JP2010085269A - 光学システム、光強度分布算出方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光学系のステップ応答を高精度で測定すること。
【解決手段】光学システムは、光源と、光源からの光を光学系を通じて受光する受光部と、光源からの光の強度を変えることにより、受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御部と、受光部が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基づいて、光学系による光強度分布を算出する強度分布算出部とを備える。強度分布算出部は、光源からの光の強度がより高い場合における受光量から、より低い強度域の強度分布を算出してよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学システム、光強度分布算出方法、およびプログラムに関する。

被検レンズの画角に応じて軸上と軸外との光量を別々に調整する、ＭＴＦ測定装置の照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、３次曲面を有する位相板を使用することによって光学システムの光伝達関数を焦点位置から或るレンジ内で実質的に一定に留めるとする技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平６−１７４５８８号公報 特表平１１−５００２３５号公報

上記特許文献２に記載された光学系による点像分布は一定の広がりを有している。この光学系により得られた画像は、点像の広がりを補正する画像処理により復元することができる。しかしながら、広範囲にわたる点像分布を高精度に測定するなどして光学系の光学応答を高精度に測定しなければ、被写体像をきちんと復元することができない。

上記特許文献１に記載された技術によると、軸上と軸外との光量を別々に調整することができる。しかしながら、軸上光および軸外光のそれぞれについて、点像分布を広範囲にわたって高精度に測定することができない場合がある。例えば、低照度領域の強度の測定精度が、高照度領域の強度の測定精度に比べて著しく低くなるおそれがある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、光学システムであって、光源と、光源からの光を光学系を通じて受光する受光部と、光源からの光の強度を変えることにより、受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御部と、受光部が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基づいて、光学系による光強度分布を算出する強度分布算出部とを備える。

強度分布算出部は、光源からの光の強度がより高い場合における受光量から、より低い強度域の強度分布を算出してよい。

制御部は、第１強度の光、および、第１強度より大きい第２強度の光を受光部に順次受光させ、強度分布算出部は、光源からの光の強度が第１強度である場合における受光量、および、光源からの光の強度が第２強度である場合における受光量から、それぞれ第１強度域の強度分布、および、第１強度域より低い第２強度域の強度分布を算出する狭域強度分布算出部と、狭域強度分布算出部が算出した第１強度域の強度分布および第２強度域の強度分布から、第１強度域および第２強度域にわたる強度分布を算出する広域強度分布算出部とを有してよい。

受光部は、物点からの光の広がりを物点までの距離に対して略一定にする光学系を通じて、光源からの光を受光してよい。

光学系は、物点からの光に特定の位相差分布を与える光変調部を有し、受光部は、光変調部による波面変調により物点からの光の広がりを物点までの距離に対して略一定にする光学系を通じて、光源からの光を受光してよい。

光変調部は、光軸を原点とする座標に関する３次の位相差分布を物点からの光に与えてよい。

光変調部は、光軸を原点とする直交座標系のそれぞれの座標軸の座標値に関する３次の位相差分布を物点からの光に与えてよい。

光学系は、結像レンズをさらに有し、受光部は、結像レンズおよび光変調部を通じて、光源からの光を受光してよい。

強度分布に基づいて、光学系を通じて撮像された画像に対する画像処理パラメータを算出する画像処理パラメータ算出部をさらに備えてよい。

強度分布に基づいて、光学系による光学応答を算出する光学応答算出部をさらに備えてよい。

光学応答算出部は、光学系による点像強度分布を算出してよい。

本発明の第２の態様においては、光強度分布算出方法であって、光源からの光を光学系を通じて受光する受光段階と、光源からの光の強度を変えることにより、受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御段階と、受光段階において受光された異なる強度の光の受光量に基づいて、光学系による光強度分布を算出する強度分布算出段階とを備える。

