JP6524357B1 - 波面センサ、波面計測装置および波面計測方法 - Google Patents

Abstract

走査方向（１１Ａ）に対して複数のマイクロレンズの配列方向が傾斜しているマイクロレンズアレイ（３）を、撮像素子（４）に向かう光束（２Ａ）を横切る方向に移動させて走査する。

Description

本発明は、波面を検出する波面センサに関する。

シャックハルトマン方式の波面センサは、被検光学系を透過した光線または被検光学系で反射された光線を、マイクロレンズアレイによって集光および分割するセンサであり、２次元検出素子における集光スポット画像に基づいて、被検光学系の透過波面収差または被検光学系の反射波面収差を測定する。

ただし、上記波面センサでは、２次元検出素子の画素数を超えた情報を取得することはできないため、波面の平面分解能と傾き分解能とがトレードオフの関係にある。
例えば、マイクロレンズアレイのピッチを細かくして波面の平面分解能を上げるほど、１つのマイクロレンズあたりの画素数が減るため、波面の傾き分解能が低下する。

例えば、特許文献１には、マイクロレンズアレイと２次元検出素子との間に設けられた液晶によって２次元検出素子への光線の照射位置をサブピクセル単位でシフトさせることで、高精度化を図った光学センサが記載されている。

特開２０１０−２３０８３４号公報

特許文献１に記載されるセンサは、液晶の誤差分をリアルタイムに校正できず、波面の平面分解能が改善されないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するものであり、波面の平面分解能を改善できる波面センサを得ることを目的とする。

本発明に係る波面センサは、レンズアレイ、撮像素子および直動機構を備える。レンズアレイは、被検光学系を透過または反射した光束が入射され、複数のレンズを配列して構成されている。撮像素子は、複数のレンズを通過した光束が集光された複数の集光スポットを撮像する。直動機構は、撮像素子に向かう光束を横切る方向にレンズアレイを移動させて走査する。この構成において、複数のレンズの配列方向は、レンズアレイの移動方向に対して傾いていることと、直動機構は、レンズアレイの移動方向に対するレンズの配列方向の傾きに応じた移動量ごとにレンズアレイを移動させて走査することと、直動機構が移動させたレンズアレイの走査位置ごとに、撮像素子が複数の集光スポットを撮像することにより、２次元格子状に等間隔に局所波面の傾斜を計測し、かつ、複数のレンズのうちの互いに異なるレンズを通過した光束を用いて同じ局所波面の傾斜を計測することを特徴とする。

本発明によれば、レンズアレイの移動方向に対して複数のレンズの配列方向が傾斜しているレンズアレイを、撮像素子に向かう光束を横切る方向に移動させて走査することで、波面の平面分解能を改善できる。

この発明の実施の形態１に係る波面計測装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る波面計測方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る波面計測方法の概要を示す説明図である。 マイクロレンズが開口食を受けている場合を示す説明図である。 実施の形態１に係る波面計測装置の変形例の概要を示す説明図である。 実施の形態１に係る波面計測装置の変形例におけるマイクロレンズアレイの走査方向とマイクロレンズの配列方向とがなす角度の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る波面計測装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る波面センサにおけるマイクロレンズアレイの走査機構を示す図である。

以下、本発明をより詳細に説明するため、本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、この発明の実施の形態１に係る波面計測装置の構成を示すブロック図である。図１に示す波面計測装置は、実施の形態１に係る波面センサによって検出された光束２Ａの集光スポット像に基づいて、被検光学系２の波面を計測する。光束２Ａは、光源１から出射されて被検光学系２を透過または反射した光束である。図１において、実施の形態１に係る波面センサは、マイクロレンズアレイ３、撮像素子４および直動機構１１を備えて構成される。実施の形態１に係る波面計測装置は、波面センサの他に、局所波面傾斜演算部２１、波面演算部２２、分解能制御部２３および機器制御部２４を備える。

