(57)【要約】【課題】計測に用いる被写体が配置されたパターンに回転が発生している場合にも、計測誤差を抑制して結像性能を評価する。【解決手段】点群２０で構成された評価パターン２と、評価パターン２の点群２０を結像し、点像として射影する光学系１と、光学系１が射影した点像を強度分布に応じて電気信号に変換する検出器３と、検出器３が変換した電気信号を解析して光学系１の点像分布関数を取得する画像処理部４とを備え、点群２０における各点は光学系１により射影された点像の射影間隔が検出器３の検出間隔と一致しない間隔で配置されると共に、当該点群の配置領域の任意方向の外形長さと任意方向に直交する方向の外形長さの比εが０．５≦ε≦２．０を満たすものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点群で構成されたパターンと、
前記パターンの点群を結像し、点像として射影する光学系と、
前記光学系が射影した点像を強度分布に応じて電気信号に変換する検出器と、
前記検出器が変換した電気信号を解析して前記光学系の点像分布関数を取得する画像処理部とを備え、
前記点群における各点は前記光学系により射影された点像の射影間隔が前記検出器の検出間隔と一致しない間隔で配置されると共に、当該点群の配置領域の任意方向の外形長さと前記任意方向に直交する方向の外形長さの比εが以下の条件を満たす結像性能評価装置。
０．５≦ε≦２．０
【請求項２】
前記点群における各点は、前記パターン上に略三角格子状に配置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】
前記点群の配置領域は、外形形状が六角形であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の結像性能評価装置。
【請求項４】
前記画像処理部が取得した前記点像分布関数を記憶するデータ記憶部を備え、
前記画像処理部は、前記データ記憶部に記憶された前記点像分布関数の逆関数を用いて、前記光学系により得られた画像を補正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】
前記画像処理部は、前記パターンを構成する点群の数に応じて、前記光学系により得られた画像を分割する画像分割部と、前記画像分割部が分割した各画像について、画素内での前記点群の位置に基づいて並び替え順序を決定し、決定した並び替え順序に従って並び替えを行い、画像を再構成する画像合成部とを備え、前記画像合成部が再構成した画像を用いて前記光学系の点像分布関数を取得することを特徴とする請求項１から請求項４記載の結像性能評価装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記画像分割部が分割した各画像の輝度を正規化するゲイン調整部を備え、前記画像合成部は前記ゲイン調整部が輝度を正規化した各画像について、前記並び替え順序を決定し、決定した並び替え順序に従って並び替えを行い、画像を再構成することを特徴とする請求項５記載の結像性能評価装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、前記画像合成部が再構成した画像から前記光学系の収差を解析する画像解析部を備え、
前記画像解析部が解析した前記光学系の収差に基づいて前記光学系の結像性能を調整する結像性能調整部を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６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、光学系に対してその結像性能を評価する結像性能評価装置であって、特に光学系の結像性能を点像分布関数として評価する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学系の性能評価を表す指標として、結像性能を表す点像分布関数ＰＳＦ（Point Spread Function）や空間周波数応答関数ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）がある。ＰＳＦは無限小の被写体を結像したときに発生するボケの強度分布を表す関数であり、通常最大値が１となるように正規化して表現される。ＭＴＦはＰＳＦをフーリエ変換した光学伝達関数ＯＴＦ（Optical Transfer Function）の絶対値を取った関数であり、空間周波数上での像の応答関数を表したものである。
