JP6833104B1 - 波面計測装置及び波面計測方法 - Google Patents

Abstract

被検体（２）を透過してきた光、又は、被検体（２）により反射された光が、複数のレンズ（４−１）〜（４−Ｎ）のそれぞれによって集光されたのち、受光部（６）によって、複数のレンズ（４−１）〜（４−Ｎ）により集光されたそれぞれの光の像（６１）が形成されると、受光部（６）により形成された複数の像（６１）の間の相関を演算することによって、複数の像（６１）の相対位置を演算する相対位置演算部（９）と、相対位置演算部（９）により演算された相対位置から、被検体（２）を透過してきた光、又は、被検体（２）により反射された光の波面を算出する波面算出部（１０）とを備えるように、波面計測装置を構成した。

Description

この発明は、波面を算出する波面計測装置及び波面計測方法に関するものである。

以下の特許文献１には、光源から出射された光が被検物を透過してくると、被検物を透過した光である被検光を複数の被検光に分割するマスクアレイと、複数の被検光を受光するイメージセンサとを備える波面計測装置が開示されている。また、当該波面計測装置は、イメージセンサにより受光された複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置を算出し、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置から波面を算出するコンピュータを備えている。

特開２０１８−４４１０号公報

特許文献１に開示されている波面計測装置では、光を出射する光源が点光源であれば、イメージセンサにより受光された複数の被検光におけるそれぞれの像の形状が等方的となる。複数の被検光におけるそれぞれの像の形状が等方的であり、光の波面が平面波であれば、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置は、イメージセンサにおける撮像面上の位置のうち、マスクアレイに含まれているそれぞれのマスクの中心位置に対応する位置（以下、「撮像中心位置」と称する）と概ね一致する。光の波面が平面波でなければ、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置は、光の局所的な波面の傾きに応じて、撮像中心位置からずれる。つまり、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置と、光の局所的な波面の傾きとの間には相関がある。したがって、光を出射する光源が点光源であれば、当該波面計測装置のコンピュータは、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置から波面を算出することができる。
しかし、光を出射する光源が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源であれば、イメージセンサにより受光された複数の被検光におけるそれぞれの像の形状が異方的になることがある。イメージセンサにより受光された複数の被検光におけるそれぞれの像の形状が異方的である場合、光の波面が平面波であっても、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置と、撮像中心位置とがずれることがあり、位置ずれの大きさは、被検光の像の形状に依存する。したがって、光の局所的な波面の傾き以外の要因で、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置が、撮像中心位置からずれるため、当該波面計測装置のコンピュータが、複数の被検光におけるそれぞれの像の重心位置を算出しても、波面を算出することができないことがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光の像の形状が異方的であっても、波面を算出することができる波面計測装置及び波面計測方法を得ることを目的とする。

この発明に係る波面計測装置は、被検体を透過してきた光、又は、被検体により反射された光が、複数のレンズのそれぞれによって集光されたのち、受光部によって、複数のレンズにより集光されたそれぞれの光の像が形成されると、受光部により形成された複数の像の間の相関を演算することによって、複数の像の相対位置を演算する相対位置演算部と、相対位置演算部により演算された相対位置から、被検体を透過してきた光、又は、被検体により反射された光の波面を算出する波面算出部とを備え、さらに、被検体を透過してきた光、又は、被検体により反射された光に含まれている複数の波長成分のうち、それぞれがいずれか１つの波長成分を選択し、それぞれが選択した波長成分を、複数のレンズのうちの隣り合うレンズで異なるように、それぞれがいずれか１つのレンズに与える複数の波長選択部と、複数の波長選択部が、複数の組に分けられており、複数の組の中で順番に、属している波長選択部による波長成分の選択が有効である組にするよう、波長成分の選択が有効である組と、波長成分の選択が無効である組とを切り替える切替部とを備え、相対位置演算部は、受光部により形成された複数の像のうち、波長成分の選択が有効である組に属している２つ以上の波長選択部により選択された波長成分の像の間の相関を演算することによって、２つ以上の像の相対位置を演算するものであって、切替部により波長成分の選択が有効である組が切り替えられる毎に、２つ以上の像の相対位置を演算し、演算した全ての２つ以上の像の相対位置から、受光部により形成された全ての像の相対位置を演算するようにしたものである。

この発明によれば、受光部により形成された複数の像の間の相関を演算することによって、複数の像の相対位置を演算する相対位置演算部を備えるように、波面計測装置を構成した。したがって、この発明に係る波面計測装置は、光の像の形状が異方的であっても、波面を算出することができる。

実施の形態１に係る波面計測装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る波面計測装置における波面計測部８のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 波面計測部８が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 光源１が点光源であるときに、受光部６により形成される複数の像６１と、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面とを示す説明図である。 光源１が点光源であるときに、受光部６により形成される複数の像６１と、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面とを示す説明図である。 光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源であるときに、受光部６により形成される複数の像６１と、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面とを示す説明図である。 波面計測部８の処理手順を示すフローチャートである。 レンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれにより光が集光される撮像面６ａ内の領域４ａ−１〜４ａ−Ｎと、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応している複数の画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）との関係を示す説明図である。 図９Ａは、レンズ４−７により集光された光の強度分布を示す説明図、図９Ｂは、受光部６により形成された複数の像６１のうち、レンズ４−７により集光された光の像６１の強度分布を示す説明図である。 レンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれにより光が集光される撮像面６ａ内の領域４ａ−１〜４ａ−Ｎと、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応している複数の画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）との関係を示す説明図である。 図１１Ａは、レンズ４−７により集光された光の強度分布を示す説明図、図１１Ｂは、像６１−７’の強度分布を示す説明図である。 受光部６により形成された１６個の像６１−１〜６１−１６の相対位置を示す説明図である。 実施の形態２に係る波面計測装置を示す構成図である。 波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分を示す説明図である。 波長選択部７１−１〜７１−Ｎの配置と、波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分と、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置等を示す説明図である。 波長選択部７１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を含んでいるレンズ４−ｎの配置と、波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分とを示す説明図である。 実施の形態４に係る波面計測装置を示す構成図である。 実施の形態４に係る波面計測装置における波面計測部８のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 相対位置演算部１１による相対位置の演算処理を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る波面計測装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係る波面計測装置における波面計測部８のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１において、光源１は、光を被検体２に向けて出射する。図１に示す波面計測装置では、光源１が波面計測装置の外部に設けられている。しかし、これは一例に過ぎず、光源１が波面計測装置の内部に設けられていてもよい。
被検体２は、光源１から出射された光を透過させる物体、又は、光源１から出射された光を反射させる物体である。被検体２としては、レンズ又は鏡等が考えられる。
リレー光学系３は、被検体２を透過してきた光の瞳、又は、被検体２により反射された光の瞳を、後述する波面分割部４に転写する光学系である。

