WO2016002490A1 - 波面計測装置及び波面計測方法 - Google Patents

波面計測装置及び波面計測方法 Download PDF

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WO2016002490A1
WO2016002490A1 PCT/JP2015/067187 JP2015067187W WO2016002490A1 WO 2016002490 A1 WO2016002490 A1 WO 2016002490A1 JP 2015067187 W JP2015067187 W JP 2015067187W WO 2016002490 A1 WO2016002490 A1 WO 2016002490A1
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WO
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wavefront
condensing
deviation amount
spot
lens array
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Application number
PCT/JP2015/067187
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴雄 遠藤
鈴木　二郎
佳史 三輪
俊行 安藤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties

Definitions

  • the present invention relates to a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method for measuring a wavefront of light produced by a subject.
  • an optical component such as a lens or a human pupil transmits light through a medium.
  • light is reflected from an optical component such as a mirror.
  • the phase distribution of light changes due to the transmission of light through the medium and the reflection of light. Since light is an electromagnetic wave, the spatial distribution of this phase is understood as a wavefront.
  • a wavefront measuring apparatus for measuring the wavefront of light for example, a Shack-Hartmann wavefront sensor is known.
  • the Shack-Hartmann wavefront sensor includes a lens array in which small lenses are arranged and an imaging device.
  • the wavefront that has propagated through the space is condensed on the imaging surface of the imaging device by the individual lenses constituting the lens array.
  • the condensed light is photoelectrically converted by the imaging device, and an electric signal after photoelectric conversion is read out as a signal indicating a condensing spot that is a light condensing position.
  • the wavefront incident on the lens array can be obtained from the spatial distribution of the focused spot.
  • the wavefront slope is large, the deviation of the focused spot is large.
  • the distortion of the wavefront is large, the correspondence between the individual lenses constituting the lens array and the focused spot cannot be understood, and the wavefront incident on the lens array cannot be obtained from the spatial distribution of the focused spot.
  • the condensing spots collected by the individual lenses constituting the lens array are arranged according to the arrangement of a plurality of lenses (if a plurality of lenses are arranged two-dimensionally, a plurality of collection spots are arranged.
  • a grid-arranged condensing spot appearing in an attention area an area near the center position in the imaging surface of the imaging device having a relatively small distortion is curved out of the attention area.
  • a method for estimating the arrangement of the condensed spots outside the region of interest by extrapolating with approximation is disclosed.
  • JP 2010-261810 A (paragraph number [0006])
  • the conventional wavefront measuring apparatus is configured as described above, even if the distortion of the wavefront is somewhat large, if the array of two-dimensional coordinates and threshold values in a plurality of focused spots are used, the individual lens and focused spot Correspondence can be determined.
  • the distortion of the wavefront becomes extremely large, the arrangement of the converging spots greatly deviates from the lattice-like arrangement, so that even if two-dimensional coordinate arrangements and threshold values in a plurality of condensing spots are used, individual lenses and It becomes impossible to determine the correspondence of the focused spots. As a result, there has been a problem that it becomes impossible to measure the wavefront of light produced by the subject.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the wavefront distortion is extremely large or the wavefront distortion is not uniform, it is possible to measure the wavefront of light produced by the subject.
  • An object of the present invention is to obtain a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method.
  • a wavefront measuring apparatus includes a lens array into which a wavefront of light produced by a subject is incident, an imaging unit that images a plurality of lights collected by the lens array, and a collection of a plurality of lights by the lens array.
  • An extrapolation process for extending the part is performed, and an estimation unit that estimates a light condensing position on the imaging surface when the extended part of the wavefront is incident on the lens array, and the estimation unit
  • the wavefront created by the subject is calculated from the positional
  • the extrapolation process for extending the partial part is performed, and the extension of the wavefront is performed.
  • the estimation means for estimating the condensing positions of a plurality of lights on the imaging surface when the portion is incident on the lens array and the plurality of condensing positions estimated by the estimation means and the plurality of reference positions.
  • Positions calculated by the first and second deviation amount calculating means are provided, and a second deviation amount calculating means for calculating a positional deviation amount between the condensing position where the correspondence is recognized and the reference position is provided. Since the wavefront produced by the subject is calculated from the amount of deviation, the wavefront of light produced by the subject can be measured even when the wavefront distortion is extremely large or the wavefront distortion is not uniform. There is an effect that can be done.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing light traveling through a variable aperture 5, a lens array 6, and an imaging device 7 that constitute the wavefront measuring device of FIG. 1 and an imaging surface of the imaging device 7.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing light traveling through a variable aperture 5, a lens array 6, and an imaging device 7 that constitute the wavefront measuring device of FIG. 1 and an imaging surface of the imaging device 7.
  • It is a block diagram which shows the processing apparatus 8 of the wavefront measuring device by Embodiment 1 of this invention.
  • It is a flowchart which shows the processing content (wavefront measuring method) of the processing apparatus 8 of the wavefront measuring device by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 2 In order to compare the case where the plane wave 11 is incident (FIG. 2) and the case where the wavefront 12 is incident (FIG. 3), the plane wave 11 and the wavefront 12 are drawn to overlap each other.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the wavefront 12 calculated by the wavefront calculation part 25.
  • Embodiment 1 Since the wavefront of light produced by the subject includes information on the surface shape of the subject, the wavefront measuring apparatus of the first embodiment uses the wavefront of light (space distribution of the phase of light) produced by the subject. By measuring this, the surface shape of the subject can be measured.
  • the wavefront of the light to be measured by this wavefront measuring apparatus may be that the subject itself emits light, or is emitted from a certain light source and then transmitted through the subject or reflected by the subject. It may be a thing.
  • an example will be described in which a wavefront of light that has been emitted from another light source and then transmitted through the subject, or a wavefront of light that has been reflected by the subject is incident on the wavefront measuring apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a wavefront measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 and 3 are explanatory diagrams showing the light that travels through the variable diaphragm 5, the lens array 6, and the imaging device 7 that constitute the wavefront measuring device of FIG. 1, and the imaging surface of the imaging device 7.
  • FIG. 2 the wavefront of light incident on the wavefront measuring apparatus is the reference wavefront (plane wave 11), and
  • FIG. 3 shows an example of the wavefront 12 of light produced by the subject 3.
  • the light source 1 emits light that is electromagnetic waves.
  • the illumination optical system 2 is an optical component such as a reflection mirror that applies light emitted from the light source 1 to the subject 3.
  • the imaging optical system 4 is an optical component for guiding the wavefront 12 of light produced by being transmitted through the subject 3 or reflected by the subject 3 to the wavefront measuring apparatus. When the wavefront 12 of the light produced by the subject 3 can be directly guided to the wavefront measuring apparatus, the imaging optical system 4 is not necessary.
  • the variable aperture 5 is an optical aperture mechanism that limits the wavefront 12 of light incident on the lens array 6 under the control of the processing device 8.
  • the lens array 6 is an optical component in which a plurality of lenses are two-dimensionally arranged. When the wavefront 12 of light produced by the subject 3 is incident, the light into which the individual lenses constituting the lens array 6 are incident. Condensing. 2A and 3A are side views (viewed from the direction perpendicular to the light traveling direction), the plurality of lenses constituting the lens array 6 are arranged one-dimensionally vertically. Although it is shown as being illustrated, it is actually arranged in two dimensions.
  • the imaging device 7 is an image sensor typified by, for example, a CCD or a CMOS, and is a device that images light collected by a plurality of lenses.
  • the imaging device 7 constitutes an imaging unit.
  • 2B and 3B show the imaging surface of the imaging device 7.
  • FIGS. 2B and 3B are front views (light traveling direction (light from the front to the back of the paper). ) In the direction of the heading)).
  • the imaging surface of the imaging device 7 is virtually divided in a lattice shape according to the arrangement of a plurality of lenses arranged in a two-dimensional manner. Accordingly, each divided region has a one-to-one correspondence with a plurality of lenses arranged two-dimensionally.
  • variable diaphragm 5 is disposed in front of the lens array 6, but may be disposed between the lens array 6 and the imaging device 7.
  • the processing device 8 is composed of a calculation device such as a PC or a program board such as a field-programmable gate array (FPGA), for example, and performs a process of calculating a wavefront created by the subject 3.
  • a calculation device such as a PC or a program board such as a field-programmable gate array (FPGA), for example, and performs a process of calculating a wavefront created by the subject 3.
  • FIG. 1 does not specifically describe a readout circuit, a memory (recording unit), or the like, the wavefront measuring device may be implemented with a readout circuit, a memory, or the like.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the processing device 8 of the wavefront measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the condensing spot specifying unit 21 performs a process of specifying the condensing spot 32 that is a light condensing position of the individual lenses constituting the lens array 6 on the imaging surface of the imaging device 7.
