JP2012163899A - Optical adjustment device and optical adjustment method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、撮像光学系を構成している複数の光学素子間の配置誤差や光学素子の変形による結像性能の劣化を補正する光学調整装置及び光学調整方法に関するものである。 The present invention relates to an optical adjustment device and an optical adjustment method for correcting deterioration in imaging performance due to an arrangement error between a plurality of optical elements constituting an imaging optical system and deformation of the optical elements.
複数の光学素子から構成される撮像光学系では、複数の光学素子間の配置誤差によって焦点位置に誤差が生じて、撮像光学系の結像性能が劣化することがある。
以下の特許文献1には、焦点位置の誤差を補正する光学調整装置が開示されている。
この光学調整装置は、位相差方式を用いており、この方式では、焦点位置の誤差として、2つの検出器上での受光信号の空間的な差を検出し、この空間的な差に基づいて、撮像光学系内の光学素子を光軸方向に移動させることで、焦点位置の誤差を補正するようにしている。
In an imaging optical system composed of a plurality of optical elements, an error may occur in the focal position due to an arrangement error between the plurality of optical elements, and the imaging performance of the imaging optical system may deteriorate.
The following
This optical adjustment device uses a phase difference method. In this method, a spatial difference between received light signals on two detectors is detected as an error in the focal position, and based on this spatial difference. The focus position error is corrected by moving the optical element in the imaging optical system in the optical axis direction.
焦点位置の誤差のほかに、複数の光学素子間の配置誤差によって偏心収差が生じることで、撮像光学系の結像性能が劣化することがある。
この偏心収差は、撮像光学系を構成する複数の光学素子間での光軸に垂直な方向への僅かな並進移動や傾きにより生じるものである。
この偏心収差が生じている場合、特許文献1に開示されている位相差方式の光学調整装置のように、撮像光学系内の光学素子を光軸方向に移動させるだけでは、結像性能の劣化を補正することができない。
In addition to the focal position error, decentering aberration is caused by an arrangement error between a plurality of optical elements, which may degrade the imaging performance of the imaging optical system.
This decentration aberration is caused by a slight translational movement or inclination in a direction perpendicular to the optical axis between a plurality of optical elements constituting the imaging optical system.
When this decentering aberration occurs, the imaging performance deteriorates only by moving the optical element in the imaging optical system in the direction of the optical axis as in the optical adjustment device of the phase difference method disclosed in
以下の特許文献2には、偏心収差が生じていても、結像性能の劣化を補正することができる光学調整装置が開示されている。
この光学調整装置は、非回転対称な光学系内の結像面に配置されている波面検出部が焦点位置の誤差と偏心収差を測定し、その測定結果にしたがって、光学系内の瞳付近に配置されている一つの光学素子を光軸方向と傾き角度2方向に駆動させることで、焦点位置の誤差と偏心収差による結像性能の劣化を補正するようにしている。
ただし、特許文献2には、どの方向に光学素子を駆動させるかを判断するための手段が開示されていない。
このため、現実に補正作業を行う場合、ユーザが試行錯誤的に光学素子を駆動させて補正を行うことになり、最悪の場合、光学素子を見当違いな方向に駆動して補正位置を見つけられないことが想定される。また、光学素子を駆動させるだけでは、原理的に補正不可能な収差があっても、その判断がつかない。
In this optical adjustment device, the wavefront detector arranged on the imaging plane in the non-rotationally symmetric optical system measures the focal position error and the decentration aberration, and near the pupil in the optical system according to the measurement result. By driving one arranged optical element in the direction of the optical axis and the two tilt angles, the deterioration of the imaging performance due to the focal position error and the decentration aberration is corrected.
However,
For this reason, when actually performing correction work, the user will drive and correct the optical element by trial and error, and in the worst case, the optical element can be driven in the wrong direction to find the correction position. Not expected. Moreover, even if there is an aberration that cannot be corrected in principle by simply driving the optical element, it cannot be determined.
従来の光学調整装置は以上のように構成されているので、光学系内の瞳付近に配置されている一つの光学素子を光軸方向と傾き角度2方向に駆動させれば、焦点位置の誤差と偏心収差を補償できる可能性がある。しかし、どの方向に光学素子を駆動させれば、焦点位置の誤差と偏心収差を補償できるかは分からないため、ユーザが試行錯誤的に光学素子を駆動させる必要があり、最悪の場合、光学素子を見当違いな方向に駆動して、更に結像性能が劣化することがある課題があった。 Since the conventional optical adjusting device is configured as described above, if one optical element arranged near the pupil in the optical system is driven in the optical axis direction and the two tilt angles, an error in the focal position. There is a possibility that decentration aberrations can be compensated. However, since it is not known in which direction the optical element can be driven to compensate for the focal position error and decentration aberration, it is necessary for the user to drive the optical element through trial and error. However, there is a problem that the imaging performance may be further deteriorated by driving the lens in the wrong direction.