本発明の第３の態様においては、光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、光源からの光の強度を変えることにより、光源からの光を光学系を通じて受光する受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御部、受光部が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基づいて、光学系による光強度分布を算出する強度分布算出部として機能させる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係わる光学システム１０の概念構成の一例を示す。光学システム１０は、点像強度分布など、撮像光学系の光学特性を高精度に測定することができるシステムを提供する。

光学システム１０は、光学系設計装置１５、光学特性情報格納部２０、設計値取得部１０５、制御部１２０、光源１５０、光チョッパ１５５、光学系１００ａ、受光部１７０、駆動部１６０、アンプ部１６５、強度分布算出部１８０、光学応答算出部１４０、画像処理パラメータ算出部１４５、画像処理パラメータ格納部３０、および、画像処理パラメータ出力部４０、並びに、画像処理回路５０および光学系１００ｂを有する撮像装置１１０を備える。強度分布算出部１８０は、狭域強度分布算出部１３０および広域強度分布算出部１３５を有する。光源１５０は、発光部１５２、および、複数の光ファイバ１５４−１〜ｎを有する。なお、以下の説明において、光ファイバ１５４−１〜ｎを、光ファイバ１５４と総称する場合がある。

また、光学系１００ａは、設計された光学系の光学特性を評価するための評価対象の光学系であり、光学系設計装置１５により設計された設計値に基づいて製造された光学系であるとする。また、光学系１００ｂは、撮像装置１１０に実際に組み込まれる光学系である。光学系１００ｂは、光学系１００ａとは異なる光学系であってよいが、光学系１００ｂが実際に評価対象となる場合には、光学系１００ａおよび光学系１００ｂは同じ光学系を示すことになる。そこで、以下の説明においては、光学系１００ａおよび光学系１００ｂを、光学系１００と総称する場合がある。

光学系設計装置１５は、撮像装置１１０に組み付けられるべき光学系１００を設計する。光学特性情報格納部２０は、光学系設計装置１５が設計した光学系１００の設計値を取得して記憶する。設計値取得部１０５は、光学特性情報格納部２０が記憶している設計値を取得して、制御部１２０に提供する。制御部１２０は、設計値取得部１０５から提供された設計値に基づいて、光学システム１０の各構成要素を制御する。

以下に、光学システム１０における処理の概要を説明する。光源１５０は、光学系１００の光学特性を評価するための光を発する。例えば、光源１５０は、実質的に点光源からの光とみなすことができる光を発する。なお、光源１５０が発する光は、光学系１００のステップ応答を測定することができる光であれば、点光源からの光とみなすことができなくてもよい。例えば、光源１５０は、実質的に線光源からの光とみなすことができる光を発してもよい。

光チョッパ１５５は、光源１５０からの光をチョッピングする。光源１５０が発して、光チョッパ１５５を通過した光は、光学系１００に入射される。受光部１７０は、光源１５０からの光を光学系１００を通じて受光する。このように、受光部１７０は、光チョッパ１５５および光学系１００を通過した光を受光する。

受光部１７０が受光した光の光量を示す電気信号は、アンプ部１６５で増幅され、強度分布算出部１８０に供給される。強度分布算出部１８０は、アンプ部１６５から供給された電気信号が示す光量情報に基き、光学系１００を通過した光の、受光部１７０における強度分布を算出する。

光学応答算出部１４０は、強度分布算出部１８０が算出した強度分布から、点像強度分布、光学伝達関数などの光学応答を算出する。画像処理パラメータ算出部１４５は、光学応答算出部１４０が算出した光学応答から、光学系１００の光学伝達関数に対する逆フィルタを算出する。画像処理パラメータ格納部３０は、画像処理パラメータ算出部１４５が算出した逆フィルタを格納する。

画像処理パラメータ出力部４０は、画像処理パラメータ格納部３０から逆フィルタを読み出して、画像処理回路５０に記憶させる。画像処理回路５０は、撮像装置１１０が撮像した画像に画像処理を施す集積回路であってよい。画像処理回路５０は、画像処理パラメータを記憶するメモリを有してよく、画像処理パラメータ出力部４０は、当該メモリに逆フィルタを書き込んでよい。撮像装置１１０は、逆フィルタが書き込まれた画像処理回路５０を組み込む工程と、光学系１００を組み込む工程とを含む工程を経て製造される。

