(57)【要約】【課題】広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることなく、高精度に収差を判別することができる結像性能評価装置を得ることを目的とする。【解決手段】  位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する複数の点状光源１ａ〜１ｇを備え、複数の点状光源１ａ〜１ｇのうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、複数の点状光源１ａ〜１ｇが配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点状光源が配置されている光源部と、
上記光源部における複数の点状光源から放射された光を入射する光学系と、上記光学系により入射された光を検出し、上記光の強度分布を示す強度分布信号を出力する光検出器とからなる撮像光学系部と、
上記撮像光学系部より出力された強度分布信号から強度分布画像を生成し、上記強度分布画像を解析して、上記光学系に生じている収差を検出する収差検出手段とを備え、
上記複数の点状光源は、位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射し、
上記複数の点状光源のうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が上記光検出器の検出面上で干渉が発生する間隔で、上記複数の点状光源が配置されていることを特徴とする結像性能評価装置。
【請求項２】
収差検出手段は、
撮像光学系部より出力された強度分布信号から強度分布画像を生成する強度分布画像生成部と、
上記強度分布画像生成部により生成された強度分布画像のＸ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｘ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロットを生成するＸ軸方向画素積算値プロット生成部と、
上記強度分布画像生成部により生成された強度分布画像のＹ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｙ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロットを生成するＹ軸方向画素積算値プロット生成部と、
上記強度分布画像生成部により生成された強度分布画像のＸ軸及びＹ軸と異なる任意の方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、上記任意の方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロットを生成する任意方向画素積算値プロット生成部と、
上記Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部、上記Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部及び上記任意方向画素積算値プロット生成部により生成された画素積算値プロットの特徴を示す分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を特定する特徴特定部と、
上記特徴特定部により特定された各画素積算値プロットにおける分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を比較して、光学系における収差の有無及び上記光学系に生じている収差の種類を判別する収差判別部と
から構成されていることを特徴とする請求項１記載の結像性能評価装置。
【請求項３】
収差検出手段は、
撮像光学系部より出力された強度分布信号から強度分布画像を生成する強度分布画像生成部と、
光学系で想定される各種の収差に対応する強度分布画像を事前に取得する収差画像取得手段と、
上記強度分布画像生成部により生成された強度分布画像と上記収差画像取得手段により取得された各種の収差に対応する強度分布画像との間の画像マッチングを実施して、上記光学系における収差の有無及び上記光学系に生じている収差の種類を判別する画像マッチング部と
から構成されていることを特徴とする請求項１記載の結像性能評価装置。
【請求項４】
光源部における複数の点状光源は、単波長の光を放射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項記載の結像性能評価装置。
【請求項５】
光源部における複数の点状光源は、光検出器の分光感度における長波長側の波長と一致する波長の光を放射す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項記載の結像性能評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像光学系の結像性能を低下させる光学収差を判別する結像性能評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、光学系内の光学素子が偏心することで発生した収差により、光学系の結像性能が低下すると、光学系内の波面センサが波面収差を測定し、その測定結果に基づいて光学系内の光学素子を駆動して、光学系の結像性能を回復させる光学系調整装置が開示されている。
この光学系調整装置では、撮像光学系で発生している収差を判別するために、撮像光学系の検出器面と異なる結像面の収差（撮像領域外の収差）を検出する波面センサを実装している。
したがって、この光学系調整装置では、撮像光学系とは別に、波面センサの光学系を設ける必要があるため、装置が大型化し、搭載スペースや使用電力に制限がある光学センサシステムでは実現することが困難である。