  • specification part 21 comprises the position specific
  • the wavefront of the light incident on the wavefront measuring apparatus is a plane wave 11
  • the plurality of focused spots 32 appearing on the imaging surface of the imaging device 7 coincide with the reference position 31 that is the center position of each divided area, but is incident on each lens. Since the focused spot 32 deviates from the reference position 31 in proportion to the slope of the wavefront, the light wavefront 12 (wavefront that is not a plane wave) as shown in FIG. 3 is incident on the imaging surface of the imaging device 7.
  • the plurality of converging spots 32 appearing and the respective reference positions 31 do not coincide with each other.
  • the positional deviation amount of the condensing spot 32 and the reference position 31 is small, and the positional deviation amount of the condensing spot 32 and the reference position 31 is larger outside the imaging surface.
  • the number of reference positions 31 and condensing spots 32 is as follows. There are 64.
  • the positional deviation amount calculation unit 22 sets the center position of each divided region in advance as the reference position 31, and among the plurality of focused spots 32 and the plurality of reference positions 31 specified by the focused spot specifying unit 21, A process of calculating a positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 where the correspondence is recognized is performed. Although details will be described later, since the positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 is small in the central portion of the image pickup surface of the image pickup device 7, the condensing spot 32 and the reference position 31 having a corresponding relationship are in the same divided region. It can be easily recognized for correspondence.
  • the positional deviation amount calculation unit 22 recognizes the correspondence between the condensing spot 32 and the reference position 31 belonging to the same divided region, and calculates the positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31. .
  • the positional deviation amount calculation unit 22 constitutes a first deviation amount calculation unit.
  • the condensing spot estimation unit 23 performs a process of calculating a part of the wavefront created by the subject 3 from the positional deviation amount calculated by the positional deviation amount calculation unit 22.
  • the misregistration amount calculated by the misregistration amount calculation unit 22 is the misregistration amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 where the correspondence is recognized, and the correspondence is recognized near the center portion of the imaging surface. Therefore, the wavefront calculated by the condensing spot estimation unit 23 is only the wavefront incident on the lens corresponding to the vicinity of the central portion of the imaging surface.
  • the condensing spot estimation unit 23 calculates a part of the wavefront created by the subject 3, it performs an extrapolation process for extending the part of the wavefront outward, and the extended part of the wavefront is applied to the lens array 6.
  • a process of estimating a condensing spot 33 (the condensing spot 33 is described in FIG. 8 but will be described later in detail), which is a light condensing position on the imaging surface when incident, is performed.
  • the condensing spot estimation part 23 comprises the estimation means.
  • the misregistration amount calculation unit 24 has a corresponding relationship with the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23 among the plurality of focused spots 32 specified by the focused spot specifying unit 21. Implement the process to identify. In addition, the positional deviation amount calculation unit 24 calculates a positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 in which the correspondence is recognized among the plurality of identified condensing spots 32 and the plurality of reference positions 31. To implement. The positional deviation amount calculation unit 24 constitutes a second deviation amount calculation unit.
  • the wavefront calculation unit 25 performs a process of calculating the wavefront created by the subject 3 from the positional deviation amounts calculated by the positional deviation amount calculation units 22 and 24.
  • the wavefront calculation unit 25 constitutes a wavefront calculation unit.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents (wavefront measuring method) of the processing device 8 of the wavefront measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the light emitted from the light source 1 is applied to the subject 3 by the illumination optical system 2.
  • the light applied to the subject 3 is transmitted through the subject 3 or reflected by the subject 3, thereby creating a light wavefront 12.
  • the wavefront 12 of the light produced by the subject 3 is guided to the wavefront measuring device by the imaging optical system 4.
  • the wavefront that is the measurement target of the wavefront measuring apparatus is, for example, the wavefront 12 as shown in FIG. 3, but before the wavefront measuring apparatus actually measures the wavefront 12, the reference wavefront as shown in FIG.
  • the reference position 31 on the imaging surface of the imaging device 7 is set so that the plane wave 11 is incident on the wavefront measuring device.
  • the focused spot specifying unit 21 of the processing device 8 controls the variable diaphragm 5 so that the plane wave 11 that is the reference wavefront is incident on the entire surface of the lens array 6.
  • a part of the plane wave 11 is spatially cut by the variable stop 5, and a part of the plane wave 11 is incident on the entire surface of the lens array 6.
  • the lens array 6 is an optical component in which a plurality of lenses are two-dimensionally arranged.
  • the incident light of the plane wave 11 is condensed on the imaging surface of the imaging device 7.
  • the imaging device 7 photoelectrically converts the light collected by the plurality of lenses, and outputs an electrical signal after the photoelectric conversion to the processing device 8 as a signal indicating a condensing spot 32 that is a light condensing position.
  • the imaging surface of the imaging device 7 is virtually divided in a lattice shape according to the arrangement of a plurality of lenses arranged in two dimensions, and each divided region is arranged in two dimensions.
  • the imaging surface of the imaging device 7 is also virtually divided into 64 areas of 8 ⁇ 8. ing.
  • the wavefront of the light incident on the lens array 6 is a plane wave 11
  • the light is incident perpendicularly to the individual lenses constituting the lens array 6, so that the condensing spots 32 are arranged in a lattice array at the center of each lens. Is made.
  • the condensing spot specifying unit 21 When receiving the electric signal from the imaging device 7, the condensing spot specifying unit 21 generates a condensing spot 32, which is a light condensing position of each lens constituting the lens array 6, from the electric signal. Specify on the imaging surface.
  • the positional deviation amount calculating unit 22 determines the center position of each divided region where the condensing spot 32 appears as a reference position. Set as 31. Therefore, in the example of FIG. 2, the positional deviation amount calculation unit 22 sets 64 reference positions 31.
  • the plane wave 11 that is the reference wavefront is incident on the lens array 6 so that the reference position 31 can be set by the positional deviation amount calculation unit 22, but the wavefront 12 as shown in FIG. Will be described when the light enters the lens array 6.
  • the wavefront of light incident on the lens array 6 is a wavefront 12 as shown in FIG. 3
  • the inclination of the wavefront incident on each lens is different.
  • the condensing spot 32 by each lens shifts from the reference position 31 in proportion to the inclination of the incident wavefront 12 and therefore does not coincide with the reference position 31.
  • the positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 is small in the central portion of the imaging surface of the imaging device 7. As a result, the amount of displacement of the reference position 31 increases.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram in which the plane wave 11 and the wavefront 12 are overlapped to compare the case where the plane wave 11 is incident (FIG. 2) and the case where the wavefront 12 is incident (FIG. 3).
  • the plane wave 11 is represented by a solid line
  • the condensing spot 32 coinciding with the reference position 31 is represented by ⁇ .
  • the wavefront 12 is represented by a one-dot chain line
  • the condensing spot 32 is represented by ⁇ .
  • the wavefront measuring apparatus detects the positional deviation amount of the focused spot 32 proportional to the inclination of the wavefront incident on each lens, and reproduces the wavefront from the positional deviation quantity, but has extremely large distortion.
  • the wavefront measuring apparatus is an apparatus capable of associating focused spots even when measuring a wavefront 12 having extremely large distortion.
  • the condensing spot specifying unit 21 of the processing device 8 sets a divided region in the central portion of the imaging surface as a region of interest when the position deviation amount is small, for example, the wavefront 12 as shown in FIG. Step ST1 of 5).
  • the divided area of the central portion of the imaging surface is set as the attention area here. If this is not the case, a divided area having a small positional deviation amount may be set as the attention area.
  • the attention area is a set of divided areas set so that the condensing spot 32 appears. In the example of FIG.
  • the imaging surface is divided into 64 parts, so that the central portion of the imaging surface is obtained. These divided areas are four divided areas. In the first stage, these four divided areas are set as the attention areas.
  • the focused spot specifying unit 21 controls the variable aperture 5 so that the focused spot 32 appears only in the focused area, thereby narrowing the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6. (Step ST2).
  • the condensing spot specifying unit 21 When receiving the electric signal from the imaging device 7, the condensing spot specifying unit 21 generates a condensing spot 32, which is a light condensing position of each lens constituting the lens array 6, from the electric signal. Specify on the imaging surface. That is, the condensing spot specifying unit 21 specifies one or more condensing spots 32 appearing in the region of interest (step ST3).
  • the condensing spot specifying unit 21 specifies one or more condensing spots 32 appearing in the attention area, whether the condensing spots 32 are present in each of the divided areas included in the attention area. Confirm whether or not. As described above, when four divided areas are set as the attention area, it is confirmed whether or not one condensing spot 32 appears in each of the four divided areas.
  • the correspondence between the condensing spot 32 and the reference position 31 is equal to the number of the divided areas included in the attention area. Can be done.