【０００３】
ＰＳＦを評価する方法として、例えば特許文献１には特殊なテストパターンを光学センサで撮影し、画像解析を行うことによりＭＴＦや位置ずれ、ゆがみなどを評価する手法が提案されている。また、非特許文献１には、カーブミラーにより反射した太陽反射光を点光源と見なし、衛星搭載の光学センサが撮影して得られたその強度分布からＰＳＦを測定する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８９０２１８号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. J. Schiller and J. Silny, “In-Flight Vicarious Calibration of High Spatial Resolution Remote Sensing Systems Using Specular Reflectors,” JACIE Civil Commercial Imagery Evolution Workshop (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および非特許文献１に開示された技術では、計測に用いるパターンに回転が発生している場合には、本来想定されていたパターンとは異なる間隔の点群を計測することになるため、計測誤差が発生するという課題があった。
【０００７】
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、計測に用いる被写体が配置されたパターンに回転が発生している場合にも、計測誤差を抑制して結像性能を評価する結像性能評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る結像性能評価装置は、点群で構成されたパターンと、パターンの点群を結像し、点像として射影する光学系と、光学系が射影した点像を強度分布に応じて電気信号に変換する検出器と、検出器が変換した電気信号を解析して光学系の点像分布関数を取得する画像処理部とを備え、点群における各点は光学系により射影された点像の射影間隔が検出器の検出間隔と一致しない間隔で配置されると共に、当該点群の配置領域の任意方向の外形長さと任意方向に直交する方向の外形長さの比εが０．５≦ε≦２．０を満たすものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、計測に用いる被写体が配置されたパターンに回転が発生している場合にも、計測誤差を抑制して結像性能を評価することができ、点像分布関数の評価精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による結像性能評価装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による結像性能評価装置の検出器によるサンプリングを示す図である。
【図３】実施の形態１による結像性能評価装置の検出器によるサンプリングを示す図である。
【図４】実施の形態１による結像性能評価装置の評価性能を示す図である。
【図５】実施の形態２による結像性能評価装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３による結像性能評価装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態４による結像性能評価装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態５による結像性能評価装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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の構成を示す図である。
結像性能評価装置は、光学系１、評価パターン２、検出器３および画像処理部４で構成されている。光学系１は、被写体からの出射された光線を結像する。評価パターン２は、光学系１を評価する際の被写体であり、微小な大きさを有する点を複数配置した点群で構成される。検出器３は、光学系１によって結像された評価パターン２の点像を強度分布に応じて電気信号に変換する。画像処理部４は、検出器３によって出力された電気信号を解析して光学系１の結像性能を評価する。
【００１２】
