(57)【要約】【課題】結像光学系のＦ値がマイクロレンズのＦ値より小さい場合であっても正しい光検出を行うことができる光学検出装置を提供する。【解決手段】第１および第２のマイクロレンズ（ＭＬ）を有するマイクロレンズアレイ４１と、第１のＭＬの透過光について第１方向に偏光した第１の偏光光束のみを透過させる第１の偏光子と、第２のＭＬの透過光について第２方向に偏光した第２の偏光光束のみを透過させる第２の偏光子とを有する偏光子アレイ４３と、第１および第２のＭＬに対して、第１および第２の偏光光束を受光するよう配置された第１および第２の受光素子と、第１の偏光光束のみを透過させて第１の受光素子に入射させる第３の偏光子と、第２の偏光光束のみを透過させて第２の受光素子に入射させる第４の偏光子とを有し、第１および第２の偏光光束が共に第３および第４の偏光子に入射するよう配置された偏光子アレイ４４とを有する光学検出装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の結像光学系を透過した被写体光を受光するよう配置された、少なくとも第１および第２のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記第１のマイクロレンズに対応して配置され、前記第１のマイクロレンズの透過光について第１方向に偏光した第１の偏光光束のみを透過させる第１の偏光子と、前記第２のマイクロレンズに対応して配置され、前記第２のマイクロレンズの透過光について前記第１方向とは異なる第２方向に偏光した第２の偏光光束のみを透過させる第２の偏光子とを有するマイクロレンズ側偏光子アレイと、
前記第１のマイクロレンズおよび前記第２のマイクロレンズのそれぞれに対して、前記第１の偏光光束および前記第２の偏光光束を受光するよう配置された第１および第２の受光素子と、
前記第１の偏光光束のみを透過させて前記第１の受光素子に入射させる第３の偏光子と、前記第２の偏光光束のみを透過させて前記第２の受光素子に入射させる第４の偏光子とを有し、前記第１の偏光光束および前記第２の偏光光束が共に前記第３の偏光子および前記第４の偏光子に入射するよう配置された受光素子側偏光子アレイと、
前記第１の受光素子の出力および前記第２の受光素子の出力を用いて所定の演算を行う演算手段と、
を有することを特徴とする光学検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学検出装置において、
前記マイクロレンズ側偏光子アレイの前方に配置され、全域において所定の偏光方向の光束のみを通過させる偏光フィルタリング手段を更に備えることを特徴とする光学検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学検出装置において、
前記演算手段は、前記結像光学系による被写体像の結像位置および任意の焦点面における前記被写体像のいずれか１つに関する情報を演算することを特徴とする光学検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光学検出装置において、
前記演算手段は、被測定対象である前記結像光学系の収差に関する情報を演算することを特徴とする光学検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学検出装置において、
前記第２方向は、前記第１方向を９０度回転させた方向であることを特徴とする光学検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイと、その後ろ側に配置した受光素子アレイとを備えた光学検出装置が知られている。例えば特許文献１には、結像光学系からの光束をマイクロレンズアレイを介して受光素子アレイに受光させることで、結像光学系の収差を測定する収差測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６０３６２号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６５２１号公報