波面分割部４は、後述する複数のレンズ４−１〜４−Ｎ（例えば、図５を参照）を含んでいるレンズアレイによって実現される。Ｎは、２以上の整数である。
波面分割部４は、リレー光学系３を通ってきた光を空間的に複数の光に分割するものであり、レンズ４−１〜４−Ｎは、リレー光学系３を通ってきた光を、後述する受光部６における撮像面６ａの互いに異なる位置に集光する。
複数のレンズ４−１〜４−Ｎは、例えば、図５に示すように、格子状に配置されている。しかし、複数のレンズ４−１〜４−Ｎの配置は、格子状の配置に限るものではなく、例えば、ハニカム状の配置であってもよい。
なお、レンズアレイに含まれている複数のレンズの間の領域は、リレー光学系３を通ってきた光を透過さないように、黒色に塗られている。しかし、複数のレンズの間の領域は、リレー光学系３を通ってきた光を透過させなければよく、当該光を吸収、又は、当該光を散乱させるような色が塗られていてもよいし、当該光を吸収、又は、当該光を散乱させるような加工が施されていてもよい。
制御回路５は、撮像の露光条件を示す制御信号を受光部６に出力するほか、受光部６により形成された像６１を示す電気信号の読み出しを指示する制御信号を、後述する読み出し部７に出力する。

受光部６は、例えば、イメージセンサによって実現される。
受光部６の撮像面６ａは、波面分割部４と対向しており、複数のレンズ４−１〜４−Ｎによって、複数の光が集光される。
受光部６は、複数のレンズ４−１〜４−Ｎによって、撮像面６ａに集光されたそれぞれの光を受光して、それぞれの光の像６１を形成する。
受光部６は、形成したそれぞれの像６１を示す電気信号を読み出し部７に出力する。
撮像面６ａに配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）のサイズ６ｂは、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により光が集光される領域４ａ−ｎのサイズ４ｂよりも十分に小さい（図８を参照）。図８については後述する。
撮像面６ａには、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対して、例えば、（１６×１６）〜（１００×１００）の画素６ａ−ｍが、例えば、格子状に配置されている。１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対して、（１６×１６）〜（１００×１００）の画素６ａ−ｍが配置されている場合、撮像面６ａに配置される画素６ａ−ｍの個数は、１６×１６×Ｎ〜１００×１００×Ｎである。図８では、Ｎ＝１６、Ｍ＝２５６である。
撮像面６ａにおける領域４ａ−１〜４ａ−Ｎのそれぞれに配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−ｎによって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

読み出し部７は、制御回路５から出力された制御信号に従って、受光部６により形成されたそれぞれの像６１を示す電気信号を読み出し、電気信号を、後述する波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。

波面計測部８は、相対位置演算部９及び波面算出部１０を備えている。
相対位置演算部９は、例えば、図２に示す相対位置演算回路２１によって実現される。
相対位置演算部９は、読み出し部７から出力された電気信号を取得する。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、受光部６により形成された複数の像６１の間の相関を演算することによって、複数の像６１の相対位置を演算する。
相対位置演算部９は、演算した複数の像６１の相対位置を波面算出部１０に出力する。

波面算出部１０は、例えば、図２に示す波面算出回路２２によって実現される。
波面算出部１０は、相対位置演算部９により演算された相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
波面算出部１０は、算出した波面を外部に出力する。

図１では、波面計測部８の構成要素である相対位置演算部９及び波面算出部１０のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、波面計測部８が、相対位置演算回路２１及び波面算出回路２２によって実現されるものを想定している。
ここで、相対位置演算回路２１及び波面算出回路２２のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

波面計測部８の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、波面計測部８が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
図３は、波面計測部８が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
波面計測部８が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、相対位置演算部９及び波面算出部１０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。

また、図２では、波面計測部８の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、波面計測部８が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、波面計測部８における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

図１に示す波面計測装置は、例えば、被検体２であるレンズ等を透過した光の波面、又は、被検体２である鏡等により反射された光の波面を計測するものである。光の波面が計測されることで、被検体２の性能の計測が可能になる。
レンズ等の光学部品、又は、人間の瞳等は、光が透過する。光学部品の中を光が透過、又は、人間の瞳の中を光が透過することによって、光の位相の空間分布が変化する。また、鏡等の光学部品は、光を反射させる。光学部品が光を反射させることによって、光の位相の空間分布が変化する。光は、電磁波であるため、位相の空間分布は、光の波面に相当する。
光の波面を計測する波面計測装置として、例えば、シャック・ハルトマン方式の波面センサが知られている。
図１に示す波面計測装置は、シャック・ハルトマン方式の波面センサと同様に、複数のレンズ４−１〜４−Ｎを含んでいるレンズアレイによって実現される波面分割部４と、受光部６とを備えている。
図１に示す波面計測装置は、シャック・ハルトマン方式の波面センサに含まれている従来の波面計測部と異なる波面計測部８を備えており、波面計測部８は、相対位置演算部９と、波面算出部１０とを備えている。

図４及び図５は、光源１が点光源であるときに、受光部６により形成される複数の像６１と、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面とを示す説明図である。
図４は、被検体２を透過してきた光等の波面が平面波である例を示しており、図５は、被検体２を透過してきた光等が、球面波である例を示している。
図６は、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源であるときに、受光部６により形成される複数の像６１と、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面とを示す説明図である。図６は、被検体２を透過してきた光等が、球面波である例を示している。
図４〜図６において、ｘ方向は、レンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）における２つの並び方向及び画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）における２つの並び方向のうち、図中、横方向の並び方向と対応している。ｙ方向は、レンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）における２つの並び方向及び画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）における２つの並び方向のうち、図中、縦方向の並び方向と対応している。

次に、図１に示す波面計測装置の動作について説明する。
光源１は、光を被検体２に向けて出射する。
被検体２は、レンズ等の光学部品であれば、光源１から出射された光を透過させる。
被検体２は、鏡等の光学部品であれば、光源１から出射された光を反射させる。
リレー光学系３は、被検体２を透過してきた光の瞳、又は、被検体２により反射された光の瞳を波面分割部４に転写する。

波面分割部４は、リレー光学系３を通ってきた光を複数の光に分割する。
即ち、波面分割部４のレンズ４−１〜４−Ｎは、図４〜図６に示すように、リレー光学系３を通ってきた光を、受光部６における撮像面６ａの互いに異なる位置に集光する。

受光部６の撮像面６ａは、波面分割部４と対向しており、複数のレンズ４−１〜４−Ｎによって、複数の光が集光される。
受光部６は、撮像面６ａに集光されたそれぞれの光を受光して、それぞれの光の像６１を形成する。
即ち、撮像面６ａの領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−ｎによって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

制御回路５は、受光部６により形成された像６１を示す電気信号の読み出しを指示する制御信号を読み出し部７に出力する。
読み出し部７は、制御回路５から、電気信号の読み出しを指示する制御信号を受けると、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−１〜６ａ−Ｍのそれぞれから電気信号の読み出しを行う。
読み出し部７は、読み出したそれぞれの電気信号を波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。読み出し部７により読み出されたそれぞれの電気信号が示す像６１の配列は、“Hartmanngram”と呼ばれる。