【０００３】
以下の特許文献２には、撮像光学系と別に波面センサの光学系を実装することなく、光学収差を判別することが可能な結像性能評価装置が開示されている。
この結像性能評価装置では、点状光源から放射された光を一様な強度分布を有する平行光に拡大し、その平行光を光学系によって集光することでビームスポットを結像し、そのビームスポットの強度分布に基づいて、光学系で発生している収差量を算出するようにしている。
即ち、ビームスポットの強度分布には、０次ピーク（強度が大きいピーク）と、１次ピーク（強度が小さいピーク）が発生するが、強度が小さい１次ピークの強度情報からコマ収差を算出している。
なお、ビームスポットの強度分布を検出するために、光学系のビームスポットを拡大してＣＣＤカメラに結像させる拡大光学系を実装しており、この拡大光学系は、光学系の試験や組立調整段階では使用することができるが、光学系が完成した後の運用段階では使用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６３８９９号公報（段落番号［０００８］、図１）
【特許文献２】特開平１０−９０１１９号公報（段落番号［０００９］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の結像性能評価装置は以上のように構成されているので、ビームスポットの強度分布から、強度が小さい１次ピークの強度情報を検出して、その強度情報からコマ収差を算出しているが、１次ピークは光検出器のノイズレベルの強度である。そのため、０次ピークに対する１次ピークの比が大きいので、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いなければ、１次ピークを検出することができず、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることが困難な場合、１次ピークの検出精度が低く、高精度に収差を判別することができない課題があった。
【０００６】
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、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることなく、高精度に収差を判別することができる結像性能評価装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る結像性能評価装置は、位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する複数の点状光源を備え、複数の点状光源のうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が光検出器の検出面上で干渉が発生する間隔で、複数の点状光源が配置されているようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する複数の点状光源を備え、複数の点状光源のうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が光検出器の検出面上で干渉が発生する間隔で、複数の点状光源が配置されているように構成したので、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることなく、高精度に収差を判別することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による結像性能評価装置を示す構成図である。
【図２】光源部１における複数の点状光源１ａ〜１ｇの配置例を示す配置図である。
【図３】カセグレン光学系を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による結像性能評価装置の収差検出部５を示す構成図である。
【図５】特許文献２の結像性能評価装置が、設計値（無収差）のカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
【図６】図５の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
【図７】カセグレン光学系が図５の強度分布を持つ場合のＭＴＦを示す説明図である。
【図８】特許文献２の結像性能評価装置が、コマ収差が発生しているカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
【図９】図８の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
【図１０】カセグレン光学系が図８の強度分布を持つ場合のＭＴＦを示す説明図である。
【図１１】特許文献２の結像性能評価装置が、非点収差が発生しているカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
【図１２】図１１の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
【図１３】カセグレン光学系が図１１の強度分布を持つ場合のＭＴＦを示す説明図である。