  • the condensing spot specifying unit 21 determines whether or not the number of associations between the condensing spot 32 and the reference position 31 has reached a preset number of associations (for example, 16 or 36). However, if the number of associations set in advance has not yet been reached (in the case of No in step ST4), the divided region for one row above and below the region of interest and one column on the left and right of the region of interest The range of the attention area is expanded by adding the divided area to the attention area (step ST5).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of setting the attention area. In the example of FIG. 7, 16 divided areas are set as attention areas by adding a divided area for one row above and below and a divided area for one column on the left and right to the four divided areas at the center. Yes.
  • the condensing spot specifying unit 21 controls the variable aperture 5 so that the condensing spot 32 appears only in the attention area when the area of the attention area is enlarged, and the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6 is controlled.
  • a process of expanding from the previous time is performed (step ST2).
  • the wavefront 12 whose range is expanded by the variable aperture 5 is incident on the lens array 6, the light of the wavefront 12 on which the individual lenses constituting the lens array 6 are incident on the imaging surface of the imaging device 7.
  • the imaging device 7 photoelectrically converts the light collected by the plurality of lenses, and outputs an electrical signal after the photoelectric conversion to the processing device 8 as a signal indicating a condensing spot 32 that is a light condensing position.
  • the condensing spot specifying unit 21 When receiving the electric signal from the imaging device 7, the condensing spot specifying unit 21 generates a condensing spot 32, which is a light condensing position of each lens constituting the lens array 6, from the electric signal. Specify on the imaging surface. That is, the condensing spot specifying unit 21 specifies one or more condensing spots 32 appearing in the region of interest with an expanded range (step ST3).
  • the condensing spot specifying unit 21 specifies one or more condensing spots 32 appearing in the region of interest whose range has been expanded, the condensing spots 32 are included in each divided region included in the region of interest. Check if it exists. As described above, when 16 divided areas are set as the attention area, it is confirmed whether or not one condensed spot 32 appears in each of the 16 divided areas. When the condensing spot 32 exists in each of the divided areas included in the attention area, the condensing spot specifying unit 21 is capable of associating the condensing spot 32 with the reference position 31 (the attention area concerned).
  • step ST4 It is determined whether or not the number of division areas included in the area has reached a preset number of associations (for example, 16 or 36, etc.) (step ST4), and the correspondence that is still set in advance If the number has not been reached (No in step ST4), the range of the region of interest is further expanded by adding the upper and lower divided regions and the left and right divided regions (step ST5). The processing of ST2 to ST4 is repeated.
  • a preset number of associations for example, 16 or 36, etc.
  • the condensing spot 32 exists in each divided region included in the attention region. If there is a situation where no focused spot 32 exists in the plurality of divided areas included in the attention area, the focused spot 32 and the reference position 31 are associated with each other. In order to make the possible number reach the preset number of associations, the setting of the attention area and the method of expanding the attention area are changed, and the processes of steps ST1 to ST5 are performed again from the beginning. As a method of enlarging the region of interest, instead of adding the upper and lower row divided regions and the left and right column divided regions simultaneously, for example, only the upper and lower row divided regions or the left and right column divided regions only It can be changed to add.
  • the positional deviation amount calculation unit 22 specifies the condensing spot when the number of correspondence between the condensing spot 32 and the reference position 31 has reached the preset number of associations (Yes in step ST4). For each of the divided regions included in the region of interest whose range has been expanded by the unit 21, the condensing spot 32 and the reference position 31 belonging to each other are associated with each other, and the amount of positional deviation between the condensing spot 32 and the reference position 31 Is calculated (step ST6). For example, when this attention area includes 16 divided areas, the amount of misalignment between the 16 focused spots 32 and the reference position 31 is calculated.
  • the positional deviation amount calculation unit 22 calculates the positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 where the correspondence is recognized
  • the condensed spot estimation unit 23 is created by the subject 3 from the positional deviation amount.
  • a part of the wavefront 12 is calculated. Since the process of calculating the wavefront 12 from the amount of positional deviation between the condensing spot 32 and the reference position 31 where a correspondence relationship is recognized is a known technique, detailed description thereof is omitted.
  • the relationship between the focused spot and the wavefront is disclosed, for example, in Non-Patent Document 1 below, and this Non-Patent Document 1 shows an example in which the wavefront is developed with a Zernike polynomial.
  • Non-Patent Document 1 National Astronomical Observatory of Japan Vol 2. No. 2 p431-446 (1994)
  • the misregistration amount calculated by the misregistration amount calculation unit 22 is the misregistration amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 where the correspondence is recognized, and the correspondence is recognized near the center portion of the imaging surface. Therefore, the wavefront calculated by the condensing spot estimation unit 23 is a range of the wavefront incident on the lens corresponding to the vicinity of the central portion of the imaging surface (with the variable aperture 5 so that the condensing spot 32 appears only in the region of interest). Is the only wavefront).
  • the focused spot estimation unit 23 calculates a part of the wavefront 12 created by the subject 3, the focused spot estimation unit 23 performs an extrapolation process of extending the part to the outside (step ST7).
  • the extrapolation process for extending a part of the wavefront 12 is a known technique, and thus a detailed description thereof is omitted.
  • the wavefront 12 when the wavefront 12 is expanded with a Zernike polynomial, the wavefront can be obtained by obtaining the coefficient of the Zernike polynomial. Since 12 continuous changes are known, the wavefront 12 can be stretched.
  • the condensing spot estimation unit 23 When the condensing spot estimation unit 23 performs an extrapolation process for extending the wavefront 12, the condensing spot is a light condensing position on the imaging surface when the extended portion of the wavefront 12 is incident on the lens array 6.
  • the spot 33 is estimated (step ST8). Since the process itself for estimating the focused spot 33 is a known technique, a detailed description thereof will be omitted. However, the process for calculating the wavefront 12 from the amount of positional deviation between the focused spot 32 and the reference position 31 and the focused spot from the wavefront.
  • This process is the reverse of the process of calculating the spot 33, and since the arrangement interval of the plurality of lenses constituting the lens array 6 is known and the waveform of the stretched portion of the wavefront 12 is known, the wavefront 12 It can be seen from which lens the stretched portion is incident on which lens. Therefore, the condensing spot 33 when the extended portion of the wavefront 12 is incident on the lens array 6 can be estimated.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23.
  • the condensing spot 33 appears outside the region of interest. This condensing spot 33 is indicated by ⁇ .
  • the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimation part 23 was calculated
  • the condensing spot specifying unit 21 estimates the condensing spot 33 that appears outside the region of interest
  • the condensing spot estimating unit 23 causes the condensing spot 32 corresponding to the estimated condensing spot 33 to actually appear.
  • the variable diaphragm 5 is controlled to perform processing for expanding the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6.
  • the wavefront 12 whose range is expanded by the variable aperture 5 is incident on the lens array 6, the light of the wavefront 12 on which the individual lenses constituting the lens array 6 are incident is condensed on the imaging surface of the imaging device 7. To do.
  • the imaging device 7 photoelectrically converts the light collected by the plurality of lenses, and outputs an electrical signal after the photoelectric conversion to the processing device 8 as a signal indicating a condensing spot 32 that is a light condensing position.
  • the condensing spot specifying unit 21 When receiving the electric signal from the imaging device 7, the condensing spot specifying unit 21 generates a condensing spot 32, which is a light condensing position of each lens constituting the lens array 6, from the electric signal. Specify on the imaging surface.
  • the positional deviation amount calculating unit 24 includes the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimating unit 23 among the plurality of condensing spots 32.
  • a focused spot 32 having a correspondence relationship is specified (step ST9).
  • the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimator 23 is only an estimation result, and thus there is a slight deviation from the actual condensing spot 32, but there is no significant deviation and almost overlaps.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23 and the focused spot 32 specified by the focused spot specifying unit 21. In FIG.
  • ⁇ is the focused spot 33 estimated by the focused spot estimating unit 23, and ⁇ represents the focused spot 32 specified by the focused spot specifying unit 21.
  • the focused spot 33 and the focused spot 32 substantially overlap, the focused spot whose deviation from the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23 is equal to or less than a preset threshold value.
  • the misregistration amount calculation unit 24 identifies the condensing spot 32 having a correspondence relationship with the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimation unit 23, the plurality of condensing spots 32 and the plurality of reference positions 31 identified.
  • the amount of positional deviation between the condensing spot 32 and the reference position 31 where the correspondence is recognized is calculated (step ST10).
  • the reference position 31 corresponding to the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23 is known, and the focused spot 33 corresponding to the focused spot 32 is also known. Therefore, the reference position 31 corresponding to the focused spot 32 is known.
  • the positional deviation amount calculation unit 24 has a correspondence relationship with the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23 among the plurality of focused spots 32 specified by the focused spot specifying unit 21.
  • a condensing spot 32 is specified, and a positional deviation amount between the condensing spot 32 and the reference position 31 where a correspondence relationship is recognized among the plurality of the specified condensing spots 32 and the plurality of reference positions 31 is calculated.