【特許文献３】特開２００７−４４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のずれ測定装置には、結像光学系のＦ値がマイクロレンズのＦ値よりも小さい場合に正しい光検出ができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、少なくとも第１および第２のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、第１のマイクロレンズに対応して配置され、第１のマイクロレンズの透過光について第１方向に偏光した第１の偏光光束のみを透過させる第１の偏光子と、第２のマイクロレンズに対応して配置され、第２のマイクロレンズの透過光について第１方向とは異なる第２方向に偏光した第２の偏光光束のみを透過させる第２の偏光子とを有するマイクロレンズ側偏光子アレイと、第１のマイクロレンズおよび第２のマイクロレンズのそれぞれに対して、第１の偏光光束および第２の偏光光束を受光するよう配置された第１および第２の受光素子と、第１の偏光光束のみを透過させて第１の受光素子に入射させる第３の偏光子と、第２の偏光光束のみを透過させて第２の受光素子に入射させる第４の偏光子とを有し、第１の偏光光束および第２の偏光光束が共に第３の偏光子および第４の偏光子に入射するよう配置された受光素子側偏光子アレイと、第１の受光素子の出力および第２の受光素子の出力を用いて所定の演算を行う演算手段と、を有することを特徴とする光学検出装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、結像光学系のＦ値がマイクロレンズのＦ値より小さい場合であっても正しい光検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る収差測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】収差の測定原理を説明するための図である。
【図３】チャートの例を示す図である。
【図４】像ズレ検出装置の構成を示す図である。
【図５】像ズレ量の検出方法を説明するための図である。
【図６】横収差の例およびその測定結果を示す図である。
【図７】偏光子の偏光方向を示す図である。
【図８】偏光フィルターを追加した構成を示す図である。
【図９】迷光の影響を受けずに光束を検出する様子を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る収差測定装置の構成を示す模式図である。
【図１１】仮想マイクロレンズの出力の生成方法を説明するための図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る収差測定装置の構成を示す模式図である。
【図１３】マイクロレンズおよび偏光子をハニカム状に配置した例を示す図である。
【図１４】第５の実施の形態に係る画像合成装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る収差測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係る収差測定装置１は、図２に示すように、チャート像表示装置２に表示されたチャート像からの光を測定対象の結像光学系３の異なる部分瞳を介して受光し、それらのチャート像のずれ量を像ズレ検出装置４により検出して結像光学系３の入射光の光軸からの位置に依存した収差を測定する。ここで、像ズレ検出装置４により検出される像のズレ量は、部分瞳の中心を光線の入射高とする結像光学系３の横収差を表す。
【０００９】
チャート像表示装置２は、測定対象の結像光学系３を挟んで像ズレ検出装置４の反対側に設置され、図３に示すような黒色のバーを並べたチャートを表示する。チャートは、図３（ａ）に示すような１本線のエッジチャート、好ましくは図３（ｂ）、（ｃ）に示すような複数の境界を有する多本線のエッジチャートで、かつ、偽検出を避けるために黒色バーの幅と配置間隔を変え、配列周期に変化があるチャートを用いるのが望ましい。
【００１０】
図４は像ズレ検出装置４の構成を示し、（ａ）がその横断面図、（ｂ）が結像光学系３側から見た正面図である。像ズレ検出装置４は、複数のマイクロレンズ（例えばこの実施例ではＬ１〜Ｌ６）を一列に配列したマイクロレンズアレイ４１と、複数の受光素子４５を二次元状に配列した受光素子アレイ４２とを備える。
【００１１】
マイクロレンズアレイ４１の前側には、複数のマイクロレンズＬ１〜Ｌ６の各々に対応する複数の偏光子（例えばこの実施例ではＰ１〜Ｐ６）を一列に配列したマイクロレンズ側偏光子アレイ４３が配置される。受光素子アレイ４２の表面には、複数の受光素子４５の各々に対応する複数の偏光子４６を二次元状に配列した受光素子側偏光子アレイ４４が配置される。像ズレ検出装置４に入射した結像光学系３からの光束は、各偏光子Ｐ１〜Ｐ６、各マイクロレンズＬ１〜Ｌ６、および各偏光子４６を介して各受光素子４５に入射する。