【図１４】カセグレン光学系が設計値（無収差）である場合に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図１５】カセグレン光学系でコマ収差が発生している場合（２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進して、コマ収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図１６】カセグレン光学系で非点収差が発生している場合（１次鏡３ａにアスが発生し、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４相当の差が生じることで、非点収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図１７】カセグレン光学系が設計値（無収差）である場合に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図１８】カセグレン光学系でコマ収差が発生している場合（２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進して、コマ収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図１９】カセグレン光学系で非点収差が発生している場合（１次鏡３ａにアスが発生し、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４相当の差が生じることで、非点収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【図２０】カセグレン光学系で収差が発生していない場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示す説明図である。
【図２１】カセグレン光学系でコマ収差が発生している場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示す説明図である。
【図２２】カセグレン光学系で非点収差が発生している場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示す説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態２による結像性能評価装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による結像性能評価装置を示す構成図であり、図２は光源部１における複数の点状光源１ａ〜１ｇの配置例を示す配置図である。
図１及び図２において、光源部１は複数の点状光源１ａ〜１ｇが配置されている光源であり、点状光源１ａ〜１ｇは、例えば、波長６３０ｎｍの単波長の光を放射する。
また、点状光源１ａ〜１ｇは、位相が他の点状光源１から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する。
【００１１】
図２の例では、７個の点状光源１ａ〜１ｇのうち、点状光源１ａが正六角形の中心に配置され、点状光源１ｂ〜１ｇが正六角形の頂角位置に配置されている。
この場合、隣接している各点状光源の間の配置間隔は同じであり、また、隣り合っている点状光源（例えば、点状光源１ｂと点状光源１ｇや、点状光源１ｂと点状光源１ｃなど）から放射される光の強度分布が、光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、点状光源１ｂ〜１ｇが配置されている。
【００１２】
撮像光学系部２は光学系３と光検出器４から構成されている。
光学系３は光源部１における複数の点状光源１ｂ〜１ｇから放射された光を入射する光学素子である。
光検出器４は例えばＣＣＤカメラなどから構成されており、光学系３により入射された光を検出して、その光の強度分布を示す強度分布信号（電気信号）を出力する処理を実施する。
光学系３としては、例えば、２枚の反射鏡で構成されたカセグレン光学系（望遠鏡光学系）を用いることができる。
図３はカセグレン光学系を示す構成図であり、図３の例では、点状光源１ｂ〜１ｇから放射された光を反射する１次鏡３ａと、１次鏡３ａにより反射された光を光検出器４に向けて反射する２次鏡３ｂとから構成されている。
【００１３】
図３に示すようなカセグレン光学系に限らず、一般に、複数のレンズやミラーなどの光学素子で構成されている光学系３では、レンズやミラー単体が設計値通り製造されているとしても、撮像光学系部２の組立時における最終評価段階や運用時で発生する光学収差は、光学素子の配置ずれによるコマ収差と、レンズやミラーを機械的に固定する際に加わる圧力によって発生するレンズやミラー面の歪み（アス）に起因する非点収差が主である。
図１の結像性能評価装置が判別する収差は、上記のコマ収差と非点収差である。
【００１４】
収差検出部５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、撮像光学系部２より出力された強度分布信号から強度分布画像を生成し、その強度分布画像を解析して、光学系３に生じている収差を検出する処理を実施する。なお、収差検出部５は収差検出手段を構成している。
【００１５】
図４はこの発明の実施の形態１による結像性能評価装置の収差検出部５を示す構成図である。
図４において、強度分布画像生成部１１は撮像光学系部２より出力された強度分布信号から強度分布画像を生成する処理を実施する。
Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部１２は強度分布画像生成部１１により生成された強度分布画像のＸ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｘ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（Ｘ）を生成する処理を実施する。
【００１６】
Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３は強度分布画像生成部１１により生成された強度分布画像のＹ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｙ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（Ｙ）を生成する処理を実施する。
任意方向画素積算値プロット生成部１４は強度分布画像生成部１１により生成された強度分布画像のＸ軸及びＹ軸と異なる任意の方向（例えば、３０°方向、４５°方向、６０°方向などが考えられるが、この実施の形態１では、６０°方向である例を説明する）の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、任意方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（６０°）を生成する処理を実施する。
【００１７】
特徴特定部１５はＸ軸方向画素積算値プロット生成部１２、Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３及び任意方向画素積算値プロット生成部１４により生成された画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）の特徴を示す分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を特定する処理を実施する。
収差判別部１６は特徴特定部１５により特定された画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）における分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を比較して、光学系３における収差の有無及び光学系３に生じている収差の種類を判別する処理を実施する。
【００１８】
図１の例では、結像性能評価装置の収差検出部５が専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、収差検出部５がコンピュータで構成されていてもよい。
収差検出部５がコンピュータで構成されている場合、収差検出部５の構成要素である強度分布画像生成部１１、Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部１２、Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３、任意方向画素積算値プロット生成部１４、特徴特定部１５及び収差判別部１６の処理内容を記述しているプログラム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。
【００１９】
この実施の形態１による結像性能評価装置の効果を明らかにするため、上記の特許文献２に開示されている結像性能評価装置が、図３のカセグレン光学系に適用されている場合について説明する。
図５は特許文献２の結像性能評価装置が、設計値（無収差）のカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
また、図６は図５の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
図６の例では、強度分布の中央部分には、大きな強度を持つ成分（０次ピーク）が存在し、その中央部分の周辺部分には、小さな強度を持つ成分（１次ピーク）が存在している。
図７はカセグレン光学系が図５の強度分布を持つ場合のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示す説明図である。
カセグレン光学系が無収差である場合、ＭＴＦは、図７に示すように、右下がりの直線状の特性を有する。
【００２０】
次に、図３のカセグレン光学系において、２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進して、コマ収差が発生している場合を説明する。
図８は特許文献２の結像性能評価装置が、上記のコマ収差が発生しているカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
また、図９は図８の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
図９（ａ）に示すＸ軸での強度断面は、無収差の場合とほぼ同様であるが（図６（ａ）を参照）、図９（ｂ）に示すＹ軸での強度断面は、無収差の場合と比べて（図６（ｂ）を参照）、１次ピークの強度が僅かに増加している。ただし、強度分布は大きく崩れてはいない。
【００２１】
図１０はカセグレン光学系が図８の強度分布を持つ場合のＭＴＦを示す説明図である。
図１０に示すように、コマ収差が発生している場合、無収差の場合と比べて（図７を参照）、解像力が大きく低下している。
このように、コマ収差が発生している場合、強度分布の崩れは僅かでも、解像力の低下が大きいことが分かる。
以上より、特許文献２の結像性能評価装置が、強度分布の変動からコマ収差を検出するには、元々強度が小さい１次ピークの僅かな変化を検知する必要があり、光検出器のノイズが加わると、検出が困難であることが分かる。
【００２２】
次に、図３のカセグレン光学系において、１次鏡３ａにアスが発生し、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４（λ＝５４６ｎｍ）相当の差が生じることで、非点収差が発生している場合を説明する。   
図１１は特許文献２の結像性能評価装置が、上記の非点収差が発生しているカセグレン光学系に適用されている場合において、カセグレン光学系の開口径の全域に、点状光源から放射された無限遠光が入射されたときのカセグレン光学系の光軸焦点位置における強度分布を示す説明図である。