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、複数の光学素子間の配置誤差による結像性能の劣化を効率的かつ高精度に補正することができる光学調整装置及び光学調整方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an optical adjustment device and an optical adjustment capable of efficiently and accurately correcting deterioration in imaging performance due to an arrangement error between a plurality of optical elements. The purpose is to obtain a method.
この発明に係る光学調整装置は、複数の光学素子から構成されている撮像光学系を通過している光の波面形状を測定し、その波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出手段と、波面収差抽出手段により抽出された波面収差から撮像光学系の結像状態を把握して、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があるか否かを判定する補正要否判定手段と、補正要否判定手段により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、複数の光学素子における補正対象の光学素子の偏心感度を測定する偏心感度測定手段と、波面収差抽出手段により抽出された波面収差と偏心感度測定手段により測定された偏心感度から、補正対象の光学素子を並進方向及び傾き角度方向に偏心させる駆動量を算出する駆動量算出手段とを設け、光学素子駆動手段が駆動量算出手段により算出された駆動量だけ補正対象の光学素子を並進方向及び傾き角度方向に偏心させるようにしたものである。 An optical adjustment device according to the present invention includes a wavefront aberration extracting unit that measures a wavefront shape of light passing through an imaging optical system including a plurality of optical elements and extracts wavefront aberration from the wavefront shape, and a wavefront Correction necessity determining means for determining whether or not it is necessary to correct an arrangement error between a plurality of optical elements by grasping the imaging state of the imaging optical system from the wavefront aberration extracted by the aberration extracting means, and correction When it is determined that the arrangement error needs to be corrected by the necessity determination unit, the decentering sensitivity measurement unit that measures the decentering sensitivity of the optical element to be corrected in the plurality of optical elements, and the wavefront extracted by the wavefront aberration extraction unit A driving amount calculating means for calculating a driving amount for decentering the optical element to be corrected in the translational direction and the tilt angle direction from the decentration sensitivity measured by the aberration and the eccentricity measuring means; There is obtained so as to eccentric by the optical element to be corrected in the translation direction and the tilt angle direction driving amount calculated by the driving amount calculation unit.
この発明によれば、複数の光学素子から構成されている撮像光学系を通過している光の波面形状を測定し、その波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出手段と、波面収差抽出手段により抽出された波面収差から撮像光学系の結像状態を把握して、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があるか否かを判定する補正要否判定手段と、補正要否判定手段により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、複数の光学素子における補正対象の光学素子の偏心感度を測定する偏心感度測定手段と、波面収差抽出手段により抽出された波面収差と偏心感度測定手段により測定された偏心感度から、補正対象の光学素子を並進方向及び傾き角度方向に偏心させる駆動量を算出する駆動量算出手段とを設け、光学素子駆動手段が駆動量算出手段により算出された駆動量だけ補正対象の光学素子を並進方向及び傾き角度方向に偏心させるように構成したので、複数の光学素子間の配置誤差による結像性能の劣化を効率的かつ高精度に補正することができる効果がある。 According to this invention, the wavefront aberration extracting means for measuring the wavefront shape of light passing through the imaging optical system composed of a plurality of optical elements and extracting the wavefront aberration from the wavefront shape, and the wavefront aberration extracting means Correction necessity determination means for determining whether or not it is necessary to correct an arrangement error between a plurality of optical elements by grasping the imaging state of the imaging optical system from the wavefront aberration extracted by When it is determined that the arrangement error needs to be corrected by the means, the eccentric sensitivity measuring means for measuring the eccentric sensitivity of the optical element to be corrected in the plurality of optical elements, and the wavefront aberration and the eccentricity extracted by the wavefront aberration extracting means. Drive amount calculation means is provided for calculating a drive amount for decentering the optical element to be corrected in the translational direction and the tilt angle direction from the eccentric sensitivity measured by the sensitivity measurement means, and the optical element drive means calculates the drive amount. Since the optical element to be corrected is decentered in the translational direction and the tilt angle direction by the driving amount calculated by the means, it is possible to efficiently and highly accurately degrade the imaging performance due to the arrangement error between the plurality of optical elements. There is an effect that can be corrected.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による光学調整装置を示す構成図である。
図1の光学調整装置が適用する撮像光学系は、複数の光学素子から構成されているものであれば、屈折光学系でもよいし、反射光学系でもよい。また、屈折光学系と反射系光学系が組み合わされているカタディオプトリック光学系でもよい。
図1において、波面収差抽出部1は例えば干渉計、あるいは、シャックハルトマンセンサなどから構成されており、複数の光学素子から構成されている撮像光学系を通過している光の波面形状を測定し、その波面形状から波面収差を抽出する処理を実施する。
波面収差抽出部1がシャックハルトマンセンサを用いて構成されている場合、干渉計を用いて構成されている場合よりも、小型で高速測定が可能である。また、撮像光学系で振動が発生しても安定した測定が可能であるなどのメリットもある。
なお、波面収差抽出部1は波面収差抽出手段を構成している。
FIG. 1 is a block diagram showing an optical adjusting apparatus according to
The imaging optical system applied by the optical adjustment device of FIG. 1 may be a refractive optical system or a reflective optical system as long as it is composed of a plurality of optical elements. Further, a catadioptric optical system in which a refractive optical system and a reflective optical system are combined may be used.