【００１２】
なお、マイクロレンズおよび受光素子の個数はこの実施例に限定されない。また、受光素子Ｓ１〜Ｓ６は、この実施例では複数の受光部が縦８個、横８個のマトリクス状に配列された受光素子を例に上げて説明するが、受光素子内の受光部の数と配置はこの実施例に限定されない。マイクロレンズ側偏光子アレイ４３を構成する偏光子Ｐ１〜Ｐ６、受光素子側偏光子アレイ４４を構成する偏光子４６についても同様である。
【００１３】
また、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３はマイクロレンズアレイ４１の後側に配置されていてもよいし、マイクロレンズアレイ４１の内部に存在していてもよい。すなわち、本発明においてマイクロレンズの透過光とは、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３により偏光された後にマイクロレンズを透過する光と、偏光される前にマイクロレンズを透過しこれからマイクロレンズ側偏光子アレイ４３により偏光される光と、のいずれであってもよい。
【００１４】
ここで、図５を参照して像のズレ量の検出原理を説明する。説明を解りやすくするために、図５では、像ズレ検出装置４が、５個のマイクロレンズＬ１〜Ｌ５が一列に配列されたマイクロレンズアレイ４１を備え、各マイクロレンズを透過した光束がそれぞれ５つの受光素子を備えた受光素子群Ｓ１〜Ｓ５に入射するものとして説明する。なお図５では、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３および受光素子側偏光子アレイ４４の図示を省略している。測定対象の結像光学系３の瞳面には、結像光学系３の光軸と交わる点を通る直線上に、受光素子群Ｓ１〜Ｓ５の受光部ａ（ｉ）〜ｅ（ｉ）（ただしｉ＝１〜５）に対応する５個の部分瞳Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを考える。なお、部分瞳Ｃは結像光学系３の光軸と結像光学系３の瞳面との交点を中心とする部分瞳である。
【００１５】
マイクロレンズＬ１〜Ｌ５のレンズ面（図５に破線で示す）を像ズレ検出面としたとき、各マイクロレンズＬ１〜Ｌ５のレンズ面に結像された像について考察する。結像光学系３の部分瞳Ｃを通過した光束に関して、マイクロレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のレンズ面にできた像に寄与する光は、各受光素子群Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の受光部ｃ（１）、ｃ（２）、ｃ（３）、ｃ（４）、ｃ（５）で受光される。ここで、結像光学系３の部分瞳Ｃを通過した光束による受光部ｃ（１）、ｃ（２）、ｃ（３）、ｃ（４）、ｃ（５）の検出像を、｛ｃ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）で表す。
【００１６】
同様に、結像光学系３の部分瞳Ａを通過した光束に関して、マイクロレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のレンズ面にできた像に寄与する光は、各受光素子群Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の受光部ａ（１）、ａ（２）、ａ（３）、ａ（４）、ａ（５）で受光され、これらの受光部の検出像を｛ａ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）で表す。結像光学系３の部分瞳Ｂを通過した光束に関して、マイクロレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のレンズ面にできた像に寄与する光は、各受光素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の受光部ｂ（１）、ｂ（２）、ｂ（３）、ｂ（４）、ｂ（５）で受光され、これらの受光部の検出像を｛ｂ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）で表す。