以下に、各構成要素の機能及び動作をより詳細に説明する。発光部１５２は光学系１００に入射される光を発する。光ファイバ１５４は、発光部１５２が発した光を導光する。光ファイバ１５４−１、光ファイバ１５４−２、光ファイバ１５４−３、光ファイバ１５４−ｎのそれぞれの出射端は、異なる位置に配置されている。例えば、各出射端は、光学系１００の光軸に垂直面内に２次元的に配置されてよい。光ファイバ１５４の各出射端は、出射光が実質的に点光源とみなすことができる径を有している。

制御部１２０は、光学系１００の光軸方向における出射端の位置、および、出射端から出射する光の向きを制御することができる。例えば、制御部１２０は、光軸に平行方向に各出射端を移動することができる。また、制御部１２０は、発光部１５２が発する光の強度を制御することができる。また、制御部１２０は、いずれの光ファイバ１５４の出射端から光を出射させるかを制御することができる。

光ファイバ１５４から出射した光は、光チョッパ１５５に入射する。光チョッパ１５５は、一例として回転円盤式あるいは電磁開閉式で、光をチョッピングすることができる。光チョッパ１５５によるチョッピング動作により、光学系１００に入射する光に強度変調がかけられる。駆動部１６０は、光チョッパ１５５によるチョッピング動作を制御する。駆動部１６０は、光チョッパ１５５を駆動する駆動信号を参照信号としてアンプ部１６５に供給する。

受光部１７０は、複数の受光素子を有する。複数の受光素子は、光学系１００の光軸に垂直な面内に２次元的に配列されてよい。受光素子は、ＣＣＤ型の受光素子であってよく、ＣＭＯＳ型の受光素子であってもよい。各受光素子は、光チョッパ１５５および光学系１００を通過した光を受光して、受光量に応じた電気信号をアンプ部１６５に出力する。なお、光学系１００が有する光学素子の具体例については、後に説明する。

アンプ部１６５は、一例としてロックインアンプであってよい。アンプ部１６５は、駆動部１６０からの参照信号を入力して、受光素子からの電気信号を同期検波する。この構成により光検出のＳ／Ｎ比が向上するので、光学システム１０によると、光学系１００を通過する光の強度が微弱な場合であっても、高精度に光を検出することができる。

図２に関連して後述するように、光学系１００による点像強度分布は位置に応じて大きく変動する。ぼけて撮像された被写体像に対する復元性能を高めるためには、点像強度分布における高輝度領域および低輝度領域の波形をともに詳細に測定しなければならない。本実施形態では、低輝度領域の波形を測定する場合には光源１５０からの光の強度を高めて測定して測定感度を向上するとともに、高輝度領域の波形を測定する場合には光源１５０からの光の強度を相対的に低くして測定する。

具体的には、制御部１２０は、光源１５０からの光の強度を変えることにより、受光部１７０に異なる強度の光を順次受光させる。具体的には、制御部１２０は、発光部１５２の発光強度を時間的に変化させることにより、受光部１７０に異なる強度の光を順次受光させてよい。強度分布算出部１８０は、受光部１７０が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基き、光学系１００による光強度分布を算出する。

具体的には、図５などに関連して後述するように、強度分布算出部１８０は、光源１５０からの光の強度がより高い場合における受光部１７０の受光量から、より低い強度域の強度分布を算出する。また、強度分布算出部１８０は、光源１５０からの光の強度がより低い場合における受光部１７０の受光量から、より高い強度域の強度分布を算出する。

具体的には、制御部１２０は、第１強度の光、および、第１強度より大きい第２強度の光を受光部１７０に順次受光させる。そして、狭域強度分布算出部１３０は、光源１５０からの光の強度が第１強度である場合における受光量、および、光源１５０からの光の強度が第２強度である場合における受光量から、それぞれ第１強度域の強度分布、および、第１強度域より低い第２強度域の強度分布を算出する。そして、広域強度分布算出部１３５は、狭域強度分布算出部１３０が算出した第１強度域の強度分布および第２強度域の強度分布から、第１強度域および第２強度域にわたる強度分布を算出する。

