば、屈折矯正のためにレーザー等により角膜を除去する手術を行う前に、角膜の形状を測定するための装置にも適用可能である。
[First Embodiment: Optical means in which optical characteristics of adjacent divided regions are different]
The configuration of the fundus imaging apparatus to which the aberration measurement apparatus according to the first embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration example of a fundus imaging apparatus using an SLO including the adaptive optical system according to the first embodiment. The fundus imaging apparatus according to the present embodiment applies an eye as an example of an object to be inspected, corrects an aberration generated in the eye with AO, and images the fundus of the eye. In addition to the subject's eye, the subject may be anything as long as it is a subject, and is a concept that includes, for example, human skin and internal organs. In addition to the fundus imaging apparatus, the aberration measurement apparatus according to the present embodiment is applicable to any imaging apparatus such as an endoscope. In addition, the aberration measurement apparatus according to the present embodiment is an apparatus that does not use a wavefront correction device that is an example of an aberration correction unit to be described later, for example, before performing surgery to remove the cornea with a laser or the like for refraction correction. It is applicable also to the apparatus for measuring the shape of this.
図1において、101は光源であり、波長840nmのSLD光源(Super Luminescent Diode)を用いた。光源101の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮像用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、800〜1500nm程度が好適に用いられる。なお、本実施形態ではSLD光源を用いたが、その他にレーザー等も用いることができる。また、本実施形態では眼底撮像と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、光路の途中で合波する構成としても良い。
In FIG. 1, 101 is a light source, and an SLD light source (Super Luminescent Diode) having a wavelength of 840 nm was used. Although the wavelength of the
まず、光源101から照射された光は、単一モード光ファイバー102を通って、コリメータ103により、平行光(測定光105)として照射される。また、照射された測定光105はビームスプリッターからなる光分割部104を透過し、AOに導光される。AOは、光分割部106、シャック・ハルトマンセンサー115、波面補正デバイス108および、それらに導光するための反射ミラー107−1〜4から構成される。ここで、反射ミラー107−1〜4は、少なくとも眼111の瞳と波面センサー115、波面補正デバイス108とが光学的に共役関係になるように設置されている。また、光分割部106として、本実施形態ではビームスプリッターを用いている。光分割部106を透過した測定光105は、反射ミラー107−1と107−2で反射されて波面補正デバイス108に入射する。波面補正デバイス108で反射された測定光105は、反射ミラー107−3に出射される。ここで、本実施形態では、波面補正デバイス108として液晶空間位相変調器を用いた。波面補正デバイス108の他の例としては、形状可変ミラーがある。形状可変ミラーとは、局所的に光の反射方向を変えることができるものであり、様々な方式のものが実用化されている。
First, light emitted from the
また、図1において、反射ミラー107−3、4で反射された光は、走査光学系109によって、1次元もしくは2次元に走査される。本実施形態では、走査光学系109に主走査用と副走査用の2つのガルバノスキャナーを用いている。さらに高速な撮像のために、走査光学系109の主走査用に共振スキャナーを用いることもできる。走査光学系109内の各スキャナーを光学的に共役な位置に配置するために、各スキャナーの間にミラーやレンズといった光学素子を用いる装置構成の場合もある。
In FIG. 1, the light reflected by the reflection mirrors 107-3 and 4 is scanned one-dimensionally or two-dimensionally by the scanning
また、走査光学系109で走査された測定光105は、接眼レンズ110−1および110−2を通して眼111に照射される。眼111に照射された測定光は眼底で反射もしくは散乱される。接眼レンズ110−1および110−2の位置を調整することによって、眼111の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。
Further, the
また、眼111の網膜から反射もしくは散乱された反射光は、入射した時の経路を逆向きに進行し、光分割部106によって反射された光のうち一部はシャック・ハルトマンセンサー115に入射する。