In FIG. 1, a wavefront
When the wavefront
The wavefront
補正要否判定部2は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、波面収差抽出部1により抽出された波面収差から撮像光学系の結像状態を把握して、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があるか否かを判定する処理を実施する。なお、補正要否判定部2は補正要否判定手段を構成している。
The correction
偏心感度測定部3は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、補正要否判定部2により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、複数の光学素子における補正対象の光学素子の偏心感度を測定する処理を実施する。
即ち、偏心感度測定部3は光学素子駆動部5を制御することで、補正対象の光学素子を並進3軸及び傾き角度3軸の各方向に独立に微小偏心させながら、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、各方向の微小偏心量に対するゼルニケ多項式の係数の変化率を補正対象の光学素子の偏心感度として算出する処理を実施する。
なお、偏心感度測定部3は偏心感度測定手段を構成している。
The eccentricity
That is, the decentering
The eccentricity
駆動量算出部4は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、波面収差抽出部1により抽出された波面収差と偏心感度測定部3により測定された偏心感度から、補正対象の光学素子を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させる駆動量を算出する処理を実施する。なお、駆動量算出部4は駆動量算出手段を構成している。
The driving
光学素子駆動部5は補正対象の光学素子を駆動させるアクチュエータであり、駆動量算出部4により算出された駆動量だけ補正対象の光学素子を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させる処理を実施する。なお、光学素子駆動部5は光学素子駆動手段を構成している。
The optical
図1では、光学調整装置の構成要素である波面収差抽出部1、補正要否判定部2、偏心感度測定部3、駆動量算出部4及び光学素子駆動部5のそれぞれが専用のハードウェアで構成されている例を示しているが、光学調整装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。この場合、波面収差抽出部1、補正要否判定部2、偏心感度測定部3、駆動量算出部4及び光学素子駆動部5の処理内容を示すプログラムの全部又は一部をコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図2はこの発明の実施の形態1による光学調整装置の処理内容を示すフローチャートである。
In FIG. 1, each of the wavefront
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the optical adjustment apparatus according to
図3は図1の光学調整装置が適用される撮像光学系(屈折光学系)の一例を示す構成図であり、図4は図1の光学調整装置が適用される撮像光学系(反射光学系)の一例を示す構成図である。
図3及び図4において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光学素子11は撮像光学系を構成している複数の光学素子の中の補正対象の光学素子である。
画像検出部12は撮像光学系を通過している光から画像を検出して、その画像を画像表示部13に出力する処理を実施する。なお、画像検出部12は画像検出手段を構成している。
画像表示部13はディスプレイなどから構成されており、画像検出部12から出力された画像をディスプレイに表示する処理を実施する。
図3及び図4の例では、波面収差抽出部1と画像検出部12が若干異なる像高に配置されている。
なお、図3及び図4では、波面収差抽出部1、補正要否判定部2、偏心感度測定部3、駆動量算出部4及び光学素子駆動部5間の接続関係の詳細は省略している。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of an imaging optical system (refractive optical system) to which the optical adjustment device of FIG. 1 is applied, and FIG. 4 is an imaging optical system (reflection optical system) to which the optical adjustment device of FIG. 1 is applied. It is a block diagram which shows an example.
3 and FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG.
The
The
The
3 and 4, the wavefront
3 and 4, details of the connection relationship among the wavefront
次に動作について説明する。
複数の光学素子から構成されている撮像光学系では、設計上、複数の光学素子の光軸が撮像光学系の光軸と一致しているが、現実の配置では、撮像光学系の光軸と一致せずに、各々独立の配置誤差を生じることがある。
図5は撮像光学系を構成している1つの光学素子で配置誤差が発生している様子を示す説明図である。
配置誤差は、光学素子の並進方向や傾き角度方向など、あらゆる方向に生じるが、配置誤差の成分は、図5に示すように、直交座標(x,y,z)と、x,y,z軸周りの傾き角度成分(a,b,c)で表すことができる。
Next, the operation will be described.