マイクロレンズアレイ３は、被検光学系２を透過または反射した光束２Ａを分割して撮像素子４に集光させるレンズアレイである。撮像素子４は、光束２Ａの集光スポットを撮像して撮像データを局所波面傾斜演算部２１に出力する。直動機構１１は、マイクロレンズアレイ３を、撮像素子４に向かう光束２Ａを横切る方向に移動させる。例えば、撮像素子４の撮像面に対して垂直な方向が光束２Ａの光軸方向である場合に、直動機構１１は、分解能制御部２３から入力した位置テーブル３２に基づいて、マイクロレンズアレイ３のレンズ面が光束２Ａの光軸に直交する方向に、マイクロレンズアレイ３を移動させて走査する。なお、マイクロレンズアレイ３は、移動方向（走査方向）に対して複数のマイクロレンズの配列方向が傾いている。

局所波面傾斜演算部２１は、撮像素子４によって撮像された複数の集光スポットの撮像データに基づいて、マイクロレンズアレイ３の移動方向の位置ごとに被検光学系２の局所波面の傾斜を演算する第１の演算部である。局所波面傾斜演算部２１によって演算された複数の局所波面傾斜データ３１は、波面演算部２２に出力される。

波面演算部２２は、マイクロレンズアレイ３の移動方向の位置ごとに得られた局所波面傾斜データ３１に基づいて、被検光学系２の波面を演算する第２の演算部である。分解能制御部２３は、波面演算部２２によって演算された波面データに基づいて、位置テーブル３２を作成する。位置テーブル３２は、マイクロレンズアレイ３の移動方向の複数の位置が設定されたデータであり、機器制御部２４に出力される。機器制御部２４は、直動機構１１を制御して、位置テーブル３２に設定された位置ごとにマイクロレンズアレイ３を移動させる。機器制御部２４は、撮像素子４を制御して光束２Ａの集光スポットを撮像させる。

次に動作について説明する。
図２は、実施の形態１に係る波面計測方法を示すフローチャートである。
図２の一連の処理が実行される前段階で、図１に示した被検光学系２には光源１からの光が入射され、被検光学系２を透過または反射した光束２Ａは、マイクロレンズアレイ３に入射されている。直動機構１１は、走査方向に対して複数のマイクロレンズの配列方向が傾いた状態のマイクロレンズアレイ３を、撮像素子４に向かう光束２Ａを横切る方向に走査する（ステップＳＴ１）。

局所波面傾斜演算部２１は、撮像素子４によって撮像された複数の集光スポットの撮像データに基づいて、マイクロレンズアレイ３の走査方向の位置ごとに被検光学系２の局所波面の傾斜を演算する（ステップＳＴ２）。マイクロレンズアレイ３の走査方向の位置ごとの複数の局所波面傾斜データ３１は、波面演算部２２に出力される。

波面演算部２２は、局所波面傾斜演算部２１から、マイクロレンズアレイ３の走査方向の位置ごとの複数の局所波面傾斜データ３１を入力し、これらの局所波面傾斜データ３１を用いて波面を演算する（ステップＳＴ３）。

図３は、実施の形態１に係る波面計測方法の概要を示す説明図である。図３の左側図において、光束２Ａは紙面の表側から裏側に向けて伝播する。マイクロレンズアレイ３は、図３の左側図に示すように、複数のマイクロレンズが２次元正方格子状に配列されて構成されている。マイクロレンズアレイ３は、図１に示した直動機構１１によって、図３の矢印で示す走査方向１１Ａに移動される。走査方向１１Ａは、紙面の表側から裏側に向けて伝播する光束２Ａを横切る方向である。

マイクロレンズアレイ３における複数のマイクロレンズの配列方向は、走査方向１１Ａに対して角度θで傾いている。このように、マイクロレンズアレイ３は、走査方向１１Ａに対して傾いた状態で、直動機構１１によって走査方向１１Ａに移動される。
例えば、傾き角度θが４５°である場合、直動機構１１によってマイクロレンズアレイ３が一定の移動量ごとに移動され、この移動量は、マイクロレンズアレイ３におけるマイクロレンズのピッチサイズｄの１／√２倍である。なお、図３に示す例では、傾き角度θがｔａｎ^−１３であり、直動機構１１によってマイクロレンズアレイ３が一定の移動量ごとに移動され、この移動量は、マイクロレンズアレイ３におけるマイクロレンズのピッチサイズｄの１／√５倍である。