In addition, the reflected light reflected or scattered from the retina of the
ここで、シャック・ハルトマンセンサーについて、図2を用いて説明する。なお、図2は、シャック・ハルトマンセンサーの模式図である。また、図2(a)は、シャック・ハルトマンセンサーの断面の模式図であり、戻り光がマイクロレンズアレイにより分割された複数の光がCCDセンサー上に照射される様子を示している。また、図2(b)は、図2(a)におけるA−A’で示す位置から見た様子を示しており、マイクロレンズアレイ132が、複数のマイクロレンズ133から構成されている様子を示したものである。マイクロレンズアレイ132により波面を分割され、それぞれの微小波面134はCCDセンサー133上の焦点面135に集光される。
Here, the Shack-Hartmann sensor will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of the Shack-Hartmann sensor. FIG. 2A is a schematic diagram of a cross section of the Shack-Hartmann sensor, and shows how a plurality of lights obtained by dividing the return light by the microlens array are irradiated onto the CCD sensor. FIG. 2B shows a state viewed from the position indicated by AA ′ in FIG. 2A, and shows a state in which the
また、図3(a)に示すように、シャック・ハルトマンセンサーの信号151(ハルトマン像とも言う。)は、マイクロレンズ133により分割された微小波面134の集光点152が2次元に配列したものとなる。光波面131に収差が存在しない場合、集光点152は対応するマイクロレンズ133の背後中央に来る。この位置を参照位置としてAO制御部116の記憶領域に記憶する。光波面131に収差が存在する場合、集光点152はそれぞれに対応するマイクロレンズ133の背後中央からずれた位置に来る。この位置と参照位置との差を、すべての集光点152について計算する。この値がマイクロレンズ133で分割された微小波面134の傾きを表している。
As shown in FIG. 3A, the signal 151 (also referred to as a Hartmann image) of the Shack-Hartmann sensor is a two-dimensional array of condensing
また、シャック・ハルトマンセンサー115はAO制御部116に接続され、受光した信号をAO制御部116に伝える。波面補正デバイス108もAO制御部116に接続されており、AO制御部116から指示された変調を行う。AO制御部116はシャック・ハルトマンセンサー115の測定結果により取得された波面をもとに、収差のない波面へと補正するような位相変調量を計算し、波面補正デバイス108にそのように変調するように指令する。波面の測定と波面補正デバイスへの指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。
The Shack-
なお、シャック・ハルトマンセンサーは、収差測定手段の一例であり、測定光を照射した被検査物からの戻り光を複数の光に分割する分割手段と、複数の光が照射した領域の位置及び大きさを検出する検出手段とにより構成されるものであれば何でも良い。ここで、分割手段は、レンズアレイ等の複数の光学素子から成る光学部材以外にも、例えば、複数の孔の開いたマスク等でも良い。また、分割手段は、空間分割する部材以外にも、単一のマスク(あるいは単一のレンズ)を検出手段の大きさに対応する範囲で2次元的に移動することにより、時間分割する手段でも良い。 The Shack-Hartmann sensor is an example of an aberration measuring unit, and a dividing unit that divides the return light from the inspection object irradiated with the measurement light into a plurality of lights, and the position and size of the region irradiated with the plurality of lights. Any device may be used as long as it is configured by detecting means for detecting the height. Here, the dividing means may be, for example, a mask having a plurality of holes in addition to an optical member composed of a plurality of optical elements such as a lens array. The dividing means may be a means for time division by moving a single mask (or a single lens) two-dimensionally within a range corresponding to the size of the detecting means in addition to the space dividing member. good.
ここで、複雑な収差を有する光波面の場合、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なりを有し、2つの集光点を区別できなくなり、集光点とマイクロレンズの対応付けができなくなり、光波面の収差を正しく測定できない状況が生じる。 Here, in the case of an optical wavefront having complicated aberrations, the condensing point on the focal plane of the Shack-Hartmann sensor overlaps with an adjacent condensing point, making it impossible to distinguish the two condensing points. And the micro lens cannot be associated with each other, and a situation in which the aberration of the optical wavefront cannot be measured correctly occurs.