このように、狭域強度分布算出部１３０は、光源１５０からの光強度がより大きい場合の受光素子の受光量から、より低い強度域の光強度分布を算出することができる。このため、光学システム１０によると、受光素子およびアンプ部１６５の検出感度で定まるダイナミックレンジを有効に利用することができ、強度分布における"裾野"領域を高精度に測定することができる。

光学応答算出部１４０は、強度分布算出部１８０が算出した強度分布に基き、光学系１００による光学応答を算出する。光学応答としては、上述したように点像強度分布または光学伝達関数などを例示することができる。光学応答としては、上述した線像強度分布の他にも、ＭＴＦなどの、光学系設計装置１５による設計を評価する評価指標値を例示することができる。なお、光学応答算出部１４０は、撮像装置１１０が撮像する画像の輝度分解能より高く輝度分解された点像強度分布を算出してよい。光学システム１０によると、強度分布の"裾野"領域を高精度に測定することができるので、点像強度分布を高精度に算出することができる。

画像処理パラメータ算出部１４５は、光学応答算出部１４０が算出した点像強度分布または光学伝達関数に基き、光学系１００を通じて撮像された画像に対する画像処理パラメータを算出する。なお、画像処理パラメータとしては、上述した逆フィルタを例示することができる。このように、画像処理パラメータ算出部１４５は、強度分布算出部１８０が算出した強度分布に基き、光学系１００を通じて撮像された画像に対する画像処理パラメータを算出する。そして、画像処理パラメータ算出部１４５が算出した画像処理パラメータは、上述したように画像処理パラメータ格納部３０に格納されて画像処理パラメータ出力部４０により画像処理回路５０に書き込まれる。

以上説明したように、光学システム１０によると、光強度分布を高精度で測定することができるので、光学系１００の光学特性を高精度に評価したり、逆フィルタを高精度に算出することができる。このため、撮像装置１１０は、高精度な逆フィルタにより、光学系１００によりぼけた被写体像を、鮮明な像に復元することができる。また、このような復元処理において生じるアーチファクトなどの復元劣化を、著しく低減することができる。

ここで、光学系１００が有する各光学素子について説明する。光学系１００は、複数の結像レンズ１０２ａおよびｂ、光変調部１０４、ならびに、絞り部１０６を備える。なお、以後の説明においては、結像レンズ１０２ａおよびｂを、結像レンズ１０２と総称する場合がある。絞り部１０６は、光学系１００を通過する光を絞る。制御部１２０は、絞り部１０６の絞り開度を制御することができる。

結像レンズ１０２は、物点からの光を実質的に結像することができる。なお、制御部１２０は、結像レンズ１０２の焦点距離を制御することができる。

一方、光変調部１０４は、物点からの光に特定の位相差分布を与えることにより、物点からの光の波面を変調する。光変調部１０４による波面変調により、物点からの光の広がりは物点までの距離に対して略一定になる。なお、光学系１００は、物点からの光を、複数の受光素子が受光することができる範囲に広げる。

光変調部１０４は、一例として３次元的曲面を有する位相板であってよい。例えば、光変調部１０４は、光軸を原点とする座標に関す３次式で表される形状を有してよい。より具体的には、光変調部１０４は、光軸を原点とする直交座標の各座標値に関して、３次式で表される形状を有してよい。例えば、光学系１００の光軸に直交する２軸をｘ、ｙとして、αを定数としたとき、光変調部１０４による波面収差はα（ｘ^３＋ｙ^３）で表される。