実施の形態１による結像性能評価装置の特徴的構成は評価パターン２であり、より具体的には評価パターン２の点群における各点の配置にある。図１に示すように、評価パターン２は微小な大きさを有する点群２０を備え、当該点群２０は光学系１により検出器３上に射影された点像の射影間隔と、検出器３のサンプリング間隔とが異なるように各点が配置されている。点群２０の任意の方向の外形の長さａと、当該任意の方向に直交した方向の外形長さｂの比をε（ε＝ｂ／ａ）とした場合に、εは以下の条件（１）を満たすものとする。
０．５≦ε≦２．０      ・・・（１）
【００１３】
条件（１）を満たす点群２０を備えた評価パターン２が奏する効果について以下詳細に説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による結像性能評価装置の検出器によるサンプリングを示す図であり、図２（ａ）は検出器によるサンプリングを示し、図２（ｂ）はサンプリング結果の再構築を示している。
図２に示すように実施の形態１の評価パターン２を用いた結像性能評価装置１０では複数の点を光学系１により結像し、複数の点像の強度分布を計測することにより、点像分布関数を評価することができる。
しかし、１つの点像の強度分布を検出器３上にそのまま結像して強度分布をサンプリングする場合、検出器３のサンプリング間隔よりも細かい分解能で結像性能を評価することができない。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、検出器３はサンプリング間隔ｓとは異なる間隔で結像された複数の点像２１ａ，２１ｂ，２１ｃをサンプリングする。この時、各点像２１ａ，２１ｂ，２１ｃは検出器３の画素内の異なる位置に射影される。図２（ａ）の例では、点像２１ａは検出器３の画素Ｐの中央付近に位置しているが、点像２１ｂおよび点像２１ｃは検出器３の画素Ｐの中央部に対して右寄りに位置している。
【００１５】
画像処理部４は、サンプリングされた点像２１ａ，２１ｂ，２１ｃの画像を再構成し、評価パターン２の強度分布が一つの点像分布の強度部分布と等しくなるように並び替えが行われ、そのピーク値が「１」となるように正規化することにより、点像分布関数を得る。サンプリングされた点像２１ａ，２１ｂ，２１ｃの画像を再構成することにより、図２（ｂ）に示すように検出器３のサンプリング間隔ｓ以下の出力信号が得られる。これは、複数の点像を異なる位置でサンプリングするのと等価である。各点像をサンプリングする位置は、点群２０における各点の間隔を調整することにより自由に設定することが可能であり、検出器３のサンプリング間隔より細かい分解能でサンプリングすることも可能である。
これらの構成により、点群２０を用いて検出器３のサンプリング間隔よりも細かい分解能で結像性能を評価することができる。
【００１６】
次に、結像性能評価時に所定角度回転した評価パターン２を計測した際に生じる誤差について説明する。
図２は、間隔ｄｉ（ｉ＝１，２，・・・）で配置された点群を備える評価パターン２を回転させることなく計測した場合を示しており、点像２１ａと点像２１ｂの間隔はｄ１であり、点像２１ａと点像２１ｃの間隔はｄ２である。
一方、図３は、角度θ回転した評価パターン２を計測した場合を示しており、各点像の間隔がｃｏｓθ倍縮小する。すなわち、間隔ｄｉ（ｉ＝１，２，・・・）で配置された点群は、間隔ｄｉ・ｃｏｓθとなり、ｄｉ（１−ｃｏｓθ）だけ配置の誤差が発生する。この結果として、サンプリング位置に誤差が発生し、点像分布関数の評価の精度が低下する。誤差の大きさは点像の間隔ｄｉに比例するので、点像の間隔ｄｉが長い評価パターン２ほど評価の精度が低下する。
【００１７】
図２および図３では簡単のため点像の配置を１次元で表したが、点像分布関数は２次元分布として評価する必要があり、評価パターン２も点群２０がグリッド状に並ぶ２次元パターンになる。点像分布関数を評価するための点像の数は点像をサンプリングする間隔で決まり、点像の間隔は点像分布関数がどこまで広がっているのか、あるいはどこまでの広がりを評価するのかで決まる。したがって、点像分布関数の評価条件が決まると、この２つの条件も自ずと決定される。評価パターン２に必要な面積は、それを構成する点群２０の数と間隔によって大まかに決定される。したがって、評価パターン２の面積は点像分布関数の評価条件により決定されることとなる。
【００１８】