図3(b)に、2つの重なりを有する集光点154を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号153を示す。重なりを有している2つの集光点154は、強度分布が連続していているため、一般的に用いられる重心演算では2つの集光点として検出することができない。
FIG. 3 (b) shows a
(非回転対称な屈折力を有する光学手段)
本実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーでは、非回転対称な屈折力を有する光学手段の一例としてレンズと、回転対称な屈折力を有するレンズと交互に並べたレンズアレイを用いている。シャック・ハルトマンセンサーのセンサー面の一例である焦点面135に照射する複数の光の複数の照射領域の一例である複数の集光点同士が、隣接する集光点と重なる場合でも、集光点とマイクロレンズの対応付けを正しく行うことができる。ここで、非回転対称な屈折力とは、光学系の屈折面および屈折率分布が光軸に対して回転対称ではないことを指し、非回転対称な屈折力を有するレンズとは、例えば、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、屈折率分布型(GRIN)レンズ、自由曲面レンズ等のことである。なお、シリンドリカルレンズは、2方向の面のうち1方向の面が集光しないレンズのことである。
(Optical means having non-rotationally symmetric power)
The Shack-Hartmann sensor according to the present embodiment uses a lens array in which lenses and lenses having rotationally symmetric refractive power are alternately arranged as an example of optical means having non-rotationally symmetric refractive power. Even when a plurality of condensing points, which are examples of a plurality of irradiation areas of a plurality of light beams that irradiate the
ここで、図2(c)に、非回転対称な屈折力を有するマイクロレンズとしてトーリック型のマイクロレンズ139を含む、マイクロレンズアレイ137を用いたシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す。また、図2(d)は、図2(c)におけるB−B’で示す位置から見た様子を示した図である。図2(c)において、マイクロレンズ138は、焦点面135上に集光点を形成する。トーリック型のマイクロレンズ139の中心軸とx軸を含む面内では、焦点面135に対して手前で集光するようになっており、トーリック型のマイクロレンズ139の中心軸とy軸を含む面内では、マイクロレンズ138とマイクロレンズ139は同じ焦点距離を有し、焦点面135上に集光する。また、図3(c)は、図2(c)で示されるマイクロレンズアレイ137を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、重なりを有する2つの集光点156を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号155を示している。なお、本実施形態に係るレンズアレイ等の複数の光学素子から成る光学部材の代わりに、複数の孔の開いたマスク等を適用した場合には、隣接するマスクの形状を異なるようにすることが好ましい。これにより、集光点の形状から、どちらのマスクからの集光点か区別することができる。
Here, FIG. 2C shows a configuration of a Shack-Hartmann sensor using a
(複数の照射領域のうち失われている照射領域がある場合)
次に、重なりを有している集光点156を2つの集光点として分離し、正しく集光点とマイクロレンズアレイ137のマイクロレンズ138およびトーリック型のマイクロレンズ139に対応付ける手順について、図4を用いて説明する。なお、図4は、第1の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。
(If there is a lost irradiation area among multiple irradiation areas)
Next, a procedure for separating the overlapping
まず、ステップS101において、シャック・ハルトマンセンサー115による計測を開始する。また、ステップS102において、マイクロレンズアレイ137の集光点形状の情報を読み込み、記憶領域に記憶する。集光点形状の情報とは、マイクロレンズアレイ138におけるトーリック型のマイクロレンズ139の位置と、トーリック型のマイクロレンズ139による集光点の長径と短径の長さなど形状に関する情報のことである。
First, in step S101, measurement by the Shack-
また、ステップS103において、シャック・ハルトマンセンサーの信号155を取得する。また、ステップS104において、シャック・ハルトマンセンサーの信号155の強度分布を測定する。また、ステップS105において、マイクロレンズアレイ137の集光点形状の情報と、シャック・ハルトマンセンサーの信号155の強度分布の比較を行い、2つの集光点が重なりを有しており1つの集光点として検出されているか、または光路上で光学素子によりケラレが発生したり、散乱や吸収により光量が低下したりするなどの理由で検出できない集光点(以下、失われている集光点と呼ぶ)を推測する。
In step S103, the
また、ステップS106において、失われている集光点の計算を行うかどうかを判断する。失われている集光点の計算を行うかどうかの判断の基準として、失われている集光点がないか、または、失われている集光点をすべてステップS107からステップS111までの手順で調べたかが挙げられる。失われている集光点の計算を行う場合には、ステップS107に移る。 In step S106, it is determined whether or not to calculate the lost condensing point. As a criterion for determining whether or not to calculate the lost condensing point, there is no missing condensing point, or all the condensing points that are lost are determined in the procedure from step S107 to step S111. It is mentioned whether it was examined. When calculating the lost condensing point, the process proceeds to step S107.