図３の右側図に示す集光スポット配列４１Ａは、マイクロレンズアレイ３が第１の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４１Ｂは、マイクロレンズアレイ３が第１の位置から上記移動量離れた第２の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４１Ｃは、マイクロレンズアレイ３が第１の位置から上記移動量離れた第３の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４１Ｄは、マイクロレンズアレイ３が第１の位置から上記移動量離れた第４の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４１Ｅは、マイクロレンズアレイ３が第１の位置から上記移動量離れた第５の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。

局所波面傾斜演算部２１は、集光スポット配列４１Ａの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４１Ｂの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４１Ｃの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４１Ｄの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４１Ｅの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出する。波面演算部２２は、第１の位置から第５の位置に対応する五組の局所波面傾斜データ３１に基づいて、被検光学系２の波面を演算する。これは、５倍の密度で集光スポット像を得て波面を演算することに相当し、波面の平面分解能を改善することができる。

走査方向１１Ａに対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす角度θをｔａｎθ＝Ｎ（正の自然数、Ｎ＝１，２，３，・・・）とする。これにより、位置テーブル３２には、０，ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２，・・・，Ｎ^２ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２の各々で規定される位置が設定されている。位置テーブル３２に設定された位置ごとにマイクロレンズアレイ３を走査することで、マイクロレンズアレイ３を走査しないときの波面センサの平面分解能に対してＮ^２＋１回の測定でＮ^２＋１倍の密度であり、かつ等間隔に局所波面の傾斜を計測でき、波面の平面分解能が改善される。換言すると、より高次の波面収差成分まで演算可能である。

また、光束２Ａが外れるまでマイクロレンズアレイ３を走査することで、撮像素子４を用いて光束２Ａの光強度分布を直接計測することができる。これにより、被検光学系２の波面の位置合わせを精度よく行えるので、被検光学系２の微細欠陥または透過率の検査に有用である。

さらに、光束２Ａが外れるまでマイクロレンズアレイ３を走査して撮像素子４を用いて光束２Ａの光強度分布を直接計測することで、複数のマイクロレンズにおける照度分布が一様でないことを確認できる。図４は、マイクロレンズが開口食を受けている場合を示す説明図である。図４に示すように、被検光学系２の瞳２Ｂが円形である場合、マイクロレンズアレイ３を光軸から完全に外すと、被検光学系２の瞳２Ｂの内側にだけ光が照射される。図４に示す例では、マイクロレンズアレイ３が有する１６個のマイクロレンズのうち、被検光学系２の瞳２Ｂの内側にある１２個のマイクロレンズは均一に照明される。

図４の右側図に示すように、マイクロレンズによる結像は、均一に照明された１２個のマイクロレンズでほぼ点の集光スポット４２Ａが得られる。一方、被検光学系２の瞳２Ｂからレンズ領域が外れている４つのマイクロレンズには照度に段差があり、段差と垂直な方向に延びた集光スポット４２Ｂが形成される。波面の局所傾斜は、マイクロレンズアレイ３の各々のマイクロレンズによる像の重心演算を用いて計算されるので、像が線状に延びた集光スポット４２Ｂは誤差要因となる。そこで、集光スポット４２Ｂを波面演算から除外する。マイクロレンズアレイ３を移動した位置では均一に照明されるマイクロレンズが異なる。被検光学系２の瞳２Ｂの内側では均一に照明されて、ほぼ点の集光スポット４２Ｃが得られるので波面演算に含め、被検光学系２の瞳２Ｂの一部外側では均一に照明されない集光スポット４２Ｄとなるので波面演算から除外する。このように、マイクロレンズが均一に照明される位置までマイクロレンズアレイ３を動かして波面計測することで、波面計測精度が高まる。

マイクロレンズアレイ３の走査において、走査量ｄ（Ｎ^２＋１）^１／２でＮ＋２番目以降の測定点を追加してもよい。これにより、互いに異なるマイクロレンズを通過した光束を用いて同じ局所波面の傾斜を計測でき、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ間の個体差を検出し、これを校正することが可能である。例えば、波面センサによって計測された被検光学系２の波面の変化の要因には、被検光学系２の波面の経時変化に加えて、波面センサの経時変化も考えられる。そこで、前述したようにマイクロレンズの個体差を検出して校正することで、波面の変化の要因から波面センサの経時変化を切り分けることができる。