評価パターン２の面積が同一の場合、評価パターン２の外形形状が円形に近似している方が点群２０における各点の最大間隔を小さくすることができる。実施の形態１の評価パターン２の点群２０の任意の方向の外径の長さａと当該任意の方向に直交した方向の長さｂの比ε（ε＝ｂ／ａ）が上述した条件（１）を満たすため、外形形状が円形に近似した評価パターン２を得ることができる。
【００１９】
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評価性能を示す図であり、面積が同一であり、矩形グリッドに配置した点群２０を有する評価パターン２に対する、εと点群２０の配置誤差の関係を示している。
結像性能評価装置における点像分布関数の評価精度は、方向によらず点群２０の配置誤差の最大値で決定される。従って、ε＝１で配置誤差が最小となり、ε＞１の領域では任意方向の間隔による配置誤差が増加し（図４における実線）、ε＜１の領域では任意方向と直交する方向による配置誤差が増加する（図４における点線）。これにより、εが上述した条件（１）を満たすように構成することにより、配置誤差はε＝１の場合に対して３割程度までに抑制することが可能になる。
【００２０】
なお、上述した説明では、評価パターン２の点群２０における各点の配置位置については特に限定しないで説明を行ったが、点群２０における各点の配置を略三角格子としてもよい。三角格子は比較的小さな面積で格子点間の距離を離すことができるため、評価パターン２の面積を小さくすることができる。これにより、評価パターン２の外形寸法が小さく設定され、評価パターン２が回転した状態で計測を行った場合にも、点像分布関数の評価誤差を抑制することができる。
【００２１】
さらに、評価パターン２の点群２０における各点の配置を略三角格子とし、且つ評価パターン２の外形形状を六角形としてもよい。六角形は、任意方向の外径の長さと当該外径方向に直交する方向の外径の長さの比が小さく（ε＝０．８７）、比較的円形に近似した形状しているため、評価パターン２が回転した状態で計測を行った場合にも点像分布関数の評価誤差を抑制することができる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、評価パターン２が点群２０を備え、当該点群２０が光学系１により検出器３上に射影された際に、検出器３のサンプリング間隔とは異なる間隔で配置され、さらに点群２０の任意の方向の外径の長さａと、当該任意の方向に直交する方向の長さｂの比εが、０．５≦ε≦２．０の条件を満たすように構成したので、結像性能の計測に用いる評価パターンに回転が発生している場合にも、点像分布関数の評価誤差を抑制することができる。
【００２３】
また、この実施の形態１によれば、評価パターン２の点群２０における各点の配置を略三角格子とするように構成した場合には、評価パターン２の面積を小さくすることができ、結像性能の計測に用いる評価パターンに回転が発生している場合にも、点像分布関数の評価誤差を抑制することができる。さらに、評価パターンの外形形状を円形に近似した形状あるいは六角形とするように構成したので、結像性能の計測に用いる評価パターンに回転が発生している場合にも、点像分布関数の評価誤差を抑制することができる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態１では、結像性能評価装置１０が光学系１および検出器３を備える構成を示したが、光学系１に既に検出器３が備え付けられている場合には、備え付けられた検出器３を用いて結像性能の評価を行ってもよい。評価パターン２による点像分布関数の評価誤差抑制の効果は検出器３に影響を受けないため、備え付けられた検出器３を用いた場合にも同様の効果が得られる。また、備え付けられた検出器３を点像分布関数の評価に用いることにより、光学系１と検出器３が構造上あるいは運用上分離できない場合であっても、当該結像性能評価装置１０を適用することが可能となる。さらに、検出器３による結像性能の影響を含んだ評価を行うこともできる。
【００２５】
同様に、上述した実施の形態１では、結像性能評価装置１０が光学系１、検出器３および画像処理部４を備える構成を示したが、光学系１に既に検出器３および画像処理部４が備え付けられている場合には、備え付けられた画像処理部４を用いて結像性能の評価を行ってもよい。評価パターン２による点像分布関数の評価誤差抑制の効果は画像処理部４に影響を受けないため、備え付けられた画像処理部４を用いた場合にも同様の効果が得られる。また、備え付けられた画像処理部４を点像分布関数の評価に用いることにより、光学系１と画像処理部４が構造上あるいは運用上分離できない場合であっても、当該結像性能評価装置１０を適用することが可能となる。