また、ステップS107で、失われている集光点の選択を行う。また、ステップS108において、失われている集光点の近傍を探索し、失われている集光点の近傍の信号の強度が有意に高いかどうか、および失われている集光点の近傍の信号で包絡線が優位に大きく変化しているかどうかを調べる。 In step S107, the missing condensing point is selected. In step S108, the vicinity of the lost condensing point is searched, whether the signal intensity in the vicinity of the lost condensing point is significantly high, and the vicinity of the lost condensing point. Check if the envelope changes significantly in the signal.
また、ステップS109において、ステップS108の結果に基づき、2つの集光点が重なりを有しているかどうかを判断する。2つの集光点が重なりを有していないと判断される場合は、ステップS112に移る。また、2つの集光点が重なりを有していると判断された場合には、ステップS110に移り、重なりを有している2つの集光点の解析を行う。ここで、ステップS110で、マイクロレンズアレイの集光点形状の情報から、集光点の中心位置やピーク強度など未定のパラメータを含むフィッティング関数を求め、2つの集光点が重なりを有する集光点の形状をフィッティングすることで、集光点の中心位置やピーク強度を求める方法を用いる。 In step S109, based on the result of step S108, it is determined whether or not the two focal points have an overlap. If it is determined that the two focal points do not overlap, the process moves to step S112. If it is determined that the two condensing points have an overlap, the process proceeds to step S110, and the two condensing points having an overlap are analyzed. Here, in step S110, a fitting function including undetermined parameters such as the center position and peak intensity of the condensing point is obtained from the condensing point shape information of the microlens array, and the two condensing points are overlapped. A method of obtaining the center position and peak intensity of the condensing point by fitting the shape of the point is used.
また、ステップS110の結果に基づき、ステップS111において、2つの重なりを有している集光点156をマイクロレンズそれぞれと対応付けて、2つの集光点156それぞれの重心演算を行い、ステップS106に移る。なお、重心演算を行った後に対応付けを行っても良い。そして、ステップS106において、失われている集光点の計算を行わないと判断されるまで、ステップS106からステップS111までの手順を繰り返す。
Further, based on the result of step S110, in step S111, the two
また、ステップS106において、失われている集光点の計算を行わないと判断された場合、ステップS112に移る。ステップS112において、複数の集光点のうち、まだ重心演算されていない集光点の重心演算を行う。具体的には、ステップS112よりも前に重心を演算された集光点を除き、残りの集光点以外の集光点の重心演算を行う。次に、ステップS113に移り、ステップS113までに得られた重心演算の結果を用いて、複数の分割領域毎に(マイクロレンズ毎に)複数の光の傾きを取得して、光波面の計算を行う。光波面の計算としては、最小二乗法による基底関数のフィッティングや、2次元積分が好適に用いられる。そして、ステップS114において、シャック・ハルトマンセンサーによる光波面の計測を終了する。 If it is determined in step S106 that the lost condensing point is not calculated, the process proceeds to step S112. In step S112, a centroid calculation is performed on a condensing point that has not been subjected to the centroid calculation among the plurality of condensing points. Specifically, the calculation of the center of gravity of the condensing points other than the remaining condensing points is performed except for the condensing point whose center of gravity has been calculated before step S112. Next, the process proceeds to step S113, and using the result of the center of gravity calculation obtained up to step S113, a plurality of light gradients are obtained for each of the plurality of divided regions (for each microlens), and the light wavefront is calculated. Do. For the calculation of the light wavefront, fitting of basis functions by the least square method or two-dimensional integration is preferably used. In step S114, the measurement of the light wavefront by the Shack-Hartmann sensor is terminated.
