JP5627495B2 - 光学調整装置及び光学調整方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

米国特許第３８７５４０１号 特開２０１０−１０７８８０号公報（段落番号［０００９］、図１）

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。

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。

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、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光学素子駆動手段とを備え、偏心感度測定手段は、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偏心させながら、波面収差抽出手段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し、駆動量算出手段は、波面収差抽出手段により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、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と、偏心感度測定手段により測定された偏心感度を示す行列とを用いて、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し、光学素子駆動手段は、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ものである。

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、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光学素子駆動手段とを備え、偏心感度測定手段は、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偏心させながら、波面収差抽出手段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し、駆動量算出手段は、波面収差抽出手段により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、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と、偏心感度測定手段により測定された偏心感度を示す行列とを用いて、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し、光学素子駆動手段は、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。

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。 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。 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る。 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。 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。 この発明の実施の形態４による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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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＝（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。

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）

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）

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。

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。

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。

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。

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（ｚ_４，ｚ_５，・・・，ｚ_ｋ）と、撮像光学系における設計上のゼルニケ係数（ｚｏ_４，ｚｏ_５，・・・，ｚｏ_ｋ）との差分値で表すようにする。
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（ｚ_４，ｚ_５，・・・，ｚ_ｋ）と、撮像光学系における設計上のゼルニケ係数（ｚｏ_４，ｚｏ_５，・・・，ｚｏ_ｋ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (7)

1. 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、上記波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出手段と、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差から上記撮像光学系の結像状態を把握して、上記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、上記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、上記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、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差と上記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、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方向及び傾き角度方向に偏心させる光学素子駆動手段とを備え、
   上記偏心感度測定手段は、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偏心させながら、上記波面収差抽出手段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し、
   上記駆動量算出手段は、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、上記ゼルニケ多項式の係数から上記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と、上記偏心感度測定手段により測定された偏心感度を示す行列とを用いて、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し、
   上記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光学調整装置。
2. 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、上記波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出手段と、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差から上記撮像光学系の結像状態を把握して、上記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、上記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、上記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、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差と上記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、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方向及び傾き角度方向に偏心させる光学素子駆動手段とを備え、
   上記偏心感度測定手段は、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偏心させながら、上記波面収差抽出手段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し、
   上記駆動量算出手段は、上記波面収差抽出手段により抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、上記ゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルと、上記偏心感度測定手段により測定され、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とを用いて、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し、
   上記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光学調整装置。
3. 上記駆動量算出手段は、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を用いることを特徴とする請求項１記載の光学調整装置。
4. 上記波面収差抽出手段は、シャックハルトマンセンサを用いて、光の波面形状を測定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光学調整装置。
5. 上記撮像光学系の光路を分割するビームスプリッタが設置され、上記ビームスプリッタが、上記波面収差抽出手段と、上記撮像光学系を通過している光から画像を検出する画像検出手段とに対して、波長が異なる光を与えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の光学調整装置。
6. 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、上記波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出処理ステップと、上記波面収差抽出処理ステップで抽出された波面収差から上記撮像光学系の結像状態を把握して、上記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処理ステップと、上記補正要否判定処理ステップで配置誤差を補正する必要があると判定された場合、上記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処理ステップと、上記波面収差抽出処理ステップで抽出された波面収差と上記偏心感度測定処理ステップで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処理ステップと、上記駆動量算出処理ステップで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光学素子駆動処理ステップとを備え、
   上記偏心感度測定処理ステップは、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偏心させながら、上記波面収差抽出処理ステップ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し、
   上記駆動量算出処理ステップは、上記波面収差抽出処理ステップにより抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、上記ゼルニケ多項式の係数から上記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と、上記偏心感度測定処理ステップにより測定された偏心感度を示す行列とを用いて、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し、
   上記光学素子駆動処理ステップは、上記駆動量算出処理ステップ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光学調整方法。
7. 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、上記波面形状から波面収差を抽出する波面収差抽出処理ステップと、上記波面収差抽出処理ステップで抽出された波面収差から上記撮像光学系の結像状態を把握して、上記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処理ステップと、上記補正要否判定処理ステップで配置誤差を補正する必要があると判定された場合、上記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処理ステップと、上記波面収差抽出処理ステップで抽出された波面収差と上記偏心感度測定処理ステップで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処理ステップと、上記駆動量算出処理ステップで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光学素子駆動処理ステップとを備え、
   上記偏心感度測定処理ステップは、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偏心させながら、上記波面収差抽出処理ステップ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し、
   上記駆動量算出処理ステップは、上記波面収差抽出処理ステップにより抽出された波面収差をゼルニケ多項式に展開し、上記ゼルニケ多項式の係数で表される係数ベクトルと、上記偏心感度測定処理ステップにより測定され、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とを用いて、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し、
   上記光学素子駆動処理ステップは、上記駆動量算出処理ステップ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光学調整方法。

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