【００２６】
また、上述した実施の形態１では、光学系１により結像された評価パターン２の点像の強度分布を、画像処理部４において一つの点像分布の強度分布と等しくなるように並び替えを行い、そのピーク値が「１」となるように正規化することにより点像分布関数を得る。ここで、算出される点像分布関数には検出器３の開口の大きさによる強度分布が平滑化される作用が含まれているため、光学系単体の点像分布関数としては誤差を含んでいる。
このため、画像処理部４において検出器３の開口の大きさによる強度分布の平滑化の影響を除去することにより、光学系単体の点像分布関数を評価することができる。平滑化の影響の除去は、点像分布関数に平滑化関数をデコンボリューションすることにより行ってもよいし、点像分布関数と平滑化関数をフーリエ変換し、空間周波数上での除算を行った後、逆フーリエ変換で光学系単位の点像分布関数を計算する方法で行ってもよい。
【００２７】
実施の形態２．
この実施の形態２では、画像処理部４の出力結果を記憶する構成を示す。
図５は、この発明の実施の形態２の結像性能評価装置の構成を示す図である。
実施の形態２の結像性能評価装置１０´は、図１で示した実施の形態１の結像性能評価装置１０にデータ記憶部５を追加して設けている。以下では、実施の形態１による結像性能評価装置１０の構成要素と同一または相当する部分には、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００２８】
データ記憶部５は、画像処理部４の出力結果を記憶する記憶領域であり、評価性能の計測により得られた点像分布関数を記憶する。画像処理部４は、データ記憶部５に記憶された点像分布関数の逆関数を画像に適用することにより像のボケを補正する処理を行う。
【００２９】
点像分布関数は、光学系１により画像上に発生する像のボケを表すが、この点像分布関数の逆関数を画像に適用することにより理想的には像のボケが解消させることが知られている。そこでこの実施の形態２では、画像処理部４がデータ記憶部５に記憶された点像分布関数の逆関数を画像に適用することにより、像のボケを補正することができる。
【００３０】
点像分布関数の逆関数を用いた補正処理は、計測された点像分布関数の空間分解能が小さい場合にはそのナイキスト周波数における信号の折り返しが発生し、点像分布関数の高周波成分が低周波成分として現れる。その影響により、点像分布関数の逆関数を用いた補正処理において誤差が発生する。
【００３１】
実施の形態２の結像性能評価装置１０´は、実施の形態１の結像性能評価装置１０と同様に点群２０における各点の間隔によって点像のサンプリング間隔を自由に設定することができ、検出器３のサンプリング間隔よりも細かなサンプリングが可能である。これを空間周波数で考えると、ナイキスト周波数を任意に設定することができることを意味する。従って、ナイキスト周波数における高周波成分の折り返しにより発生する評価誤差を抑制することができ、点像分布関数の計測条件を設定することが可能である。
【００３２】
以上のように、この実施の形態２によれば、画像処理部の４の出力結果である点像分布関数を記憶するデータ記憶部５を備えるように構成したので、画像処理部４において画像に点像分布関数の逆関数を適用して像のボケを補正することができる。
【００３３】
また、この実施の形態２によれば、評価パターン２による点像のサンプリング間隔を自由に設定可能であり、検出器３のサンプリング間隔よりも細かなサンプリングを可能に構成したので、ナイキスト周波数を任意に設定することができる。これにより、点像分布関数の逆関数を用いた補正処理における、ナイキスト周波数における高周波成分の折り返しにより発生する評価誤差を抑制し、点像分布関数の計測条件を設定することができる。
【００３４】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の結像性能評価装置の構成を示す図である。
実施の形態３の結像性能評価装置１０´´は、画像処理部４´が画像分割部４ａおよび画像合成部４ｂを備えている。なお以下では、実施の形態１による結像性能評価装置１０の構成要素と同一または相当する部分には、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００３５】