また、図１２は図１１の強度分布におけるＸ軸及びＹ軸での強度断面を示す説明図である。
図１２（ａ）に示すＸ軸での強度断面は、無収差の場合とほぼ同様であるが（図６（ａ）を参照）、図１２（ｂ）に示すＹ軸での強度断面は、無収差の場合と比べて（図６（ｂ）を参照）、１次ピークの強度が僅かに増加している。ただし、強度分布は大きく崩れてはいない。
【００２３】
図１３はカセグレン光学系が図１１の強度分布を持つ場合のＭＴＦを示す説明図である。
図１３に示すように、非点収差が発生している場合、無収差の場合と比べて（図７を参照）、解像力が大きく低下している。
このように、非点収差が発生している場合、コマ収差が発生している場合と同様に、強度分布の崩れは僅かでも、解像力の低下が大きいことが分かる。
以上より、特許文献２の結像性能評価装置が、強度分布の変動から非点収差を検出するには、元々強度が小さい１次ピークの僅かな変化を検知する必要があり、光検出器のノイズが加わると、検出が困難であることが分かる。
【００２４】
この実施の形態１では、上述したように、点状光源１ｂ〜１ｇのうち、隣り合っている点状光源（例えば、点状光源１ｂと点状光源１ｇや、点状光源１ｂと点状光源１ｃなど）から放射される光の強度分布が、光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、点状光源１ｂ〜１ｇが配置されているが、ここでは、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が、光検出器４の検出面上で干渉が発生しない間隔（十分に広い間隔）で、点状光源１ｂ〜１ｇが配置されている場合を言及する。ただし、点状光源１ｂ〜１ｇの配置間隔以外は、図１の結像性能評価装置の構成と同一である。
【００２５】
図１４はカセグレン光学系が設計値（無収差）である場合に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
図１５はカセグレン光学系でコマ収差が発生している場合（２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進して、コマ収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
図１６はカセグレン光学系で非点収差が発生している場合（１次鏡３ａにアスが発生し、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４相当の差が生じることで、非点収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生しない広い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
【００２６】
光検出器４の検出面上で干渉が発生しない間隔（十分に広い間隔）で、点状光源１ｂ〜１ｇが配置されている場合、図１４と図１５及び図１６を比較すると明らかなように、
コマ収差や非点収差が発生している場合、強度分布は、それらの収差の影響を受けて、僅かな崩れを生じている。
特許文献２の結像性能評価装置と比べて、強度分布の個数が増えているだけで、収差の判別性が向上しているとは言えない。
【００２７】
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、点状光源１ｂ〜１ｇのうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が、光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、点状光源１ｂ〜１ｇが配置されている。
光源部１における複数の点状光源１ａ〜１ｇは、撮像光学系２の光学系３に向けて単波長の光を放射する。
【００２８】
撮像光学系部２の光学系３は、例えば、図３に示すようなカセグレン光学系で構成されており、カセグレン光学系の１次鏡３ａが点状光源１ｂ〜１ｇから放射された光を反射し、２次鏡３ｂが１次鏡３ａにより反射された光を光検出器４に向けて反射する。
光検出器４は、光学系３の２次鏡３ｂにより反射された光が検出面上に結像され、その結像されている光を検出して、その光の強度分布を示す強度分布信号（電気信号）を収差検出部５に出力する。
【００２９】
ここで、図１７はカセグレン光学系が設計値（無収差）である場合に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
図１８はカセグレン光学系でコマ収差が発生している場合（２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進して、コマ収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
図１９はカセグレン光学系で非点収差が発生している場合（１次鏡３ａにアスが発生し、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４相当の差が生じることで、非点収差が発生している場合）に光検出器４の検出面上で得られる７個の点状光源１ｂ〜１ｇ（干渉が発生する狭い間隔で配置）の結像パターンを示す説明である。
点状光源１ｂ〜１ｇの間隔を狭くすると、強度分布が持つ波（光波）としての性質により、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布の干渉が発生する。
詳細は後述するが、干渉が発生することで広がった強度分布になり、無収差である場合の結像パターン、コマ収差が発生している場合の結像パターン及び非点収差が発生している場合の結像パターンは、それぞれ固有の結像パターンになる。
【００３０】
