專利名稱：光學(xué)系統(tǒng)評價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評價方法及其程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)經(jīng)由評價對象光學(xué)系統(tǒng)成像的點像的成像位置對評 價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性進(jìn)行評價的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評 價方法以及光學(xué)系統(tǒng)評價程序。
背景技術(shù)：
一般，在將使用光學(xué)系統(tǒng)拍攝的圖像用于測長的情況下，在其光學(xué) 系統(tǒng)中需要高度的聚焦遠(yuǎn)心(Telecentricity)。所謂聚焦遠(yuǎn)心是指，物體 側(cè)或像側(cè)的主光線不管距光軸的距離怎樣都處于和光軸平行的狀態(tài)。例 如，在測長顯微鏡中，使用了物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。那時，即使被拍攝 的物體偏離對焦位置，對應(yīng)于物體上的任意點的成像位置也不變化。因 此，不依賴于對焦?fàn)顟B(tài)或物體的設(shè)置位置，能夠高精度地測定物體上的2 點間的距離等。以前，作為光學(xué)系統(tǒng)的評價裝置，特別是透鏡的分辨率評價的評價 裝置已為人們所熟知(例如，參照日本特開2004-163207號公報)。在專 利文獻(xiàn)1記載的評價裝置中，拍攝被檢透鏡成像的空間凝象，以該拍攝 的圖像信息為基礎(chǔ)，計算被檢透鏡的MTF。這樣通過對透鏡等光學(xué)系統(tǒng) 成像的空間凝象進(jìn)行圖像觀察來評價其光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的手法是周 知的，使用該手法評價光學(xué)系統(tǒng)的聚焦遠(yuǎn)心的技術(shù)已經(jīng)廣為人知。這里， 參照圖11說明評價其聚焦遠(yuǎn)心的現(xiàn)有技術(shù)。其表示了評價像側(cè)聚焦遠(yuǎn)心 光學(xué)系統(tǒng)的例子。如圖11所示，在現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置中，在評價對象光學(xué)系統(tǒng)72的物體表面設(shè)置成為點光源的孔71，由未圖示的照明裝置從其背后進(jìn) 行照明。作為孔71的空間凝象的點像73在評價對象光學(xué)系統(tǒng)72的像面 成像。因為該點像73小，所以即使直接用攝像元件拍攝，也很難高精度 地測定表示最大強(qiáng)度的成像位置。因此，在該光學(xué)系統(tǒng)評價裝置中，用 攝像元件75拍攝由放大光學(xué)系統(tǒng)74放大后的放大圖像。這樣，通過從 拍攝有放大圖像的圖像區(qū)域搜索最大亮度的像素，可確定點像73的成像 位置。而且， 一邊使放大光學(xué)系統(tǒng)74和攝像元件75沿著評價對象光學(xué)系 統(tǒng)72的光軸方向(Z軸方向)移動一邊依次拍攝，如果從該依次拍攝的 各圖像搜索最大亮度的像素，則可檢測伴隨Z坐標(biāo)變化的成像位置的X、 Y坐標(biāo)的橫向偏移。而且，通過計算該橫向偏移相對于Z坐標(biāo)的變化趨 勢，能夠評價對應(yīng)于點像73的聚焦遠(yuǎn)心。另外，通過對多個點像73進(jìn) 行該種測定，能夠評價評價對象光學(xué)系統(tǒng)72的像側(cè)聚焦遠(yuǎn)心的分布。但是，為了求出點像73的成像位置X、 Y、 Z坐標(biāo)，需要用3軸的 測長機(jī)監(jiān)控放大光學(xué)系統(tǒng)74和攝像元件75的位置。另外，為了對評價 對象光學(xué)系統(tǒng)72的視場整體的聚焦遠(yuǎn)心的分布進(jìn)行評價，需要在物體面 上一邊讓孔71向多個位置移動一邊進(jìn)行測定。此時，也需要用測長機(jī)監(jiān) 控孔71的X、 Y坐標(biāo)。再有，人們已經(jīng)知道，慧差也會影響成像位置的橫向偏移相對于Z 坐標(biāo)的變化的傾向。在沒有慧差時，成像位置的橫向偏移對于Z坐標(biāo)呈 直線性變化，而如果慧差變大，則與此相伴，成像位置的橫向偏移就成 為曲線性變化。但是，如上述現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置那樣，存在如下問題在求 出對應(yīng)于1個孔的點像的成像位置并在像面內(nèi)的多個位置反復(fù)進(jìn)行的這 種方法中，必須用某些測長機(jī)監(jiān)控孔的位置和用于點像觀察的放大光學(xué) 系統(tǒng)的位置，與其測長機(jī)的測定精度相對應(yīng)，光學(xué)特性的評價精度降低。 另外，也存在如下問題為了一邊移動1個孔一邊進(jìn)行測定，在視場整 體范圍內(nèi)的測定上需要很多時間，并且很難確保期間的評價對象光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的穩(wěn)定性，因此，評價精度降低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述情況進(jìn)行的，其目的在于，提供一種光學(xué)系統(tǒng)評 價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評價方法以及光學(xué)系統(tǒng)評價程序，其可短時間且高精 度地對評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的分布進(jìn)行評價。為了解決上述課題、達(dá)到目的，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置根據(jù)經(jīng) 由評價對象光學(xué)系統(tǒng)成像的點像的成像位置，評價上述評價對象光學(xué)系 統(tǒng)的光學(xué)特性，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)評價裝置包括-點像生成單元，其具有排列成平面狀的多個點光源，按照該每個點 光源，經(jīng)由上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)使上述點像成像；攝像單元，其拍攝多個上述點像，生成點像分布圖像；移動單元，其使該評價對象光學(xué)系統(tǒng)與上述點光源或上述攝像單元 的相對距離沿上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變；攝像控制單元，其通過上述移動單元使上述相對距離改變，每逢該 相對距離發(fā)生改變時，都使上述攝像單元拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算單元，其根據(jù)以不同的上述相對距離拍攝的多個上述 點像分布圖像的圖像信息，檢測上述點像的每個不同的上述相對距離的 成像位置，計算對應(yīng)于該檢測的多個成像位置的回歸式，并且按照多個上述點像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理； 以及評價值計算單元，其對于多個上述點像的每一個的上述形狀參數(shù)， 擬合表示上述光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的特性 分布模型函數(shù)，計算上述光學(xué)特性的評價值。另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，上 述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布。另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價方法根據(jù)經(jīng)由評價對象光學(xué)系統(tǒng)成像 的點像的成像位置來評價上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性，其特征在 于，該光學(xué)系統(tǒng)評價方法包括點像生成步驟，其按照被排列成平面狀的多個點光源的每一個，經(jīng) 由上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)使上述點像成像；攝像步驟，其拍攝多個上述點像，生成點像分布圖像；移動步驟，其使該評價對象光學(xué)系統(tǒng)與上述點光源或上述攝像單元 的相對距離沿上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變；攝像控制步驟，其通過上述移動步驟使上述相對距離變化，每逢使 該相對距離變化時，都由上述攝像步驟拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算步驟，其根據(jù)以不同的上述相對距離拍攝的多個上述 點像分布圖像的圖像信息，檢測上述點像的每個不同的上述相對距離的 成像位置，計算對應(yīng)于該檢測的多個成像位置的回歸式，并且按照多個 上述點像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理； 以及評價值計算步驟，其對于多個上述點像的每一個的上述形狀參數(shù)， 擬合表示上述光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的特性 分布模型函數(shù)計算上述光學(xué)特性的評價值。另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上 述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布。