図７は、波面計測部８の処理手順を示すフローチャートである。
相対位置演算部９は、読み出し部７から出力されたそれぞれの電気信号を取得する（図７のステップＳＴ１）。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、受光部６により形成された複数の像６１の間の相関を演算することによって、複数の像６１の相対位置を演算する（図７のステップＳＴ２）。
相対位置演算部９は、演算した複数の像６１の相対位置を波面算出部１０に出力する。
相対位置演算部９による相対位置の演算処理の詳細については、後述する。

ここで、レンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）により集光された光の像６１の強度分布について説明する。
光源１が点光源であれば、受光部６により形成される像６１の形状が等方的である。被検体２を透過してきた光等の波面が平面波であれば、図４に示すように、レンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）によって集光される光の位置は、撮像面６ａ上の位置のうち、レンズ４−ｎの中心位置に対応する位置（以下、「撮像中心位置」と称する）と概ね一致する。撮像中心位置は、ｘ方向の撮像中心線と、ｙ方向の撮像中心線とが交差する位置である。図４は、ｘ方向の撮像中心線を１本だけ表しているが、レンズ４−ｎがｙ方向に例えばＫ（Ｋは、２以上の整数）個配置されていれば、Ｋ本の撮像中心線がある。また、図４は、ｙ方向の撮像中心線を１本だけ表しているが、レンズ４−ｎがｘ方向に例えばＬ（Ｌは、２以上の整数）個配置されていれば、Ｌ本の撮像中心線がある。なお、図４〜図６では、Ｋ＝１０、Ｌ＝１０である。
光源１が点光源であっても、被検体２を透過してきた光等の波面が、平面波以外の球面波等である場合、図５に示すように、レンズ４−ｎによって集光される光の位置は、撮像中心位置からずれる。
光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源である場合も、被検体２を透過してきた光等の波面が、平面波以外の球面波等であれば、図６に示すように、レンズ４−ｎによって集光される光の位置は、撮像中心位置からずれる。
レンズ４−ｎによって集光される光の位置ずれと、波面分割部４に入射される光の局所的な波面の傾きとの間に相関がある。したがって、光の位置ずれが求まれば、例えば、以下の非特許文献１に開示されている波面の算出方法を用いて、光の波面を求めることができる。レンズ４−１〜４−Ｎによって集光されるそれぞれの光の位置ずれは、受光部６により形成される複数の像６１の相対位置から求めることができる。
［非特許文献１］
国立天文台報 vol.2 No.2 “シャック・ハルトマン鏡面測定装置のデータ処理”

図８は、レンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれにより光が集光される撮像面６ａ内の領域４ａ−１〜４ａ−Ｎと、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応している複数の画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）との関係を示す説明図である。
図８は、Ｎ＝１６、Ｍ＝２５６の例を示しており、１６個のレンズ４−１〜４−１６が格子状に配置されている。また、１つのレンズ４−ｎに対応している２５６個の画素６ａ−１〜６ａ−２５６が格子状に配置されている。
４ｂは、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，１６）のサイズである。図８に示すサイズ４ｂは、領域４ａ−ｎのｘ方向のサイズを示している。領域４ａ−ｎのｙ方向のサイズは、領域４ａ−ｎのｘ方向のサイズ４ｂと同じである。
６ｂは、画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）のサイズである。図８に示すサイズ６ｂは、画素６ａ−ｍのｘ方向のサイズを示している。画素６ａ−ｍのｙ方向のサイズは、画素６ａ−ｍのｘ方向のサイズ６ｂと同じである。図８では、サイズ６ｂは、サイズ４ｂの１６分の１である。

図９Ａは、レンズ４−７により集光された光の強度分布を示す説明図である。
図９Ａにおいて、横軸は、図８に示す画素６ａ−１〜６ａ−２５６のｘ方向の並び方向に対応している。縦軸は、光の強度である。
光強度分布４１は、レンズ４−７により集光された光の強度分布である。光強度分布４１は、受光部６の画素６ａ−１〜６ａ−２５６によって、像６１が形成される前の光の強度分布であるため、連続的な強度分布になっている。４２は、ノイズ成分である。
図９Ｂは、受光部６により形成された複数の像６１のうち、レンズ４−７により集光された光の像６１の強度分布を示す説明図である。
図９Ｂにおいて、横軸は、図８に示す画素６ａ−１〜６ａ−２５６のｘ方向の並び方向に対応している。縦軸は、像６１の強度である。
受光部６が光の像６１を形成することで、図９Ａに示す連続的な光強度分布４１は、画素６ａ−１〜６ａ−２５６におけるそれぞれのサイズ６ｂに対応する離散的な点像強度分布４３に変換される。４３ａは、点像強度分布４３の分布幅であり、図９Ｂでは、点像強度分布４３の分布幅４３ａが、サイズ６ｂ×３である。４４は、ノイズ成分である。
４５は、光強度分布４１がｘ方向に広がったときに、点像強度分布４３の分布幅４３ａが、ｘ方向に広がることが可能な範囲（以下、「広がり可能範囲」と称する）である。

図９Ｂでは、点像強度分布４３の分布幅４３ａが、サイズ６ｂ×３であるが、仮に、分布幅４３ａが、サイズ６ｂよりも小さいと、点像強度分布４３が、１つの画素６ａ−ｍに含まれてしまうため、受光部６により形成された複数の像６１の相対位置の演算精度が低下する。
一方、点像強度分布４３の分布幅４３ａが大き過ぎて、分布幅４３ａがサイズ４ｂに近くなると、点像強度分布４３に係る画素の数が多くなり、広がり可能範囲４５が相対的に狭くなる。広がり可能範囲４５が相対的に狭くなることによって、測定可能な波面の傾斜の幅が減少する。
したがって、点像強度分布４３の分布幅４３ａは、サイズ６ｂよりも大きく、かつ、サイズ４ｂよりも十分に小さいことが望ましい。

図１０は、レンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれにより光が集光される撮像面６ａ内の領域４ａ−１〜４ａ−Ｎと、１つのレンズ４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応している複数の画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）との関係を示す説明図である。図１０において、図８と同一符号は、同一又は相当部分を示している。
ただし、図１０では、図８と異なり、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射している。
図１０は、図８と同様に、Ｎ＝１６、Ｍ＝２５６の例を示しており、１６個のレンズ４−１〜４−１６が格子状に配置されている。また、１つのレンズ４−ｎに対応している２５６個の画素６ａ−１〜６ａ−２５６が格子状に配置されている。
像６１−７’は、レンズ４−７により集光された光の像６１の一部であり、像６１−７’は、自動車の形状を表している。