収差検出部５の強度分布画像生成部１１は、撮像光学系部２から強度分布信号を受けると、その強度分布信号から強度分布画像を生成し、その強度分布画像をＸ軸方向画素積算値プロット生成部１２、Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３及び任意方向画素積算値プロット生成部１４に出力する。
Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部１２は、強度分布画像生成部１１から強度分布画像を受けると、その強度分布画像のＸ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｘ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（Ｘ）を生成する。
ここで、図２０はカセグレン光学系で収差が発生していない場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示し、図２１はカセグレン光学系でコマ収差が発生している場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示し、図２２はカセグレン光学系で非点収差が発生している場合の強度分布画像から画素積算値プロットを生成している例を示している。
図２０（ｂ）、図２１（ｂ）及び図２２（ｂ）はＸ軸方向画素積算値プロット生成部１２により生成された画素積算値プロット（Ｙ）を示している。
【００３１】
Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３は、強度分布画像生成部１１から強度分布画像を受けると、その強度分布画像のＹ軸方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、Ｙ軸方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（Ｙ）を生成する。
図２０（ｄ）、図２１（ｃ）及び図２２（ｄ）はＹ軸方向画素積算値プロット生成部１３により生成された画素積算値プロット（Ｘ）を示している。
【００３２】
任意方向画素積算値プロット生成部１４は、強度分布画像生成部１１から強度分布画像を受けると、その強度分布画像のＸ軸とのなす角が６０°の方向の複数のラインにおける同一座標の画素の画素値を積算して、６０°方向のライン上の各座標に対応する画素値の積算結果を示す画素積算値プロット（６０°）を生成する。
図２０（ｃ）及び図２２（ｃ）は任意方向画素積算値プロット生成部１４により生成された画素積算値プロット（６０°）を示している。
この実施の形態１では、走査方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向及び６０°方向にして、各走査方向で、画素値の積算を行う例を示しているが、走査方向は、上記の３つの方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
【００３３】
特徴特定部１５は、Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部１２が画素積算値プロット（Ｘ）を生成すると、その画素積算値プロット（Ｘ）の特徴を示す分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差（ピーク間ＰＶ）を特定する。
カセグレン光学系で収差が発生していない場合、点状光源１ｂ〜１ｇの配置が正六角形配置であるため、図２０（ｂ）に示すように、画素積算値プロット（Ｘ）の分布はほぼ軸対称であり、ピーク数は３個、ピーク間ＰＶは約３０００である。
カセグレン光学系でコマ収差が発生している場合、図２１（ｂ）に示すように、画素積算値プロット（Ｘ）の分布は軸対称でなく、ピーク数及びピーク間ＰＶは、無収差の場合と全く異なっている。
カセグレン光学系で非点収差が発生している場合、図２２（ｂ）に示すように、画素積算値プロット（Ｘ）の分布はほぼ軸対称であるが、ピーク間ＰＶが無収差の場合より小さくなっている。
【００３４】
また、特徴特定部１５は、Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部１３が画素積算値プロット（Ｙ）を生成すると、その画素積算値プロット（Ｙ）の特徴を示す分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間ＰＶを特定する。
カセグレン光学系で収差が発生していない場合、図２０（ｄ）に示すように、画素積算値プロット（Ｙ）は、画素積算値プロット（Ｘ）と同様に、分布はほぼ軸対称であるが、ピーク数が２個、ピーク間ＰＶが約３８００であり、画素積算値プロット（Ｘ）と異なっている。
カセグレン光学系でコマ収差が発生している場合、画素積算値プロット（Ｙ）は、図２１（ｃ）に示すように、収差が発生していない場合と類似している。
カセグレン光学系で非点収差が発生している場合、画素積算値プロット（Ｙ）は、図２２（ｄ）に示すように、収差が発生していない場合と類似している。
【００３５】
また、特徴特定部１５は、任意方向画素積算値プロット生成部１４が画素積算値プロット（６０°）を生成すると、その画素積算値プロット（６０°）の特徴を示す分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間ＰＶを特定する。
カセグレン光学系で収差が発生していない場合、図２０（ｃ）に示すように、画素積算値プロット（６０°）は、画素積算値プロット（Ｘ）と同様に、分布はほぼ軸対称であり、ピーク数は３個、ピーク間ＰＶは約３０００である。