另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價程序的特征在于，使根據(jù)經(jīng)由評價對 象光學(xué)系統(tǒng)成像的點像的成像位置來評價上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué) 特性的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置執(zhí)行如下過程點像生成過程，其按照被排列為平面狀的多個點光源的每一個，經(jīng) 由上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)使上述點像成像；攝像過程，其拍攝多個上述點像，生成點像分布圖像；移動過程，其使該評價對象光學(xué)系統(tǒng)與上述點光源或上述攝像單元 的相對距離沿上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變；攝像控制過程，其通過上述移動過程使上述相對距改變，每逢改變 該相對距離時，由上述攝像過程拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算過程，其根據(jù)以不同的上述相對距離拍攝的多個上述 點像分布圖像的圖像信息，檢測上述點像的每個不同的上述相對距離的成像位置，計算對應(yīng)于該檢測的多個成像位置的回歸式，并且按照多個 上述點像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理; 以及評價值計算過程，其對于多個上述點像的每一個的上述形狀參數(shù)， 擬合表示上述光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的特性 分布模型函數(shù)，計算上述光學(xué)特性的評價值。另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價程序的特征在于，在上述發(fā)明中，上 述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布。本發(fā)明所涉及的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評價方法以及光學(xué)系 統(tǒng)評價程序能夠短時間且高精度地評價評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的 分布，特別地，能短時間且高精度地評價評價對象光學(xué)系統(tǒng)的聚焦遠(yuǎn)心 以及慧差的至少一方的分布。以下通過使用附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，以使上述內(nèi)容和本發(fā)明 的其他的目的、特征、優(yōu)點變得更清楚。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示孔列標(biāo)本的圖。圖3是表示層疊圖像的攝像處理過程的流程圖。圖4是表示求出光學(xué)特性的分布的分析處理過程的流程圖。圖5是表示像軸的形狀計算處理過程的流程圖。圖6是說明像軸的形狀的計算處理的圖。圖7-l是說明聚焦遠(yuǎn)心的圖。圖7-2是說明聚焦遠(yuǎn)心的圖。圖8是說明旋轉(zhuǎn)部的作用的圖。圖9是表示包含了旋轉(zhuǎn)處理的層疊圖像的攝像處理過程的流程圖。 圖10是表示本發(fā)明的實施方式2的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的結(jié)構(gòu)的圖。 圖11是表示現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評 價方法以及光學(xué)系統(tǒng)評價程序的最佳實施方式。再有，本發(fā)明并不限定 于該實施方式。另外，在附圖的描述中，相同部分用相同的符號進(jìn)行表 示。(第1實施方式)首先，對本發(fā)明的實施方式1的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置進(jìn)行說明。圖1是表示作為本實施方式1的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的透鏡評價裝置100的主要部分的結(jié)構(gòu)的圖。如該圖所示，透鏡評價裝置100包括多個孔排列 成平面狀的試料4;光源l，其作為照明試料4的照明單元；光纖2以及 光強(qiáng)度均勻化部3; Z軸載物臺5，其作為移動單元，保持試料4并且使之沿Z軸方向移動；以及XY載物臺6，其使試料4沿著X軸方向以及Y方向移動。另外，透鏡評價裝置100包括與作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的物鏡7a 一起構(gòu)成顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7并使試料4的觀察像成像的成像透鏡7b;將 成像透鏡7b保持在內(nèi)部的鏡筒ll;設(shè)置于鏡筒ll的底部，保持物鏡7a 可繞其光軸9旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部8;設(shè)置于鏡筒ll的上部，拍攝顯微鏡光學(xué) 系統(tǒng)7成像的試料4的觀察像的攝像元件10;支持鏡筒11自由上下移動 的上下移動載物臺12;以及支持上下移動載物臺12的鏡基座13。光源1在其內(nèi)部具有未圖示的白色光源、波長選擇機(jī)構(gòu)以及光量調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)。白色光源可用例如鹵鎢燈、氙燈或LED等。波長選擇機(jī)構(gòu)用旋 轉(zhuǎn)架構(gòu)成，該旋轉(zhuǎn)架可保持多個干涉濾光器，并且可選擇性地在光路內(nèi) 設(shè)置其中1個。光量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用例如旋轉(zhuǎn)型的ND濾光器構(gòu)成，其可 在0 100%的范圍內(nèi)連續(xù)改變透射率。波長選擇機(jī)構(gòu)以及光量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根 據(jù)來自后述的控制裝置14的控制信號被驅(qū)動控制，可在預(yù)定范圍內(nèi)任意 設(shè)定(選擇切換)由光源1射出的光的中心波長和強(qiáng)度。再有，波長選 擇機(jī)構(gòu)也可以使用其它分光裝置等構(gòu)成。另外，光源1也可以使用射出 不同波長的光的多個光源來構(gòu)成。光源1射出的光由光纖2導(dǎo)光后，由光強(qiáng)度均勻化部3進(jìn)行強(qiáng)度位置以及角度分布的均勻，然后對試料4進(jìn)行透射照明。光強(qiáng)度均勻化部3 使用反復(fù)進(jìn)行內(nèi)反射的玻璃棒和擴(kuò)散板等來構(gòu)成。如圖2所示，試料4是將多個孔4a進(jìn)行二維排列后的孔列樣本。試 料4在蒸鍍于玻璃基板上的不透明的金屬膜4b上形成有排列為縱橫等間 隔的格子狀的多個孔4a。所有的孔4a的直徑相等，比物鏡7a的衍射極 限小，即，小于等于評價對象光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。因此，與光強(qiáng)度均勻 化部3的作用一并，在比物鏡7a的角孔徑寬的范圍內(nèi)，強(qiáng)度角度分布大 致均勻化后的光從各孔4a射出，各孔4a起點光源的作用?？?a的分布 范圍變得比作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的物鏡7a的視場寬。Z軸載物臺5使試料4沿著顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的光軸9方向自由地 上下移動。再有，在透鏡評價裝置100中，設(shè)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的光軸 9與Z軸平行。Z軸載物臺5用內(nèi)置了監(jiān)控位移量的靜電電容傳感器的壓 電載物臺構(gòu)成，根據(jù)來自后述的控制裝置14的控制信號進(jìn)行驅(qū)動控制， 可使試料4在預(yù)定范圍內(nèi)移動到任意的Z軸位置。另外，XY載物臺6 是手動載物臺，其使Z軸載物臺5以及試料4沿與顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的 光軸9垂直的方向移動。顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7使試料4的觀察像在攝像元件10的攝像面上成 像。攝像元件10是二維攝像元件，其具有比顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的試料4 的觀察像的成像范圍更大或能拍攝成像范圍的大部分的尺寸的攝像面， 例如可使用二維CCD。旋轉(zhuǎn)部8以光軸9作為旋轉(zhuǎn)軸能將物鏡7a旋轉(zhuǎn)以 及固定在任意角度。透鏡評價裝置100還具有控制裝置14，其控制透鏡評價裝置100整 體的處理以及動作。控制裝置14包括像軸形狀計算部15，其按照顯微 鏡光學(xué)系統(tǒng)7形成的各孔4a的觀察像即多個孔像的每一個，取得后述的 像軸的形狀參數(shù)；評價值計算部16，其對于各孔像的像軸的形狀參數(shù)擬 合(fit)表示評價對象的光學(xué)特性的分布的模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的模 型函數(shù)，計算其光學(xué)特性的評價值；存儲部17,其存儲各種信息；以及 控制部18，其控制電連接的各部分的處理以及動作?？刂撇?8與像軸形 狀計算部15、評價值計算部16以及存儲部17電連接，并且，通過未圖示的接口與光源l、 Z軸載物臺5以及攝像元件10等電連接。像軸形狀計算部15包括擬合范圍設(shè)定部15a，其設(shè)定對于各孔像 擬合用于檢測其最大強(qiáng)度位置的強(qiáng)度分布模型函數(shù)的擬合范圍；以及強(qiáng) 度分布擬合部15b，其在攝像元件IO拍攝的觀察圖像中與擬合范圍設(shè)定 部15a設(shè)定的擬合范圍對應(yīng)的觀察圖像內(nèi)，在拍攝有作為點像的孔像的點像圖像區(qū)域擬合強(qiáng)度分布模型函數(shù)。另外，像軸形狀計算部15包括強(qiáng)度位置計算部15c，其檢測強(qiáng)度分布模型函數(shù)為最大值的觀察圖像上的 平面內(nèi)坐標(biāo)，根據(jù)該平面內(nèi)坐標(biāo)計算孔像的最大強(qiáng)度位置；和曲線擬合 部15d，其對于在Z軸方向的不同位置計算的多個最大強(qiáng)度位置擬合曲線模型函數(shù)，取得該擬合的曲線模型函數(shù)的系數(shù)，作為由該擬合的曲線模 型函數(shù)規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)。