【００１７】
また、結像光学系３の部分瞳Ｄを通過した光束に関して、マイクロレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のレンズ面にできた像に寄与する光は、各受光素子群Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の受光部ｄ（１）、ｄ（２）、ｄ（３）、ｄ（４）、ｄ（５）で受光され、これらの受光部の検出像を｛ｄ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）で表す。結像光学系３の部分瞳Ｅを通過した光束に関して、マイクロレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のレンズ面にできた像に寄与する光は、各受光素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の受光部ｅ（１）、ｅ（２）、ｅ（３）、ｅ（４）、ｅ（５）で受光され、これらの受光部の検出像を｛ｅ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）で表す。
【００１８】
今、図６（ａ）に示すように、物点Ｏからの光束のうち結像光学系３の各入射高の位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに入手した光線が、像面Ｉにおいて、それぞれａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの位置に入射するものとする。各位置Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅに入射する光線の像面Ｉにおける入射位置ａ、ｂ、ｄ、ｅの、近軸のＣに入射する光線の像面Ｉの入射位置ｃに対する位置ズレ量Ｓac、Ｓbc、Ｓdc、Ｓecが横収差である。そして、この位置ズレ量Ｓac、Ｓbc、Ｓdc、Ｓecを求めるために、図４、図５に示すような像ズレ検出装置を用いる。
【００１９】
次に、像｛ｃ（ｉ）｝を基準にした像｛ａ（ｉ）｝のズレ量Ｓacを演算する。同様に、像｛ｃ（ｉ）｝を基準にした像｛ｂ（ｉ）｝のズレ量Ｓbc、像｛ｄ（ｉ）｝のズレ量Ｓdc、像｛ｅ（ｉ）｝のズレ量Ｓecをそれぞれ演算する。
【００２０】
このような２像のズレ量は、例えば次のようにして求める。ここでは、２像に関する信号列を｛ａ（ｉ）｝、｛ｂ（ｉ）｝（ｉ＝１、２、・・）として説明する。まず、２像に関する信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｂ（ｉ）｝の相関量Ｃ(N)を次式により算出する。
Ｃ(N)＝Σ｜ａ（ｉ）−ｂ（ｉ）｜  ・・・（１）
（１）式において、Σはｉ＝ｐＬ〜ｑＬの総和演算を表し、Ｎ＝ｉ−ｊが２像に関する信号列のシフト量、すなわち２像の像ズレ量である。離散的に求められた相関量Ｃ(N)に基
づいて、三点内挿の手法により連続的な相関量の最小値を与えるシフト量（像ズレ量）Ｌを求める。ここで、シフト量Ｎのときの相関量をＣ０とし、シフト量(Ｎ−１)のときの相関量をＣｒとし、シフト(Ｎ＋１)のときの相関量をＣｆとすると、シフト量（像ズレ量）Ｌは（２）式により求められる。
ＤＬ＝０．５・（Ｃｒ−Ｃｆ），
Ｅ＝max{Ｃｆ−Ｃ０、Ｃｒ−Ｃ０}，
Ｌ＝Ｎ＋ＤＬ／Ｅ  ・・・（２）
【００２１】
このようにして算出された像ズレ量Ｓac、Ｓbc、Ｓdc、Ｓecを並べれば、それぞれ部分瞳Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの中心を光線の入射高とする結像光学系３の横収差を表し、図６（ｂ）に示すように部分瞳Ｃを基準にした場合の横収差図を描くことができる。なお、横収差図から縦収差図に書き直す方法は周知であり、説明を省略する。収差測定装置１のマイクロコンピューター（不図示）は、像ズレ検出装置４により検出されたズレ量に基づいて結像光学系３の収差特性を演算する。
【００２２】