画像分割部４ａは、検出器３により得られた画像を、評価パターン２を構成する点群２０の数に応じて所定の幅を有する領域で分割し、各点像を中心とした領域を生成する。分割する幅は、例えば点像の間隔とほぼ等しい整数値などで設定する。画像合成部４ｂは、画像分割部４ａが分割した画像について、各画像の画素内での各点像の位置に応じて並び替え順序を決定し、決定した並び替え順序に従って分割した画像の各位置へ並び替えを行い、画像の再構成を行う。
【００３６】
検出器３で取得した画像は、複数の点像の中心が各画素の中でずらして配置されて撮影された画像であり、画像分割部４ａおよび画像合成部４ｂにより画像の再構成を行うことにより、複数の点像の中心をずらした量に応じて順に画素を配置することができ、画素よりも細かいピッチで撮影したのと同等の画像を得ることができる。並び替え順序は、各画素内における点像の位置から、例えば画素内で最も左寄りに位置している点像を基点とし、当該基点から順に点像の位置が画素内を右方向に移動するように各画素を整列させる。
【００３７】
例えば、評価パターン２を５．１ピクセル間隔の１０×１０の正方格子上に置かれた点像とする。これより、評価パターン２が撮影された５００×５００ピクセルの画像の画素出力をＳ(ｉ,ｊ) （ｉ,ｊは水平、垂直方向の画素番地）とすると、画像分割部４ａにより、Ｓｋｌ(ｉ,ｊ)＝Ｓ(５ｋ＋ｉ,５ｌ＋ｊ), １≦ｋ,ｌ≦１０,１≦ｉ, ｊ≦５で分割された画像Ｓｋｌ(ｉ,ｊ)が出力される。次に、画像合成部４ｂにおいてＳ’(５ｉ＋ｋ,５ｊ＋ｌ)＝ Ｓｋｌ(ｉ,ｊ)と再構成した画像を作成し、出力する。出力された画像は０．１ピクセルずつずらした画素を並べた画像となる。当該画像は、点像を０．１ピクセルでサンプリングした画像と等価である。
【００３８】
この実施の形態３では、出力される点像分布関数の空間周波数が光学系のカットオフ周波数以上となるように評価パターン２を設定することで、評価パターン２を構成する点像数が有限であることにより発生する誤差を除去することができる。これは評価パターン２を構成する点像数は有限であるため、得られた点像強度分布を空間周波数領域のスペクトルで表した時、有限の空間周波数領域（ナイキスト周波数以下の周波数領域）の情報しか含まれていない。そして、それ以上の空間周波数領域に関しては、ナイキスト周波数で折り返したスペクトルが観測される（標本化定理）。
【００３９】
上述したように、評価パターン２により得られるスペクトルが光学的なカットオフ周波数以上となっている場合、カットオフ周波数以上の領域には出力が０であるため、折り返しによるスペクトルの評価誤差が発生しない。つまり、評価パターン２を構成する点像数が有限であることにより発生する評価誤差をなくすことができる。
なお、大きな像ぶれが発生しているなど、光学系のカットオフ周波数より他に低いカットオフ周波数をもつものがある場合には、その評価パターン２により出力される点像分布関数の空間周波数は当該カットオフ周波数より大きく設定すればよい。
【００４０】
以上のように、この実施の形態３によれば、検出器３により得られた画像を所定の領域で分割し、各点像を中心とした領域を生成する画像分割部４ａと、分割した画像について画素内での各点像の位置に応じて並び替え順序を決定し、決定した並び替え順序に従って分割した画像の各位置へ並び替えを行う画像合成部４ｂとを備えるように構成したので、複数の点像の中心をずらした量に応じて順に画素を配置することができ、画素よりも細かいピッチで撮影したのと同等の画像を得ることができる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態３の結像性能評価装置１０´´の画像合成部４ｂにおいて、画像の画素配置を再構成した後に平滑化処理を行うように構成してもよい。平滑化の画素数は評価パターン２で用いた点群２０の数以下とする。
この実施の形態３の結像性能評価装置１０´´により得られる点像分布関数は、検出器３の画素ピッチより細かい周波数成分の情報が含まれている。最終的にこれらの情報が必要ない場合には、平滑化処理を行うことで撮影時の雑音を低減することができる。
【００４２】
また、平滑化処理に変えて、メディアンフィルタ処理など雑音低減に効果のある処理を行うように構成しても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４の結像性能評価装置の構成を示す図である。