  • the positional deviation amount calculating unit 24 uses the focused spot 33 estimated by the focused spot estimating unit 23.
  • the process of identifying the condensing spot 32 having a corresponding relationship is performed, and the plurality of condensing spots 33 and the plurality of reference positions 31 estimated by the condensing spot estimation unit 23 are It may be calculated the amount of positional deviation between focused spots 33 which relationship is observed and the reference position 31. In this case, the processing time and processing load required for the positional deviation amount calculation processing can be greatly reduced.
  • the wavefront calculation unit 25 calculates the positional deviation amount (the positional deviation amount near the center position of the imaging surface) calculated by the positional deviation amount calculation unit 22 and the positional deviation amount.
  • the wavefront 12 created by the subject 3 is calculated from the positional shift amount calculated by the calculation unit 24 (the positional shift amount outside the vicinity of the center position of the imaging surface) (step ST11).
  • the calculation process of the wavefront 12 from the amount of positional deviation between the condensing spot 32 and the reference position 31 in which the correspondence is recognized is a known technique, and thus detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the wavefront 12 calculated by the wavefront calculating unit 25.
  • an alternate long and short dash line represents a wavefront extrapolated outside the region of interest.
  • the wavefront 12 of the light produced by the subject 3 spreads concentrically.
  • the distortion of the wavefront of the light produced by the subject 3 is not uniform, and FIG. As shown, the wavefront may have peaks and valleys.
  • the wavefront of the light produced by the subject 3 is a waveform having peaks and valleys, the arrangement of the converging spots 32 becomes wider or narrower.
  • the range of the wavefront on which the variable aperture 5 is incident is narrowed, it appears that the interval between the focused spots 32 monotonously increases from top to bottom in the figure.
  • the next focused spot when the next focused spot is extrapolated from the arrangement of the focused spots 32, it is predicted that the distance between the focused spots 32 is monotonously increased. An error occurs in the estimation of.
  • the next focused spot is not extrapolated from the array of the focused spots 32, but the waveform is temporarily calculated based on the positional deviation amount between the identified focused spot 32 and the reference position 31. Since the partial part is calculated, the wavefront waveform can be recognized. For this reason, even if the wavefront has a peak and a valley, if the wavefront waveform changes continuously, the next focused spot 33 starts from the portion extending the wavefront outward. Can be estimated with high accuracy. Therefore, in the first embodiment, the wavefront 12 can be calculated with high accuracy even if the wavefront 12 of light produced by the subject 3 has a peak and a valley.
  • the wavefront of the wavefront is calculated.
  • An extrapolation process for extending a part of the light to the outside is performed, and a condensing spot 33 that is a light condensing position on the imaging surface when the extended part of the wave front is incident on the lens array 6 is estimated.
  • the condensing spot 32 corresponding to the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimating unit 23 is estimated.
  • the wavefront calculation unit 25 is configured to calculate the wavefront 12 created by the subject 3 from the positional deviation amounts calculated by the positional deviation amount calculation units 22 and 24, the distortion of the wavefront 12 is extremely large or Even when the wavefront distortion is not uniform, there is an effect that the wavefront 12 of the light produced by the subject 3 can be measured.
  • the positional deviation amount calculation unit 24 has a correspondence relationship with the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23. Without performing the process of specifying the light spot 32, the condensing spot 33 and the reference that have a corresponding relationship among the plurality of condensing spots 33 and the plurality of reference positions 31 estimated by the condensing spot estimation unit 23. When calculating the amount of misalignment between the positions 31, the processing time and processing load required for the misregistration amount calculation process can be greatly reduced.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the variable diaphragm 5 physically restricts the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6. However, as shown in FIG. If the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6 can be limited so that only a certain row appears, the condensing spot 32 and the lens array 6 can be configured without uncertainty if the converging spot 32 is not replaced in the column direction. It is possible to associate the lens with the lens.
  • the range of the wavefront 12 incident on the lens array 6 can be limited so that only one condensing spot 32 appears on the imaging surface (the wavefront 12 is incident on only one lens. In the case where it can be limited, the focusing spot 32 can be associated with the lens without any uncertainty.
  • the variable diaphragm 5 cannot be controlled to limit the range of the incident wavefront 12 as described above due to operational reasons. For example, when it is desired to measure the wavefront 12 at a high speed, it may be difficult to control the variable diaphragm 5 as described above in order to confirm the correspondence because a lot of processing time is required.