カセグレン光学系で非点収差が発生している場合、図２２（ｃ）に示すように、画素積算値プロット（６０°）は、画素積算値プロット（Ｘ）と同様に、分布はほぼ軸対称であるが、ピーク数及びピーク間ＰＶが、画素積算値プロット（Ｘ）と異なっている。
【００３６】
画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）における無収差時の特徴は、光学系３が無収差であれば、光学系３の種類によらずに現れるものであり、無収差の判別基準として用いることができる。
また、画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）のコマ収差発生時の特徴は、光学系３にコマ収差が発生していれば、光学系３の種類によらずに現れるものであり、コマ収差の判別基準として用いることができる。
また、画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）の非点収差発生時の特徴は、光学系３に非点収差が発生していれば、光学系３の種類によらずに現れるものであり、非点収差の判別基準として用いることができる。
【００３７】
収差判別部１６は、特徴特定部１５が画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）における分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を特定すると、画素積算値プロット（Ｘ）（Ｙ）（６０°）における分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を比較して、光学系３における収差の有無及び光学系３に生じている収差の種類を判別する。
例えば、画素積算値プロット（Ｙ）の分布はほぼ軸対称であるが、画素積算値プロット（Ｘ）の分布が軸対称でない場合には、コマ収差が発生していると判別する（図２１を参照）。
画素積算値プロット（Ｘ）及び画素積算値プロット（６０°）の分布がほぼ軸対称であり、画素積算値プロット（Ｘ）及び画素積算値プロット（６０°）のピーク数・ピーク間ＰＶが一致していれば、無収差であると判別する（図２０を参照）。
画素積算値プロット（Ｘ）及び画素積算値プロット（６０°）の分布がほぼ軸対称であるが、画素積算値プロット（Ｘ）及び画素積算値プロット（６０°）のピーク数・ピーク間ＰＶが一致していなければ、非点収差が発生していると判別する（図２２を参照）。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する複数の点状光源１ａ〜１ｇを備え、複数の点状光源１ａ〜１ｇのうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、複数の点状光源１ａ〜１ｇが配置されているように構成したので、無収差である場合の結像パターン、コマ収差が発生している場合の結像パターン及び非点収差が発生している場合の結像パターンが、それぞれ固有の結像パターンになる。そのため、どの結像パターンであるかを識別すれば、収差を正確に判別することができる。したがって、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることなく、高精度に収差を判別することができる効果を奏する。
なお、撮像光学系部２の光検出器４の他に、収差を判別するために別の光学系に設ける必要がないため、特許文献１と比べて、光学システムのリソースを増加させなくて済む効果もある。
【００３９】
この実施の形態１では、複数の点状光源１ａ〜１ｇの配置が正六角形配置である例を示したが、複数の点状光源の配置は正六角形配置に限るものではなく、複数の画素積算値プロットにおける分布の軸対称性、ピーク数及びピーク間偏差を比較することで、無収差、コマ収差及び非点収差を判別することができれば、如何なる配置であってもよい。例えば、正八角形配置や正十角形配置などが考えられる。
【００４０】
この実施の形態１では、強度分布が鮮明に現れるようにするため、点状光源１ａ〜１ｇが波長６３０ｎｍの単波長の光を放射するものを示したが、波長幅が狭い単波長であれば、強度分布が鮮明に現れるため、６３０ｎｍ以外の単波長の光を放射するものであってもよい。
この実施の形態１では、特に言及していなかったが、光源部１が、遠方に存在している撮像光学系部２に対して光を入射させる場合、伝搬中に大気の散乱（レイリー散乱）を受けて、点状光源光の強度の低下やノイズ成分が発生し、撮像光学系部２の光検出器４の検出面上における強度分布の強度分布の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低下して、収差の判別性が低下する可能性がある。
大気の散乱は、波長が長くなる程、少なくなるので、複数の点状光源１ａ〜１ｇは、光検出器４の分光感度における長波長側の波長（検出が可能な波長範囲内で、最も長い波長）と一致する波長の光を放射することが好ましい。
【００４１】
この実施の形態１では、光学系３がカセグレン光学系である例を示したが、カセグレン光学系に限るものではなく、他の撮像光学系であってもよい。
【００４２】
実施の形態２．
図２３はこの発明の実施の形態２による結像性能評価装置を示す構成図であり、図において、図１及び図４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。
光学シミュレーション部２１は光学系３で想定される光学素子の変異や変形を考慮して、光学系３が無収差である場合の強度分布画像、光学系３でコマ収差が発生している場合の強度分布画像、光学系３で非点収差が発生している場合の強度分布画像をそれぞれシミュレーションし、それらの強度分布画像をデータベースに保存する処理を実施する。なお、光学シミュレーション部２１は収差画像取得手段を構成している。