実施の形態４の結像性能評価装置１０´´´は、図６で示した実施の形態３の結像性能評価装置１０´´の画像処理部４´にゲイン調整部４ｃを追加して設けている。以下では、実施の形態３による結像性能評価装置１０´´の構成要素と同一または相当する部分には、図６で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００４４】
画像処理部４´´は、画像分割部４ａ、ゲイン調整部４ｃおよび画像合成部４ｂで構成されている。ゲイン調整部４ｃは、画像分割部４ａと画像合成部４ｂの間に配置され、画像の明るさ（ゲイン）を調整する。
評価パターン２を構成する各点像の強度が異なるとき、検出器３により取得される画像も当然、点像ごとに輝度のばらつきが現れる。ばらつきを有する画像を用いて、画像合成部４ｂが画像を再構成すると、画素ごとに輝度のばらつきが現れ、点像分布関数を正しく評価できない。そこで、画像合成部４ｂの前段にゲイン調整部４ｃを配置し、当該ゲイン調整部４ｃにより各点像の輝度が等しくなるようにゲイン調整を行い、点像ごとの強度の違いを補正し、結像性能を取得する。
【００４５】
ゲイン調整部４ｃは、例えば分割された画像ごとに輝度の最大値を計算し、算出した最大値で画像ごとに正規化を行う。点像の広がりが小さいときには点像の輝度の最大値は画像の輝度の最大値にほぼ等しい。従って、画像の輝度の最大値で正規化することにより点像の最大輝度を等しくすることができ、輝度のばらつきをなくすことができる。
【００４６】
また、ゲイン調整部４ｃは、画像ごとに画素の積算値を算出し、算出した値を用いて正規化を行うように構成してもよい。点像分布の積算値は点像の輝度に比例する。従って、積算値で正規化することで輝度ばらつきをなくすことができる。さらに、ゲイン調整部４ｃは、点像ごとに輝度の大きさを別の手段で計測し、計測した値を用いて正規化することにより輝度のばらつきを抑制するように構成してもよい。
【００４７】
以上のように、この実施の形態４によれば、画像分割部４ａが分割した画像の明るさを調整するゲイン調整部４ｃを備え、明るさを調整した画像を用いて画像合成部４ｂが画像を再構成するように構成したので、点像毎の輝度のばらつきを補正することができ、結像性能を正しく評価することができる。
【００４８】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５の結像性能評価装置の構成を示す図である。
実施の形態５の結像性能評価装置１０´´´´は、図６で示した実施の形態３の結像性能評価装置１０´´に結像性能調整部６を追加して設けると共に、画像処理部４´に画像解析部４ｄを追加して設けている。以下では、実施の形態３による結像性能評価装置１０´´の構成要素と同一または相当する部分には、図６で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００４９】
画像処理部４´´´は、画像分割部４ａ、画像合成部４ｂおよび画像解析部４ｄで構成されている。画像解析部４ｄは、画像合成部４ｂから出力される点像分布関数の画像から収差の量や収差の種類を算出する。結像性能調整部６は、画像解析部４ｄが算出した収差の量あるいは収差の量に基づいて光学系の結像性能の調整を行う。
【００５０】
点像分布関数は光学系で発生している収差に応じて変化するため、点像の分布を解析することで収差の量や収差の種類を特定することができる。結像性能調整部６において画像解析部４ｄが算出した収差に対して逆方向の収差が発生するように結像性能を調整することにより、結像性能調整部６で発生した収差と光学系の収差が相殺され、全体として光学系の結像性能を改善することができる。
【００５１】
結像性能調整部６は、反射波面の形状を変え、任意の収差を発生可能なデフォーマブルミラーを用いて構成することができる。また、透過波面の形状を変えるＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて構成してもよい。さらに、光学素子の位置を変えることにより収差量を変化させることが可能であるため、当該手法により結像性能を調整するように構成してもよい。
【００５２】
以上のように、この実施の形態５によれば、画像分割部４ａおよび画像合成部４ｂによって再構成された点像分布関数の画像から収差の量や収差の種類を算出する画像解析部４ｄと、画像解析部４ｄが算出した収差の量あるいは収差の量に基づいて光学系の結像性能の調整を行う結像性能調整部６とを備えるように構成したので、光学系の結像性能を改善することができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態５では、実施の形態３の構成に画像解析部４ｄおよび結像性能調整部６を適用する構成を示したが、実施の形態４の構成に適用することも可能である。