なお、単一のトーリック型のマイクロレンズ139を用いる以外の例として、図2(e)に示されるように、複数のマイクロレンズ141および複数のトーリック型マイクロレンズ142からなるマイクロレンズアレイ140を用いてもよい。図2(f)は図2(e)におけるC−C’で示す位置から見た様子を示した図である。また、図3(d)に、マイクロレンズアレイ140を用いたシャック・ハルトマンセンサーの信号強度157を示す。シャック・ハルトマンセンサーの信号強度157は重なりを有する2つの集光点158を含む。シャック・ハルトマンセンサーの信号強度157においても、重なりを有している集光点158について、ステップS101からステップS114の手順に従い、光波面の計算を行うことができる。
As an example other than using a single
なお、マイクロレンズアレイ140を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、焦点距離の等しい複数のマイクロレンズによる集光点が重なった場合は、ステップS110で集光点とマイクロレンズを正しく対応付けることが不可能であるため、該複数の集光点をステップS110以降のステップによる計算対象から外すことが望ましい。
In the Shack-Hartmann sensor using the
このように本実施例によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when measuring a light wavefront having complicated aberrations, even when the condensing point on the focal plane of the Shack-Hartmann sensor overlaps with an adjacent condensing point, the condensing point is correctly obtained. Can be associated with the microlens, and the aberration of the light wavefront can be measured correctly.
[第2の実施形態:屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含む光学手段]
次に、第2の実施形態について、図5(a)と図5(b)を用いて説明する。なお、図5(a)と図5(b)は、第2の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。本実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーのマイクロレンズアレイは、屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含み、異なる屈折力のマイクロレンズを交互に並べて配置している。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成については、第1の実施形態と同様である。
[Second Embodiment: Optical means including a lens having a surface whose refractive power is not rotationally symmetric]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIGS. 5A and 5B are schematic views showing the configuration of the Shack-Hartmann sensor according to the second embodiment. The microlens array of the Shack-Hartmann sensor according to the present embodiment includes a lens having a surface whose refractive power is not rotationally symmetric, and microlenses having different refractive powers are alternately arranged. The basic device configuration according to this embodiment is the same as that of the first embodiment.
まず、ここで、屈折力が非回転対称面を有するとは、光学系の屈折面が光軸に対して回転対称ではない面が存在することを指し、屈折力が非回転対称面を有するレンズとは、例えば、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズのことである。 First, here, that the refractive power has a non-rotationally symmetric surface means that there is a surface where the refractive surface of the optical system is not rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the lens whose refractive power has a non-rotationally symmetric surface. For example, it means a cylindrical lens or a toric lens.