次に、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３および受光素子側偏光子アレイ４４の詳細について説明する。図７（ａ）には、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３を構成する各偏光子Ｐ１〜Ｐ６の偏光方向が、両端矢印により模式的に示されている。偏光子Ｐ１〜Ｐ６はそれぞれマイクロレンズＬ１〜Ｌ６に対応している。偏光子Ｐ１〜Ｐ６は隣り合う偏光子同士で偏光方向が９０度異なるように構成されている。例えば偏光子Ｐ１に入射した光束は、偏光子Ｐ１により左上がり４５度方向（以下、便宜上α方向と呼ぶ）の偏光となってマイクロレンズＬ１に入射する。同様に、偏光子Ｐ１に隣り合う偏光子Ｐ２に入射した光束は、偏光子Ｐ２により右上がり４５度方向（以下、便宜上β方向と呼ぶ）の偏光となってマイクロレンズＬ２に入射する。
【００２３】
図７（ｂ）には、受光素子側偏光子アレイ４４を構成する複数の偏光子４６の偏光方向が、両端矢印により模式的に示されている。偏光子４６はそれぞれ１つ１つの受光素子４５を覆っている。すなわち、個々の偏光子４６の裏側には、それぞれ１つの受光素子４５が存在し、偏光子４６を透過した光束が対応する受光素子４５に入射する。偏光子４６は隣り合う偏光子同士で偏光方向が９０度異なるように構成されている。例えば偏光子４６ａはα方向の偏光のみを透過し、β方向の偏光を透過させない。また、偏光子４６ａに隣接する偏光子４６ｂはβ方向の偏光のみを透過し、α方向の偏光を透過させない。
【００２４】
なお、個々の偏光子４６の裏側に、それぞれ複数の受光素子４５が存在するように構成してもよい。例えば、１つの偏光子４６の裏に、４つの受光素子４５が存在するように構成してもよい。
【００２５】
α方向の偏光のみを透過させる偏光子（例えば偏光子４６ａ）で覆われた受光素子は、α方向の偏光子（例えば偏光子Ｐ１）を透過し対応するマイクロレンズ（例えばマイクロレンズＬ１）を透過した光だけを検知する。従って、α方向の偏光のみを透過させる偏光子（例えば偏光子４６ａ）で覆われた受光素子の出力のみを抽出すると、１つおきのマイクロレンズＬ１，Ｌ３，Ｌ５を透過した光束だけを検知することができる。同様に、β方向の偏光のみを透過させる偏光子（例えば偏光子４６ｂ）で覆われた受光素子の出力のみを抽出すれば、残りのマイクロレンズＬ２，Ｌ４，Ｌ６を透過した光束だけを検知することができる。
【００２６】
本実施形態の像ズレ検出装置４は、こうして得られる各マイクロレンズＬ１〜Ｌ６を透過した光束による出力を用いて収差測定を行う。このとき、例えば前述のｃ（１）、ｃ（２）、ｃ（３）、ｃ（４）、ｃ（５）にあたる出力は、それぞれｃ（１）、ｃ（３）、ｃ（５）がα方向の偏光を検知する受光素子の出力に、ｃ（２）、ｃ（４）がβ方向の偏光を検知する受光素子の出力となる。
【００２７】
なお、図２に示すチャート像表示装置２からの光が偏光している場合、マイクロレンズのピッチ周期の偽信号が重畳され、測定誤差となってしまう。従って、チャートやその照明は偏光がない状態に保つことが望ましい。
【００２８】
このような測定誤差に対処するため、チャート表示装置２と測定対象の結像光学系３との間に偏光フィルターを挿入してもよい。この偏光フィルターは、α方向とβ方向の中間の方向、すなわちいずれか一方を４５度旋回した方向の直線偏光のみを透過させる特性とする。この偏光フィルターはマイクロレンズ側偏光子アレイ４３および受光素子側偏光子アレイ４４とは異なり、全域が同じ偏光方向の光束を透過させるものである。
【００２９】
なお、上記偏光フィルターの代わりに円偏光フィルターを挿入してもよい。この円偏光フィルターは直線偏光子の後（光の射出側）に、可視光域内のある波長についての４分の１波長板を付加して、射出される光を円偏光もしくは楕円偏光とする周知のフィルターである。円偏光フィルターを用いると、上記のように、フィルターの方向とα方向およびβ方向の相対的関係とを調整する必要がないという利点がある。
【００３０】
例えば図８のように、チャート像表示装置２と測定対象の結像光学系３との間にペリクルミラー５などの偏光性を付加する光学要素が存在する場合には、上記の偏光フィルター６は当該光学要素より結像光学系３寄りに挿入することが望ましい。また、偏光フィルター６が透過させる偏光方向を当該光学要素の作用により偏光する方向と揃えると、光量の損失が少なくなり望ましい。偏光フィルター６に代えて円偏光フィルターを用いる場合には、円偏光フィルター中の直線偏光子の偏光方向について、同様のことが言える。
【００３１】