光変調部１０４は、光軸を原点とする座標に関する３次の位相差分布、より具体的には、光軸を原点とする直交座標系における座標軸のそれぞれの座標値に関する３次の位相差分布を、物点からの光に与える。これにより、光学系１００を通過した光は、物点の位置によらず受光部１７０において同様のぼけとなって結像する。このため、撮像装置１１０が撮像した画像に対して、ぼけた点像を点像に戻すぼけ補正処理を施すことによって、光学系１００から異なる距離にある被写体の像は、それぞれ鮮明な像に復元され得る。

このように、撮像装置１１０が撮像した画像には、被写体までの距離によらず一様にぼかされた被写体像が含まれる。光学システム１０によると、点像における低照度域の分布を高精度に算出することができるので、被写体像のぼけを適切に復元することができる逆フィルタを、撮像装置１１０に提供することができる。

図２は、光学系１００による光強度分布の概念図を示す。光強度分布２０２は、実質的に点光源からの光とみなすことができる光の、受光部１７０の受光面における強度分布を概念的に示したものとする。ここで、光変調部１０４は、上述した３次式曲面を有する位相板であるとする。以後、点像の中心を原点としたｘ軸上の光強度分布２０２を用いて、各構成要素の具体的な動作の一例を説明する。

光強度分布２０２は、光学系１００による点像がｘ方向の領域２０４にわたって広がっていることが示している。被写体像を適切に復元するためには、領域２０４にわたる点像強度を高精度に算出しなければならない。

原点付近の一部領域における点像強度分布は、ｘ軸のスケールを変えて本図の下部に示されている。部分領域２０６は、光強度分布２０２において高照度となる領域を示しており、部分領域２０８ａおよび部分領域２０８ｂは、光強度分布２０２において低照度となる領域を示している。以後の説明では、部分領域２０８ａおよび部分領域２０８ｂを、部分領域２０８と総称する場合がある。

ここで、部分領域２０６および部分領域２０８における光強度分布２０２を同時に測定しようとすると、部分領域２０８における光強度のＳ／Ｎ比は、部分領域２０６における光強度のＳ／Ｎ比より悪化してしまう。そこで、狭域強度分布算出部１３０は、光強度分布２０２における部分領域２０６と、光強度分布２０２における部分領域２０８とを、光学系１００に入射する光強度を替えて別々に測定する。そして、広域強度分布算出部１３５は、測定された部分領域２０８のそれぞれの強度分布から、領域２０４にわたる高精度な光強度分布２０２を算出する。

図３は、設計値を取得して復元フィルタを出力するまでの光学システム１０における処理フローの一例を示す。設計値取得部１０５は、光学特性情報格納部２０から光学系１００の設計値を取得して、制御部１２０に供給する（ステップ３０２）。制御部１２０は、絞り部１０６の絞り開度および焦点距離をそれぞれ所定値に制御する（ステップ３０４）。なお、焦点距離とは、結像レンズ１０２の焦点距離であってよい。そして、制御部１２０は、光軸方向に所定の位置に光ファイバ１５４を移動させる（ステップ３０６）。

そして、制御部１２０は、光を出射させるべき光ファイバ１５４を選択する（ステップ３０８）。ここで、制御部１２０は、光学系１００によって広げられた光ファイバ１５４のそれぞれからの出射光が受光部１７０の受光面において重ならないよう、光を出射させるべき光ファイバ１５４を選択する。このとき、制御部１２０は、光を出射させるべき光ファイバとして複数の光ファイバ１５４を選択してよい。制御部１２０は、ステップ３０２において取得された光学系１００の設計値、ステップ３０６において移動させた光ファイバ１５４の位置、ならびに、ステップ３０４において決定した絞り開度および焦点距離に基き、光を出射させるべき光ファイバ１５４を選択してよい。

そして、制御部１２０は、光ファイバ１５４の出射端の向きを制御する（ステップ３１０）。制御部１２０は、ステップ３０６において移動させた光ファイバ１５４の位置、および、光学系１００の位置に基づき、光ファイバ１５４の出射端の向きを制御してよい。