In an imaging optical system composed of a plurality of optical elements, by design, the optical axes of the plurality of optical elements coincide with the optical axes of the imaging optical system. Inconsistent arrangement errors may occur without matching.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which an arrangement error occurs in one optical element constituting the imaging optical system.
The placement error occurs in every direction such as the translation direction and the tilt angle direction of the optical element. However, as shown in FIG. 5, the placement error components are orthogonal coordinates (x, y, z) and x, y, z. It can be expressed by tilt angle components (a, b, c) around the axis.
配置誤差による撮像光学系の結像性能の劣化は、配置誤差の方向と量に依存するため、補正対象の光学素子11を結像性能の劣化を打ち消す方向に駆動させる必要がある。
このため、並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向において、補正対象の光学素子11の駆動量を適正に設定すれば、他の光学素子との間の配置誤差による結像性能の劣化を補正することができる。
Deterioration of the imaging performance of the imaging optical system due to the placement error depends on the direction and amount of the placement error, and thus it is necessary to drive the
For this reason, if the drive amount of the
まず、波面収差抽出部1は、被写体の特定の1点から射出して、撮像光学系を通過している光の波面形状を測定する。
波面収差抽出部1は、光の波面形状を測定すると、例えば、その波面形状の測定結果を数値解析することで、焦点位置の誤差、球面収差、コマ収差、非点収差などの結像性能を劣化させる波面収差を抽出する(図2のステップST1)。
なお、波面収差は、設計上の波面と、実際の波面とのずれを表すものである。
First, the wavefront
When the wavefront
The wavefront aberration represents a deviation between the designed wavefront and the actual wavefront.
補正要否判定部2は、波面収差抽出部1が波面収差を抽出すると、その波面収差から撮像光学系の結像状態を把握して、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があるか否かを判定する(ステップST2)。
即ち、補正要否判定部2は、波面収差抽出部1により抽出された波面収差が所定の閾値以上であれば、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があると判定し、その波面収差が所定の閾値未満であれば、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要がないと判定する。
When the wavefront
That is, if the wavefront aberration extracted by the wavefront
偏心感度測定部3は、補正要否判定部2により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、補正対象の光学素子11の偏心感度を測定する(ステップST3)。
即ち、偏心感度測定部3は、光学素子駆動部5を制御することで、補正対象の光学素子11を並進3軸及び傾き角度3軸の各方向に独立に微小偏心させ、補正対象の光学素子11が微小偏心している状態のときに、波面収差抽出部1により光の波面形状が測定されて、その波面形状から抽出された波面収差を公知のゼルニケ多項式に展開する。
偏心感度測定部3は、ある方向に補正対象の光学素子11を微小偏心させて、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開すると、一旦、光学素子11を元の位置に戻してから、先と違う方向に補正対象の光学素子11を微小偏心させて、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開する処理を繰り返すことで、並進3軸及び傾き角度3軸の各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開する。
The eccentricity
That is, the decentration
When the decentering
偏心感度測定部3は、各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開すると、各方向の微小偏心量に対するゼルニケ多項式の係数の変化率を補正対象の光学素子11の偏心感度として算出する。
なお、補正対象の光学素子11の偏心感度を算出することで、後述する光学素子駆動部5が補正対象の光学素子11を偏心させたときに、撮像光学系の波面収差(撮像光学系の結像性能)がどの様に変化するかを把握することができる。
When the wavefront aberration corresponding to each direction is expanded into the Zernike polynomial, the
By calculating the decentration sensitivity of the
駆動量算出部4は、偏心感度測定部3が偏心感度を測定すると、その偏心感度と波面収差抽出部1により抽出された波面収差から、補正対象の光学素子11を並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向に偏心させる駆動量を算出する(ステップST4)。
以下、駆動量算出部4による各方向に偏心させる駆動量の算出処理を具体的に説明する。
When the
Hereinafter, the calculation process of the drive amount decentered in each direction by the drive
まず、駆動量算出部4は、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、そのゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルZを求める。
設計上の残存収差がほぼゼロとみなせる撮像光学系を構成する複数の光学素子の間に配置誤差が発生している場合、各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開したときのゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルZは、下記の式(1)のようになる。
Z=(z4 z5 ・・・ zk) (1)
First, the drive
If there is an arrangement error between multiple optical elements that make up the imaging optical system for which the design residual aberration can be regarded as almost zero, the Zernike polynomial of the Zernike polynomial when the wavefront aberration corresponding to each direction is expanded to the Zernike polynomial A coefficient vector Z expressed by a coefficient is represented by the following expression (1).