存儲部17存儲攝像元件10拍攝的觀察圖像的圖像數(shù)據(jù)以及控制部18用于處理的各種處理參數(shù)等的各種信息。特別地，存儲部17包括控制程序存儲部17a，其存儲了控制部18執(zhí)行的各種控制程序；和模型函 數(shù)存儲部17b，其存儲了像軸形狀計算部15或者評價值計算部16用于處 理的各種模型函數(shù)?？刂撇?8通過執(zhí)行存儲于控制程序存儲部17a中的控制程序，控制 各部的處理以及動作。特別地，控制部18進(jìn)行如下控制通過Z軸載物 臺5使試料4和顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的相對距離依次沿光軸9方向改變， 每逢改變相對距離時，使攝像元件10拍攝各孔4a的孔像，生成觀察圖 像。另外，還進(jìn)行如下控制根據(jù)以不同的相對距離拍攝的多個觀察圖 像的圖像信息，使像軸形狀計算部15以及評價值計算部16計算顯微鏡 光學(xué)系統(tǒng)7的光學(xué)特性的評價值。控制裝置14作為計算機(jī)來構(gòu)成，像軸形狀計算部15、評價值計算 部16以及控制部18通過CPU實現(xiàn)，存儲部17使用硬盤、ROM以及 RAM等實現(xiàn)。另外，控制裝置14還包括其他的分別進(jìn)行各種信息的輸 入、顯示、輸出的輸入部、顯示部以及輸出部等。下面，說明透鏡評價裝置100的動作。首先，操作者將評價的物鏡 7a安裝于旋轉(zhuǎn)部8，在Z軸載物臺5上安裝試料4，該試料4中形成有適合于該物鏡7a的孔徑的孔4a。接著， 一邊用控制裝置14的顯示部的畫 面監(jiān)控攝像元件10拍攝的圖像， 一邊進(jìn)行由XY載物臺6進(jìn)行的試料4 的定位和由上下移動載物臺12或Z軸載物臺5進(jìn)行的對焦。再有，這里 的對焦不限于手動，例如，也可以將自動對焦單元設(shè)置于透鏡評價裝置 100上自動進(jìn)行對焦。而且，這樣進(jìn)行過對焦后，由控制裝置14的控制部18開始執(zhí)行預(yù) 定的攝像程序。再有，該攝像程序是存儲在控制程序存儲部17a中的控 制程序的一部分，是進(jìn)行用于對多個波長的每一個的層疊圖像進(jìn)行自動 拍攝的控制的程序。這里，所謂層疊圖像是指，在Z軸載物臺5使試料4 和物鏡7a的相對距離依次改變期間，攝像元件10以不同的相對距離依 次拍攝的一連串的觀察圖像(觀察圖像組)。此外，所謂多個波長是指， 作為顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的光學(xué)特性，在評價聚焦遠(yuǎn)心和慧差時成為基準(zhǔn) 的基準(zhǔn)波長和被評價的多個評價波長。圖3是表示通過控制部18執(zhí)行拍攝程序來取得多個波長的每一個的 層疊圖像的攝像處理過程的流程圖。如該圖所示，控制部18首先使Z軸 載物臺5從對焦位置(上述的對焦后的位置)移動到攝像范圍的下端(步 驟S101)。 Z軸方向的攝像范圍優(yōu)選設(shè)定為焦點深度的數(shù)倍左右，以使其 包含被評價的物鏡7a的像面彎曲和縱向的色差的范圍。接著，控制部18切換光源1內(nèi)部的波長選擇機(jī)構(gòu)的干涉濾光器，將 照明光切換為1個波長，其在多個波長中尚未在現(xiàn)在的Z軸載物臺位置 進(jìn)行觀察圖像的拍攝(步驟S102)。另外，在該步驟S102中，控制部18 通過光源1內(nèi)部的ND濾光器(光量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))將對于試料4的照明光 切換為適當(dāng)?shù)墓饬俊Ｔ摴饬渴穷A(yù)先設(shè)定的值，以使多個波長的每一個的 層疊圖像的亮度是相同水平。接著，控制部18使攝像元件10拍攝試料4的觀察圖像，將該圖像 文件轉(zhuǎn)送到控制裝置14 (步驟S103)。再有，被轉(zhuǎn)送的圖像文件存儲在 控制裝置14內(nèi)部的存儲部17中。接著，控制部18判定在現(xiàn)在的Z軸載物臺位置是否對于全部多個波 長執(zhí)行了步驟S102、 S103，即用于攝像的波長的個數(shù)是否達(dá)到了預(yù)定的波長個數(shù)(步驟S104)。并且，在己經(jīng)達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù)的情況下(步驟S104:是)，控制部18進(jìn)入步驟S105，在未達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù)的情 況下(步驟S104:否)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S102開始的處理。這樣，反復(fù) 進(jìn)行步驟S102、 S103的處理直到用于攝像的波長個數(shù)達(dá)到預(yù)定的波長個 數(shù)，由此，現(xiàn)在的Z軸載物臺位置的多個波長的每一個的觀察圖像的圖 像文件被轉(zhuǎn)送到控制裝置14，存儲在存儲部17中。接著，控制部18判定存儲在存儲部17中的各波長的圖像文件數(shù)量 是否達(dá)到了覆蓋Z軸方向的預(yù)定的攝像范圍的層疊張數(shù)(步驟S105)。 并且，在達(dá)到了層疊張數(shù)的情況下(步驟S105:是)，控制部18結(jié)束攝 像處理，在未達(dá)到層疊張數(shù)的情況下(步驟S105:否)，使Z軸載物臺5 向上方移動l級后(步驟S106)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S102開始的處理。該 1級的移動量優(yōu)選設(shè)為被評價物鏡7a的焦點深度的1/5 1/10左右。這樣，通過反復(fù)進(jìn)行步驟S102 S104以及步驟S106直到滿足步驟 S105，按照多個波長的每一個，覆蓋Z軸方向的預(yù)定的攝像范圍的層疊 張數(shù)的圖像文件，都作為層疊圖像存儲在存儲部17中。在以上的攝像處理過程中，通過反復(fù)進(jìn)行每逢使Z軸載物臺5向上 方移動一級，就依次切換多個波長來拍攝各波長的觀察圖像的處理，同 時行進(jìn)地拍攝多個波長的每一個的層疊圖像。這樣，由于環(huán)境溫度的變 化等引起的在一連串的攝像處理時間內(nèi)行進(jìn)的試料4的位置的漂移，在 各波長中變得大致相同。這在后述的聚焦遠(yuǎn)心以及慧差的計算中有使誤 差變小的效果。緊接著，由控制裝置14的控制部18開始執(zhí)行預(yù)定的分析程序。再 有，該分析程序是存儲于控制程序存儲部17a中的控制程序的一部分， 是進(jìn)行如下控制的程序從存儲在存儲部17中的層疊圖像的圖像文件自 動計算作為包含物鏡7a的顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的光學(xué)特性的聚焦遠(yuǎn)心和慧 差的評價值。圖4是表示通過控制部18執(zhí)行分析程序來計算顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的 聚焦遠(yuǎn)心和慧差的評價值的分析處理過程的流程圖。如該圖所示，控制 部18首先從存儲于存儲部17中的圖像文件讀取在多個波長中尚未求出像軸的形狀的1個波長的層疊圖像(步驟Slll)。接著，控制部18通過像軸形狀計算部15求出對應(yīng)于1個孔像的像 軸的形狀，該1個孔像為其1個波長的層疊圖像的攝像范圍內(nèi)存在的尚未求出像軸的形狀的孔像(步驟S112)。所謂像軸的形狀是指，與試料4 的Z軸方向的移動量對應(yīng)的孔像的成像位置在X、 Y軸方向上的移動量 的關(guān)系式。但是，攝像的采樣間隔(攝像元件10的像素間隔)因為是孔 像的大小的1/5 1/10左右，所以僅通過簡單地搜索最大亮度的像素位置， 還不能高精度地求出像軸的形狀。所以，在該步驟S112中根據(jù)圖5所示 的過程計算像軸的形狀。圖5是表示計算像軸的形狀的計算處理過程的流程圖。如該圖所示， 首先，擬合范圍設(shè)定部15a設(shè)定對作為空間凝象的孔像擬合強(qiáng)度分布模 型函數(shù)的范圍(步驟S121)。另外，所謂"擬合(fit)"是符合的意思?？紫耠S著從其最大強(qiáng)度位置離開，強(qiáng)度緩慢降低。在最大強(qiáng)度附近， 因為其變化單調(diào)減少且平滑，所以，容易擬合單純的強(qiáng)度分布模型。所 以，縱向(Z軸方向)以物鏡7a的焦點深度作為擬合范圍。橫向(X，Y 軸方向)以陣列磁盤的1/2的半徑內(nèi)作為擬合范圍。它們的值根據(jù)被評價 物鏡7a的數(shù)值孔徑NA和照明光的波長X，分別作為X / NA2、 / NA 被求出。最初，擬合范圍設(shè)定部15a在層疊圖像上從攝像有孔像的圖像區(qū)域 搜索最大亮度的像素，將以該像素位置為中心、包含于上述圓筒狀的擬 合范圍內(nèi)的采樣點作為以下所述的擬合的對象。再有，也可以從上述的 值對擬合范圍做增減微調(diào)。接著，強(qiáng)度分布擬合部15b為了在包含于縱向的擬合范圍的單張圖像中，求出尚未擬合強(qiáng)度分布模型函數(shù)的1個單張圖像的最大強(qiáng)度I max和其最大強(qiáng)度位置(xc， yc)，擬合強(qiáng)度分布模型函數(shù)I (x， y)(步 驟S122)。這里，所謂單張圖像意味著包含于層疊圖像的各觀察圖像。圖6是表示對應(yīng)于1個孔像的層疊圖像的圖。在該圖所示的層疊圖 像21中，按照Z軸位置的每一個，對各單張圖像23采樣(拍攝)孔像 的橫截面22。其中，對1個單張圖像23的上述擬合范圍內(nèi)的采樣點用最小二乘法來擬合橫截面22的強(qiáng)度分布模型函數(shù)I(x， y)。這里，作為容易
擬合于最大強(qiáng)度位置附近的強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布模型函數(shù)，假設(shè)為擬合 由下式(l)所示的旋轉(zhuǎn)對稱的二維高斯分布函數(shù)。
I ( x ， y ) = I醒'e x p [ — b2 {( x — xc) 2+ ( y — yc)"]
…(1 )