ここでは、光学シミュレーション部２１が、シミュレーションによって、各種の収差に対応する強度分布画像を取得しているものを示しているが、外部から各種の収差に対応する強度分布画像が与えられるものであってもよい。
【００４３】
画像マッチング部２２は強度分布画像生成部１１により生成された強度分布画像と、光学シミュレーション部２１のデータベースに保存されている各種の収差に対応する強度分布画像との間の画像マッチングを実施して、光学系３における収差の有無及び光学系３に生じている収差の種類を判別する処理を実施する。
【００４４】
図２３の例では、結像性能評価装置の収差検出部５が専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、収差検出部５がコンピュータで構成されていてもよい。
収差検出部５がコンピュータで構成されている場合、収差検出部５の構成要素である強度分布画像生成部１１、光学シミュレーション部２１及び画像マッチング部２２の処理内容を記述しているプログラム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。
【００４５】
次に動作について説明する。
収差検出部５の内部の処理内容以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、収差検出部５の処理内容だけを説明する。
収差検出部５の強度分布画像生成部１１は、撮像光学系部２から強度分布信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その強度分布信号から強度分布画像を生成し、その強度分布画像を画像マッチング部２２に出力する。
【００４６】
光学シミュレーション部２１は、光学系３で想定される光学素子の変異や変形を考慮して（例えば、２次鏡３ｂが光軸に垂直な方向に０．１ｍｍ並進する状況や、１次鏡面３ａ内で互いに直交する方向間で曲率半径にλ／４（λ＝５４６ｎｍ）相当の差が生じる状況などを考慮する）、光学系３が無収差である場合の強度分布画像、光学系３でコマ収差が発生している場合の強度分布画像、光学系３で非点収差が発生している場合の強度分布画像をそれぞれシミュレーションし、それらの強度分布画像をデータベースに保存する。
シミュレーションによって強度分布画像を生成する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
【００４７】
画像マッチング部２２は、強度分布画像生成部１１から強度分布画像を受けると、その強度分布画像と、光学シミュレーション部２１のデータベースに保存されている各種の収差に対応する強度分布画像との間の画像マッチングを実施して、光学系３における収差の有無及び光学系３に生じている収差の種類を判別する。
即ち、画像マッチング部２２は、強度分布画像生成部１１から出力された強度分布画像と、データベースに保存されている各種の収差に対応する強度分布画像との間の画像マッチングを実施することで、データベースに保存されている各種の収差に対応する強度分布画像の中で、強度分布画像生成部１１から出力された強度分布画像と最も類似している画像を特定し、その画像に対応する収差の種類を判別する。
【００４８】
例えば、最も類似している画像が、光学系３が無収差である場合の強度分布画像であれば、光学系３で収差が発生していないと判別し、最も類似している画像が、光学系３でコマ収差が発生している場合の強度分布画像であれば、光学系３でコマ収差が発生していると判別する。
また、最も類似している画像が、光学系３で非点収差が発生している場合の強度分布画像であれば、光学系３で非点収差が発生していると判別する。
なお、強度分布画像の画像マッチング処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
【００４９】
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、位相が他の点状光源から放射される光の位相と時間的に変化しない光を放射する複数の点状光源１ａ〜１ｇを備え、複数の点状光源１ａ〜１ｇのうち、隣り合っている点状光源から放射される光の強度分布が光検出器４の検出面上で干渉が発生する間隔で、複数の点状光源１ａ〜１ｇが配置されているように構成したので、無収差である場合の結像パターン、コマ収差が発生している場合の結像パターン及び非点収差が発生している場合の結像パターンが、それぞれ固有の結像パターンになる。そのため、どの結像パターンであるかを識別すれば、収差を正確に判別することができる。したがって、広いダイナミックレンジを有する光検出器を用いることなく、高精度に収差を判別することができる効果を奏する。
なお、撮像光学系部２の光検出器４の他に、収差を判別するために別の光学系に設ける必要がないため、特許文献１と比べて、光学システムのリソースを増加させなくて済む効果もある。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１  光源部、１ａ〜１ｇ  点状光源、２  撮像光学系部、３  光学系、３ａ  １次鏡、３ｂ  ２次鏡、４  光検出器、５  収差検出部（収差検出手段）、１１  強度分布画像生成部、１２  Ｘ軸方向画素積算値プロット生成部、１３  Ｙ軸方向画素積算値プロット生成部、１４  任意方向画素積算値プロット生成部、１５  特徴特定部、１６  収差判別部、２１  光学シミュレーション部（収差画像取得手段）、２２  画像マッチング部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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