図１１Ａは、レンズ４−７により集光された光の強度分布を示す説明図である。図１１Ａにおいて、図９Ａと同一符号は、同一又は相当部分を示している。
図１１Ａにおいて、横軸は、図１０に示す画素６ａ−１〜６ａ−２５６のｘ方向の並び方向に対応している。縦軸は、光の強度である。
光強度分布５１は、レンズ４−７により集光された光の一部の強度分布である。光強度分布５１は、受光部６の画素６ａ−１〜６ａ−２５６によって、像６１−７’が形成される前の光の強度分布であるため、連続的な強度分布になっている。
図１１Ｂは、像６１−７’の強度分布を示す説明図である。
受光部６が像６１−７’を形成することで、図１１Ａに示す連続的な光強度分布５１は、画素６ａ−１〜６ａ−２５６におけるそれぞれのサイズ６ｂに対応する離散的な広がり像強度分布５２に変換される。５２ａは、広がり像強度分布５２の分布幅であり、図１１Ｂでは、広がり像強度分布５２の分布幅５２ａが、サイズ６ｂ×１２である。

広がり像強度分布５２の分布幅５２ａは、光源１が点光源であるときの点像強度分布４３の分布幅４３ａよりも大きくなる。図１１Ｂでは、広がり像強度分布５２の分布幅５２ａが、１２画素分の大きさである。
したがって、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源である場合、光源１が点光源である場合よりも、広がり可能範囲４５が相対的に狭くなることがある。広がり可能範囲４５が相対的に狭くなることによって、測定可能な波面の傾斜の幅が減少する。

次に、相対位置演算部９による相対位置の演算処理を説明する。
ここでは、説明の便宜上、図１２に示すように、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源であるものとする。
図１２は、受光部６により形成された１６個の像６１−１〜６１−１６の相対位置を示す説明図である。図１２では、受光部６により形成された複数の像６１を区別するために、像６１−１〜６１−１６のように表記している。
図１２では、像６１−１〜６１−１６の形状が、例えば、回転対称のような対称性がない、自動車の形状である。
図１２において、●は、像６１−１〜６１−１６の相対位置を示している。

受光部６により形成された１６個の像６１−１〜６１−１６は、互いに相似な形状の像であるため、像６１−１〜６１−１６のパターンマッチング処理によって、像６１−１〜６１−１６の相対位置を求めることが可能である。
１６個の像６１−１〜６１−１６のうち、例えば、像６１−１の位置が、相対位置の基準位置であるとすれば、相対位置演算部９が、像６１−１と、像６１−ｊ（ｊ＝２，・・・，１６）とのパターンマッチング処理を実施することによって、像６１−１〜６１−１６の相対位置を求めることができる。
図１２では、像６１−７の位置が、相対位置の基準位置であるとして、像６１−７に対する像６１−８の相対位置を求めている。
以下、像６１−７に対する像６１−８の相対位置の演算処理を例示する。
像６１−７は、受光部６により形成された複数の像６１のうち、レンズ４−７により集光された光の像である。像６１−８は、受光部６により形成された複数の像６１のうち、レンズ４−８により集光された光の像である。

相対位置演算部９は、読み出し部７から出力された複数の電気信号のうち、領域４ａ−７に含まれている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，２５６）から出力された電気信号Ｉ_Ｒｅｆ（ｘ，ｙ）を取得する。電気信号Ｉ_Ｒｅｆ（ｘ，ｙ）は、画素６ａ−ｍにより撮像された光の強度を示している。（ｘ，ｙ）は、領域４ａ−７内の画素６ａ−ｍの座標を示している。また、（ｘ，ｙ）は、図中、領域４ａ−７内の左上隅に存在する画素を起点としており、ｘ＝１，２，・・・，１６、ｙ＝１，２，・・・，１６である。例えば、（ｘ，ｙ）＝（１，１）は、領域４ａ−７内の左上隅に存在する画素の座標であり、（ｘ，ｙ）＝（１６，１６）は、領域４ａ−７内の右下隅に存在する画素の座標である。
また、相対位置演算部９は、読み出し部７から出力された複数の電気信号のうち、領域４ａ−８に含まれている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，２５６）から出力された電気信号Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）を取得する。電気信号Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）は、画素６ａ−ｍにより撮像された光の強度を示している。（ｘ，ｙ）は、領域４ａ−８内の画素６ａ−ｍの座標を示している。また、（ｘ，ｙ）は、図中、領域４ａ−８内の左上隅に存在する画素を起点としており、ｘ＝１，２，・・・，１６、ｙ＝１，２，・・・，１６である。

相対位置演算部９は、像６１−７に対する像６１−８のｘ方向の変位δ_ｘ及びｙ方向の変位δ_ｙのそれぞれを任意の値に設定する。
次に、相対位置演算部９は、以下の式（１）に示すように、像６１−８をｘ方向に変位δ_ｘだけシフトし、像６１−８をｙ方向に変位δ_ｙだけシフトしたときの残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）を算出する。

次に、相対位置演算部９は、変位δ_ｘ及び変位δ_ｙのそれぞれを変更しながら、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）を繰り返し算出する。
相対位置演算部９は、例えば、最尤法を用いて、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最小となる変位δ_ｘ及び変位δ_ｙのそれぞれを求める。
相対位置演算部９は、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最小となる変位δ_ｘを、像６１−７に対する像６１−８のｘ方向の相対位置として、波面算出部１０に出力する。また、相対位置演算部９は、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最小となる変位δ_ｙを、像６１−７に対する像６１−８のｙ方向の相対位置として、波面算出部１０に出力する。

波面算出部１０は、相対位置演算部９から複数の像６１の相対位置を受けると、複数の像６１の相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する（図７のステップＳＴ３）。
以下、波面算出部１０による波面の算出処理を具体的に説明する。

図１に示す波面計測装置では、受光部６により形成された複数の像６１のうち、相対位置の基準位置に存在している像６１の位置と、当該像６１の撮像中心位置との位置ずれが、既値であり、当該位置ずれは、例えば、波面算出部１０の内部メモリに格納されている。ただし、当該位置ずれは、図１に示す波面計測装置の外部から与えられるものであってもよい。
波面算出部１０は、内部メモリに格納されている位置ずれと、相対位置演算部９により算出された複数の像６１の相対位置とに基づいて、受光部６により形成された複数の像６１におけるそれぞれの位置と、複数の像６１におけるそれぞれの撮像中心位置との位置ずれを算出する。
受光部６により形成された複数の像６１のうち、相対位置の基準位置に存在している像６１が、例えば、像６１−１であり、像６１−１の位置と、像６１−１の撮像中心位置との位置ずれがＬｇ_１であるとする。
このとき、像６１−１と像６１−ｎとの相対位置がδ_１−ｎであるとすると、像６１−ｎの位置と、像６１−ｎの撮像中心位置との位置ずれＬｇ_ｎは、以下の式（２）のように表される。
Ｌｇ_ｎ＝δ_１−ｎ＋Ｌｇ_１ （２）

波面算出部１０は、複数の像６１におけるそれぞれの位置ずれから、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
複数の像６１におけるそれぞれの位置ずれから波面を算出する処理自体は、公知であり、例えば、非特許文献１に記載されている“シャック・ハルトマン鏡面測定装置のデータ処理”を用いれば、複数の像６１におけるそれぞれの位置ずれから、波面を算出することができる。
波面算出部１０は、算出した波面を外部に出力する。