接著，強(qiáng)度位置計算部15c從所擬合的強(qiáng)度分布模型函數(shù)I(x, y)， 求出l個單張圖像23內(nèi)的最大強(qiáng)度位置(Xc， yc)(步驟S123)。再有， 在這里所求的最大強(qiáng)度位置(xe， ye)也是所擬合的強(qiáng)度分布模型函數(shù) I(x， y)的最大值的平面內(nèi)坐標(biāo)。通過這樣求解，與原來的X、 Y軸方向 的采樣間隔相比，能用更高的精度獲得1個單張圖像內(nèi)的最大強(qiáng)度位置 (Xc， yc)。再有，所謂原來的X、 Y軸方向的采樣間隔是指，例如由 攝像元件10的像素間隔和被評價的光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率所確定的物體 側(cè)的采樣間隔。
再有，在步驟S123中，強(qiáng)度位置計算部15c根據(jù)對1個單張圖像的 擬合范圍內(nèi)的采樣點擬合的強(qiáng)度分布模型函數(shù)I(Xy)求出最大強(qiáng)度位置 (Xe， yj，但是也可以置換成從1個單張圖像的擬合范圍內(nèi)的采樣點 搜索最大亮度值的像素而求出其位置。此時，與前者相比雖然計算的成 像位置的精度降低，但是如果攝像視場內(nèi)的孔4a的數(shù)量足夠多，則根據(jù) 后述的模型函數(shù)的擬合，能夠求出各個像軸的形狀的誤差已相互抵消的、 表示聚焦遠(yuǎn)心和慧差的各分布的評價式。再有，在搜索最大亮度值的像 素時，由步驟S121設(shè)定的擬合范圍被用作最大亮度值的像素的搜索范圍。
接著，控制部18判定是否對包含于縱向的擬合范圍的全部單張圖像 擬合了強(qiáng)度分布模型函數(shù)I ( x ， y )，即擬合了強(qiáng)度分布模型函數(shù)I ( x ， y )的單張圖像是否達(dá)到了預(yù)定的擬合張數(shù)(步驟S124)。在已經(jīng)達(dá)到預(yù) 定的擬合張數(shù)的情況下(步驟S124:是)，控制部18進(jìn)入步驟S125，在 未達(dá)到預(yù)定的擬合張數(shù)的情況下(步驟S124:否)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S122 開始的處理。這樣，通過反復(fù)進(jìn)行步驟S122、 S123直到滿足步驟S124， 求出包含在縱向的擬合范圍的單張圖像的每一個的最大強(qiáng)度位置(Xc，y c)。圖6所示的各單張圖像23的位置24表示了所求得的各單張圖像的 最大強(qiáng)度位置(xe， yc)。
接著，曲線擬合部15d對表示為Z坐標(biāo)的函數(shù)的各單張圖像的最大
強(qiáng)度位置(X e( Z )， y e( Z ))的各成分，用最小二乘法擬合分別用式(2)、
(3)表示的直線模型函數(shù)，來作為曲線模型函數(shù)，求得與回歸式對應(yīng)的 直線，該回歸式規(guī)定了對應(yīng)于聚焦遠(yuǎn)心的像軸(步驟S125)。如后述那樣， 非聚焦遠(yuǎn)心的像軸的斜率可以用這樣的直線近似。
xc(z)=ax,z + bx …(2) y c( z )= a y' z + b y …(3 )
另外，在步驟S125中，曲線擬合部15d對各單張圖像的最大強(qiáng)度位 置(x。(z)， ye(Z))的各成分，用最小二乘法擬合分別用式(4)、 (5) 表示的2次曲線模型函數(shù)，來作為曲線模型函數(shù)，求得與回歸式對應(yīng)的2 次曲線，該回歸式規(guī)定了對應(yīng)于慧差的像軸。該各2次曲線的2次系數(shù) cx、 cy，表示了像軸的曲率。當(dāng)慧差小時，像軸的曲率大致與慧差成比
<formula>formula see original document page 23</formula> (4 )
<formula>formula see original document page 23</formula> (5 )
而且，曲線擬合部15d根據(jù)用途，將這樣求出的作為像軸的形狀參 數(shù)的像軸斜率ax、 ay以及曲率Cx、 Cy，變換為物體側(cè)或像側(cè)的實坐標(biāo)。 為了變換為物體側(cè)的實坐標(biāo)，將Z軸方向的采樣間隔變換為Z軸載物臺 5的逐級移動間隔(pm單位)。X、 Y軸方向的采樣間隔變換為攝像元件 10的像素間隔(^im單位)除以顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的橫向放大率所得的值。 該橫向放大率通常用顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)7的設(shè)計上的值就足夠。向像側(cè)的 實坐標(biāo)的變換也同樣。這樣， 一個像軸的形狀的計算結(jié)束。
根據(jù)以上的那種計算處理過程，在透鏡評價裝置100中，與原來的 采樣間隔相比，可用更高的精度得到1個像軸的形狀。再有，在此之外， 也有直接擬合3維強(qiáng)度分布模型的方法，但很難跟蹤孔像的復(fù)雜的變形。 在圖5所示的像軸形狀的計算處理過程中，其優(yōu)點是，利用較簡單的強(qiáng) 度分布模型函數(shù)的組合，能吸收那些復(fù)雜的變形。返回圖4，控制部18判定是否對1個波長的層疊圖像的攝像范圍內(nèi) 存在的全部孔像都求出了像軸的形狀，即求出了像軸的形狀的孔像的數(shù)
量是否達(dá)到了預(yù)定的孔數(shù)量(步驟S113)。并且，在達(dá)到了預(yù)定的孔數(shù)量 的情況下(步驟S113:是)，控制部18進(jìn)入步驟S114，在未達(dá)到預(yù)定的 孔數(shù)量的情況下(步驟S113:否)，反復(fù)進(jìn)行步驟S112。這樣，通過反 復(fù)進(jìn)行步驟S112直到滿足步驟S113，能從1個波長的層疊圖像的攝像范 圍內(nèi)的全部孔像求出全部像軸的形狀。
接著，控制部18判定是否對全部的多個波長求出了對應(yīng)于各孔像的 像軸的形狀，即判定求出各孔像的像軸的形狀的波長個數(shù)是否達(dá)到了預(yù) 定的波長個數(shù)(步驟S114)。并且，在已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù)的情況下 (步驟S114:是)，控制部18進(jìn)入步驟S115，在未達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù) 的情況下(步驟S114:否)，反復(fù)進(jìn)行從步驟Slll開始的處理。這樣， 通過反復(fù)進(jìn)行步驟S111-S113直到滿足步驟S114,能夠求出多個波長的 層疊圖像的每一個的攝像范圍內(nèi)的全部像軸的形狀。即，求出各波長的 像軸的形狀的分布。
接著，控制部18通過評價值計算部16，求出表示聚焦遠(yuǎn)心和慧差 的各分布的評價式，基于該評價式適當(dāng)計算聚焦遠(yuǎn)心和慧差的評價值(步 驟S115)。
這里，關(guān)于聚焦遠(yuǎn)心的分布的評價式，參照圖7-l以及圖7-2進(jìn)行說 明。這些圖是表示作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的圖。 評價對象光學(xué)系統(tǒng)31的光圈32配置于后側(cè)焦平面35上。如圖7-1所示， 如果光圈32的中心位置33從光軸34橫向(X、 Y軸方向)偏離，則連 接對應(yīng)的物點38和像點39的主光線40，在物體側(cè)相對于光軸34傾斜。 假設(shè)物點38沿著該傾斜的主光線40移動，則像面37上的像點39的位 置不變化(但是，圖像散焦(defocus))。但是，如果物點38和光軸34 平行地(沿Z軸方向)移動，則像面37上的像點39的位置橫向偏離。 這成為像軸的斜率。光圈32橫向偏離時，物體面36上的所有的主光線 41保持互相平行的狀態(tài)，相對于光軸34傾斜。
另一方面，如圖7-2所示，光圈32的中心位置33縱向偏離(Z軸方向)時，連接對應(yīng)的物點38和像點39的主光線40也在物體側(cè)相對于光 軸34傾斜。但是，物體面36上的各主光線41的斜率，越離開光軸34 變得越大。如果根據(jù)簡單的傍軸光學(xué)的計算，則光圈32的中心位置33 的橫向偏移量Ap以及縱向偏移量和物體側(cè)d的主光線40的斜率a 的關(guān)系，用像側(cè)的主光線40的斜率a、物點38的位置r和評價對象光學(xué) 系統(tǒng)31的焦距f，由下(6)表示。另外，斜率a和位置r，分別由下式 (7)以及式(8)表示，橫向偏移量Ap，使用其X成分A《以及Y成分 △ri由下式(9)表示。
<formula>formula see original document page 25</formula>總之，物體側(cè)的主光線40的斜率，即像軸的斜率ax、 ay，用X、 Y軸方向的1次式表示。因此，對于對應(yīng)的物點坐標(biāo)(x， y)和像軸的 斜率(ax， ay)的組，分別用最小2乘法擬合由下式(10-1)、 (10-2)表 示的作為特性分布模型函數(shù)的直線模型函數(shù)，由此，能夠求出表示聚焦 遠(yuǎn)心的分布的評價式。
<formula>formula see original document page 25</formula>另外，擬合了直線模型函數(shù)的結(jié)果是，表示聚焦遠(yuǎn)心的分布的評價 式的系數(shù)和各參數(shù)的關(guān)系式可作為下式(11-1) ~ (11-4)求得。再有， 縱向偏移量A;，例如可取系數(shù)A以及C的平均。
<formula>formula see original document page 25</formula>在步驟S115中，評價值計算部16從這樣求出的表示聚焦遠(yuǎn)心的分
布的評價式，計算對應(yīng)于任意的物點坐標(biāo)(x， y)的像軸的斜率(ax， ay)的評價值。另外，評價值計算部16使用作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的物 鏡7a的焦距f，能求出物鏡7a的光圈的橫向偏移量Ap和縱向偏移量A;。 另一方面，慧差的分布也和聚焦遠(yuǎn)心一樣，用X、 Y軸方向的l次 式表示。因此，對于對應(yīng)的物點坐標(biāo)(x ， y )和像軸的曲率(cx， Cy) 的組，分別用最小2乘法擬合由下式(12-1)、 (12-2)表示的作為特性分 布模型函數(shù)的直線模型函數(shù)，由此，能求得表示慧差的分布的評價式。 cx= A, x十B， …(1 2 — 1 )
cy=C，y+D， …(12 — 2)
在步驟S115中，評價值計算部16從這樣求出的表示慧差的分布的 評價式，能夠取得對應(yīng)于任意物點坐標(biāo)(x， y)的像軸的曲率(cx， c y)的評價值。