機器制御部２４は、直動機構１１を制御して、位置テーブル３２に設定された位置ごとにマイクロレンズアレイ３を移動させ、撮像素子４を制御して、マイクロレンズアレイ３の移動位置（走査位置）ごとに光束２Ａの集光スポットを撮像させる。
また、機器制御部２４は、直動機構１１を制御してマイクロレンズアレイ３を連続的に走査しながら撮像素子４を制御して集光スポットを繰り返し撮像してもよい。このとき、不図示の位置センサが、直動機構１１により連続して走査されたマイクロレンズアレイ３の位置を検出し、検出した位置と撮像素子４によって逐次撮像された撮像データとを対応付ける。局所波面傾斜演算部２１が、この対応付けデータを用いて、位置テーブル３２に設定されていなかった位置に対応する局所波面傾斜データ３１を演算して補間する。波面演算部２２が、このように高密度で計測された局所波面の傾斜に基づいて波面を計測することで、波面計測が高速化される。

なお、前述した位置センサとして、光源１とは異なる第２の光源（不図示）を利用したものであってもよい。例えば、第２の光源から出射された光束は、撮像素子４によって、光源１からの光束とは別に撮像される。第２の光源から出射された光束で直動機構１１の動作をモニタすることで、撮像素子４が、直動機構１１によるマイクロレンズアレイ３の走査量を検出することができる。

次に、実施の形態１に係る波面計測装置の変形例について説明する。
図５は、実施の形態１に係る波面計測装置の変形例の概要を示す説明図である。実施の形態１に係る波面計測装置の変形例が備える波面センサは、図３に示したマイクロレンズアレイ３の代わりに、図５の左側図に示すマイクロレンズアレイ３Ａを備えている。
上記波面センサは、マイクロレンズアレイ３Ａの他、撮像素子４および直動機構１１を備えている。また、実施の形態１に係る波面計測装置は、上記波面センサの他、局所波面傾斜演算部２１、波面演算部２２、分解能制御部２３および機器制御部２４を備える。
なお、図５の左側図において、光束２Ａは、紙面の表側から裏側に向けて伝播する。

マイクロレンズアレイ３Ａは、図３に示したマイクロレンズアレイ３と同様に、被検光学系２を透過または反射した光束２Ａを分割して撮像素子４に集光させるレンズアレイである。ただし、マイクロレンズアレイ３と異なり、マイクロレンズアレイ３Ａは、各々が正六角形の外形を有する複数のマイクロレンズが２次元六角格子状に配列されて構成されている。直動機構１１は、マイクロレンズアレイ３Ａを、撮像素子４に向かう光束２Ａを横切る方向に移動させる。例えば、撮像素子４の撮像面に対して垂直な方向が光束２Ａの光軸方向である場合、直動機構１１は、分解能制御部２３から入力した位置テーブル３２に基づいて、マイクロレンズアレイ３Ａのレンズ面が光束２Ａの光軸に直交する方向に、マイクロレンズアレイ３Ａを移動させて走査する。なお、マイクロレンズアレイ３Ａは、移動方向（走査方向）に対して複数のマイクロレンズの配列方向が傾いている。

次に動作について説明する。
マイクロレンズアレイ３Ａは、直動機構１１によって、図５の左側図の矢印で示す走査方向１１Ａに移動される。走査方向１１Ａは、紙面の表側から裏側に向けて伝播する光束２Ａを横切る方向である。

マイクロレンズアレイ３Ａにおける複数のマイクロレンズの配列方向は、走査方向１１Ａに対して角度θで傾いている。このように、マイクロレンズアレイ３Ａは、走査方向１１Ａに対して傾いた状態で、直動機構１１によって走査方向１１Ａに移動される。
例えば、傾き角度θが３０°であり、直動機構１１によってマイクロレンズアレイ３Ａが一定の移動量ごとに移動され、移動量がマイクロレンズアレイ３Ａにおけるマイクロレンズのピッチサイズｄの１／√３倍である。図５の右側図に示す集光スポット配列４３Ａは、マイクロレンズアレイ３Ａが第１の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４３Ｂは、マイクロレンズアレイ３Ａが第１の位置から上記移動量離れた第２の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。集光スポット配列４３Ｃは、マイクロレンズアレイ３Ａが第１の位置から上記移動量離れた第３の位置に移動したときに、撮像素子４によって撮像された集光スポットの配列である。