以上説明したように、マイクロレンズ側偏光子アレイ４３は、マイクロレンズＬ１，Ｌ３，Ｌ５に対応して配置され、当該マイクロレンズの透過光についてα方向に偏光した第１の偏光光束のみを透過させる第１の偏光子Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５と、マイクロレンズＬ２，Ｌ４，Ｌ６に対応して配置され、当該マイクロレンズの透過光についてβ方向に偏光した第２の偏光光束のみを透過させる第２の偏光子Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６とを有する。受光素子アレイ４２は、マイクロレンズＬ１〜Ｌ６のそれぞれに対して、第１の偏光光束および第２の偏光光束を受光するよう配置された複数の受光素子４２を有する。受光素子アレイ４２の前面には、第１の偏光光束のみを透過させて裏面の受光素子に入射させる偏光子と、第２の偏光光束のみを透過させて裏面の受光素子に入射させる偏光子とが配置されており、第１の偏光光束および第２の偏光光束が共に各偏光子に入射する。像ズレ検出装置４は、各受光素子の出力を用いて結像光学系３の収差に関する演算を行う。このようにしたので、図９に示すように、結像光学系がマイクロレンズより明るい場合であっても、迷光の影響を受けずに光束を検出することができる。具体的には、結像光学系３のＦ値がマイクロレンズのＦ値の１／２の場合まで、迷光の影響を受けずに光束を検出することが可能になる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、複数のマイクロレンズを一列に配列したマイクロレンズアレイ４１と、複数の偏光子を一列に配列したマイクロレンズ側偏光子アレイ４３を用いた像ズレ検出装置４の実施例を示した。本発明は、図１０に示す第２の実施の形態のように、複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイ９１と、複数の偏光子を二次元状に配列したマイクロレンズ側偏光子アレイ９３を用いて像ズレ量を検出するようにしてもよい。
【００３３】
図１０に示す第２の実施の形態では、複数のマイクロレンズと複数の偏光子とを、奇数列と偶数列とで互い違いに並べ（偶数列と奇数列でマイクロレンズの横方向のピッチの半分だけずらして並べる）、二次元配列を形成している。また、マイクロレンズ側偏光子アレイ９３における各偏光子の偏光方向が、図１０の斜め方向に隣接する偏光子同士で互いに９０度異なるように複数の偏光子を配列している。これは、上下左右方向に隣接するマイクロレンズ同士よりも、斜め方向に隣接するマイクロレンズ同士の方がマイクロレンズ間の距離が近いため、後者の方がより迷光が入りやすいためである。
【００３４】
なお、図１０に示す第２の実施の形態では、第１の実施の形態においてマイクロレンズアレイ４１の前側であった凸面が後側になっている。このように、本発明においてマイクロレンズの向きはどちら側であってもよい。なお、マイクロレンズ側偏光子アレイ９３は、レンズ作用を有する面に近づけるため、マイクロレンズアレイ９１の前側から後側に移動させている。
【００３５】
第２の実施の形態における像ズレ検出装置は、第１の実施の形態と同様に図９の上下方向の像ズレ検出ができることに加えて、図９の左右方向の像ズレ検出も行うことができる。
【００３６】
なお、特許文献１に記載されているように、偶数列の受光素子列で求めた像ズレ量と、これと同一の瞳対に関して奇数列の受光素子列で求めた像ズレ量とを平均し、瞳対を変えながらそれぞれの瞳対に対する平均ズレ量を求めて横収差を測定することもできる。このようにすることで、収差の測定精度を更に向上させることが可能である。また、縦収差についても同様である。この演算方法の場合、偶数列、奇数列共に、同一偏光方向の光を用いて像ズレ演算をした結果を平均することになるので、前述のように偏光性を付加する光学要素が存在した場合であっても偏光フィルター等を要しない。
【００３７】
その他の演算方法として、隣接偶数列からの出力で奇数列の仮想出力を、隣接奇数列からの出力で偶数列の仮想出力をそれぞれ作成することにより、マイクロレンズのピッチを半分にした場合と同じ密度の出力を得る方法を用いてもよい。以下、この演算方法について、図１１を用いて説明する。
【００３８】