  • the focused spot specifying unit 21 instead of physically limiting the range of the wavefront 12 on which the variable diaphragm 5 is incident on the lens array 6, the focused spot specifying unit 21 outputs the electrical signal output from the imaging device 7. From the above, when the condensing spot 32 by the individual lenses constituting the lens array 6 is specified, the electric signal corresponding to the outside of the attention area being set is masked (electricity output from the imaging device 7). Among the signals, electrical signals other than the electrical signal corresponding to the attention area being set are ignored), and only the condensing spot 32 appearing in the attention area is specified.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the focused spot 32 specified by the focused spot specifying unit 21.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the focused spot 33 estimated by the focused spot estimation unit 23. 14 and 15, the hatched area is a mask area outside the attention area being set. For this reason, in the example of FIG.14 and FIG.15, only the 16 condensing spots 32 which have appeared in the attention area are specified.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which the mask region is reduced by expanding the range of the region of interest in order to identify the condensing spot 32 corresponding to the condensing spot 33 estimated by the condensing spot estimation unit 23.
  • FIG. The second embodiment is different from the first embodiment only in that the condensing spot specifying unit 21 controls the mask area instead of controlling the variable diaphragm 5.
  • the wavefront measuring apparatus calculates a partial portion of the wavefront from the calculated amount of displacement, and then performs an extrapolation process for extending the partial portion, and the extended portion of the wavefront is applied to the lens array.
  • Estimating means is provided to estimate the condensing position of multiple lights on the imaging surface when incident, so even if the wavefront distortion is extremely large or the wavefront distortion is not uniform, it can be measured. Suitable for measuring the wavefront of light produced by a subject.

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Abstract

被検体によって作られる光の波面がレンズアレイに入射されることで集光された光を撮像し、前記レンズアレイによる複数の光の集光位置を特定し、前記集光位置と予め設定した複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の第１のずれ量を算出し、前記第１のずれ量から前記波面の一部部分を算出し、前記一部部分を延伸する外挿処理を実施し、前記波面の延伸部分が前記レンズアレイに入射された場合の前記撮像面上での複数の光の集光位置を推定し、推定された複数の集光位置と前記基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の第２のずれ量を算出し、前記第１及び第２のずれ量から波面を算出する。

Description

波面計測装置及び波面計測方法
　この発明は、被検体によって作られる光の波面を計測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。
　例えば、レンズ等の光学部品や人間の瞳などは、媒質中を光が透過する。また、鏡などの光学部品は、光が反射する。
　このように、媒質中の光の透過や光の反射によって、光の位相分布は変化する。光は電磁波であるため、この位相の空間分布は波面として理解される。
　この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。
　ここで、シャック・ハルトマン方式の波面センサは、小さなレンズが配列されたレンズアレイと撮像装置から構成される。
　空間を伝播してきた波面は、レンズアレイを構成している個々のレンズによって、撮像装置の撮像面上に光が集光される。
　集光された光は撮像装置によって光電変換され、光の集光位置である集光スポットを示す信号として、光電変換後の電気信号が読み出される。
　この集光スポットの空間分布は、レンズアレイに入射された局所的な波面の傾きと相関があるため、集光スポットの空間分布から、レンズアレイに入射された波面を求めることができる。
　しかしながら、波面の傾きが大きい場合、集光スポットの偏差が大きくなる。このため、波面の歪が大きい場合、レンズアレイを構成する個々のレンズと集光スポットの対応関係が分からなくなり、集光スポットの空間分布から、レンズアレイに入射された波面を求めることができなくなることがある。
　以下の特許文献１では、レンズアレイを構成する個々のレンズによって集光される集光スポットが、複数のレンズの配列に応じて並ぶ（複数のレンズが２次元配列されていれば、複数の集光スポットは格子状に並ぶ）ことを利用し、複数の集光スポットにおける二次元座標の配列と閾値を用いて、レンズアレイを構成する個々のレンズと集光スポットの対応関係を決定する方法が開示されている。
　また、以下の特許文献１では、比較的歪の小さな注目領域（撮像装置の撮像面の中で、中心位置付近の領域）に現れている格子配列的な集光スポットを注目領域の外側へ曲線近似で外挿することで、注目領域の外側の集光スポットの配列を推定する方法が開示されている。
特開２０１０－２６１８１０号公報（段落番号［０００６］）
　従来の波面計測装置は以上のように構成されているので、波面の歪が多少大きい場合でも、複数の集光スポットにおける二次元座標の配列と閾値を用いれば、個々のレンズと集光スポットの対応関係を決定することができる。しかし、波面の歪が極度に大きくなると、格子状の配列から集光スポットの並びが大きくずれてしまうため、複数の集光スポットにおける二次元座標の配列と閾値を用いても、個々のレンズと集光スポットの対応関係を決定することができなくなる。その結果、被検体によって作られる光の波面を計測することができなくなってしまうという課題があった。
　また、比較的歪の小さな注目領域の格子配列的な集光スポットを注目領域の外側へ曲線近似で外挿することで、注目領域の外側の集光スポットの配列を推定する場合、注目領域の外側の歪が大きくても、注目領域の外側の集光スポットの配列を推定することができる。しかし、波面の歪が一様でないために、注目領域に対応する部分の波面の歪と、注目領域の外側に対応する部分の波面の歪とが異なるような場合には、注目領域の外側の集光スポットの配列を推定することができないため、個々のレンズと集光スポットの対応関係を決定することができなくなる。その結果、被検体によって作られる光の波面を計測することができなくなってしまう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、波面の歪が極度に大きい場合や波面の歪が一様でない場合でも、被検体によって作られる光の波面を計測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、被検体によって作られる光の波面が入射されるレンズアレイと、レンズアレイにより集光された複数の光を撮像する撮像手段と、レンズアレイによる複数の光の集光位置を撮像手段の撮像面上で特定する位置特定手段と、位置特定手段により特定された複数の集光位置と予め設定した複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第１のずれ量算出手段と、第１のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から前記波面の一部部分を算出してから、その一部部分を延伸する外挿処理を実施し、その波面の延伸部分がレンズアレイに入射された場合の撮像面上での複数の光の集光位置を推定する推定手段と、推定手段により推定された複数の集光位置と複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第２のずれ量算出手段とを設け、波面算出手段が、第１及び第２のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から被検体によって作られる波面を算出するようにしたものである。
　この発明によれば、第１のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から波面の一部部分を算出してから、その一部部分を延伸する外挿処理を実施し、その波面の延伸部分がレンズアレイに入射された場合の撮像面上での複数の光の集光位置を推定する推定手段と、推定手段により推定された複数の集光位置と複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第２のずれ量算出手段とを設け、波面算出手段が、第１及び第２のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から被検体によって作られる波面を算出するように構成したので、波面の歪が極度に大きい場合や波面の歪が一様でない場合でも、被検体によって作られる光の波面を計測することができる効果がある。
この発明の実施の形態１による波面計測装置を示す構成図である。 図１の波面計測装置を構成する可変絞り５、レンズアレイ６及び撮像装置７内を進んでいる光と、撮像装置７の撮像面とを示す説明図である。 図１の波面計測装置を構成する可変絞り５、レンズアレイ６及び撮像装置７内を進んでいる光と、撮像装置７の撮像面とを示す説明図である。 この発明の実施の形態１による波面計測装置の処理装置８を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による波面計測装置の処理装置８の処理内容（波面計測方法）を示すフローチャートである。 平面波１１が入射された場合（図２）と波面１２が入射された場合（図３）を比較するために、平面波１１と波面１２を重ねて描いている説明図である。 注目領域の設定例を示す説明図である。 集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３の一例を示す説明図である。 集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と、集光スポット特定部２１により特定された集光スポット３２との関係を示す説明図である。 波面算出部２５により算出された波面１２を示す説明図である。 被検体３によって作られる光の波面が山と谷を有するような波形である例を示す説明図である。 撮像面上に現れる複数の集光スポット３２が、１つの行に制限されている例を示す説明図である。 撮像面上に現れる複数の集光スポット３２が、１つに制限されている例を示す説明図である。 集光スポット特定部２１により特定される集光スポット３２を示す説明図である。 集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３を示す説明図である。 集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定するために、注目領域の範囲を広げてマスク領域を小さくしている様子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．