再有，即使在由于評價對象光學(xué)系統(tǒng)的漸暈(vignetting)等引起像 軸的斜率和曲率的分布變得更加復(fù)雜的情況下，通過將擬合的特性分布 模型函數(shù)修正為合適的形狀也能應(yīng)付。
其次，評價值計算部16對于所有像軸的形狀，進(jìn)行從由步驟 S111 S114求出的1個評價波長的像軸的形狀，分別減去由步驟 S111 S114求出的基準(zhǔn)波長的像軸的形狀的操作，將像軸的斜率的差分的 分布Aax(x， y)、Aay(x， y )和像軸的曲率的差分的分布△ c x (x， y)、ACy(X， y)作為物點坐標(biāo)(x， y )的函數(shù)求出(步驟 S116)。
像軸的斜率的差分的分布Aax (x， y)、Aay(x， y )和像軸的 曲率的差分的分布ACx (x， y)、ACy(X， y)，都可以用X、Y軸 方向的1次式表示。因此，評價值計算部16對于對應(yīng)的物點坐標(biāo)(x， y) 和像軸的斜率的差分(Aax， Aay)的組，用最小二乘法擬合式(10-1)、 (10-2)的直線模型函數(shù)，求出聚焦遠(yuǎn)心的差分的評價式。另外，對于對 應(yīng)的物點坐標(biāo)(x， y)和像軸的斜率的差分(Acx， Acy)的組，用最小二 乘法擬合式(12-1)、 (12-2)的直線模型函數(shù)，求出慧差的差分的評價式。而且，評價值計算部16從各差分的評價式，能計算與任意的物點坐標(biāo)(X，
y)對應(yīng)的像軸的斜率的差分的評價值和曲率的差分的評價值。
在層疊圖像的攝像時間內(nèi)行進(jìn)的試料位置等的漂移也能作為像軸的 形狀被測定。但是，因為同時行進(jìn)地對多個波長的層疊圖像進(jìn)行攝像， 所以通過取上述的差分來抵消漂移成分，僅評價聚焦遠(yuǎn)心和慧差的波長
依賴性。再有，從由步驟S115求出的聚焦遠(yuǎn)心和慧差的各評價式的差分， 也可求出聚焦遠(yuǎn)心和慧差的各差分的評價式。
接著，控制部18判定是否對多個波長的全部執(zhí)行了步驟S115、S116， 即，判定用于評價式的計算的波長個數(shù)是否達(dá)到了預(yù)定的波長個數(shù)(步 驟S117)。并且，在已達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù)的情況下(步驟S117:是)， 控制部18結(jié)束分析處理，在未達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù)的情況下(步驟S117: 否)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S115開始的處理。這樣，通過反復(fù)進(jìn)行步驟S115、 S116直到滿足步驟S117，可求出對應(yīng)多個波長的聚焦遠(yuǎn)心和慧差的各評 價式。
在各個像軸的形狀中，存在由于Z軸載物臺5的移動量的誤差、成 像位置計算的計算誤差等引起的測定誤差。但是，如上述那樣，通過進(jìn) 行對特性分布模型函數(shù)的擬合，各像軸的形狀的測定誤差抵消，能夠高 精度地求得聚焦遠(yuǎn)心和慧差的評價式。
再有，在透鏡評價裝置100中，為了評價物鏡7a單體的聚焦遠(yuǎn)心的 分布和慧差的分布，追加下面的過程是有效的。
如果由旋轉(zhuǎn)部8旋轉(zhuǎn)物鏡7a，則在包含于聚焦遠(yuǎn)心的分布和慧差的 分布的各評價式中的X、 Y坐標(biāo)的參數(shù)(光圈的橫向偏移量等)中，由 物鏡7a引起的成分伴隨它而旋轉(zhuǎn)移動。關(guān)于該情況， 一邊參考圖8—邊 進(jìn)行說明。如圖8所示，伴隨物鏡7a的旋轉(zhuǎn)的上述X、 Y坐標(biāo)的移動， 繪出圓45的軌跡。此時，圓45的中心46不一定與視場的中心47—致。 兩者的差48是由物鏡7a以外的光學(xué)系統(tǒng)以及元件等的配置的誤差等引 起的成分。而且，圓的半徑49是由物鏡7a引起的成分。
因此，如圖9所示，在圖3所示的流程圖中追加步驟S107、 S108 的處理，以取得使物鏡7a旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)的層疊圖像。例如，由旋轉(zhuǎn)部8把物鏡7a旋轉(zhuǎn)l 8 0 '進(jìn)行相同的測定。兩者的X、 Y坐標(biāo)的參數(shù)的平 均值變?yōu)槲镧R7a以外的成分。另外，作為兩者差的1/2，可得到由物鏡 7a引起的成分。而且，分割旋轉(zhuǎn)角度，例如在0 °、 9 0 °、 1 8 0 °、 2 7 0 °這4個旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行測定，如果要求出圓45的中心46和半徑 49，則能以高精度進(jìn)一步分離兩者的成分。再有，包含于聚焦遠(yuǎn)心的分 布和慧差的分布的各評價式的其他參數(shù)(光圈的縱向偏移量等)，不伴隨 物鏡7a的旋轉(zhuǎn)而變化。這些值通過取上述多個測定值的平均能實現(xiàn)測定 誤差的改善。
還有，在攝像時間內(nèi)行進(jìn)的試料4等的位置的漂移也作為像軸的形 狀被測定。但是很多情況下，由漂移引起的橫向偏移量在攝像時間內(nèi)幾 乎是直線變化，所以，下面這種往復(fù)測定的對策是有效的。
在圖3所示的攝像處理過程中，拍攝了 Z軸載物臺從下端移動到上 端使試料4和物鏡7a的相對距離依次減少的"往程"的層疊圖像。緊接其 后，用同樣的過程拍攝Z軸載物臺從上端移動到下端使試料4和物鏡7a 的相對距離依次增加的"返程"的層疊圖像。而且，從往程和返程的各層 疊圖像分別計算像軸的形狀。由聚焦遠(yuǎn)心和慧差引起的像軸的形狀在往 程和返程中相同，而直線性的漂移引起的斜率反轉(zhuǎn)。因此，通過取兩者 的和或差，能夠分離聚焦遠(yuǎn)心及慧差與漂移的成分。通過1次以上，特 別是多次執(zhí)行這種基于相對距離的往復(fù)變化的像軸的形狀的計算，能進(jìn) 一步減少評價值的誤差。
另外，通過增大Z軸載物臺5的1級的移動量來縮短層疊圖像的攝 像時間，也能在漂移成分的減少方面有效。
如以上說明的那樣，作為本實施方式1的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的透鏡 評價裝置100包括作為點像生成單元的試料4、光源l、光纖2、光強(qiáng) 度均勻化部3以及成像透鏡7b，該試料4具有被排列為平面狀的作為多 個點光源的孔4a，按照該孔4a的每一個，經(jīng)由評價對象光學(xué)系統(tǒng)，使作 為點像的孔像成像；攝像元件10，其拍攝多個孔像，生成作為點像分布 圖像的觀察圖像；作為移動單元的Z軸載物臺5，其使評價對象光學(xué)系統(tǒng) 和試料4之間的相對距離沿評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向變化；控制部18，其通過Z軸載物臺5使相對距離變化，每逢使相對距離變化時，都 使攝像元件10拍攝觀察圖像；像軸形狀計算部15，其基于由以試料4和
物鏡7a的不同的相對距離所拍攝的多個觀察圖像構(gòu)成的層疊圖像的圖像
信息，檢測作為點像的孔像的不同的相對距離的每一個的成像位置，對 該檢測的多個成像位置擬合曲線模型函數(shù)，計算回歸式，并且按照多個
孔像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理；以
及評價值計算部16，其對于多個孔像的每一個的像軸的形狀參數(shù)，擬合
表示評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，基于該
擬合的特性分布模型函數(shù)，計算評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的評價值； 評價值計算部16尤其擬合表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布的模型 函數(shù)來作為特性分布模型函數(shù)，作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的分 布，求出表示聚焦遠(yuǎn)心的分布和慧差的分布的至少一方的分布的評價式， 并基于該評價式計算評價值。
因此，在透鏡評價裝置100中，能用短時間高精度地評價評價對象 光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的分布。特別地，即使在不能用特別多的像素數(shù)拍 攝1個孔像的情況下，也能高精度地進(jìn)行評價。另外，在透鏡評價裝置 100中，因為不需要使用用于監(jiān)控孔像的成像位置等的納米級的高精度的 激光測長機(jī)，所以，能用簡單且便宜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高精度評價。
再有，在本實施方式l中，說明了用Z軸載物臺5沿光軸方向移動 試料4，評價物體側(cè)的聚焦遠(yuǎn)心的情況，而通過沿光軸方向移動攝像元件 IO進(jìn)行同樣的攝像處理以及分析處理，能夠評價像側(cè)的聚焦遠(yuǎn)心。另外， 如從上述的處理過程所了解的那樣，如果該Z軸載物臺5的逐級移動量 作為數(shù)值記錄，則該逐級移動量不必是等間隔的。
另外，被光源1透射照明的試料4，如果滿足排列成平面狀的多個 光源這種要件，則能置換為其他實施方式。例如，可以是被排列成平面 狀的光纖的出射端和熒光微球那樣的發(fā)光體等?；蛘撸绻O(shè)圖2所示 的那種孔列標(biāo)本為"負(fù)片"，則也能使用相反的"正片"的標(biāo)本。即，可以使 用僅在相當(dāng)于圖2的孔4a的部分殘留金屬膜4b、而去除其以外的金屬膜 4b后的標(biāo)本。因為如果對那種標(biāo)本進(jìn)行落射照明，則將來自各金屬膜的反射光看作多個點光源。在僅用1個波長評價時，也能使用發(fā)光二極管 列等單波長的發(fā)光體。這些點光源的大小優(yōu)選為與被評價的光學(xué)系統(tǒng)的 分辨率同等或低于它。 (實施方式2)
下面，對本發(fā)明的實施方式2的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置進(jìn)行說明。圖IO