図5に示すように、屈折力が非回転対称な面を有するレンズを含むマイクロレンズアレイとして、マイクロレンズ164を2次元状に並べたマイクロレンズアレイ163に近接してシリンドリカルレンズ167を配置し、さらに、シリンドリカルレンズ167に近接してシリンドリカルレンズ168を配置したものを用いる。図5(a)は図5(b)におけるD−D’で示す位置から見た様子を示した図である。
As shown in FIG. 5, as a microlens array including a lens having a surface whose refractive power is not rotationally symmetric, a
シリンドリカルレンズ167およびシリンドリカルレンズ168の配置の方法は、マイクロレンズアレイ163のマイクロレンズ164の列に対して1つ置きにするのが望ましい。また、シリンドリカルレンズ167として異なる焦点距離のシリンドリカルレンズを複数用いてもよいし、シリンドリカルレンズ168として異なる焦点距離のシリンドリカルレンズを複数用いてもよい。
Desirably, the
図3(e)は、図5(a)で示されるマイクロレンズアレイ163を用いたシャック・ハルトマンセンサーにおいて、重なりを有する2つの集光点160を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号159を示している。
FIG. 3E shows a signal 159 of the Shack-Hartmann sensor including two
図3(e)のシャック・ハルトマンセンサーの重なりを有している集光点160を2つの集光点として分離し、正しく集光点とマイクロレンズアレイのマイクロレンズに対応付ける手順は、図4のフローチャートにおけるステップS101からステップS114と同様であるため、説明を省略する。
The procedure of separating the
なお、本実施形態では、マイクロレンズ163およびシリンドリカルレンズ167およびシリンドリカル168により、異なる焦点距離で集光された微小波面165が複数重なりを有する場合においても、ステップS110において、複数の集光点に対して、第1の実施形態と同様の手続きを施すことで、集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。すなわち、マイクロレンズアレイの集光点形状の情報から、集光点の中心位置やピーク強度など未定のパラメータを含むフィッティング関数を求め、複数の集光点が重なりを有する集光点の形状をフィッティングすることで、集光点の中心位置やピーク強度を求めることができる。
In the present embodiment, even in the case where a plurality of micro wavefronts 165 condensed at different focal lengths by the
このように本実施形態によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の複数の集光点が重なりを有する場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when measuring a light wavefront having complicated aberrations, even when a plurality of condensing points on the focal plane of the Shack-Hartmann sensor are overlapped, the condensing point and the microscopic point are correctly displayed. Lenses can be associated with each other, and the aberration of the light wavefront can be measured correctly.
[第3の実施形態:隣り合う分割領域からの複数の光の一方を変調]
次に、第3の実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。なお、図6は、第3の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。また、図7は、第3の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図である。本実施形態は、波面補正デバイス108を用いた空間位相変調により、シャック・ハルトマンセンサー115の焦点面135上の集光点の位置を変化させ、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面135上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面171の収差を正しく測定することが可能となることを特徴とする。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成については、第1の実施形態と同様である。
[Third embodiment: Modulating one of a plurality of lights from adjacent divided regions]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the Shack-Hartmann sensor according to the third embodiment. FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the Shack-Hartmann sensor according to the third embodiment. In this embodiment, the position of the focal point on the
図7(a)に、光波面171がマイクロレンズアレイ132のマイクロレンズ133により分割された模式図を示す。図7(c)は、図7(a)で得られるシャック・ハルトマンセンサーの信号の一部を模式的に示したものである。
FIG. 7A is a schematic diagram in which the
光波面171が分割された微小波面172および微小波面173は、光波面171の収差により、重なりを有する2つの集光点175として検出される。
The
そこで、波面補正デバイス108を用いて、微小波面172および微小波面173に傾きの空間位相変調を与える。図7(b)に、元の光波面175に対し、波面補正デバイス108による傾きの空間位相変調をかけた後の光波面174を示す。図7(d)に示すとおり、前記空間位相変調により、重なっていた2つの集光点176が、分離した集光点177−1および177−2となる。
Therefore, the spatial phase modulation of the tilt is applied to the
図6のフローチャートにおいて、ステップS101からステップS109までは第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。ステップS210において、2つのマイクロレンズ波面補正デバイス108を用いて、微小波面172および微小波面173に傾きの空間位相変調を与える。
In the flowchart of FIG. 6, steps S101 to S109 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In step S210, the two microlens
ステップS211において、分離した集光点177に対して、前記空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、2つの集光点177−1および177−2の重心演算を行う。 In step S211, the center of gravity of the two condensing points 177-1 and 177-2 is calculated for the separated condensing point 177 in consideration of the amount of inclination given by the spatial phase modulation amount.
また、ステップS112以降の手順は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 In addition, since the procedure after step S112 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
なお、本実施形態では、2つの隣接する集光点が重なりを有する場合を説明したが、複数の集光点が重なりを有する場合に対しても同様に傾きの空間位相変調をかけ、分離した集光点に対して空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、重心演算を行うことにより、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。 In this embodiment, the case where two adjacent condensing points have an overlap has been described. However, in the case where a plurality of condensing points have an overlap, the spatial phase modulation of the slope is similarly applied and separated. Considering the amount of inclination given by the spatial phase modulation amount with respect to the condensing point, by performing the centroid calculation, it is possible to correctly associate the condensing point with the microlens.