図１１は図１０のＢ矢視の図であり、説明のためマイクロレンズアレイ９１と受光素子アレイ９２とを重ねて図示している。検出しようとする像ズレ方向に連なるある列（例えば列４）に隣接する２つのマイクロレンズ（例えばＬＭ４４とＬＭ４６）について、その中間の位置に仮想的にマイクロレンズＶＭ５５が存在すると考える。本演算方法では、この仮想のマイクロレンズＶＭ５５の仮想出力を、当該列の両隣の列（例えば列３と列５）のマイクロレンズに対応する受光素子の出力から生成する。具体的には、上記の仮想マイクロレンズＶＭ５５の両隣に位置する２つのマイクロレンズＬＭ４４，ＬＭ４６に対して、所定の相対位置にある受光素子の出力の平均値を算出する。そして、この平均値を仮想マイクロレンズに対し同一の相対位置にある受光素子の出力とみなす。
【００３９】
以上のような演算方法を用いることにより、結像光学系３の光軸に垂直な面内における分解能を倍とした収差測定が可能となる。なおこの演算方法を用いる場合であっても、チャート像表示装置２からの光が偏光していた場合には、第１の実施の形態と同様の測定誤差が発生する。従って、第１の実施の形態において説明した対策を採ることが望ましい。
【００４０】
以上で説明した第２の実施の形態に係る収差測定装置によれば、第１の実施の形態の場合と同様に、結像光学系がマイクロレンズより明るい場合であっても、迷光の影響を受けずに光束を検出することができる。具体的には、結像光学系３のＦ値がマイクロレンズのＦ値の１／√２の場合まで、迷光の影響を受けずに光束を検出することが可能になる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では、マイクロレンズ側偏光子アレイ９３を構成する各偏光子は、それぞれα方向またはβ方向に偏光した光束のみを透過させていた。本発明は、図１２に示す第３の実施の形態のように、各偏光子の偏光方向が２種類より多い場合にも適用することが可能である。図１２では、α方向（左上がり４５度方向）、β方向（右上がり４５度方向）に加えて、上下方向（以下、γ方向と呼ぶ）、左右方向（以下、δ方向と呼ぶ）の計４方向の偏光を透過させる偏光子を使用している。
【００４２】
図１２に示すマイクロレンズ側偏光子アレイ１０３および受光素子側偏光子アレイ１０４は、ある１つのマイクロレンズに対応する偏光方向に対して、それを取り囲む８つのマイクロレンズに対応する偏光方向が全て一致しないよう、これら４方向の偏光を透過させる偏光子を配列させている。このようにすることで、マイクロレンズアレイ１０１を構成する任意のマイクロレンズを透過した光束が、その上下左右に隣接するマイクロレンズの中央付近まで広がった場合であっても、当該光束が迷光となることを防止することができる。すなわち、第２の実施の形態に比べて、ほぼ倍の広がりの光束を扱うことが可能である。
【００４３】
なお、このような構成にした場合、第２の実施の形態とは異なり、偶数列、奇数列ごとに像ズレ演算を行った結果を平均する演算方法であっても、チャート像表示装置２からの光が偏光していると誤差を生じる可能性がある。チャート像表示装置２と測定対象の結像光学系３との間に前述の円偏光フィルターを挿入すれば、このような誤差を防止することができる。
【００４４】
また、図１３に示すマイクロレンズ側偏光子アレイ１０３ａのように、マイクロレンズおよび偏光子をハニカム状に配置する場合であっても、図１２と同様に４方向（α方向、β方向、γ方向、δ方向）の偏光子を用いることが可能である。なおこの場合、受光素子側偏光子アレイの配列は図１２と同様であってよい。
【００４５】
以上で説明した第３の実施の形態に係る収差測定装置によれば、第２の実施の形態の場合と同様に、結像光学系がマイクロレンズより明るい場合であっても、迷光の影響を受けずに光束を検出することができる。具体的には、結像光学系３のＦ値がマイクロレンズのＦ値の１／２の場合まで、迷光の影響を受けずに光束を検出することが可能になる。
【００４６】
（第４の実施の形態）
上述した各実施の形態では、本発明を収差測定装置に適用した例を説明した。本発明は収差測定装置に限定されるものではない。以下、本発明を距離測定装置に適用した第４の実施の形態について説明する。
【００４７】
第４の実施の形態に係る距離測定装置は、図１に示すチャート像表示装置２に代えて被測定物を、また測定対象の結像光学系３に代えて固定の対物レンズを配し、像ズレ検出装置４により被測定物の各部分から像ズレ検出装置４までの距離を測定する装置としたものである。このように本発明を距離測定装置に適用することで、１つのマイクロレンズを透過した光束を受光する受光素子の数が増加するので、距離方向の分解能を向上させることが可能となる。また、マイクロレンズのピッチを細かくすることになり、画面内方向の分解能についても向上させることが可能となる。