図１に示す波面計測装置では、相対位置演算部９が、形状が自動車ある、複数の像６１の相対位置を演算し、波面算出部１０が、複数の像６１の相対位置から波面を算出している。
光源１が点光源であっても、レンズ４−ｎによって集光される光の位置ずれと、波面分割部４に入射される光の局所的な波面の傾きとの間に相関があるため、相対位置演算部９が、複数の点像の相対位置を演算し、波面算出部１０が、複数の点像の相対位置から波面を算出するようにしてもよい。

以上の実施の形態１では、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光が、複数のレンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれによって集光されたのち、受光部６によって、複数のレンズ４−１〜４−Ｎにより集光されたそれぞれの光の像６１が形成されると、受光部６により形成された複数の像６１の間の相関を演算することによって、複数の像６１の相対位置を演算する相対位置演算部９と、相対位置演算部９により演算された相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する波面算出部１０とを備えるように、波面計測装置を構成した。したがって、波面計測装置は、光の像６１の形状が異方的であっても、波面を算出することができる。

図１に示す波面計測装置では、相対位置演算部９が、像６１−７に対する像６１−８の相対位置として、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最小となる変位δ_ｘ及び変位δ_ｙのそれぞれを求めている。
しかし、これは一例に過ぎず、相対位置演算部９が、以下の式（３）に示すように、像６１−８をｘ方向に変位δ_ｘだけシフトし、像６１−８をｙ方向に変位δ_ｙだけシフトしたときの相互相関関数Ｅ_ＣＣ（δ_ｘ，δ_ｙ）を算出する。そして、相対位置演算部９が、像６１−７に対する像６１−８のｘ方向の相対位置として、相互相関関数Ｅ_ＣＣ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最大となる変位δ_ｘを求め、像６１−７に対する像６１−８のｙ方向の相対位置として、相互相関関数Ｅ_ＣＣ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最大となる変位δ_ｙを求めるようにしてもよい。

例えば、相互相関関数Ｅ_ＣＣ（δ_ｘ，δ_ｙ）の演算は、以下の計算を行うことで、計算の高速化を図ることができる。
まず、相対位置演算部９は、Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）を以下の式（４）に示すようにフーリエ変換し、Ｉ_Ｒｅｆ（ｘ，ｙ）を以下の式（５）に示すようにフーリエ変換する。

式（４）及び式（５）において、Ｆ［］は、フーリエ変換を示す記号であり、ｕ，ｖは、周波数領域での変数である。
次に、相対位置演算部９は、以下の式（６）に示すように、Ｉ_ｉ（ｕ，ｖ）とＩ_Ｒｅｆ（ｕ，ｖ）との積で表される相互パワースペクトルＰ（ｕ，ｖ）を算出する。

相互パワースペクトルＰ（ｕ，ｖ）は、Ｗｉｅｎｅｒ−Ｋｈｉｎｃｈｉｎの定理より、以下の式（７）のように表される。

相対位置演算部９は、相互パワースペクトルＰ（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することで、相互相関関数Ｅ_ＣＣ（δ_ｘ，δ_ｙ）を算出する。

図１に示す波面計測装置では、相対位置演算部９が、受光部６により形成された複数の像６１の間の相関を演算することによって、複数の像６１の相対位置を演算している。
複数の像６１の相対位置を演算する方法は、残差の和Ｅ_ＳＳＤ（δ_ｘ，δ_ｙ）が最小となる変位δ_ｘ，δ_ｙを求める方法に限るものではない。
相対位置演算部９は、例えば、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、相互相関法（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、正規化相互相関（ＮＣＣ：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、零平均正規化相互相関（ＺＮＣＣ：Ｚｅｒｏ ｍｅａｎｓ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、又は、位相限定相関（ＰＯＣ：Ｐｈａｓｅ−Ｏｎｌｙ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法を用いて、複数の像６１の相対位置を演算するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２では、複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎ及び切替部７２を備える波面計測装置について説明する。

図１３は、実施の形態２に係る波面計測装置を示す構成図である。図１３において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
選択部７０は、複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎを備えている。本明細書では、波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、いずれかの波長選択部を区別しない場合は、波長選択部７１のように表記する。
複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、互いに隣り合う位置に配置される波長選択部７１は、互いに異なる波長成分を選択する。また、複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、互いに同一の波長成分を選択する２つ以上の波長選択部７１は、飛び飛びに配置されている。
波長選択部７１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、例えば、カラーフィルタによって実現される。
波長選択部７１−ｎは、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、いずれか１つの波長成分を選択する。
波長選択部７１−ｎは、選択した波長成分をレンズ４−ｎに与える。

複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎは、複数の組に分けられている。
複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、同じ組に属している２つ以上の波長選択部７１は、互いに同一の波長成分を選択する。
複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、或る組に属している２つ以上の波長選択部７１は、他の組に属している２つ以上の波長選択部７１と異なる波長成分を選択する。
切替部７２は、制御回路５から出力される制御信号に従って、複数の組の中で、属している波長選択部７１による波長成分の選択が有効である組と、波長成分の選択が無効である組との切り替えを行う。

図１４は、波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分を示す説明図である。
図１４において、８１は、リレー光学系３を通ってきた光の波長の範囲を示している。
波長の範囲８１は、波長λ_０〜λ_５の範囲である。
波長８１ａは、波長の範囲８１に含まれており、中心波長がλ_１である。
波長８１ｂは、波長の範囲８１に含まれており、中心波長がλ_２である。
波長８１ｃは、波長の範囲８１に含まれており、中心波長がλ_３である。
波長８１ｄは、波長の範囲８１に含まれており、中心波長がλ_４である。
λ_０＜λ_１＜λ_２＜λ_３＜λ_４＜λ_５である。
波長選択部７１−１〜７１−Ｎのそれぞれは、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、波長８１ａの成分、波長８１ｂの成分、波長８１ｃの成分、又は、波長８１ｄの成分を選択する。

図１５は、波長選択部７１−１〜７１−Ｎの配置と、波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分と、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置等を示す説明図である。図１５では、Ｎ＝１６である。
図１５では、波長選択部７１−１〜７１−１６が、選択する波長成分によって、４つの組に分かれており、波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１は、同じ組に属している。当該組は、便宜上、組（１）であるとする。
また、波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２は、同じ組に属している。当該組は、便宜上、組（２）であるとする。
波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５は、同じ組に属している。当該組は、便宜上、組（３）であるとする。
また、波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６は、同じ組に属している。当該組は、便宜上、組（４）であるとする。

波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１は、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、互いに同一の波長成分として、波長８１ａの成分を選択している。
波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２は、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、互いに同一の波長成分として、波長８１ｂの成分を選択している。
波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５は、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、互いに同一の波長成分として、波長８１ｃの成分を選択している。
波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６は、リレー光学系３を通ってきた光に含まれている複数の波長成分のうち、互いに同一の波長成分として、波長８１ｄの成分を選択している。