局所波面傾斜演算部２１は、集光スポット配列４３Ａの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４３Ｂの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出し、集光スポット配列４３Ｃの撮像データに基づいて局所波面傾斜データ３１を算出する。波面演算部２２は、第１の位置、第２の位置および第３の位置に対応する三組の局所波面傾斜データ３１に基づいて被検光学系２の波面を演算する。これは、３倍の密度で集光スポット像を得て波面を演算することに相当し、波面の平面分解能を改善することができる。

走査方向１１Ａに対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす角度θをｔａｎθ＝（Ｎ／（Ｎ＋２））×√３（Ｎは正の自然数、Ｎ＝１，２，３，・・・）とする。
図６は、実施の形態１に係る波面計測装置の変形例におけるマイクロレンズアレイ３Ａの走査方向とマイクロレンズの配列方向とがなす角度θの関係を示す説明図である。
実施の形態１に係る波面計測装置の変形例における位置テーブル３２には、０，ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２，・・・，（Ｎ^２＋Ｎ）ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２の各々で規定される位置が設定されている。位置テーブル３２に設定された位置ごとにマイクロレンズアレイ３Ａを走査することにより、マイクロレンズアレイ３Ａを走査しないときの波面センサの平面分解能に対してＮ^２＋Ｎ＋１倍の密度でかつ等間隔に局所波面の傾斜を計測でき、波面の平面分解能が改善される。換言すると、より高次の波面収差成分まで演算可能である。

前述したように、実施の形態１に係る波面センサにおいて、走査方向１１Ａに対して複数のマイクロレンズの配列方向が傾斜しているマイクロレンズアレイ３または３Ａを、撮像素子４に向かう光束２Ａを横切る方向に移動させて走査する。これにより、マイクロレンズアレイ３または３Ａの走査位置ごとの撮像データが得られるので、波面の傾き分解能とダイナミックレンジを下げることなく、波面の平面分解能を改善できる。

実施の形態１に係る波面センサにおいて、マイクロレンズアレイ３は、マイクロレンズが２次元正方格子状に配列されて構成され、マイクロレンズアレイ３の走査方向に対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす傾き角度θは、ｔａｎθが１以上の正の自然数Ｎとなる関係を有する。直動機構１１は、マイクロレンズのピッチサイズがｄである場合に、０，ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２，・・・，Ｎ^２ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２のそれぞれで規定される位置にマイクロレンズアレイ３を走査する。これにより、マイクロレンズアレイ３を走査しないときの波面センサの平面分解能に対してＮ^２＋１倍の密度でかつ等間隔な撮像データが得られる。

実施の形態１に係る波面センサにおいて、マイクロレンズアレイ３Ａは、マイクロレンズが２次元六角格子状に配列されて構成され、マイクロレンズアレイ３Ａの移動方向に対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす傾き角度θは、１以上の正の自然数Ｎについてｔａｎθ＝（Ｎ／（Ｎ＋２））×√３となる関係を有する。直動機構１１は、マイクロレンズアレイ３Ａのマイクロレンズのピッチサイズがｄである場合、マイクロレンズアレイ３Ａを、０，ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２，・・・，（Ｎ^２＋Ｎ）ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２のそれぞれで規定される位置に走査する。これにより、マイクロレンズアレイ３Ａを走査しないときの波面センサの平面分解能に対してＮ^２＋Ｎ＋１倍の密度でかつ等間隔な撮像データが得られる。

実施の形態１に係る波面計測装置は、前述した波面センサに加え、局所波面傾斜演算部２１および波面演算部２２を備える。これにより、マイクロレンズアレイ３または３Ａを走査しないときの波面センサよりも、波面の平面分解能が改善された波面計測装置を実現することができる。

実施の形態１に係る波面計測方法では、図２に示した処理が実行されるので、マイクロレンズアレイ３または３Ａを走査しないときの波面センサよりも、波面の平面分解能が改善される。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る波面計測装置の構成を示すブロック図である。図７において図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図７に示す波面計測装置は、実施の形態２に係る波面センサによって検出された光束２Ａの集光スポット像に基づいて、被検光学系２の波面を計測する。実施の形態２に係る波面センサは、マイクロレンズアレイ３、撮像素子４、直動機構１１および回転機構１２を備えている。実施の形態２に係る波面計測装置は、波面センサの他に、局所波面傾斜演算部２１、波面演算部２２、分解能制御部２３Ａおよび機器制御部２４Ａを備える。