また、本実施形態では、2つの隣接する集光点が重なりを有する場合を説明したが、複数の光が交差する場合に対しても同様に傾きの空間位相変調をかけ、分離した集光点に対して空間位相変調量で与えた傾きの量を考慮し、重心演算を行うことにより、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができる。 Further, in the present embodiment, the case where two adjacent condensing points are overlapped has been described. However, the spatial phase modulation of the inclination is similarly applied to the case where a plurality of lights intersect to separate the condensing points. By taking the center of gravity calculation in consideration of the amount of inclination given by the spatial phase modulation amount, it is possible to correctly associate the focal point with the microlens.
このように本実施形態によれば、複雑な収差を有する光波面を計測する際、シャック・ハルトマンセンサーの焦点面上の集光点が隣接する集光点と重なる場合においても、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when measuring a light wavefront having complicated aberrations, even when the condensing point on the focal plane of the Shack-Hartmann sensor overlaps with an adjacent condensing point, the condensing point is correctly obtained. Can be associated with the microlens, and the aberration of the light wavefront can be measured correctly.
[第4の実施形態:隣の分割領域に対応する領域に集光点がある場合]
第4の実施形態について、図5(c)及び図5(d)、図8及び図9を用いて説明する。本実施形態は、所定のレンズの隣のレンズに対応するCCDセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がある場合でも、複数の集光点とマイクロレンズそれぞれとを正しく対応付けるものである。なお、本実施形態に係る基本的な装置構成は、第1の実施形態と同様である。
[Fourth Embodiment: When a Focusing Point is in an Area Corresponding to an Adjacent Division Area]
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 5C, 5D, 8 and 9. FIG. In the present embodiment, even when there is a condensing point corresponding to the predetermined lens in the CCD sensor region corresponding to the lens adjacent to the predetermined lens, the plurality of condensing points and the microlenses are correctly associated with each other. is there. The basic device configuration according to this embodiment is the same as that of the first embodiment.
なお、図5(c)は、図2(e)と同様にマイクロレンズ141およびトーリック型マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ140を用いており、収差を有する光波面166が照射している状況を表す模式図である。また、図5(d)は、図5(c)におけるE−E’で示す位置から見た様子を示した図である。また、図8及び図9は、第4の実施形態に係るシャック・ハルトマンセンサーの動作を説明するためのフローチャートである。また、図3(f)に、2つの光が交差した2つの集光点162−1および162−2を含むシャック・ハルトマンセンサーの信号161を示す。なお、図8におけるステップS101からステップS105までは、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Note that FIG. 5C shows a situation in which a
ステップS306において、複数の光が交差して、所定のレンズの隣のレンズに対応するCCDセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点があるか否かを判断する。集光点があるかどうかの判断の基準としてとして、ステップS102で読み込んだ、マイクロレンズアレイ140のマイクロレンズ141およびトーリック型マイクロレンズ142による集光点の長径と短径の長さなど形状に関する情報を用いて、予想される集光点の形状と配置と、シャック・ハルトマンセンサーの信号161の集光点の形状を比較し、予想される集光点の形状と配置が実測された集光点の形状と配置と異なるかどうかが挙げられる。例えば、集光点ごとにビーム径の長径と短径を検出し、マイクロレンズアレイ140のマイクロレンズ141およびトーリック型マイクロレンズ142の配置から予想される配置と一致するかどうかを調べればよい。
In step S306, it is determined whether or not a plurality of lights intersect and there is a condensing point corresponding to the predetermined lens in the CCD sensor region corresponding to the lens adjacent to the predetermined lens. As a reference for determining whether or not there is a condensing point, information on the shape such as the length of the long and short diameters of the condensing point by the
ステップS306において、所定のレンズの隣のレンズに対応するCCDセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点があると判断された場合、ステップS307において、2つの光が交差した2つの集光点177−1、177−2とマイクロレンズ133をそれぞれ正しく対応付けて、2つの集光点177−1、177−2の重心演算を行う。なお、もちろん、重心演算を行ってから対応付けを行っても良い。
In step S306, when it is determined that there is a condensing point corresponding to the predetermined lens in the CCD sensor region corresponding to the lens adjacent to the predetermined lens, in step S307, the two light collections where the two lights intersect each other. The light spots 177-1 and 177-2 and the