【００５４】
実施の形態６．
この実施の形態６では、上述した実施の形態１から実施の形態５の構成に加えて、検出器３の複数の領域において評価パターン２の撮影を行う構成を示す。
点像分布関数は光学系で発生している収差に応じて変化するが、非点収差など検出器３の結像位置によって変化する収差が存在する。そこで、検出器３の異なる位置で評価パターン２を撮影し、各位置による点像分布関数の変化を比較することにより、検出器３の結像位置によって変化する収差を抽出して解析することができる。検出器３の複数領域で評価パターン２を撮影する場合には、評価パターン２を複数並べて同時に撮影してもよいし、別々に撮影してもよい。別々に撮影する場合には、１つの評価パターンのみで撮影を行うことができる。
【００５５】
以上のように、この実施の形態６では、検出器３の複数の領域において評価パターン２の撮影を行うように構成したので、検出器３の複数の領域における点像分布関数の変化を比較することができ、検出器３の結像位置によって変化する収差を抽出して解析することができる。
【００５６】
実施の形態７．
この実施の形態７では、評価パターン２の点像としてカーブミラーに映る太陽像を用いる構成を示す。なお、実施の形態７の構成は上述した実施の形態１から実施の形態６に適用可能である。
カーブミラーによる太陽像はカーブミラーの曲率半径により視直径を任意に設定することができるため、任意の大きさの点像をつくることができる。また、太陽は放射強度が大きいため、高Ｓ／Ｎでの画像取得が可能である。
【００５７】
点光源としてカーブミラーに映る太陽像を用いた場合には、光線の波長帯として長波長の可視光線または近赤外光線を用いてもよい。カーブミラーの太陽像の周囲には空が映るため、厳密には理想的な点像とはならない。しかし、天空光は波長が短い可視の光線（青色の光線）が多く含まれるため、長波長の可視光線または近赤外光線を評価パターン２の撮影に用いることにより、天空光の入射を抑制し、理想的な点像に近づけることができる。
【００５８】
長波長の可視光線または近赤外光線で撮影を行う場合には、カーブミラーの前または後ろに波長が短い可視の光線を遮断するフィルターを入れる手法や、カーブミラーに波長が短い可視の光線を吸収する膜を設ける手法などを適用することができる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態７によれば、評価パターン２の点像としてカーブミラーに映る太陽像を用いるように構成したので、高いＳ／Ｎで画像を取得することができる。
【００６０】
実施の形態８．
上述した実施の形態１から実施の形態６において、評価パターン２の撮影を夜間に行うように構成してもよい。
評価パターン２の撮影時に背景として映る部分の強度分布が大きい場合、評価パターン２が理想的な点像とみなせなくなる。昼間に評価パターン２の撮影を行うと、点像の周囲の背景も太陽光線で照射されるため、背景に輝度分布が発生する。一方、夜間に評価パターン２の撮影を行うと背景への太陽光の照射が存在しないため、輝度分布のない背景状態を容易につくることができる。
【００６１】
以上のように、この実施の形態８によれば、評価パターン２の撮影を夜間に行うように構成したので、輝度分布のない背景状態を容易に作り出すことができる。
【００６２】
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】
【００６３】
１  光学系、２  評価パターン、３  検出器、４，４´，４´´，４´´´  画像処理部、４ａ  画像分割部、４ｂ  画像合成部、４ｃ  ゲイン調整部、４ｄ  画像解析部、５  データ記憶部、６  結像性能調整部、１０，１０´，１０´´，１０´´´，１０´´´´  結像性能評価装置、２０  点群、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  点像。
【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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