【００４８】
（第５の実施の形態）
図１４は、第５の実施の形態に係る画像合成装置を示す図である。画像合成装置２００は、結像光学系２１０により結像された被写体像を、主撮像素子２２０により撮像する。また、結像光学系２１０と主撮像素子２２０との間にはペリクルミラー２３０が配置され、ペリクルミラー２３０により反射された光束が円偏光フィルター２４０を介して撮像ユニット２５０に向かうよう構成されている。
【００４９】
撮像ユニット２５０は第２の実施の形態に係る像ズレ検出装置と同様の構成を備える。すなわち、図１０に示すマイクロレンズアレイ９１、マイクロレンズ側偏光子アレイ９３、受光素子側偏光子アレイ９４、および受光素子アレイ９２を備え、これらの各要素は図１０と同様に配置される。撮像ユニット２５０とペリクルミラー２３０との間に円偏光フィルター２４０が配置されているのは、ペリクルミラー２３０により反射された光束は特定方向の偏光成分が強くなっているためである。なお、この場合には、第１の実施形態と同様に直線偏光フィルターを円偏光フィルターに代えて用いる事もできる。
【００５０】
画像合成装置２００は、主撮像素子２２０により被写体像を撮像する通常撮影モードと、撮像ユニット２５０により任意の焦点面の画像を合成する任意焦点面合成モードを有する。通常撮影モードでは、画像合成装置２００は撮像ユニット２５０により特許文献２等で公知の方法により焦点検出を行い、主撮像装置２２０により被写体像を撮像し画像を記録する。任意焦点面合成モードでは、画像合成装置２００は撮像ユニット２５０により特許文献３等で公知の方法により、任意の焦点面の画像等を合成する。具体的には、不図示の操作部材を介したユーザーの指示により、主撮像素子２２０の出力による画像に代えて撮像ユニット２５０内の受光素子アレイ９２による出力画像から合成した、任意の焦点面や任意の視点や任意の絞りの画像を記録する。
【００５１】
なお、ペリクルミラー２３０および主撮像素子２２０を取り除き、撮像ユニット２５０に直接結像光学系２１０からの光束を導き、任意の焦点面の画像等を合成する画像合成装置としてもよい。なおこの場合、撮像ユニット２５０に入射する被写体光は必ずしも偏光性が高いとは限らないので、偏光フィルター２４０を備えない構成とすることも考えられる。この場合、受光素子アレイ９２の出力から被写体光の偏光性を推定し、偏光性が一定以上と推定される場合に演算方法を変えたりユーザーに警告したりするようにしてもよい。偏光性の推定は、例えば前述の｛ａ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）と｛ｂ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，３，４，５）にあたる信号列から、マイクロレンズのピッチの倍周期の成分を演算で抽出し、その割合が所定量より多ければ偏光性ありと判定することにより行うことが可能である。また、図１２に示すように偏光子の偏光方向が４方向である場合には、マイクロレンズのピッチの４倍周期の成分を演算で抽出すればよい。
【００５２】
以上で説明した第５の実施の形態に係る画像合成装置によれば、より大きな口径の絞りになっている状態の結像光学系に対しても、迷光による障害なく画像合成機能を発揮することができる。また、焦点検出においては、離れた部分瞳を透過した光を用いることで、デフォーカス検出の精度が向上する。また、焦点検出と同時に動画撮影をする場合において、撮影時の絞りの選択肢が広がる。他方、画像合成においては、より焦点深度の浅い画像まで合成することが可能となる。つまり、よりボケの強い画像を合成することが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の第１〜第５の実施の形態について説明した。本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１…収差測定装置、２…チャート像表示装置、３…結像光学系、４…像ズレ検出装置、４１、９１、１０１…マイクロレンズアレイ、４２、９２…受光素子アレイ、４３、９３、１０３…マイクロレンズ側偏光子アレイ、４４、９４、１０４…受光素子側偏光子アレイ
【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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