Z = (z 4 z 5 ... Z k ) (1)
次に、駆動量算出部4は、偏心感度測定部3により測定された偏心感度を取得する。この偏心感度は、下記の式(2)に示す行列Aで表される。
Next, the drive
ここで、式(1)に示す係数ベクトルZは、複数の光学素子間の配置誤差により発生している波面収差の成分を表しており、この波面収差を補正する際に必要な補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを下記の式(3)とする。
r=(dx dy dz da db dc) (3)
このとき、係数ベクトルZと、行列Aと、駆動量ベクトルrとは、下記の式(4)で関係付けられる。
Z=A*r (4)
Here, the coefficient vector Z shown in Expression (1) represents a component of wavefront aberration generated due to an arrangement error between a plurality of optical elements, and the optical to be corrected necessary for correcting this wavefront aberration. A driving amount vector r representing the driving amount of the
r = (dx dy dz da db dc) (3)
At this time, the coefficient vector Z, the matrix A, and the driving amount vector r are related by the following equation (4).
Z = A * r (4)
そこで、駆動量算出部4は、式(4)を下記の式(5)のように変形し、係数ベクトルZと、行列Aの逆行列A−1の積を求めることで、補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを算出する。
r=A−1*Z (5)
Therefore, the drive
r = A −1 * Z (5)
光学素子駆動部5は、駆動量算出部4が補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを算出すると、その駆動量ベクトルrが示す駆動量だけ補正対象の光学素子11を並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向に偏心させる(ステップST5)。
これにより、複数の光学素子間の配置誤差により生じている結像性能の劣化が補正される。
When the drive
Thereby, the deterioration of the imaging performance caused by the arrangement error between the plurality of optical elements is corrected.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、複数の光学素子から構成されている撮像光学系を通過している光の波面形状を測定し、その波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出部1と、波面収差抽出部1により抽出された波面収差から撮像光学系の結像状態を把握して、複数の光学素子間の配置誤差を補正する必要があるか否かを判定する補正要否判定部2と、補正要否判定部2により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、複数の光学素子における補正対象の光学素子11の偏心感度を測定する偏心感度測定部3と、波面収差抽出部1により抽出された波面収差と偏心感度測定部3により測定された偏心感度から、補正対象の光学素子11を並進方向及び傾き角度方向に偏心させる駆動量を算出する駆動量算出部4とを設け、光学素子駆動部5が駆動量算出部4により算出された駆動量だけ補正対象の光学素子11を並進方向及び傾き角度方向に偏心させるように構成したので、複数の光学素子間の配置誤差による結像性能の劣化を効率的かつ高精度に補正することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the wavefront shape of light passing through the imaging optical system composed of a plurality of optical elements is measured, and the wavefront aberration is extracted from the wavefront shape. The wavefront
なお、この実施の形態1では、補正対象の光学素子11自身が配置誤差を生じている場合や、補正対象の光学素子11の駆動軸が撮像光学系の設計上の直交座標軸と一致していない場合でも、結像性能の補正が可能である。
また、光学素子の配置誤差だけでなく、光学素子の変形による結像性能の劣化に対しても、その劣化が最小となるように補正対象の光学素子11を偏心させることができる。
In the first embodiment, the correction target
Further, not only the arrangement error of the optical element but also the deterioration of the imaging performance due to the deformation of the optical element, the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、駆動量算出部4が波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、そのゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルZと、偏心感度測定部3により測定された偏心感度を示す行列Aとを用いて、補正対象の光学素子11を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させる駆動量を算出するものを示したが、設計上の残存収差がほぼゼロとみなせる撮像光学系を適用対象としており、撮像光学系が設計上の残存収差を有する場合には、その残存収差の全てを補正することができない。
そこで、この実施の形態2では、撮像光学系が設計上の残存収差を有する場合、その残存収差の補正を行わず、配置誤差によって生じている結像性能の劣化のみを補正して、撮像光学系の設計上の結像性能に近づけるようにしている。
In the first embodiment, the drive
Therefore, in the second embodiment, when the imaging optical system has a designed residual aberration, the residual aberration is not corrected, but only the deterioration of the imaging performance caused by the arrangement error is corrected, and the imaging optical system is corrected. It is designed to be close to the imaging performance of the system design.