ステップ３１２において、受光部１７０における受光量に基き点像強度分布が算出される。なお、点像強度分布の算出フローについては、図４に関連して説明する。

そして、制御部１２０は、予め定められた全ての位置のＰＳＦを算出したか否かを判断する（ステップ３１４）。ステップ３１４においては、評価すべき位置として予め定められた全ての像高のＰＳＦが算出されたか否かが判断されてよい。全ての位置のＰＳＦが算出されていない場合には、ステップ３０８に処理を戻す。この場合、ステップ３０８において発光させる光ファイバ１５４が選択し直された後、予め定められた全ての位置のＰＳＦが算出されるまで、ステップ３１０およびステップ３１２の処理が繰り返される。

ステップ３１４において予め定められた全ての位置のＰＳＦを算出した旨が判断された場合、全ての被写体距離に対する点像強度分布が算出されたか否かを判断する（ステップ３１６）。全ての被写体距離に対するＰＳＦが算出されていない場合には、ステップ３０６に処理を戻す。この場合、ステップ３０６において光ファイバ１５４の光軸方向の位置が再調整された後、予め定められた全ての被写体距離に対するＰＳＦが算出されるまで、ステップ３０８、ステップ３１０、ステップ３１２、および、ステップ３１４の処理が繰り返される。

ステップ３１６において全ての被写体距離に対する点像強度分布が算出された旨が判断された場合、制御部１２０は、予め定められた絞り開度および焦点距離の全ての組でのＰＳＦが算出されたか否かを判断する（ステップ３１８）。絞り開度および焦点距離の全ての組でのＰＳＦが算出されていない場合には、ステップ３０４に処理を戻す。この場合、ステップ３０４において絞り開度または焦点距離の少なくとも一方を調整直した後、予め定められた絞り開度および焦点距離の全ての組でのＰＳＦが算出されるまで、ステップ３０６、ステップ３０８、ステップ３１０、ステップ３１２、ステップ３１４、および、ステップ３１６の処理が繰り返される。

ステップ３１８において絞り開度および焦点距離の全ての組でのＰＳＦが算出された旨が判断された場合、画像処理パラメータ算出部１４５は、予め定められた全ての像高、予め定められた全ての被写体距離、予め定められた絞り開度および焦点距離の全ての組について、復元フィルタを算出する（ステップ３２０）。そして、画像処理パラメータ算出部１４５は、ステップ３２０において算出された復元フィルタを出力して画像処理パラメータ格納部３０に記憶させる（ステップ３２２）。

光学システム１０によると、像高、被写体距離、ならびに、光学系１００の絞り開度および焦点距離について多様な組み合わせに対応する点像強度分布を評価することができる。また、当該多様な組み合わせに対応する復元フィルタを算出することができる。この場合において、ステップ３０８において複数の光ファイバ１５４を選択して同時に光を出射させることで、異なる複数の像高に対する点像強度分布を速やかに算出することができる。

図４は、点像強度分布の算出フローの一例を示す。制御部１２０は、発光部１５２を第１強度で発光させて、ステップ３０８で選択した光ファイバ１５４から光を出射させる（ステップ４０２）。そして、狭域強度分布算出部１３０は、受光部１７０が有する各受光素子の受光量データを一時的に記憶する（ステップ４０４）。

そして、制御部１２０は、発光部１５２を、第１強度より大きい第２強度で発光させて、ステップ３０８で選択した光ファイバ１５４から光を出射させる（ステップ４０６）。そして、狭域強度分布算出部１３０は、受光部１７０が有する各受光素子の受光量データを一時的に記憶する（ステップ４０８）。

そして、狭域強度分布算出部１３０は、部分領域２０８などの低照度域の光強度分布、および、部分領域２０６などの高照度域の光強度分布を算出する（ステップ４１０）。そして、広域強度分布算出部１３５は、ステップ４１０において算出された低照度域および高照度域のそれぞれの光強度分布から、領域２０４などの全域の光強度分布を算出する（ステップ４１２）。