是表示作為本實施方式2的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置的熒光共聚焦顯微鏡200 的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。如該圖所示，熒光共聚焦顯微鏡200包括激光光 源51、分色鏡53、 XY掃描器54、全反射鏡55、物鏡系統(tǒng)56、試料57、 Z軸載物臺58、共聚焦光學(xué)系統(tǒng)59、光檢測系統(tǒng)60、控制部61、計算機(jī) 62以及顯示部63。
來自選擇性發(fā)出多個波長激光的激光光源51的照明光(激勵光)， 經(jīng)由XY掃描器54以及全反射鏡55之后，由物鏡系統(tǒng)56聚光于試料57 內(nèi)的焦點位置。來自試料57的反射光(熒光)，經(jīng)由物鏡系統(tǒng)56以及全 反射鏡55之后，由設(shè)置于XY掃描器54和激光光源51之間的分色鏡53 進(jìn)行分光反射，經(jīng)過共聚焦光學(xué)系統(tǒng)59由光檢測系統(tǒng)60受光。這里， 根據(jù)共聚焦光學(xué)系統(tǒng)59的共聚焦效應(yīng)，僅來自試料57上的焦點位置的 反射光向光檢測系統(tǒng)60入射。入射的光由光檢測系統(tǒng)60進(jìn)行光電變換， 作為亮度信息向計算機(jī)62發(fā)送。
XY掃描器54由使來自激光光源51的照明光的光束向X軸方向偏 轉(zhuǎn)的X電流計鏡和使該光束向垂直于X軸方向的Y軸方向偏轉(zhuǎn)的Y電 流計鏡構(gòu)成，能沿著相對于物鏡系統(tǒng)56的光軸互相垂直的X軸方向以及 Y軸方向掃描試料57內(nèi)的聚光位置。
Z軸載物臺58是邊保持所放置的試料57邊使試料57沿著作為光軸 方向的Z軸方向移動的載物臺。Z軸載物臺58通過使試料57沿光軸方 向移動能使試料57內(nèi)的焦點位置沿光軸方向移動。
計算機(jī)62基于響應(yīng)XY掃描器54對照明光在試料57內(nèi)的掃描而從 光檢測系統(tǒng)60輸出的亮度信息，構(gòu)筑關(guān)于試料57的掃描圖像。通過將 構(gòu)筑的掃描圖像顯示在顯示部63而能夠進(jìn)行視認(rèn)。另外，計算機(jī)62和 實施方式1的控制裝置14相同，包括未圖示的像軸形狀計算部、評價值計算部、存儲部以及控制部?？刂撇?1基于來自計算機(jī)62的指示，控
制激光光源5K XY掃描器54、 Z軸載物臺58等電連接的各部的動作。 下面，說明熒光共聚焦顯微鏡200拍攝用于求出像軸的形狀的評價 值的層疊圖像的攝像處理。另外，試料57是僅在相當(dāng)于圖2所示的多個 孔4a的部分殘留了金屬膜4b的多個反射型的孔形成后的標(biāo)本。反射型 的各孔以外的區(qū)域已經(jīng)去除了金屬膜4b。
操作者邊用顯示部63監(jiān)控由XY掃描器54掃描所取得的觀察圖像， 邊進(jìn)行Z軸載物臺的對焦。接著，開始由計算機(jī)62內(nèi)部的CPU執(zhí)行攝 像程序。再有，該攝像程序是記錄在計算機(jī)62內(nèi)部的存儲部中的控制程 序的一部分，是進(jìn)行用于自動拍攝多個波長的每一個的層疊圖像的控制 的程序。邊參照圖3邊說明該攝像程序的攝像處理過程。再有，所謂多 個波長是指，響應(yīng)來自控制部61的控制，激光光源51可擇一振蕩的波 長。
控制部61首先使Z軸載物臺58從對焦位置(上述的對焦后的位置) 移動到攝像范圍的下端(步驟S101)。 Z軸方向的攝像范圍優(yōu)選設(shè)定為焦 點深度的數(shù)倍左右，以使其包含作為評價對象光學(xué)系統(tǒng)的物鏡系統(tǒng)56的 像面彎曲和縱向的色差的范圍。
接著，控制部61通過切換激光光源51的波長，將照明光的波長切 換為1個波長，該波長在多個波長中尚未對現(xiàn)在的Z軸載物臺位置的觀 察圖像進(jìn)行拍攝(步驟S102)。
接著，控制部61通過XY掃描器54的掃描拍攝試料57的觀察圖像， 存儲在計算機(jī)62內(nèi)部的存儲部中(步驟S103)。
接著，控制部61判定在現(xiàn)在的Z軸載物臺位置是否對多個波長的全 部實施了步驟S102、 S103，即判定用于攝像的波長個數(shù)是否達(dá)到了預(yù)定 的波長個數(shù)(步驟S104)。并且，在已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的波長個數(shù)的情況下 (歩驟S104:是)，控制部18進(jìn)入步驟S105，在未達(dá)到預(yù)定的波長個數(shù) 的情況下(步驟S104:否)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S102幵始的處理。這樣， 通過反復(fù)進(jìn)行步驟S102、 S103的處理直到用于攝像的波長個數(shù)達(dá)到預(yù)定 的波長個數(shù)，現(xiàn)在的Z軸載物臺位置的多個波長的每一個的觀察圖像的圖像文件被存儲在計算機(jī)62的存儲部中。
接著，控制部61判定存儲在計算機(jī)62的存儲部中的各波長的圖像 文件數(shù)是否達(dá)到了覆蓋z方向的預(yù)定的攝像范圍的層疊張數(shù)(步驟 S105)。并且，在達(dá)到了層疊張數(shù)的情況下(步驟S105:是)，控制部18 結(jié)束攝像處理，在未達(dá)到層疊張數(shù)的情況下(步驟S105:否)，使Z軸 載物臺58向上方移動1級后(步驟S106)，反復(fù)進(jìn)行從步驟S102開始的 處理。該1級的移動量優(yōu)選設(shè)為被評價的物鏡系統(tǒng)56的焦點深度的 1/5 1/10左右。
這樣，通過反復(fù)進(jìn)行步驟S102 S104以及步驟S106直到滿足步驟 S105，按照多個波長的每一個，覆蓋Z軸方向預(yù)定的攝像范圍的層疊張 數(shù)的圖像文件，作為層疊圖像被存儲在計算機(jī)62的存儲部中。
在熒光共聚焦顯微鏡200中，如上所述，基于拍攝的層疊圖像，通 過與透鏡評價裝置100同樣的分析處理，求出對應(yīng)于各孔像的像軸的形 狀，并且，基于其像軸的形狀，計算作為物鏡系統(tǒng)56的光學(xué)特性的分布 的聚焦遠(yuǎn)心的分布以及慧差的分布的評價值。這樣，在熒光共聚焦顯微 鏡200中，與透鏡評價裝置100相同，能短時間且高精度地評價物鏡系 統(tǒng)56的光學(xué)特性的分布。
在本實施方式2中，說明了熒光共聚焦顯微鏡200用1個聚光點掃 描試料57的內(nèi)部的情況，而對于使用了尼普科夫圓盤(Nipkowdisk)等 的、用多個聚光點同時掃描的共聚焦顯微鏡，也能使用本發(fā)明。
再有，熒光共聚焦顯微鏡200的激勵光和熒光的波長有些不同。在 本實施方式2中說明了僅用激勵光的波長評價的情況，作為點光源列的 試料57，例如如果采用配置成平面狀的多個熒光微球試料，則可進(jìn)行包 含了激勵光和熒光的波長差的更準(zhǔn)確的評價。或者，也可以用實施方式1 那種透射照明和孔列標(biāo)本形成點光源列。此時，和激光光源不同，因為 能設(shè)定任意的評價波長，所以能評價用熒光波長或激勵光和熒光的中間 的波長評價像軸的形狀以及光學(xué)特性的分布。
至此，將實施本發(fā)明的最佳實施方式作為實施方式1和2進(jìn)行了說 明，但本發(fā)明不限定于上述的實施方式1以及2，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行種種變形。
例如，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置也能適用于顯微鏡以外的光學(xué)系 統(tǒng)。作為顯微鏡以外的光學(xué)系統(tǒng)，不限于透鏡系統(tǒng)(折射系統(tǒng))，對于包 含反射系統(tǒng)或反射折射系統(tǒng)等的各種成像光學(xué)系統(tǒng)也能適用。但是，根 據(jù)要評價的光學(xué)系統(tǒng)的視場的大小和分辨率，需要準(zhǔn)備合適的多個點光 源。用于拍攝層疊圖像的移動機(jī)構(gòu)的逐級移動量和移動范圍也同樣。而 且根據(jù)上面的說明已經(jīng)明確了必須的要件。從層疊圖像計算聚焦遠(yuǎn)心和 慧差的各分布的評價式的處理過程，也能適用與相對于顯微鏡光學(xué)系統(tǒng) 的情況相同的情況。
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其根據(jù)經(jīng)由評價對象光學(xué)系統(tǒng)成像的點像的成像位置來評價上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)評價裝置包括點像生成單元，其具有排列成平面狀的多個點光源，按照該每個點光源，經(jīng)由上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)使上述點像成像；攝像單元，其拍攝多個上述點像，生成點像分布圖像；移動單元，其使該評價對象光學(xué)系統(tǒng)與上述點光源或上述攝像單元的相對距離沿上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變；攝像控制單元，其通過上述移動單元使上述相對距離改變，每逢改變該相對距離時，都使上述攝像單元拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算單元，其根據(jù)以不同的上述相對距離拍攝的多個上述點像分布圖像的圖像信息，檢測上述點像的每個不同的上述相對距離的成像位置，計算對應(yīng)于該檢測到的多個成像位置的回歸式，并且按照多個上述點像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理；以及評價值計算單元，其對于多個上述點像的每一個的上述形狀參數(shù)，擬合表示上述光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的特性分布模型函數(shù)，計算上述光學(xué)特性的評價值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述特 性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述像 軸形狀計算單元包括強(qiáng)度分布擬合單元，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，對于拍攝有上述點像的點像圖像區(qū)域，擬合表示該 