次に、図１３に示す波面計測装置の動作について説明する。
図１に示す波面計測装置は、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源であり、光の像６１の形状が異方的であっても、波面を算出することができる。
しかし、光源１が、点光源から出射される光よりも広がりのある光を出射する光源である場合、光源１が点光源である場合よりも、広がり可能範囲４５が相対的に狭くなることがある。広がり可能範囲４５が相対的に狭くなることによって、測定可能な波面の傾斜の幅が減少する。
図１３に示す波面計測装置は、図１に示す波面計測装置よりも、広がり可能範囲４５を広げて、測定可能な波面の傾斜の幅を拡大している。具体的には、以下の通りである。Ｎ＝１６であるものとする。

制御回路５は、実施の形態１と同様に、受光部６により形成された像６１を示す電気信号の読み出しを指示する制御信号を読み出し部７に出力する。
また、制御回路５は、複数の組（１）〜（４）のうち、組（１）を有効な組として、組（２）〜（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を切替部７２に出力する。

切替部７２は、制御回路５から、組（１）を有効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１による波長成分の選択を有効とする。
切替部７２は、制御回路５から、（２）〜（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２による波長成分の選択を無効とする。
また、切替部７２は、組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５による波長成分の選択を無効とし、組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６による波長成分の選択を無効とする。

波長成分の選択を有効とする方法としては、例えば、選択部７０に対して、未設置の波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１を、選択部７０に設置する機械的な方法が考えられる。
波長成分の選択を無効とする方法としては、例えば、選択部７０に設置されている波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２等を、選択部７０から取り外す機械的な方法が考えられる。
しかし、これは一例に過ぎず、リレー光学系３を通ってきた光が、選択部７０に設置されている波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１を透過するように、波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１を電気的に制御するようにしてもよい。
また、リレー光学系３を通ってきた光が、選択部７０に設置されている波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２等を透過しないように、波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２等を電気的に制御するようにしてもよい。

組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１のみが波長成分の選択が有効であるため、受光部６の撮像面６ａには、レンズ４−１，４−３，４−９，４−１１による光のみが集光される。
撮像面６ａ内の領域４ａ−１，４ａ−３，４ａ−９，４ａ−１１に配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−１，４−３，４−９，４−１１によって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

読み出し部７は、制御回路５から、電気信号の読み出しを指示する制御信号を受けると、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−１〜６ａ−Ｍのそれぞれから電気信号の読み出しを行う。
ただし、組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１のみが波長成分の選択が有効であるため、領域４ａ−１，４ａ−３，４ａ−９，４ａ−１１以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出しても、当該電気信号が示す像６１の強度は概ね０である。したがって、領域４ａ−１，４ａ−３，４ａ−９，４ａ−１１以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出すことは、領域４ａ−１，４ａ−３，４ａ−９，４ａ−１１以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出していないことに相当する。
読み出し部７は、読み出したそれぞれの電気信号を波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。

相対位置演算部９は、読み出し部７から出力されたそれぞれの電気信号を取得する。それぞれの電気信号は、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１を示す電気信号である。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の間の相関を演算することによって、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置を演算する。
相対位置演算部９は、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置を波面算出部１０に出力する。
波面算出部１０は、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
相対位置演算部９が、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の間の相関を演算する場合、受光部６により形成された像６１−１〜６−１６の全てを用いて、像６１−１〜６−１６の間の相関を演算する場合と比べて、広がり可能範囲４５が概ね２倍になるため、波面の測定ダイナミックレンジが概ね２倍になる。

次に、制御回路５は、複数の組（１）〜（４）のうち、組（２）を有効な組として、組（１）（３）（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を切替部７２に出力する。
切替部７２は、制御回路５から、組（２）を有効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２による波長成分の選択を有効とする。
切替部７２は、制御回路５から、（１）（３）（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１による波長成分の選択を無効とする。
また、切替部７２は、組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５による波長成分の選択を無効とし、組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６による波長成分の選択を無効とする。

組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２のみが波長成分の選択が有効であるため、受光部６の撮像面６ａには、レンズ４−２，４−４，４−８，４−１０による光のみが集光される。
撮像面６ａ内の領域４ａ−２，４ａ−４，４ａ−１０，４ａ−１２に配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−２，４−４，４−１０，４−１２によって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

読み出し部７は、制御回路５から、電気信号の読み出しを指示する制御信号を受けると、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−１〜６ａ−Ｍのそれぞれから電気信号の読み出しを行う。
ただし、組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２のみが波長成分の選択が有効であるため、領域４ａ−２，４ａ−４，４ａ−１０，４ａ−１２以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出しても、当該電気信号が示す像６１の強度は概ね０である。したがって、領域４ａ−２，４ａ−４，４ａ−１０，４ａ−１２以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出すことは、領域４ａ−２，４ａ−４，４ａ−１０，４ａ−１２以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出していないことに相当する。
読み出し部７は、読み出したそれぞれの電気信号を波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。

相対位置演算部９は、読み出し部７から出力されたそれぞれの電気信号を取得する。それぞれの電気信号は、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２を示す電気信号である。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の間の相関を演算することによって、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置を演算する。
相対位置演算部９は、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置を波面算出部１０に出力する。
波面算出部１０は、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
相対位置演算部９が、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の間の相関を演算する場合、受光部６により形成された像６１−１〜６−１６の全てを用いて、像６１−１〜６−１６の間の相関を演算する場合と比べて、広がり可能範囲４５が概ね２倍になるため、波面の測定ダイナミックレンジが概ね２倍になる。

次に、制御回路５は、複数の組（１）〜（４）のうち、組（３）を有効な組として、組（１）（２）（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を切替部７２に出力する。
切替部７２は、制御回路５から、組（３）を有効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５による波長成分の選択を有効とする。
切替部７２は、制御回路５から、（１）（２）（４）を無効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１による波長成分の選択を無効とする。
また、切替部７２は、組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２による波長成分の選択を無効とし、組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６による波長成分の選択を無効とする。

組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５のみが波長成分の選択が有効であるため、受光部６の撮像面６ａには、レンズ４−５，４−７，４−１３，４−１５による光のみが集光される。
撮像面６ａ内の領域４ａ−５，４ａ−７，４ａ−１３，４ａ−１５に配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−５，４−７，４−１３，４−１５によって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

読み出し部７は、制御回路５から、電気信号の読み出しを指示する制御信号を受けると、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−１〜６ａ−Ｍのそれぞれから電気信号の読み出しを行う。
ただし、組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５のみが波長成分の選択が有効であるため、領域４ａ−５，４ａ−７，４ａ−１３，４ａ−１５以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出しても、当該電気信号が示す像６１の強度は概ね０である。したがって、領域４ａ−５，４ａ−７，４ａ−１３，４ａ−１５以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出すことは、領域４ａ−５，４ａ−７，４ａ−１３，４ａ−１５以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出していないことに相当する。
読み出し部７は、読み出したそれぞれの電気信号を波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。