そして、光学応答算出部１４０は、ステップ４１２において算出された全域の光強度分布に基づき、点像強度分布を算出する（ステップ４１４）。ステップ４１４においては、光ファイバ１５４の出射端からの強度分布を補正する補正処理がなされてよい。なお、複数の光ファイバ１５４の出射端から光が出射された場合、ステップ４１２においては複数の像高における光強度分布を算出して、ステップ４１４においては、複数の像高における光強度分布から、それぞれの像高における点像強度分布を算出してよい。

なお、受光部１７０がＣＣＤ型の受光素子から形成されている場合、電荷転送中の光入射による影響を低減すべく受光素子をマスクしてもよい。これにより、特にステップ４０８における測定結果へのスミアの影響を比較的に小さくすることができる。

図５は、ステップ４１２において算出された光強度分布の一例を示す。狭域強度分布算出部１３０は、ステップ４０４における受光量データから、部分領域２０６における光強度分布を算出する。また、狭域強度分布算出部１３０は、ステップ４０８における受光量データから、部分領域２０８における光強度分布を算出する。そして、広域強度分布算出部１３５は、第１強度および第２強度に応じて、部分領域２０６における光強度分布および部分領域２０８における光強度分布をそれぞれ規格化するスケーリング処理により、本図の最下段で示される全域の光強度分布を算出することができる。

以上説明したように、光学システム１０によると、点像強度分布を高精度に算出することができる。このため、点像強度分布などに基づく逆フィルタなどの画像処理パラメータを高精度で算出することができる。また、光学システム１０によると、被写体距離、像高、絞り開度、および焦点距離の様々な組み合わせに対応する点像強度分布、逆フィルタなどを、速やかに算出することができる。

図６は、光学システム１０が備える各構成要素として機能するコンピュータ１５００のハードウェア構成の一例を示す。コンピュータ１５００は、ＣＰＵ周辺部と、入出力部と、レガシー入出力部とを備える。ＣＰＵ周辺部は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示デバイス１５８０を有する。入出力部は、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する。レガシー入出力部は、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有する。

ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、より高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムの内容に応じて動作して、各部の制御をする。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得して、表示デバイス１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。

入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。

入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、コンピュータ１５００が起動するときに実行するブート・プログラム、あるいはコンピュータ１５００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、あるいはパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。

ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。

ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、コンピュータ１５００を、図１から図５に関連して説明した光学特性情報格納部２０、設計値取得部１０５、制御部１２０、光源１５０、駆動部１６０、強度分布算出部１８０、光学応答算出部１４０、画像処理パラメータ算出部１４５、画像処理パラメータ格納部３０、画像処理パラメータ出力部４０、および、画像処理回路５０などとして機能させる。また、ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、コンピュータ１５００を、図１から図５に関連して説明した撮像装置１１０および光学系設計装置１５などとして機能させることができる。

以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤまたはＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークあるいはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用して、ネットワークを介したプログラムとしてコンピュータ１５００に提供してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

光学システム１０の概念構成の一例を示す図である。 光学系１００による点像強度分布の概念図を示す図である。 光学システム１０における処理フローの一例を示す図である。 点像強度分布の算出フローの一例を示す図である。 算出された光強度分布の一例を示す図である。 光学システム１０に係わるコンピュータ１５００のハードウェア構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 光学システム
１５ 光学系設計装置
２０ 光学特性情報格納部
３０ 画像処理パラメータ格納部
４０ 画像処理パラメータ出力部
５０ 画像処理回路
１００ 光学系
１０２ 結像レンズ
１０４ 光変調部
１０５ 設計値取得部
１０６ 絞り部
１１０ 撮像装置
１２０ 制御部
１３０ 狭域強度分布算出部
１３５ 広域強度分布算出部
１４０ 光学応答算出部
１４５ 画像処理パラメータ算出部
１５０ 光源
１５２ 発光部
１５４ 光ファイバ
１５５ 光チョッパ
１６０ 駆動部
１６５ アンプ部
１７０ 受光部
１８０ 強度分布算出部
２０２ 光強度分布
２０４ 領域
２０６ 部分領域
２０８ 部分領域
１５００ コンピュータ
１５０５ ＣＰＵ
１５１０ ＲＯＭ
１５２０ ＲＡＭ
１５３０ 通信インターフェイス
１５４０ ハードディスクドライブ
１５５０ フレキシブルディスク・ドライブ
１５６０ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
１５７０ 入出力チップ
１５７５ グラフィック・コントローラ
１５８０ 表示デバイス
１５８２ ホスト・コントローラ
１５８４ 入出力コントローラ
１５９０ フレキシブルディスク
１５９５ ＣＤ−ＲＯＭ
１５９８ ネットワーク通信装置