點像圖像區(qū)域的2維強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布模型函數(shù)；強(qiáng)度位置計算單元，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，檢測上述強(qiáng)度分布擬合單元擬合的強(qiáng)度分布模型函數(shù)為最大值的上述點像分布圖像上的平面內(nèi)坐標(biāo)，根據(jù)該檢測出的平面 內(nèi)坐標(biāo)，計算拍攝了上述點像分布圖像的上述相對距離中的上述點像的 最大強(qiáng)度位置，作為該點像的成像位置；以及曲線擬合單元，其對于每個不同的上述相對距離的多個上述最大強(qiáng) 度位置，擬合曲線模型函數(shù)作為上述回歸式，取得該擬合的曲線模型函 數(shù)的系數(shù)作為上述形狀參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于， 上述像軸形狀計算單元具有范圍設(shè)定單元，該范圍設(shè)定單元對于上述點像，設(shè)定上述強(qiáng)度分布模型函數(shù)的擬合范圍，上述強(qiáng)度分布擬合單元按照以上述擬合范圍內(nèi)的不同的上述相對距 離拍攝的上述點像分布圖像的每一個，對上述點像圖像區(qū)域擬合上述強(qiáng) 度分布模型函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述強(qiáng) 度分布模型函數(shù)是2維高斯分布函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述像 軸形狀計算單元包括強(qiáng)度位置計算單元，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，檢測表示拍攝有上述點像的點像圖像區(qū)域內(nèi)的最大 亮度值的像素位置，根據(jù)該檢測出的像素位置，計算拍攝了上述點像分 布圖像的上述相對距離中的上述點像的最大強(qiáng)度位置，作為該點像的成 像位置；以及曲線擬合單元，其對于每個不同的上述相對距離的多個上述最大強(qiáng) 度位置，擬合曲線模型函數(shù)作為上述回歸式，取得該擬合的曲線模型函 數(shù)的系數(shù)作為上述形狀參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述像 軸形狀計算單元具有范圍設(shè)定單元，該范圍設(shè)定單元對于上述點像設(shè)定 上述像素位置的搜索范圍；強(qiáng)度位置計算單元按照以上述搜索范圍內(nèi)的不同的上述相對距離拍 攝的上述點像分布圖像的每一個，檢測上述像素位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3 7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述曲線模型函數(shù)是表示直線的直線模型函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3 7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述曲線模型函數(shù)是表示2次曲線的2次曲線模型函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述點像生成單元使多個波段的光可自由切換地從上述點光源射 出，并且按照該多個波段的光的每一個，使上述點像成像；上述攝像控制單元每逢由上述移動單元改變上述相對距離時，使上 述點像生成單元依次成像上述多個波段的光的上述點像，并且使上述攝 像單元按照上述多個波段的光的每一個拍攝上述點像分布圖像；上述像軸形狀計算單元按照上述多個波段的光的每一個，進(jìn)行按照 多個上述點像的每一個取得上述形狀參數(shù)的處理，并且計算差分參數(shù)， 該差分參數(shù)表示針對該多個波段的光中的第1波段的光和第2波段的光 的上述形狀參數(shù)的差分；上述評價值計算單元對多個上述點像的每一個的上述差分參數(shù)，擬 合表示上述第1波段的光和上述第2波段的光中的上述光學(xué)特性的差分 的分布的差分分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的差分分布模型函數(shù)，計算上 述光學(xué)特性的差分的評價值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，其包括旋轉(zhuǎn)單元，該旋轉(zhuǎn)單元使包含上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的至 少一部分的部分光學(xué)系統(tǒng)，以該部分光學(xué)系統(tǒng)的光軸為中心旋轉(zhuǎn)，-上述評價值計算單元對上述旋轉(zhuǎn)單元引起的上述部分光學(xué)系統(tǒng)的不 同的旋轉(zhuǎn)位置，計算上述光學(xué)特性的評價值，根據(jù)該計算出的多個上述 光學(xué)特性的評價值，分離該光學(xué)特性的評價值中的與上述部分光學(xué)系統(tǒng) 對應(yīng)的成分和與該部分光學(xué)系統(tǒng)以外對應(yīng)的成分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述攝像控制單元使由上述移動單元在預(yù)定范圍內(nèi)增加和減少上述相對距離的往復(fù)變化至少進(jìn)行一次，并且每逢在上述相對距離的增加中 和減少中使該相對距離改變時，都使上述攝像單元拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算單元根據(jù)在上述相對距離增加中和減少中拍攝的多個 上述點像分布圖像的圖像信息，按照多個上述點像的每一個，取得分別 對應(yīng)于該相對距離的增加中和減少中的上述形狀參數(shù)；上述評價值計算單元根據(jù)分別對應(yīng)于上述相對距離的增加中和減少 中的上述形狀參數(shù)，計算分別對應(yīng)于該相對距離的增加中和減少中的上 述光學(xué)特性的評價值，根據(jù)該計算出的多個上述光學(xué)特性的評價值，分 離該光學(xué)特性的評價值中的與上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的成分和與該 評價對象光學(xué)系統(tǒng)以外對應(yīng)的成分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)具有光圈， 上述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心的分布；上述評價值計算單元根據(jù)上述特性分布模型函數(shù)計算上述光圈的橫 向偏移量以及縱向偏移量的至少一方。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述點像生成單元具有多個孔，其具有小于等于上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的分辨率的直徑，被排列成平面狀；以及照明單元，其透射照明多個上述孔；由上述照明單元照明的多個上述孔被用作多個上述點光源。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1 7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述點像生成單元包括多個微小反射鏡，其具有小于等于上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的分辨率 的直徑，被排列成平面狀；以及照明單元，其對多個上述微小反射鏡進(jìn)行落射照明； 由上述照明單元照明的多個上述微小反射鏡被用作多個上述點光源。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1 7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述攝像單元具有2維攝像元件，由該2維攝像元件拍攝多個上述 點像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述點像生成單元具有共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，該共聚焦光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置 為相對于上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)與多個上述點光源共軛；按照上述每個點光源，經(jīng)由該共聚焦光學(xué)系統(tǒng)對上述點像進(jìn)行共聚 焦檢測。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述攝像控制單元每逢由上述移動單元移動上述相對距離時，使上 述點像生成單元讓多個上述點光源依次發(fā)光，依次成像多個上述點像， 并且，使上述攝像單元依次拍攝該依次成像的上述點像，生成上述點像 分布圖像。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)是遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述 移動單元使上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)心側(cè)的上述相對距離變化。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1 7的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征 在于，上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)是用于顯微鏡的顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)系統(tǒng)評價裝置，其特征在于，上述 評價對象光學(xué)系統(tǒng)的至少一部分是物鏡。