相対位置演算部９は、読み出し部７から出力されたそれぞれの電気信号を取得する。それぞれの電気信号は、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５を示す電気信号である。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の間の相関を演算することによって、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置を演算する。
相対位置演算部９は、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置を波面算出部１０に出力する。
波面算出部１０は、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
相対位置演算部９が、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の間の相関を演算する場合、受光部６により形成された像６１−１〜６−１６の全てを用いて、像６１−１〜６−１６の間の相関を演算する場合と比べて、広がり可能範囲４５が概ね２倍になるため、波面の測定ダイナミックレンジが概ね２倍になる。

次に、制御回路５は、複数の組（１）〜（４）のうち、組（４）を有効な組として、組（１）〜（３）を無効な組とする旨を示す制御信号を切替部７２に出力する。
切替部７２は、制御回路５から、組（４）を有効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６による波長成分の選択を有効とする。
切替部７２は、制御回路５から、（１）〜（３）を無効な組とする旨を示す制御信号を受けると、組（１）に属している波長選択部７１−１，７１−３，７１−９，７１−１１による波長成分の選択を無効とする。
また、切替部７２は、組（２）に属している波長選択部７１−２，７１−４，７１−１０，７１−１２による波長成分の選択を無効とし、組（３）に属している波長選択部７１−５，７１−７，７１−１３，７１−１５による波長成分の選択を無効とする。

組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６のみが波長成分の選択が有効であるため、受光部６の撮像面６ａには、レンズ４−６，４−８，４−１４，４−１６による光のみが集光される。
撮像面６ａ内の領域４ａ−６，４ａ−８，４ａ−１４，４ａ−１６に配置されている画素６ａ−ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、制御回路５から出力された制御信号が示す露光条件に従って、レンズ４−６，４−８，４−１４，４−１６によって集光された光を撮像し、撮像した光を電気信号に変換する。

読み出し部７は、制御回路５から、電気信号の読み出しを指示する制御信号を受けると、領域４ａ−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に配置されている画素６ａ−１〜６ａ−Ｍのそれぞれから電気信号の読み出しを行う。
ただし、組（４）に属している波長選択部７１−６，７１−８，７１−１４，７１−１６のみが波長成分の選択が有効であるため、領域４ａ−６，４ａ−８，４ａ−１４，４ａ−１６以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出しても、当該電気信号が示す像６１の強度は概ね０である。したがって、領域４ａ−６，４ａ−８，４ａ−１４，４ａ−１６以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出すことは、領域４ａ−６，４ａ−８，４ａ−１４，４ａ−１６以外の領域に配置されている画素６ａ−ｍから電気信号を読み出していないことに相当する。
読み出し部７は、読み出したそれぞれの電気信号を波面計測部８の相対位置演算部９に出力する。

相対位置演算部９は、読み出し部７から出力されたそれぞれの電気信号を取得する。それぞれの電気信号は、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６を示す電気信号である。
相対位置演算部９は、取得した電気信号に基づいて、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の間の相関を演算することによって、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置を演算する。
相対位置演算部９は、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置を波面算出部１０に出力する。
波面算出部１０は、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置から、被検体２を透過してきた光、又は、被検体２により反射された光の波面を算出する。
相対位置演算部９が、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の間の相関を演算する場合、受光部６により形成された像６１−１〜６−１６の全てを用いて、像６１−１〜６−１６の間の相関を演算する場合と比べて、広がり可能範囲４５が概ね２倍になるため、波面の測定ダイナミックレンジが概ね２倍になる。

以上の実施の形態２では、複数の組のうち、属している波長選択部７１による波長成分の選択が有効である組と、波長成分の選択が無効である組とを切り替える切替部７２を備えている。相対位置演算部９は、受光部６により形成された複数の像６１のうち、波長成分の選択が有効である組に属している２つ以上の波長選択部７１により選択された波長成分の像６１の間の相関を演算することによって、２つ以上の像６１の相対位置を演算するように、図１３に示す波面計測装置を構成した。したがって、図１３に示す波面計測装置は、図１に示す波面計測装置よりも、波面の測定ダイナミックレンジを広げることができる。

図１３に示す波面計測装置では、相対位置演算部９が、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置と、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置と、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置と、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置とを順番に演算している。
しかし、これは一例に過ぎず、相対位置演算部９が、例えば、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置のみを演算するようにしてもよいし、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置のみを演算するようにしてもよい。また、相対位置演算部９が、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置のみを演算するようにしてもよいし、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置のみを演算するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態２の波面計測装置では、波面分割部４のレンズ４−１〜４−Ｎと、波長選択部７１−１〜７１−Ｎとが別々に設置されている。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１６に示すように、レンズ４−１〜４−Ｎのそれぞれが、複数の波長選択部７１−１〜７１−Ｎのうち、いずれか１つの波長選択部７１を備えている波面計測装置であってもよい。
図１６は、波長選択部７１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を含んでいるレンズ４−ｎの配置と、波長選択部７１−１〜７１−Ｎにより選択される波長成分とを示す説明図である。図１６では、Ｎ＝１６である。
レンズ４−ｎが波長選択部７１−ｎを含んでいる波面計測装置でも、図１３に示す波面計測装置と同様に動作する。
レンズ４−ｎが波長選択部７１−ｎを含んでいる波面計測装置では、図１３に示す波面計測装置よりも構成の簡略化を図ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、相対位置演算部９が、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置と、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置と、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置と、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置とから、受光部６により形成された像６１−１〜６−１６の相対位置を演算する波面計測装置について説明する。

図１７は、実施の形態４に係る波面計測装置を示す構成図である。
図１８は、実施の形態４に係る波面計測装置における波面計測部８のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１７及び図１８において、図１、図２及び図１３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
相対位置演算部１１は、例えば、図１８に示す相対位置演算回路２３によって実現される。
相対位置演算部１１は、受光部６により形成された複数の像６１のうち、それぞれの組に属する２つ以上の波長選択部７１によって選択された波長成分の像６１の間の相関を演算することによって、２つ以上の像６１の相対位置を演算する。
相対位置演算部１１は、演算した全ての２つ以上の像６１の相対位置から、受光部６により形成された全ての像６１の相対位置を演算する。
相対位置演算部１１は、演算した全ての像６１の相対位置を波面算出部１０に出力する。

図１７では、波面計測部８の構成要素である相対位置演算部１１及び波面算出部１０のそれぞれが、図１８に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、波面計測部８が、相対位置演算回路２３及び波面算出回路２２によって実現されるものを想定している。
ここで、相対位置演算回路２３及び波面算出回路２２のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

波面計測部８の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、波面計測部８が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
波面計測部８が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、相対位置演算部１１及び波面算出部１０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが、図３に示すメモリ３１に格納される。そして、図３に示すプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。

また、図１８では、波面計測部８の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、波面計測部８がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、波面計測部８における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

図１９は、相対位置演算部１１による相対位置の演算処理を示す説明図である。
相対位置演算部１１は、図１３に示す相対位置演算部９と同様に、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置と、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置と、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置と、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置とを順番に演算する。
相対位置演算部１１は、図１９に示すように、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置と、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置と、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置と、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置とを足し合わせる。