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源からの光を光学系を通じて受光する受光部と、
   前記光源からの光の強度を変えることにより、前記受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御部と、
   前記受光部が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基づいて、前記光学系による光強度分布を算出する強度分布算出部と
   を備える光学システム。
2. 前記強度分布算出部は、前記光源からの光の強度がより高い場合における前記受光量から、より低い強度域の前記強度分布を算出する
   請求項１に記載の光学システム。
3. 前記制御部は、第１強度の光、および、第１強度より大きい第２強度の光を前記受光部に順次受光させ、
   前記強度分布算出部は、
   前記光源からの光の強度が第１強度である場合における前記受光量、および、前記光源からの光の強度が第２強度である場合における前記受光量から、それぞれ第１強度域の前記強度分布、および、第１強度域より低い第２強度域の前記強度分布を算出する狭域強度分布算出部と、
   前記狭域強度分布算出部が算出した第１強度域の前記強度分布および第２強度域の前記強度分布から、第１強度域および第２強度域にわたる前記強度分布を算出する広域強度分布算出部と
   を有する請求項２に記載の光学システム。
4. 前記受光部は、物点からの光の広がりを物点までの距離に対して略一定にする前記光学系を通じて、前記光源からの光を受光する
   請求項１乃至３のいずれかに記載の光学システム。
5. 前記光学系は、物点からの光に特定の位相差分布を与える光変調部を有し、
   前記受光部は、前記光変調部による波面変調により物点からの光の広がりを物点までの距離に対して略一定にする前記光学系を通じて、前記光源からの光を受光する
   請求項４に記載の光学システム。
6. 前記光変調部は、光軸を原点とする座標に関する３次の位相差分布を物点からの光に与える
   請求項５に記載の光学システム。
7. 前記光変調部は、光軸を原点とする直交座標系のそれぞれの座標軸の座標値に関する３次の位相差分布を物点からの光に与える
   請求項６に記載の光学システム。
8. 前記光学系は、結像レンズをさらに有し、
   前記受光部は、前記結像レンズおよび前記光変調部を通じて、前記光源からの光を受光する
   請求項５乃至７のいずれかに記載の光学システム。
9. 前記強度分布に基づいて、前記光学系を通じて撮像された画像に対する画像処理パラメータを算出する画像処理パラメータ算出部
   をさらに備える請求項１乃至８のいずれかに記載の光学システム。
10. 前記強度分布に基づいて、前記光学系による光学応答を算出する光学応答算出部
    をさらに備える請求項１乃至９のいずれかに記載の光学システム。
11. 前記光学応答算出部は、前記光学系による点像強度分布を算出する
    請求項１０に記載の光学システム。
12. 光源からの光を光学系を通じて受光部が受光する受光段階と、
    前記光源からの光の強度を変えることにより、前記受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御段階と、
    前記受光段階において受光された前記異なる強度の光の受光量に基づいて、前記光学系による光強度分布を算出する強度分布算出段階と
    を備える光強度分布算出方法。
13. 光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、
    光源からの光の強度を変えることにより、前記光源からの光を光学系を通じて受光する受光部に異なる強度の光を順次受光させる制御部、
    前記受光部が異なる強度の光をそれぞれ受光した受光量に基づいて、前記光学系による光強度分布を算出する強度分布算出部
    として機能させるプログラム。

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