以下、この実施の形態2の具体的な内容を説明する。
駆動量算出部4は、偏心感度測定部3が偏心感度を測定すると、上記実施の形態1と同様に、その偏心感度と波面収差抽出部1により抽出された波面収差から、補正対象の光学素子11を並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向に偏心させる駆動量を算出するが、撮像光学系が設計上の残存収差を有する場合、その残存収差の補正を行わず、配置誤差によって生じている結像性能の劣化のみを補正するために、駆動量の算出に用いる係数ベクトルZを、ゼルニケ多項式の係数(z4,z5,・・・,zk)と、撮像光学系における設計上のゼルニケ係数(zo4,zo5,・・・,zok)との差分値で表すようにする。
Z=(z4−zo4 z5−zo5 ・・・ zk−zok) (6)
Hereinafter, the specific content of this
When the
Z = (z 4 −zo 4 z 5 −zo 5 ... Z k −zo k ) (6)
駆動量算出部4は、ゼルニケ多項式の係数(z4,z5,・・・,zk)と、撮像光学系における設計上のゼルニケ係数(zo4,zo5,・・・,zok)との差分値で表す係数ベクトルZを求めると、上記の式(5)に示すように、その係数ベクトルZと行列Aの逆行列A−1の積を求めることで、補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを算出する。
Drive
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、駆動量算出部4が、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、そのゼルニケ多項式の係数から撮像光学系における設計上のゼルニケ係数が減算されている係数ベクトルZと、偏心感度測定部3により測定された偏心感度を示す行列Aとを用いて、補正対象の光学素子11を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させる駆動量を算出するように構成したので、撮像光学系が設計上の残存収差を有する場合、その残存収差の補正を行わず、配置誤差によって生じている結像性能の劣化のみを補正するようになり、撮像光学系の設計上の結像性能に近づけることができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the second embodiment, the drive
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、波面収差抽出部1が、被写体の特定の1点から射出して、撮像光学系を通過している光の波面形状を測定して、その波面形状から波面収差を抽出することで、1点の結像成分について、補正対象の光学素子11の偏心感度とゼルニケ多項式の係数を求めているが、結像面の全域で、偏心感度とゼルニケ多項式の係数が全く同じになることはない。像高が異なる波面収差抽出部1と画像検出部12では、結像状態が異なり、配置誤差による結像性能の劣化具合も異なるからである。
したがって、上記実施の形態1,2では、駆動量算出部4により算出される駆動量が、波面収差抽出部1が設置されている像高における結像性能の劣化を補正するのに必要な光学素子11の駆動量になり、画像検出部12が設置されている像高では、結像性能の劣化が十分に補正されない可能性がある。
In the first and second embodiments, the wavefront
Therefore, in the first and second embodiments, the driving amount calculated by the driving
そこで、この実施の形態3では、画像検出部12が設置されている像高での結像性能の劣化を高精度に補正できるようにするため、駆動量算出部4が、各成分が重み係数によって調整されている偏心感度を示す行列A’を用いて、駆動量を算出するようにする。
以下、この実施の形態3の具体的な内容を説明する。
Therefore, in the third embodiment, in order to be able to correct the degradation of the imaging performance at the image height where the
Hereinafter, the specific content of this
偏心感度測定部3は、補正要否判定部2により配置誤差を補正する必要があると判定された場合、上記実施の形態1,2と同様に、補正対象の光学素子11の偏心感度を測定する。
即ち、偏心感度測定部3は、光学素子駆動部5を制御することで、補正対象の光学素子11を並進3軸及び傾き角度3軸の各方向に独立に微小偏心させ、補正対象の光学素子11が微小偏心している状態のときに、波面収差抽出部1により光の波面形状が測定されて、その波面形状から抽出された波面収差を公知のゼルニケ多項式に展開する。
偏心感度測定部3は、ある方向に補正対象の光学素子11を微小偏心させて、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開すると、一旦、光学素子11を元の位置に戻してから、先と違う方向に補正対象の光学素子11を微小偏心させて、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開する処理を繰り返すことで、並進3軸及び傾き角度3軸の各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開する。
The
That is, the decentration
When the decentering
偏心感度測定部3は、各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開すると、各方向の微小偏心量に対するゼルニケ多項式の係数の変化率を補正対象の光学素子11の偏心感度として算出する。
ただし、偏心感度は線形を想定しているが、特定の偏心感度が極めて大きいなどの場合には、非線形成分によって補正対象の光学素子11の駆動量を算出することができない可能性がある。
そこで、式(2)の行列Aにおける偏心感度の各成分に対して、減衰重み付け係数を付加することで、大きな変動をあらかじめ抑制するようにする。
When the wavefront aberration corresponding to each direction is expanded into the Zernike polynomial, the
However, although the eccentricity sensitivity is assumed to be linear, if the specific eccentricity sensitivity is extremely high, the driving amount of the
Therefore, a large variation is suppressed in advance by adding an attenuation weighting coefficient to each component of the eccentricity sensitivity in the matrix A of Equation (2).