回転機構１２は、マイクロレンズアレイ３を回転させる構成要素であり、例えば、回転ステージ、モータ、ゴニオステージおよび傾斜ステージのいずれかを用いて実現される。回転機構１２によってマイクロレンズアレイ３を回転させることで、直動機構１１によるマイクロレンズアレイ３の移動方向に対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす傾き角度θが変更される。

分解能制御部２３Ａは、波面演算部２２によって演算された波面データに基づいて位置角度テーブル３３を作成する。位置角度テーブル３３は、マイクロレンズアレイ３の角度θとこれに対応する移動方向の複数の位置とが設定されたデータである。機器制御部２４Ａは、直動機構１１を制御して、位置角度テーブル３３に設定された位置ごとにマイクロレンズアレイ３を移動させ、回転機構１２を制御して、位置角度テーブル３３に設定された角度θにマイクロレンズアレイ３を回転させる。機器制御部２４Ａは、撮像素子４を制御して光束２Ａの集光スポットを撮像させる。

次に動作について説明する。
図８は、実施の形態２に係る波面センサにおけるマイクロレンズアレイ３の走査機構を示す図である。図７に示した分解能制御部２３Ａは、角度θ＝ｔａｎ^−１Ｎ（正の自然数、Ｎ＝１，２，３，・・・）と、０，ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２，・・・，Ｎ^２ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２のそれぞれで規定される位置とが設定された位置角度テーブル３３を作成する。

機器制御部２４Ａは、回転機構１２を制御して、位置角度テーブル３３に設定された角度θにマイクロレンズアレイ３を回転させ、この状態で、直動機構１１を制御して、位置角度テーブル３３に設定された位置ごとに、マイクロレンズアレイ３を移動させる。このとき、機器制御部２４Ａは、撮像素子４を制御して、マイクロレンズアレイ３の移動位置ごとに光束２Ａの集光スポットを撮像させる。
実施の形態２に係る波面計測装置では、Ｎを大きくするほど波面の平面分解能を高めることができ、Ｎを小さくするほど測定頻度を高めることができる。

前述したように、実施の形態２に係る波面センサは、マイクロレンズアレイ３の移動方向に対して複数のマイクロレンズの配列方向がなす傾き角度θを、マイクロレンズアレイ３を回転させて変更する回転機構１２を備える。角度θを変更することにより、高速だが低い平面分解能の波面計測と低速だが高い平面分解能の波面計測とを変更することが可能である。なお、回転機構１２が、マイクロレンズアレイ３Ａを回転させるように構成してもよい。この構成であっても、上記と同様の効果が得られる。

実施の形態２に係る波面計測装置は、前述した波面センサに加え、局所波面傾斜演算部２１および波面演算部２２を備える。これにより、マイクロレンズアレイ３を走査しないときの波面センサよりも、波面の平面分解能が改善された波面計測装置を実現することができる。

実施の形態２に係る波面計測方法では、マイクロレンズアレイ３を回転させて角度θを変更することによって、高速だが低い平面分解能の波面計測と低速だが高い平面分解能の波面計測とを変更することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係る波面センサは、波面の平面分解能を改善できるので、様々な光学系の波面計測に利用可能である。

１ 光源、２ 被検光学系、２Ａ 光束、２Ｂ 瞳、３，３Ａ マイクロレンズアレイ、４ 撮像素子、１１ 直動機構、１１Ａ 走査方向、１２ 回転機構、２１ 局所波面傾斜演算部、２２ 波面演算部、２３，２３Ａ 分解能制御部、２４，２４Ａ 機器制御部、３１ 局所波面傾斜データ、３２ 位置テーブル、３３ 位置角度テーブル、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ 集光スポット配列、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ 集光スポット。

Claims (7)