ステップS306において、所定のレンズの隣のレンズに対応するCCDセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がないと判断された場合、ステップS112に移る。また、ステップS307の演算の後にも、ステップS112に移る。なお、図8におけるステップS112以降は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 If it is determined in step S306 that there is no condensing point corresponding to the predetermined lens in the CCD sensor region corresponding to the lens adjacent to the predetermined lens, the process proceeds to step S112. In addition, after step S307, the process proceeds to step S112. Since step S112 and subsequent steps in FIG. 8 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
シャック・ハルトマンセンサーの複数の集光点が重なりを有し、かつ複数の点が交差する場合においても、集光点とマイクロレンズを正しく対応付けることが可能である。 Even when a plurality of condensing points of the Shack-Hartmann sensor have an overlap and a plurality of points intersect, it is possible to correctly associate the condensing points with the microlenses.
図9にフローチャートを示す。ステップS101で計測を開始し、ステップS102からステップS111までの手順により、重なりを有する複数の集光点とマイクロレンズを正しく対応付け、重心演算を行い、ステップS306からステップS307の手順で交差する複数の光の集光点とマイクロレンズを正しく対応付け、重心演算を行うことができる。なお、図9について、ステップS112以降は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 9 shows a flowchart. Measurement is started in step S101, a plurality of overlapping condensing points and microlenses are correctly associated by the procedure from step S102 to step S111, the center of gravity is calculated, and a plurality of intersections in the procedure from step S306 to step S307 are performed. The center of gravity can be calculated by correctly associating the light condensing point with the microlens. In addition, about FIG. 9, since it is the same as that of 1st Embodiment after step S112, description is abbreviate | omitted.
このように本実施形態によれば、所定のレンズの隣のレンズに対応するCCDセンサー領域に、該所定のレンズに対応する集光点がある場合でも、正しく集光点とマイクロレンズの対応付けを行うことができ、光波面の収差を正しく測定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, even when the CCD sensor region corresponding to the lens adjacent to the predetermined lens has a condensing point corresponding to the predetermined lens, the converging point and the micro lens are correctly associated with each other. Thus, it is possible to correctly measure the aberration of the light wavefront.
(その他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other embodiments)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
Claims (8)
前記戻り光を複数の光に分割する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうち少なくとも一つの分割領域の特性が他の分割領域の特性とは異なるように構成された分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した複数の照射領域の位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出された形状に基づいて、前記複数の照射領域それぞれに対応する分割領域を決定する決定手段と、
前記決定された分割領域と前記検出された位置とに基づいて、前記複数の分割領域毎に前記複数の光の傾きを取得する取得手段と、を有し、
前記取得された傾きに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置。 An aberration measuring device that measures the aberration of the return light from the inspection object irradiated with the measurement light,
A dividing unit configured to have a plurality of divided areas that divide the return light into a plurality of lights, and the characteristics of at least one of the plurality of divided areas are different from the characteristics of the other divided areas; ,
Detecting means for detecting positions and shapes of a plurality of irradiation regions irradiated with each of the plurality of lights;
Determining means for determining a divided region corresponding to each of the plurality of irradiation regions based on the detected shape;
Obtaining means for acquiring inclinations of the plurality of lights for each of the plurality of divided regions based on the determined divided region and the detected position;
The aberration measurement apparatus, wherein the aberration is measured based on the acquired inclination.
前記検出手段が、前記複数の光それぞれが集光した光を検出することを特徴とする請求項2に記載の収差測定装置。 Each of the plurality of divided regions has a plurality of optical members;
The aberration measuring apparatus according to claim 2, wherein the detection unit detects light collected by each of the plurality of lights.
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