駆動量算出部4は、偏心感度測定部3が偏心感度を測定すると、上記実施の形態1,2と同様に、その偏心感度と波面収差抽出部1により抽出された波面収差から、補正対象の光学素子11を並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向に偏心させる駆動量を算出する。
以下、駆動量算出部4による各方向に偏心させる駆動量の算出処理を具体的に説明する。
When the eccentricity
Hereinafter, the calculation process of the drive amount decentered in each direction by the drive
まず、駆動量算出部4は、波面収差抽出部1により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、そのゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルZを求める。
撮像光学系を構成する複数の光学素子の間に配置誤差が発生している場合、各方向に対応する波面収差をゼルニケ多項式に展開したときのゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルZは、上記の式(1)のようになる。
First, the drive
When an arrangement error occurs between a plurality of optical elements constituting the imaging optical system, a coefficient vector Z represented by a coefficient of the Zernike polynomial when the wavefront aberration corresponding to each direction is expanded to the Zernike polynomial is: The above formula (1) is obtained.
次に、駆動量算出部4は、偏心感度測定部3により測定された偏心感度を取得する。この偏心感度は、各成分が重み係数によって調整されている行列A’で表される偏心感度である。
Next, the drive
ここで、式(1)に示す係数ベクトルZは、複数の光学素子間の配置誤差により発生している波面収差の成分を表しており、この波面収差を補正する際に必要な補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrは、上記の式(3)となる。
このとき、式(1)に示す係数ベクトルZと、式(7)に示す行列A’と、式(3)に示す駆動量ベクトルrとは、下記の式(8)で関係付けられる。
Z=A’*r (8)
Here, the coefficient vector Z shown in Expression (1) represents a component of wavefront aberration generated due to an arrangement error between a plurality of optical elements, and the optical to be corrected necessary for correcting this wavefront aberration. The driving amount vector r representing the driving amount of the
At this time, the coefficient vector Z shown in Expression (1), the matrix A ′ shown in Expression (7), and the drive amount vector r shown in Expression (3) are related by the following Expression (8).
Z = A ′ * r (8)
そこで、駆動量算出部4は、式(8)を下記の式(9)のように変形し、係数ベクトルZと、行列A’の逆行列A’−1の積を求めることで、補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを算出する。
r=A’−1*Z (9)
Therefore, the drive
r = A ′ −1 * Z (9)
光学素子駆動部5は、駆動量算出部4が補正対象の光学素子11の駆動量を表す駆動量ベクトルrを算出すると、上記実施の形態1,2と同様に、その駆動量ベクトルrが示す駆動量だけ補正対象の光学素子11を並進3軸(x,y,z)及び傾き角度3軸(a,b,c)の各方向に偏心させる。
これにより、画像検出部12が設置されている像高での結像性能の劣化が補正される。
When the driving
Thereby, the deterioration of the imaging performance at the image height where the
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、駆動量算出部4が、補正対象の光学素子11を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させる駆動量を算出する際、各成分が重み係数によって調整されている偏心感度を示す行列A’を用いるように構成したので、画像検出部12が設置されている像高での結像性能の劣化を高精度に補正することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the third embodiment, when the drive
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、波面収差抽出部1と画像検出部12が異なる像高に配置されているため、波面収差抽出部1と画像検出部12における結像特性が異なる。
そのため、上記実施の形態3では、各成分が重み係数によって調整されている偏心感度を示す行列A’を用いて、補正対象の光学素子11の駆動量を算出するようにしているが、波面収差抽出部1と画像検出部12の像高の差が大きいために、波面収差抽出部1と画像検出部12における結像特性の差が大きくなると、各成分が重み係数によって調整されている偏心感度を示す行列A’を用いても、画像検出部12が設置されている像高での結像性能の劣化を十分に補正することができない可能性がある。
In the first to third embodiments, since the wavefront
For this reason, in the third embodiment, the driving amount of the
そこで、この実施の形態4では、波面収差抽出部1と画像検出部12がほぼ同じ像高に配置することができるようにしている。
即ち、この実施の形態4では、図6に示すように、撮像光学系の光路を分割するビームスプリッタ14を設置し、そのビームスプリッタ14が、波面収差抽出部1と画像検出部12に対して、撮像光学系を通過している光を与えるようにしている。
ただし、ビームスプリッタ14として、ハーフミラーを使用する場合、迷光や光量ロスによるS/N比の低下が懸念されるため、ビームスプリッタ14として、ダイクロイックミラーを使用し、波面収差抽出部1と画像検出部12に対して、波長が異なる光を与えるようにしている。
そのため、図6の撮像光学系は、色収差がない反射光学系としている。
Therefore, in the fourth embodiment, the wavefront
That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, a beam splitter 14 that divides the optical path of the imaging optical system is installed, and the beam splitter 14 is connected to the wavefront
However, when a half mirror is used as the beam splitter 14, there is a concern that the S / N ratio may be reduced due to stray light or light loss. Therefore, a dichroic mirror is used as the beam splitter 14, and the wavefront
Therefore, the imaging optical system in FIG. 6 is a reflection optical system having no chromatic aberration.