像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置、又は、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置を演算する際の、相対位置の基準位置が、撮像中心位置がずれていることがある。
相対位置の基準位置が、撮像中心位置がずれている場合、相対位置演算部１１は、演算した複数の相対位置を補正し、補正後の複数の相対位置の足し合わせを行うようにする。
複数の相対位置の補正方法は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略するが、例えば、相対位置演算部１１は、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１の相対位置と、像６１−１，６１−３，６１−９，６１−１１におけるそれぞれの撮像中心位置との位置ずれを求める。
また、相対位置演算部１１は、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２の相対位置と、像６１−２，６１−４，６１−１０，６１−１２におけるそれぞれの撮像中心位置との位置ずれを求める。
相対位置演算部１１は、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５の相対位置と、像６１−５，６１−７，６１−１３，６１−１５におけるそれぞれの撮像中心位置との位置ずれを求める。
また、相対位置演算部１１は、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６の相対位置と、像６１−６，６１−８，６１−１４，６１−１６におけるそれぞれの撮像中心位置との位置ずれを求める。
相対位置演算部１１は、像６１−１〜６１−１６におけるそれぞれの位置ずれを、補正後の相対位置として、足し合わせる。
相対位置演算部１１が相対位置を足し合わせることにより、像６１−１〜６１−１６の相対位置が得られるため、図１９に示す波面計測装置は、図１に示す波面計測装置と同様の波面空間分解能が得られる。

以上の実施の形態４では、切替部７２により波長成分の選択が有効である組が切り替えられる毎に、相対位置演算部１１が、２つ以上の像６１の相対位置を演算し、演算した全ての２つ以上の像６１の相対位置から、受光部６により形成された全ての像６１の相対位置を演算するように、図１９に示す波面計測装置を構成した。したがって、図１９に示す波面計測装置は、図１に示す波面計測装置と同様の波面空間分解能を維持したまま、図１に示す波面計測装置よりも、波面の測定ダイナミックレンジを広げることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、波面を算出する波面計測装置及び波面計測方法に適している。

１ 光源、２ 被検体、３ リレー光学系、４ 波面分割部、４−１〜４−Ｎ レンズ、４ａ−ｎ 領域、４ｂ サイズ、５ 制御回路、６ 受光部、６ａ 撮像面、６ａ−１〜６ａ−Ｍ 画素、６ｂ サイズ、７ 読み出し部、８ 波面計測部、９ 相対位置演算部、１０ 波面算出部、１１ 相対位置演算部、２１ 相対位置演算回路、２２ 波面算出回路、２３ 相対位置演算回路、３１ メモリ、３２ プロセッサ、４１ 光強度分布、４２ ノイズ成分、４３ 点像強度分布、４３ａ 分布幅、４４ ノイズ成分、４５ 広がり可能範囲、５１ 光強度分布、５２ 広がり像強度分布、５２ａ 分布幅、６１ 像、６１−１〜６１−１６ 像、６１−７’ 像、７０ 選択部、７１ 波長選択部、７１−１〜７１−Ｎ 波長選択部、７２ 切替部、８１ 波長の範囲、８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ 波長。

Claims (6)

1. 被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光が、複数のレンズのそれぞれによって集光されたのち、受光部によって、前記複数のレンズにより集光されたそれぞれの光の像が形成されると、
   前記受光部により形成された複数の像の間の相関を演算することによって、前記複数の像の相対位置を演算する相対位置演算部と、
   前記相対位置演算部により演算された相対位置から、前記被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光の波面を算出する波面算出部とを備え、
   さらに、前記被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光に含まれている複数の波長成分のうち、それぞれがいずれか１つの波長成分を選択し、それぞれが選択した波長成分を、前記複数のレンズのうちの隣り合うレンズで異なるように、それぞれがいずれか１つのレンズに与える複数の波長選択部と、
   前記複数の波長選択部は、複数の組に分けられており、
   前記複数の組の中で順番に、属している波長選択部による波長成分の選択が有効である組にするよう、波長成分の選択が有効である組と、波長成分の選択が無効である組とを切り替える切替部とを備え、
   前記相対位置演算部は、前記受光部により形成された複数の像のうち、波長成分の選択が有効である組に属している２つ以上の波長選択部により選択された波長成分の像の間の相関を演算することによって、２つ以上の像の相対位置を演算するものであって、前記切替部により波長成分の選択が有効である組が切り替えられる毎に、２つ以上の像の相対位置を演算し、演算した全ての２つ以上の像の相対位置から、前記受光部により形成された全ての像の相対位置を演算することを特徴とする波面計測装置。
2. 前記被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光を集光する複数のレンズと、
   前記複数のレンズにより集光されたそれぞれの光を受光して、それぞれの光の像を形成する受光部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
3. 前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の波長選択部のうちのいずれか１つの波長選択部を備えていることを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
4. 前記複数の波長選択部のうち、互いに隣り合う位置に配置される波長選択部は、互いに異なる波長成分を選択し、
   前記複数の波長選択部のうち、互いに同一の波長成分を選択する２つ以上の波長選択部は、飛び飛びに配置されていることを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
5. 前記複数の波長選択部のうち、同じ組に属している２つ以上の波長選択部は、互いに同一の波長成分を選択し、
   前記複数の波長選択部のうち、或る組に属している２つ以上の波長選択部は、他の組に属している２つ以上の波長選択部と異なる波長成分を選択することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
6. 被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光が、複数のレンズのそれぞれによって集光されたのち、受光部によって、前記複数のレンズにより集光されたそれぞれの光の像が形成されると、
   相対位置演算部が、前記受光部により形成された複数の像の間の相関を演算することによって、前記複数の像の相対位置を演算し、
   波面算出部が、前記相対位置演算部により演算された相対位置から、前記被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光の波面を算出し、
   複数の波長選択部が、前記被検体を透過してきた光、又は、前記被検体により反射された光に含まれている複数の波長成分のうち、それぞれがいずれか１つの波長成分を選択し、それぞれが選択した波長成分を、前記複数のレンズのうちの隣り合うレンズで異なるように、それぞれがいずれか１つのレンズに与え、
   前記複数の波長選択部が、複数の組に分けられており、切替部が、前記複数の組の中で順番に、属している波長選択部による波長成分の選択が有効である組にするよう、波長成分の選択が有効である組と、波長成分の選択が無効である組とを切り替え、
   前記相対位置演算部が、前記受光部により形成された複数の像のうち、波長成分の選択が有効である組に属している２つ以上の波長選択部により選択された波長成分の像の間の相関を演算することによって、２つ以上の像の相対位置を演算するものであり、かつ、前記切替部により波長成分の選択が有効である組が切り替えられる毎に、２つ以上の像の相対位置を演算し、演算した全ての２つ以上の像の相対位置から、前記受光部により形成された全ての像の相対位置を演算することを特徴とすることを特徴とする波面計測方法。

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