　被検体によって作られる光の波面は、被検体の表面形状の情報を含んでいるため、この実施の形態１の波面計測装置が、被検体によって作られる光の波面（光の位相の空間分布）を計測することで、被検体の表面形状を測定することができる。
　この波面計測装置の計測対象である光の波面は、被検体自体が発光しているものであってもよいし、或る光源から放射されたのち、被検体を透過あるいは被検体に反射されたものであってもよい。
　この実施の形態１では、別の光源から放射されたのち、被検体を透過した光の波面、あるいは、被検体に反射された光の波面が波面計測装置に入射される例を説明する。
　図１はこの発明の実施の形態１による波面計測装置を示す構成図である。
　図２及び図３は図１の波面計測装置を構成する可変絞り５、レンズアレイ６及び撮像装置７内を進んでいる光と、撮像装置７の撮像面とを示す説明図である。
　ただし、図２では、波面計測装置に入射される光の波面が基準波面（平面波１１）であり、図３では、被検体３によって作られた光の波面１２である例を示している。
　図１から図３において、光源１は電磁波である光を放射する。
　照明光学系２は光源１から放射された光を被検体３に当てる例えば反射ミラーなどの光学部品である。
　結像光学系４は被検体３を透過又は被検体３に反射されることで作られた光の波面１２を波面計測装置に導くための光学部品である。被検体３によって作られた光の波面１２を、そのまま波面計測装置に導くことができる場合には、結像光学系４は不要である。
　可変絞り５は処理装置８の制御の下で、レンズアレイ６に入射される光の波面１２を制限する光絞り機構である。
　レンズアレイ６は複数のレンズが２次元に配列されている光学部品であり、被検体３によって作られる光の波面１２が入射されると、レンズアレイ６を構成する個々のレンズが入射された光を集光する。
　図２（ａ）及び図３（ａ）では、側面視（光の進む方向と垂直方向から見ている）であるため、レンズアレイ６を構成している複数のレンズが上下に一次元で配列されているように図示されているが、実際には、２次元で配列されている。
　撮像装置７は例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等に代表されるイメージセンサであり、複数のレンズにより集光された光を撮像する装置である。なお、撮像装置７は撮像手段を構成している。
　図２（ｂ）及び図３（ｂ）は撮像装置７の撮像面を示しており、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は正面視（光の進む方向（紙面の手前から奥に光が進む向き）に見ている）である。
　また、撮像装置７の撮像面は、２次元に配列されている複数のレンズの配列に応じて格子状に仮想的に分割されている。
　したがって、各々の分割領域は２次元に配列されている複数のレンズと１対１で対応している。
　なお、レンズアレイ６と撮像装置７は一般的に正対しており、レンズアレイ６を構成している個々のレンズの光軸は、撮像装置７の法線と平行である。
　図１の例では、可変絞り５がレンズアレイ６の手前に配置されているが、レンズアレイ６と撮像装置７の間に配置されていてもよい。
　処理装置８は例えばＰＣなどの計算装置、あるいは、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）のようなプログラム基板で構成されており、被検体３によって作られる波面を算出する処理を実施する。
　図１には、読み出し回路やメモリ（記録部）等を具体的に記述していないが、波面計測装置が読み出し回路やメモリなどを実装しているものであってもよい。
　図４はこの発明の実施の形態１による波面計測装置の処理装置８を示す構成図である。
　図４において、集光スポット特定部２１はレンズアレイ６を構成している個々のレンズによる光の集光位置である集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定する処理を実施する。なお、集光スポット特定部２１は位置特定手段を構成している。
　図２の例のように、波面計測装置に入射される光の波面が平面波１１である場合、個々のレンズに入射された波面の傾きは一致しているため、個々のレンズによる集光スポット３２は、対応関係がある分割領域の中心に現れる。
　したがって、図２の例では、撮像装置７の撮像面上に現れる複数の集光スポット３２と、各々の分割領域の中心位置である基準位置３１とは一致しているが、個々のレンズに入射された波面の傾きに比例して集光スポット３２は基準位置３１からずれるため、図３のような光の波面１２（平面波ではない波面）が入射されると、撮像装置７の撮像面上に現れる複数の集光スポット３２と、各々の基準位置３１とは一致しなくなる。
　なお、撮像装置７の撮像面の中心部分では、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量は小さく、撮像面の外側ほど、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量が大きくなる。
　図２（ｂ）及び図３（ｂ）の例では、撮像装置７の撮像面が６４個（＝８×８）の領域に分割されているので、基準位置３１及び集光スポット３２の数は６４個である。
　位置ずれ量算出部２２は予め各々の分割領域の中心位置を基準位置３１として設定し、集光スポット特定部２１により特定された複数の集光スポット３２と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する処理を実施する。
　詳細は後述するが、撮像装置７の撮像面の中心部分では、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量が小さいため、対応関係がある集光スポット３２と基準位置３１は同じ分割領域に属しており、容易に対応関係を認定することができる。しかし、撮像面の中心部分より外側では、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量が大きいため、対応関係がある集光スポット３２と基準位置３１は異なる分割領域に属しており、容易に対応関係を認定することができない。
　したがって、位置ずれ量算出部２２では、同じ分割領域に属している集光スポット３２と基準位置３１の対応関係を認定して、その集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する。なお、位置ずれ量算出部２２は第１のずれ量算出手段を構成している。
　集光スポット推定部２３は位置ずれ量算出部２２により算出された位置ずれ量から被検体３によって作られる波面の一部部分を算出する処理を実施する。位置ずれ量算出部２２により算出された位置ずれ量は、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量であり、対応関係が認められるのは撮像面の中心部分付近であるため、集光スポット推定部２３により算出される波面は、撮像面の中心部分付近に対応するレンズに入射される波面だけである。
　集光スポット推定部２３は被検体３によって作られる波面の一部部分を算出すると、その波面の一部部分を外側に延伸する外挿処理を実施し、その波面の延伸部分がレンズアレイ６に入射された場合の撮像面上での光の集光位置である集光スポット３３（集光スポット３３は図８に記述しているが、詳細は後述する）を推定する処理を実施する。なお、集光スポット推定部２３は推定手段を構成している。
　位置ずれ量算出部２４は集光スポット特定部２１により特定された複数の集光スポット３２の中で、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定する処理を実施する。
　また、位置ずれ量算出部２４は特定した複数の集光スポット３２と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する処理を実施する。なお、位置ずれ量算出部２４は第２のずれ量算出手段を構成している。
　波面算出部２５は位置ずれ量算出部２２，２４により算出された位置ずれ量から被検体３によって作られる波面を算出する処理を実施する。なお、波面算出部２５は波面算出手段を構成している。
　図５はこの発明の実施の形態１による波面計測装置の処理装置８の処理内容（波面計測方法）を示すフローチャートである。
　次に動作について説明する。
　光源１から放射された光は、照明光学系２によって被検体３に当てられる。
　被検体３に当てられた光は被検体３を透過、あるいは、被検体３に反射されることで光の波面１２が作られる。
　被検体３によって作られた光の波面１２は、結像光学系４によって波面計測装置に導かれる。
　ここで、波面計測装置の計測対象である波面は、例えば、図３に示すような波面１２であるが、波面計測装置が実際に波面１２を計測する前に、図２に示すような基準波面である平面波１１が波面計測装置に入射されるようにして、撮像装置７の撮像面上での基準位置３１を設定する。
　以下、基準位置３１の設定処理について説明する。
　まず、処理装置８の集光スポット特定部２１は、図２に示すように、レンズアレイ６の全面に基準波面である平面波１１が入射されるように可変絞り５を制御する。
　図２の例では、可変絞り５によって平面波１１の一部が空間的に切り取られ、その平面波１１の一部がレンズアレイ６の全面に入射されている。
　レンズアレイ６は、複数のレンズが２次元に配列されている光学部品であり、基準波面である平面波１１が入射されると、図２に示すように、レンズアレイ６を構成する個々のレンズが入射された平面波１１の光を撮像装置７の撮像面上に集光する。
　撮像装置７は、複数のレンズにより集光された光を光電変換し、光の集光位置である集光スポット３２を示す信号として、光電変換後の電気信号を処理装置８に出力する。
　撮像装置７の撮像面は、上述したように、２次元に配列されている複数のレンズの配列に応じて格子状に仮想的に分割されており、各々の分割領域は、２次元に配列されている複数のレンズと１対１で対応している。
　図２の例では、６４個のレンズが縦８×横８で２次元に配列されているので、撮像装置７の撮像面も、縦８×横８で６４個の領域に仮想的に分割されている。
　レンズアレイ６に入射される光の波面が平面波１１である場合、レンズアレイ６を構成する個々のレンズに対して垂直に入射されるため、個々のレンズの中心に格子配列状に集光スポット３２が作られる。
　即ち、レンズアレイ６を構成する個々のレンズに垂直に波面が入射される場合、個々のレンズに入射された波面の傾きが一致するため、個々のレンズによる集光スポット３２は、当該レンズと対応関係がある分割領域の中心に現れる。
　集光スポット特定部２１は、撮像装置７から電気信号を受けると、その電気信号からレンズアレイ６を構成している個々のレンズによる光の集光位置である集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定する。
　位置ずれ量算出部２２は、集光スポット特定部２１が、集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定すると、集光スポット３２が現れている各々の分割領域の中心位置を基準位置３１として設定する。
　したがって、図２の例では、位置ずれ量算出部２２が６４個の基準位置３１を設定する。
　ここでは、位置ずれ量算出部２２で基準位置３１を設定することができるように、基準波面である平面波１１がレンズアレイ６に入射されるものを示したが、図３に示すような波面１２がレンズアレイ６に入射される場合について説明する。
　レンズアレイ６に入射される光の波面が、図３に示すような波面１２である場合、個々のレンズに入射された波面の傾きが異なる。
　個々のレンズによる集光スポット３２は、入射された波面１２の傾きに比例して、基準位置３１からずれるため、基準位置３１と一致しなくなる。
　ただし、図３に示すような波面１２である場合、撮像装置７の撮像面の中心部分では、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量は小さく、撮像面の外側ほど、集光スポット３２と基準位置３１の位置ずれ量が大きくなる。
　ここで、図６は平面波１１が入射された場合（図２）と波面１２が入射された場合（図３）を比較するために、平面波１１と波面１２を重ねて描いている説明図である。
　図６では、平面波１１は実線で表し、基準位置３１と一致する集光スポット３２を●で表記している。一方、波面１２は一点鎖線で表し、集光スポット３２を〇で表記している。