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 波面収差抽出部(波面収差抽出手段)、2 補正要否判定部(補正要否判定手段)、3 偏心感度測定部(偏心感度測定手段)、4 駆動量算出部(駆動量算出手段)、5 光学素子駆動部(光学素子駆動手段)、11 補正対象の光学素子、12 画像検出部(画像検出手段)、13 画像表示部、14 ビームスプリッタ。 1 wavefront aberration extracting unit (wavefront aberration extracting unit), 2 correction necessity determining unit (correction necessity determining unit), 3 eccentricity measuring unit (eccentric sensitivity measuring unit), 4 driving amount calculating unit (driving amount calculating unit), 5 optical element drive unit (optical element drive unit), 11 optical element to be corrected, 12 image detection unit (image detection unit), 13 image display unit, 14 beam splitter.
Claims (9)
光学素子駆動手段は、上記駆動量算出手段により算出された駆動量だけ補正対象の光学素子を並進3軸方向及び傾き角度3軸方向に偏心させることを特徴とする請求項1記載の光学調整装置。 The drive amount calculating means calculates a drive amount for decentering the optical element to be corrected in the translational triaxial direction and the tilt angle triaxial direction,
2. The optical adjustment device according to claim 1, wherein the optical element driving means decenters the optical element to be corrected by the driving amount calculated by the driving amount calculating means in the translational triaxial direction and the tilt angle triaxial direction. .
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014020881A (en) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Olympus Corp | Lens inspection device and lens inspection method |
WO2016002272A1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | オリンパス株式会社 | Eccentricity amount measurement method and eccentricity amount measurement device |
JP2016153786A (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | キヤノン株式会社 | Shape measurement method, shape measurement device, program, recording medium, and optical element manufacturing method |
CN109002567A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-14 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Computer Aided Assembly Process Planning method based on actual optical system adjustment light path |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002228543A (en) * | 2000-11-28 | 2002-08-14 | Mitsubishi Electric Corp | Optical system displacement estimation device, optical system displacement adjustment device, optical system displacement estimation method and optical system adjustment method |
JP2003262948A (en) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | Nikon Corp | Mask device for measurement, method and instrument for measuring optical characteristic, adjusting method for optical system, and exposure device |
JP2006201404A (en) * | 2005-01-19 | 2006-08-03 | Olympus Corp | Optical element support mechanism |
JP2006332168A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Nikon Corp | Measuring method, exposing method and exposing device |
JP2007025504A (en) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Topcon Corp | Deforming method for variation mirror, aberration compensation method for optical device, and aberration compensation method for fundus observation device |
-
2011
- 2011-02-09 JP JP2011025946A patent/JP5627495B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002228543A (en) * | 2000-11-28 | 2002-08-14 | Mitsubishi Electric Corp | Optical system displacement estimation device, optical system displacement adjustment device, optical system displacement estimation method and optical system adjustment method |
JP2003262948A (en) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | Nikon Corp | Mask device for measurement, method and instrument for measuring optical characteristic, adjusting method for optical system, and exposure device |
JP2006201404A (en) * | 2005-01-19 | 2006-08-03 | Olympus Corp | Optical element support mechanism |
JP2006332168A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Nikon Corp | Measuring method, exposing method and exposing device |
JP2007025504A (en) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Topcon Corp | Deforming method for variation mirror, aberration compensation method for optical device, and aberration compensation method for fundus observation device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014020881A (en) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Olympus Corp | Lens inspection device and lens inspection method |
WO2016002272A1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | オリンパス株式会社 | Eccentricity amount measurement method and eccentricity amount measurement device |
JP5870234B1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-02-24 | オリンパス株式会社 | Eccentricity measuring method and eccentricity measuring device |
JP2016095316A (en) * | 2014-07-03 | 2016-05-26 | オリンパス株式会社 | Eccentricity-amount measurement method and eccentricity-amount measurement device |
JP2016153786A (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | キヤノン株式会社 | Shape measurement method, shape measurement device, program, recording medium, and optical element manufacturing method |
CN109002567A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-14 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Computer Aided Assembly Process Planning method based on actual optical system adjustment light path |
CN109002567B (en) * | 2017-06-07 | 2023-02-03 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Computer-aided debugging method based on actual optical system debugging detection optical path |
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