23. —種光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其根據(jù)經(jīng)由評價對象光學(xué)系統(tǒng)成像的點 像的成像位置來評價上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性，其特征在于， 該光學(xué)系統(tǒng)評價方法包括-點像生成步驟，其按照被排列成平面狀的多個點光源的每一個，經(jīng)由上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)使上述點像成像；攝像步驟，其拍攝多個上述點像，生成點像分布圖像；移動步驟，其使該評價對象光學(xué)系統(tǒng)與上述點光源或上述攝像單元 的相對距離沿上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向改變；攝像控制步驟，其通過上述移動步驟使上述相對距離變化，每逢使 該相對距離變化時，都由上述攝像步驟拍攝上述點像分布圖像；像軸形狀計算步驟，其根據(jù)以不同的上述相對距離拍攝的多個上述 點像分布圖像的圖像信息，檢測上述點像的每個不同的上述相對距離的 成像位置，計算對應(yīng)于該檢測的多個成像位置的回歸式，并且按照多個 上述點像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理； 以及評價值計算步驟，其對于多個上述點像的每一個的上述形狀參數(shù)， 擬合表示上述光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的特性 分布模型函數(shù)計算上述光學(xué)特性的評價值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于，所述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心或慧差的至少一方的分布。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于，上述 像軸形狀計算步驟包括強(qiáng)度分布擬合步驟，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，對于拍攝有上述點像的點像圖像區(qū)域，擬合表示該 點像圖像區(qū)域的2維強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布模型函數(shù)；強(qiáng)度位置計算步驟，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，檢測上述強(qiáng)度分布擬合步驟所擬合的強(qiáng)度分布模型 函數(shù)為最大值的上述點像分布圖像上的平面內(nèi)坐標(biāo)，根據(jù)該檢測出的平 面內(nèi)坐標(biāo)，計算拍攝了上述點像分布圖像的上述相對距離中的上述點像 的最大強(qiáng)度位置，作為該點像的成像位置；以及曲線擬合步驟，其對于每個不同的上述相對距離的多個上述最大強(qiáng) 度位置，擬合曲線模型函數(shù)作為上述回歸式，取得該擬合的曲線模型函 數(shù)的系數(shù)作為上述形狀參數(shù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于， 上述像軸形狀計算步驟包括范圍設(shè)定步驟，該范圍設(shè)定步驟對于上述點像，設(shè)定上述強(qiáng)度分布模型函數(shù)的擬合范圍，上述強(qiáng)度分布擬合步驟按照以上述擬合范圍內(nèi)的不同的上述相對距 離拍攝的上述點像分布圖像的每一個，對上述點像圖像區(qū)域擬合上述強(qiáng) 度分布模型函數(shù)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于，上述 強(qiáng)度分布模型函數(shù)是2維高斯分布函數(shù)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于，上述 像軸形狀計算步驟包括強(qiáng)度位置計算步驟，其按照以不同的上述相對距離拍攝的上述點像 分布圖像的每一個，檢測表示拍攝有上述點像的點像圖像區(qū)域內(nèi)的最大 亮度值的像素位置，根據(jù)該檢測出的像素位置，計算拍攝了上述點像分 布圖像的上述相對距離中的上述點像的最大強(qiáng)度位置，作為該點像的成 像位置；以及曲線擬合步驟，其對于每個不同的上述相對距離的多個上述最大強(qiáng) 度位置，擬合曲線模型函數(shù)作為上述回歸式，取得該擬合的曲線模型函 數(shù)的系數(shù)作為上述形狀參數(shù)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特征在于，上述 像軸形狀計算步驟包含范圍設(shè)定步驟，該范圍設(shè)定步驟對于上述點像， 設(shè)定上述像素位置搜索范圍，強(qiáng)度位置計算步驟按照以上述搜索范圍內(nèi)的不同的上述相對距離拍 攝的各上述點像分布圖像的每一個，檢測上述像素位置。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25~29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，上述曲線模型函數(shù)是表示直線的直線模型函數(shù)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25~29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，上述曲線模型函數(shù)是表示2次曲線的2次曲線模型函數(shù)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23~29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，上述點像生成步驟可自由切換地使多個波段的光從上述點光源射 出，并且按照該多個波段的光的每一個，使上述點像成像；上述攝像控制步驟每逢由上述移動步驟改變上述相對距離時，由上 述點像生成步驟依次成像上述多個波段的光的上述點像，并且由上述攝像步驟按照上述多個波段的光的每一個拍攝上述點像分布圖像；上述像軸形狀計算步驟按照上述多個波段的光的每一個，進(jìn)行按照多個上述點像的每一個取得上述形狀參數(shù)的處理，并且計算差分參數(shù)，該差分參數(shù)表示針對該多個波段的光中的第1波段的光和第2波段的光的上述形狀參數(shù)的差分；上述評價值計算步驟對多個上述點像的每一個的上述差分參數(shù)，擬合表示上述第1波段的光和上述第2波段的光中的上述光學(xué)特性的差分的分布的差分分布模型函數(shù)，根據(jù)該擬合的差分分布模型函數(shù)，計算上述光學(xué)特性的差分的評價值。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23 29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，其包含旋轉(zhuǎn)步驟，該旋轉(zhuǎn)步驟使包含上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)的至少 一部分的部分光學(xué)系統(tǒng)，以該部分光學(xué)系統(tǒng)的光軸為中心旋轉(zhuǎn)；上述評價值計算步驟對上述旋轉(zhuǎn)步驟引起的上述部分光學(xué)系統(tǒng)的不 同的旋轉(zhuǎn)位置，計算上述光學(xué)特性的評價值，根據(jù)該計算出的多個上述 光學(xué)特性的評價值，分離該光學(xué)特性的評價值中的與上述部分光學(xué)系統(tǒng) 對應(yīng)的成分和與該部分光學(xué)系統(tǒng)以外對應(yīng)的成分。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23~29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，上述攝像控制步驟通過上述移動步驟使在預(yù)定范圍內(nèi)增加和減少上 述相對距離的往復(fù)變化至少進(jìn)行一次，并且每逢在上述相對距離的增加 中和減少中使該相對距離改變時，都由上述拍攝步驟拍攝上述點像分布 圖像；像軸形狀計算步驟根據(jù)在上述相對距離的增加和減少中拍攝的多個 上述點像分布圖像的圖像信息，按照多個上述點像的每一個，取得分別對應(yīng)于該相對距離的增加中和減少中的上述形狀參數(shù)；上述評價值計算步驟根據(jù)分別對應(yīng)于上述相對距離的增加中和減少 中的上述形狀參數(shù)，計算分別對應(yīng)于該相對距離的增加中和減少中的上 述光學(xué)特性的評價值，根據(jù)該計算出的多個上述光學(xué)特性的評價值，分 離該光學(xué)特性的評價值中的與上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的成分和與該 評價對象光學(xué)系統(tǒng)以外對應(yīng)的成分。
35.根據(jù)權(quán)利要求23~29的任何一項所述的光學(xué)系統(tǒng)評價方法，其特 征在于，上述評價對象光學(xué)系統(tǒng)具有光圈； 上述特性分布模型函數(shù)表示聚焦遠(yuǎn)心的分布；上述評價值計算步驟根據(jù)上述特性分布模型函數(shù)，計算上述光圈的 橫向偏移量以及縱向偏移量的至少一方。
全文摘要
本發(fā)明提供光學(xué)系統(tǒng)評價裝置、光學(xué)系統(tǒng)評價方法及其程序，為了能短時間且高精度地評價評價對象光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性的分布，透鏡評價裝置(100)包括攝像元件(10)，其以試料(4)和物鏡(7a)的不同的相對距離拍攝經(jīng)由物鏡(7a)成像的多個孔像，生成層疊圖像；像軸形狀計算部(15)，其基于層疊圖像的圖像信息，檢測各不同的相對距離的孔像的成像位置，對該檢測的多個成像位置擬合曲線模型函數(shù)，計算回歸式，并按照多個孔像的每一個，進(jìn)行取得由該回歸式規(guī)定的像軸的形狀參數(shù)的處理；評價值計算部(16)，其對多個孔像的每一個的像軸的形狀參數(shù)擬合表示物鏡(7a)的光學(xué)特性的分布的特性分布模型函數(shù)，基于該擬合的特性分布模型函數(shù)，計算物鏡(7a)的光學(xué)特性的評價值。
文檔編號G01M11/02GK101303269SQ200810097520
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者松沢聰明 申請人:奧林巴斯株式會社