　波面計測装置は、個々のレンズに入射された波面の傾きに比例する集光スポット３２の位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量から波面を再生するものであるが、極度に大きな歪を持つ波面１２を計測する場合、この位置ずれ量が大きくなるため、集光スポット３２の並びが格子状の配列から大きくずれて、集光スポットの対応付けが困難になる。
　即ち、基準位置３１と一致する集光スポット●と、基準位置３１とずれている集光スポット〇とが同じ分割領域に属していれば、容易に集光スポットの対応付けを行うことができるが、位置ずれ量が大きいために、集光スポット〇が当該分割領域から逸脱して、他の分割領域（左右の分割領域や、上下の分割領域）にはみ出している場合、容易に集光スポットの対応付けを行うことができない。
　この実施の形態１の波面計測装置は、極度に大きな歪を持つ波面１２を計測する場合でも、集光スポットの対応付けを行うことができる装置である。
　まず、処理装置８の集光スポット特定部２１は、位置ずれ量が小さい部分、例えば図３に示すような波面１２である場合、撮像面の中心部分の分割領域を注目領域に設定する（図５のステップＳＴ１）。なお、一般に撮像面の中心部分は位置ずれ量が小さく、撮像面の外側ほど位置ずれ量が大きくなることが多いため、ここでは撮像面の中心部分の分割領域を注目領域に設定しているが、必ずしもそうでない場合には位置ずれ量が小さい部分の分割領域を注目領域に設定すればよい。
　ここで、注目領域は、集光スポット３２が現れるように設定される分割領域の集合であり、図３（ｂ）の例では撮像面が６４個に分割されているため、撮像面の中心部分の分割領域は４個の分割領域であり、最初の段階では、この４個の分割領域が注目領域に設定される。
　集光スポット特定部２１は、注目領域を設定すると、その注目領域だけに集光スポット３２が現れるように、可変絞り５を制御して、レンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を狭める処理を行う（ステップＳＴ２）。
　レンズアレイ６は、可変絞り５によって範囲が狭められた波面１２が入射されると、レンズアレイ６を構成する個々のレンズが入射された波面１２の光を撮像装置７の撮像面上に集光する。
　撮像装置７は、複数のレンズにより集光された光を光電変換し、光の集光位置である集光スポット３２を示す信号として、光電変換後の電気信号を処理装置８に出力する。
　集光スポット特定部２１は、撮像装置７から電気信号を受けると、その電気信号からレンズアレイ６を構成している個々のレンズによる光の集光位置である集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定する。
　即ち、集光スポット特定部２１は、注目領域に現れている１以上の集光スポット３２を特定する（ステップＳＴ３）。
　集光スポット特定部２１は、注目領域に現れている１以上の集光スポット３２を特定すると、それらの集光スポット３２が、注目領域に含まれている各々の分割領域内に存在しているか否かを確認する。
　上記のように、４個の分割領域が注目領域に設定されている場合、４個の分割領域内に集光スポット３２が１個ずつ現れているか否かを確認する。
　注目領域に含まれている各々の分割領域内に集光スポット３２が存在している場合、当該注目領域に含まれている分割領域の数分だけ、集光スポット３２と基準位置３１の対応付けを行うことが可能である。
　集光スポット特定部２１は、集光スポット３２と基準位置３１の対応付けが可能な数が予め設定された対応付け数（例えば、１６個や３６個など）に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ４）、未だ予め設定された対応付け数に到達していなければ（ステップＳＴ４でＮｏの場合）、当該注目領域の上下１行分の分割領域と、当該注目領域の左右一列分の分割領域とを当該注目領域に加えることで、注目領域の範囲を拡大する（ステップＳＴ５）。
　図７は注目領域の設定例を示す説明図である。図７の例では、中心部分の４個の分割領域に対して、上下１行分の分割領域と左右一列分の分割領域が加えられることで、１６個の分割領域が注目領域に設定されている。
　集光スポット特定部２１は、注目領域の範囲を拡大すると、その注目領域だけに集光スポット３２が現れるように、可変絞り５を制御して、レンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を前回より広げる処理を行う（ステップＳＴ２）。
　レンズアレイ６は、可変絞り５によって範囲が前回より広げられた波面１２が入射されると、レンズアレイ６を構成する個々のレンズが入射された波面１２の光を撮像装置７の撮像面上に集光する。
　撮像装置７は、複数のレンズにより集光された光を光電変換し、光の集光位置である集光スポット３２を示す信号として、光電変換後の電気信号を処理装置８に出力する。
　集光スポット特定部２１は、撮像装置７から電気信号を受けると、その電気信号からレンズアレイ６を構成している個々のレンズによる光の集光位置である集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定する。
　即ち、集光スポット特定部２１は、範囲を広げた注目領域に現れている１以上の集光スポット３２を特定する（ステップＳＴ３）。
　集光スポット特定部２１は、範囲を広げた注目領域に現れている１以上の集光スポット３２を特定すると、それらの集光スポット３２が、注目領域に含まれている各々の分割領域内に存在しているか否かを確認する。
　上記のように、１６個の分割領域が注目領域に設定されている場合、１６個の分割領域内に集光スポット３２が１個ずつ現れているか否かを確認する。
　集光スポット特定部２１は、注目領域に含まれている各々の分割領域内に集光スポット３２が存在している場合、集光スポット３２と基準位置３１の対応付けが可能な数（当該注目領域に含まれている分割領域の数）が予め設定された対応付け数（例えば、１６個や３６個など）に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ４）、未だ予め設定された対応付け数に到達していなければ（ステップＳＴ４でＮｏの場合）、更に上下１行分の分割領域と左右一列分の分割領域を加えることで注目領域の範囲を拡大して（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ２～ＳＴ４の処理が繰り返されるようにする。
　集光スポット３２と基準位置３１の対応付けが可能な数が予め設定された対応付け数に到達する前に、注目領域に含まれている各々の分割領域内に集光スポット３２が存在していない状況が発生した場合（注目領域に含まれている複数の分割領域の中に、集光スポット３２が存在していない分割領域がある場合）、集光スポット３２と基準位置３１の対応付けが可能な数が予め設定された対応付け数に到達するようにするために、注目領域の設定や注目領域を拡大する方法を変えて、最初からステップＳＴ１～ＳＴ５の処理をやり直すようにする。
　注目領域を拡大する方法として、上下１行分の分割領域と左右一列分の分割領域を同時に加えるのではなく、例えば、上下１行分の分割領域だけ、あるいは、左右一列分の分割領域だけを加えるように変更するなどが考えられる。
　位置ずれ量算出部２２は、集光スポット３２と基準位置３１の対応付けが可能な数が予め設定された対応付け数に到達している場合（ステップＳＴ４でＹｅｓの場合）、集光スポット特定部２１により範囲が拡大された注目領域に含まれている分割領域毎に、属している集光スポット３２と基準位置３１を対応付けて、その集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する（ステップＳＴ６）。
　例えば、この注目領域が１６個の分割領域を含んでいる場合、１６個の集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量が算出される。
　集光スポット推定部２３は、位置ずれ量算出部２２が、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出すると、それらの位置ずれ量から被検体３によって作られる波面１２の一部部分を算出する。
　対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量から波面１２を算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
　なお、集光スポットと波面の関係は、例えば、以下の非特許文献１に開示されており、この非特許文献１には、波面をZernike多項式で展開する例が示されている。
［非特許文献１］　国立天文台報Vol 2. No. 2 p431-446（1994年）
　位置ずれ量算出部２２により算出された位置ずれ量は、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量であり、対応関係が認められるのは撮像面の中心部分付近であるため、集光スポット推定部２３により算出される波面は、撮像面の中心部分付近に対応するレンズに入射される波面（注目領域だけに集光スポット３２が現れるように、可変絞り５によって範囲が絞られている波面）だけである。
　集光スポット推定部２３は、被検体３によって作られる波面１２の一部部分を算出すると、その一部部分を外側に延伸する外挿処理を実施する（ステップＳＴ７）。
　波面１２の一部部分を延伸する外挿処理は公知の技術であるため詳細な説明は省略するが、例えば、波面１２をZernike多項式で展開している場合、Zernike多項式の係数を求めれば、波面１２の連続的な変化が分かるため、波面１２を延伸することができる。
　集光スポット推定部２３は、波面１２を延伸する外挿処理を実施すると、その波面１２の延伸部分がレンズアレイ６に入射された場合の撮像面上での光の集光位置である集光スポット３３を推定する（ステップＳＴ８）。
　集光スポット３３を推定する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略するが、集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量から波面１２を算出する処理と、波面から集光スポット３３を算出する処理とは逆の処理であり、また、レンズアレイ６を構成している複数のレンズの配置間隔が既知で、波面１２の延伸部分の波形が分かっているため、波面１２の延伸部分が、どのレンズに対して、どのような傾きで入射されるかが分かる。したがって、波面１２の延伸部分がレンズアレイ６に入射された場合の集光スポット３３を推定することができる。
　図８は集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３の一例を示す説明図である。図８の例では、注目領域の外側に集光スポット３３が現れている。この集光スポット３３は〇で表記している。
　なお、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３は、あくまでも、外挿処理によって外側に延伸した波面から求めたものであって、実際の集光位置とは異なっているが、複数のレンズの中で、当該集光スポット３３を集光しているレンズは分かるため、当該集光スポット３３と対応する基準位置３１（当該集光スポット３３を集光しているレンズに対応関係がある分割領域の中心位置）も分かる。
　集光スポット特定部２１は、集光スポット推定部２３が注目領域の外側に現れる集光スポット３３を推定すると、その推定した集光スポット３３に対応する集光スポット３２が実際に現れるように、可変絞り５を制御して、レンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を広げる処理を行う。
　レンズアレイ６は、可変絞り５によって範囲が広げられた波面１２が入射されると、レンズアレイ６を構成する個々のレンズが入射された波面１２の光を撮像装置７の撮像面上に集光する。
　撮像装置７は、複数のレンズにより集光された光を光電変換し、光の集光位置である集光スポット３２を示す信号として、光電変換後の電気信号を処理装置８に出力する。
　集光スポット特定部２１は、撮像装置７から電気信号を受けると、その電気信号からレンズアレイ６を構成している個々のレンズによる光の集光位置である集光スポット３２を撮像装置７の撮像面上で特定する。
　位置ずれ量算出部２４は、集光スポット特定部２１が複数の集光スポット３２を特定すると、複数の集光スポット３２の中で、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定する（ステップＳＴ９）。
　集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３は、あくまで推定結果であるため、実際の集光スポット３２と若干のずれがあるが、大きなずれはなく、ほぼ重なっている。
　図９は集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と、集光スポット特定部２１により特定された集光スポット３２との関係を示す説明図である。
　図９において、〇は集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３であり、●は集光スポット特定部２１により特定された集光スポット３２を表している。