1. 被検光学系を透過または反射した光束が入射され、複数のレンズを配列して構成されたレンズアレイと、
   複数の前記レンズを通過した前記光束が集光された複数の集光スポットを撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子に向かう前記光束を横切る方向に前記レンズアレイを移動させて走査する直動機構とを備え、
   複数の前記レンズの配列方向は、前記レンズアレイの移動方向に対して傾いていることと、
   前記直動機構は、前記レンズアレイの移動方向に対する前記レンズの配列方向の傾きに応じた移動量ごとに前記レンズアレイを移動させて走査することと、
   前記直動機構が移動させた前記レンズアレイの走査位置ごとに、前記撮像素子が前記複数の集光スポットを撮像することにより、２次元格子状に等間隔に局所波面の傾斜を計測し、かつ、前記複数のレンズのうちの互いに異なるレンズを通過した光束を用いて同じ局所波面の傾斜を計測すること
   を特徴とする波面センサ。
2. 前記レンズアレイは、前記レンズが２次元正方格子状に配列されて構成され、
   前記レンズアレイの移動方向に対して複数の前記レンズの配列方向がなす傾き角度θは、ｔａｎθが１以上の正の自然数Ｎとなる関係を有し、
   前記直動機構は、前記レンズアレイの前記レンズのピッチサイズがｄである場合、前記レンズアレイを、０，ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２，・・・，Ｎ^２ｄ／（Ｎ^２＋１）^１／２，（Ｎ^２＋１）^１／２ｄのそれぞれで規定される位置に走査すること
   を特徴とする請求項１記載の波面センサ。
3. 前記レンズアレイは、前記レンズが２次元六角格子状に配列されて構成され、
   前記レンズアレイの移動方向に対して複数の前記レンズの配列方向がなす傾き角度θは、１以上の正の自然数Ｎについてｔａｎθ＝（Ｎ／（Ｎ＋２））×√３となる関係を有し、
   前記直動機構は、前記レンズアレイの前記レンズのピッチサイズがｄである場合、前記レンズアレイを、０，ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２，・・・，（Ｎ^２＋Ｎ）ｄ／（Ｎ^２＋Ｎ＋１）^１／２のそれぞれで規定される位置に走査すること
   を特徴とする請求項１記載の波面センサ。
4. 前記レンズアレイの移動方向に対して複数の前記レンズの配列方向がなす傾き角度を、前記レンズアレイを回転させて変更する回転機構を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の波面センサ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項記載の波面センサと、
   前記撮像素子によって撮像された複数の集光スポットに基づいて、前記レンズアレイの移動方向の位置ごとに前記被検光学系の局所波面の傾斜を演算する第１の演算部と、
   前記第１の演算部によって演算された局所波面の傾斜に基づいて、前記被検光学系の波面を演算する第２の演算部とを備えたこと
   を特徴とする波面計測装置。
6. 被検光学系を透過または反射した光束が入射され、複数のレンズを配列して構成されたレンズアレイと、複数の前記レンズを通過した前記光束が集光された複数の集光スポットを撮像する撮像素子とを備えた波面センサを用いた波面計測方法であって、
   直動機構が、前記レンズアレイの移動方向に対して複数の前記レンズの配列方向が傾いた状態の前記レンズアレイを、前記撮像素子に向かう前記光束を横切る方向に移動させて走査する走査ステップと、
   第１の演算部が、前記レンズアレイの移動方向の位置ごとに前記撮像素子によって撮像された複数の集光スポットに基づいて、前記被検光学系の局所波面の傾斜を演算する第１の演算ステップと、
   第２の演算部が、前記第１の演算部によって演算された局所波面の傾斜に基づいて、前記被検光学系の波面を演算する第２の演算ステップとを備え、
   前記走査ステップでは、前記直動機構が、前記レンズアレイの移動方向に対する前記レンズの配列方向の傾きに応じた移動量ごとに前記レンズアレイを移動させ、
   前記走査ステップ、前記第１の演算ステップおよび前記第２の演算ステップにより、２次元格子状に等間隔に局所波面の傾斜を計測し、かつ、前記複数のレンズのうちの互いに異なるレンズを通過した光束を用いて同じ局所波面の傾斜を計測すること
   を特徴とする波面計測方法。
7. 回転機構が、前記レンズアレイの移動方向に対して複数の前記レンズの配列方向がなす傾き角度を、前記レンズアレイを回転させて変更するステップを備えたこと
   を特徴とする請求項６記載の波面計測方法。

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