　このように、集光スポット３３と集光スポット３２は、ほぼ重なっているため、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３とのずれ量が予め設定された閾値以下の集光スポット３２を見つけることで、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定することができる。
　位置ずれ量算出部２４は、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定すると、その特定した複数の集光スポット３２と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する（ステップＳＴ１０）。
　上述したように、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある基準位置３１は分かっており、また、集光スポット３２と対応関係がある集光スポット３３も分かっているため、その集光スポット３２と対応関係がある基準位置３１は分かる。
　ここでは、位置ずれ量算出部２４が、集光スポット特定部２１により特定された複数の集光スポット３２の中で、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定し、その特定した複数の集光スポット３２と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出するものを示しているが、例えば、集光スポット推定部２３による集光スポット３３の推定精度が高い場合には、位置ずれ量算出部２４が、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定する処理を実施しないで、集光スポット推定部２３により推定された複数の集光スポット３３と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３３と基準位置３１間の位置ずれ量を算出するようにしてもよい。
　この場合、位置ずれ量の算出処理に要する処理時間や処理負荷を大幅に低減することができる。
　波面算出部２５は、位置ずれ量算出部２４が位置ずれ量を算出すると、位置ずれ量算出部２２により算出された位置ずれ量（撮像面の中心位置付近の位置ずれ量）と、位置ずれ量算出部２４により算出された位置ずれ量（撮像面の中心位置付近より外側の位置ずれ量）とから被検体３によって作られる波面１２を算出する（ステップＳＴ１１）。
　上述したように、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量から波面１２を算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
　ここで、図１０は波面算出部２５により算出された波面１２を示す説明図である。
　図１０において、一点鎖線は注目領域の外側に外挿された波面を表している。
　この実施の形態１では、被検体３によって作られる光の波面１２が同心円状に広がっている例を示したが、被検体３によって作られる光の波面の歪が一様ではなく、図１１に示すように、山と谷を有するような波面であってもよい。
　このように、被検体３によって作られる光の波面が、山と谷を有するような波形である場合、集光スポット３２の並びが広がったり狭まったりするようになる。
　このとき、可変絞り５が入射される波面の範囲を狭めると、図中、上から下方向に集光スポット３２の間隔が単調増加しているように見える。この場合、従来例のように、集光スポット３２の並びから次の集光スポットを外挿すると、集光スポット３２の間隔が単調増加していると予測してしまうため、次の集光スポットの推定に誤りが生じる。
　しかし、この実施の形態１では、集光スポット３２の並びから次の集光スポットを外挿するのではなく、特定した集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量から、一旦、波形の一部部分を算出するようにしているので、波面の波形を認識することができる。
　このため、波面が山と谷を有するような波形であっても、波面の波形が連続的に変化しているものであれば、その波面を外側に延伸した部分から、次の集光スポット３３を高精度に推定することができる。
　したがって、この実施の形態１では、被検体３によって作られる光の波面１２が、山と谷を有するような波形であっても高精度に波面１２を算出することができる。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、位置ずれ量算出部２２により算出された位置ずれ量から被検体３によって作られる波面の一部部分を算出してから、その波面の一部部分を外側に延伸する外挿処理を実施し、その波面の延伸部分がレンズアレイ６に入射された場合の撮像面上での光の集光位置である集光スポット３３を推定する集光スポット推定部２３と、集光スポット特定部２１により特定された複数の集光スポット３２の中で、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定し、その特定した複数の集光スポット３２と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３２と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部２４とを設け、波面算出部２５が位置ずれ量算出部２２，２４により算出された位置ずれ量から被検体３によって作られる波面１２を算出するように構成したので、波面１２の歪が極度に大きい場合や波面の歪が一様でない場合でも、被検体３によって作られる光の波面１２を計測することができる効果を奏する。
　また、集光スポット推定部２３による集光スポット３３の推定精度が高い場合には、位置ずれ量算出部２４が、集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定する処理を実施しないで、集光スポット推定部２３により推定された複数の集光スポット３３と複数の基準位置３１との中で、対応関係が認められる集光スポット３３と基準位置３１間の位置ずれ量を算出する場合、位置ずれ量の算出処理に要する処理時間や処理負荷を大幅に低減することができる効果を奏する。
実施の形態２．
　上記実施の形態１では、可変絞り５がレンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を物理的に制限するものを示したが、図１２に示すように、集光スポット３２が撮像面上の或る行だけ現れるように、レンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を制限できる場合、列方向で集光スポット３２の入れ替わりがなければ、不確かさなく集光スポット３２とレンズアレイ６を構成しているレンズとの対応付けを行うことができる。
　さらに、図１３に示すように、集光スポット３２が撮像面上に１つだけ現れるように、レンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を制限できる場合（１つのレンズだけに波面１２が入射されるように制限できる場合）、不確かさなく集光スポット３２と当該レンズとの対応付けを行うことができる。
　しかし、運用の都合で、上記のように、入射される波面１２の範囲を制限するための可変絞り５の制御を行うことができない場合もある。例えば、高速に波面１２を計測したい場合などでは、対応付けを確認するために上記のように可変絞り５を制御すると、多くの処理時間を要するので、困難な場合がある。
　そこで、この実施の形態２では、可変絞り５がレンズアレイ６に入射される波面１２の範囲を物理的に制限する代わりに、集光スポット特定部２１が、撮像装置７から出力された電気信号から、レンズアレイ６を構成している個々のレンズによる集光スポット３２を特定する際、設定中の注目領域の外側に対応する電気信号にマスクをかけることで（撮像装置７から出力された電気信号のうち、設定中の注目領域に対応する電気信号以外の電気信号を無視する）、注目領域に現れている集光スポット３２だけを特定するようにする。
　図１４は集光スポット特定部２１により特定される集光スポット３２を示す説明図である。
　また、図１５は集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３を示す説明図である。
　図１４及び図１５において、斜線が施されている領域は、設定中の注目領域の外側にあるマスク領域である。このため、図１４及び図１５の例では、注目領域内に現れている１６個の集光スポット３２だけが特定される。
　図１６は集光スポット推定部２３により推定された集光スポット３３と対応関係がある集光スポット３２を特定するために、注目領域の範囲を広げてマスク領域を小さくしている様子を示す説明図である。
　この実施の形態２では、上記実施の形態１と比べて、集光スポット特定部２１が可変絞り５を制御する代わりに、マスク領域を制御する点だけが相違している。
　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。
　この発明に係る波面計測装置は、算出された位置ずれ量から波面の一部部分を算出してから、その一部部分を延伸する外挿処理を実施し、その波面の延伸部分がレンズアレイに入射された場合の撮像面上での複数の光の集光位置を推定する推定手段を設けたので、波面の歪が極度に大きい場合や波面の歪が一様でない場合でも計測することができ、被検体によって作られる光の波面の計測に適している。
　１　光源、２　照明光学系、３　被検体、４　結像光学系、５　可変絞り、６　レンズアレイ、７　撮像装置（撮像手段）、８　処理装置、１１　平面波、１２　波面、２１　集光スポット特定部（位置特定手段）、２２　位置ずれ量算出部（第１のずれ量算出手段）、２３　集光スポット推定部（推定手段）、２４　位置ずれ量算出部（第２のずれ量算出手段）、２５　波面算出部（波面算出手段）、３１　基準位置、３２　集光スポット、３３　推定された集光スポット。

Claims (4)

  1. 　被検体によって作られる光の波面が入射されるレンズアレイと、
    　前記レンズアレイにより集光された複数の光を撮像する撮像手段と、
    　前記レンズアレイによる複数の光の集光位置を前記撮像手段の撮像面上で特定する位置特定手段と、
    　前記位置特定手段により特定された複数の集光位置と予め設定した複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第１のずれ量算出手段と、
    　前記第１のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から前記波面の一部部分を算出してから、前記一部部分を延伸する外挿処理を実施し、前記波面の延伸部分が前記レンズアレイに入射された場合の前記撮像面上での複数の光の集光位置を推定する推定手段と、
    　前記推定手段により推定された複数の集光位置と前記複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第２のずれ量算出手段と、
    　前記第１及び第２のずれ量算出手段により算出された位置ずれ量から前記被検体によって作られる波面を算出する波面算出手段と
    　を備えた波面計測装置。
  2. 　前記第２のずれ量算出手段は、前記位置特定手段により特定された複数の集光位置の中で、前記推定手段により推定された複数の集光位置と対応関係がある集光位置を特定し、その特定した複数の集光位置と前記複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
  3. 　前記第１のずれ量算出手段は、前記レンズアレイを構成している複数のレンズが２次元に配列されている場合、前記複数のレンズの配列に応じて前記撮像面を格子状に分割し、各々の分割領域の中心位置を前記基準位置として設定することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
  4. 　撮像手段が、被検体によって作られる光の波面がレンズアレイに入射されることで集光された光を撮像する撮像処理ステップと、
    　位置特定手段が、前記レンズアレイによる複数の光の集光位置を前記撮像処理ステップでの撮像面上で特定する位置特定処理ステップと、
    　第１のずれ量算出手段が、前記位置特定処理ステップで特定された複数の集光位置と予め設定した複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第１のずれ量算出処理ステップと、
    　推定手段が、前記第１のずれ量算出処理ステップで算出された位置ずれ量から前記波面の一部部分を算出してから、前記一部部分を延伸する外挿処理を実施し、前記波面の延伸部分が前記レンズアレイに入射された場合の前記撮像面上での複数の光の集光位置を推定する推定処理ステップと、
    　第２のずれ量算出手段が、前記推定処理ステップで推定された複数の集光位置と前記複数の基準位置との中で、対応関係が認められる集光位置と基準位置間の位置ずれ量を算出する第２のずれ量算出処理ステップと、
    　波面算出手段が、前記第１及び第２のずれ量算出処理ステップで算出された位置ずれ量から前記被検体によって作られる波面を算出する波面算出処理ステップと
    　を備えた波面計測方法。
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