JP2001013388A

JP2001013388A - レンズ系光軸調整方法およびレンズ系光軸調整装置

Info

Publication number: JP2001013388A
Application number: JP11182707A
Authority: JP
Inventors: Yozo Toho; 容三東方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ系の光軸調整を自動的に行なう。【解決手段】チャート２４の２方向の直線パターンを
被調整レンズであるレンズＦ₁ を含むレンズ系Ｆを経て
センサ５ａの撮像面に結像させ、２組の直線状のチャー
ト像の照度分布からレンズＦ₁ の偏心に起因するコマフ
レア量を算出し、偏心補正量を求めてＸＹ微動ステージ
１２を駆動し、レンズＦ₁ を微動調整する。この微調工
程のまえに、レンズＦ₁ をステップ移動させ、最大輝度
のデータ列から微調範囲を設定する粗調整の工程を設け
る。粗調整を行なうときは、反射ミラー４ｂによって光
路を分割し、コリメータレンズ４ｃを経て、第２のセン
サ５ｂにチャート像を結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ用レンズや
８ミリビデオカメラ用レンズ等の光学エレメントの組立
時に用いられるレンズ系光軸調整方法およびレンズ系光
軸調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年では、カメラ用レンズや８ミリビデ
オ用レンズ等の光学エレメントのコンパクト化の要求が
高まるとともに、非球面レンズが多用されるようになっ
ている。このようなレンズ系では、１枚のレンズに許容
される偏心量は数ミクロン以内であり、部品（鏡筒、レ
ンズ）の加工精度だけではこのような光学性能の保証は
不可能であるため、レンズ系の組立時に光軸調整が必要
となっている。

【０００３】例えば４枚の単晶レンズを玉枠等に取付け
る際には、各単晶レンズの光軸を一致させる必要があ
り、特に、ＡＰＳカメラレンズの場合は、各レンズの光
軸を偏心量２〜３ミクロンの範囲内で同軸上に一致させ
ることが要求される。

【０００４】図１７は一従来例によるレンズ系光軸調整
装置を示すもので、この装置においては、光源１００の
下方に投影レンズ１０１と解像度チャート１０２を設置
し、チャート像は調整対象となるレンズ系Ｌによりコリ
メータレンズ１０３を経てＣＣＤカメラ１０４上に結像
される。レンズ系Ｌは組立中であって、単晶レンズＬ ₂
〜Ｌ₄ はすでに玉枠Ｔに固定ずみであり、最上端の単晶
レンズＬ₁ のみが固定していない状態にある。

【０００５】チャート像がレンズ系Ｌを通過した際、単
晶レンズＬ₂ 〜Ｌ₄ と単晶レンズＬ ₁ の光軸が一致して
いればカメラモニタ上のチャート像は解像されて観察さ
れる。チャート像が解像されずに観察された場合は、チ
ャート像が解像されるように単晶レンズＬ₁ をＸＹ方向
に微動調整し、調整が完了すれば単晶レンズＬ₁ を玉枠
Ｔに接着剤で固定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の例によれば、チャート像を作業者が目視で観察しなが
らレンズの微動調整を行なうものであるため、解像の判
断には熟練を必要とし、量産性に欠ける。加えて、調整
結果も個人差があり、５ミクロン以下の目視による判断
は難しく、疲労等による判断間違いも生じるため、信頼
性に乏しかった。

【０００７】また、各レンズの精度および組付誤差の積
み上げによって、偏心を補正するための調整しろを大き
く、例えば０．６ｍｍ程度までとらなくてはならない場
合もあり、このようなときは、調整範囲内の特定部分で
しかチャート像を観察できず、調整に時間がかかる。さ
らに、レンズを保持する鏡筒の部品精度等によってチャ
ート像の結像位置も大きく変動するため、作業効率が悪
いという未解決の課題もある。

【０００８】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、レンズ系の偏心状態
を高速かつ高精度で検出し、レンズ系の光軸調整を自動
的に行なって、調整後のレンズをそのまま接着固定でき
る高性能なレンズ系光軸調整方法およびレンズ系光軸調
整装置を提供することを提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のレンズ系光軸調整装置は、被調整レンズ系
を光学系の光軸に対して垂直に２次元的に微動させる微
駆動ステージ手段と、前記光軸に垂直な２方向の直線パ
ターンを有するチャートと、前記チャートの前記２方向
の直線パターンを前記被調整レンズ系を経てセンサに投
影して２組の直線チャート像を得る投影光学系と、前記
２組の直線チャート像の照度分布を前記２方向にそれぞ
れ検出し、各照度分布からその最強照度点を中心とする
コマフレア量を算出する演算手段と、前記コマフレア量
から得られた偏心補正量に基づいて前記微駆動ステージ
手段を制御する制御手段と、前記投影光学系の光路を分
割する光路分割手段および第２のセンサを含む粗調整光
学系を有することを特徴とする。

【００１０】本発明のレンズ系光軸調整方法は、光学系
の光路に被調整レンズ系を保持する工程と、前記光路に
２方向の直線パターンを有するチャートを配設し、前記
被調整レンズ系を経て前記２方向の直線パターンをセン
サに投影する工程と、投影された２組の直線チャート像
の照度分布を前記２方向にそれぞれ検出し、最強照度点
を中心とするコマフレア量を算出する工程と、算出され
たコマフレア量から得られた偏心補正量に基づいて前記
被調整レンズ系を微動調整する工程を有し、前記被調整
レンズ系を移動させて複数のポジションのそれぞれにお
ける各直線チャート像の最大照度値を第２のセンサを含
む粗調整光学系によって検出し、得られたデータに基づ
いて前記微動調整の範囲を定める粗調整を行なう工程が
付加されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】被調整レンズ系の光軸と鏡筒に固定された光学
系である固定レンズ系の光軸が不一致な偏心状態にある
と、投影光学系のセンサに投影される２組の直線チャー
ト像の少なくとも一方の照度分布が最強照度点を中心と
して左右に不均一となるため、この不均一をコマフレア
量として定量化し、これに基づいて偏心補正量を求めて
被調整レンズ系を微動調整する。

【００１２】すなわち、最強照度点の両側の照度分布の
近似勾配の比をコマフレア量として算出するもので、予
め、レンズ系の偏心量とコマフレア量との関係を測定し
て参照データを用意しておき、被調整レンズ系のコマフ
レア量を参照データと比較することで補正偏心量を求め
て微駆動ステージ手段を駆動し、被調整レンズ系を移動
させて光軸調整を行なう。

【００１３】２組の直線チャート像を解析する簡単な演
算であるため、高速かつ高精度で偏心補正量を算出し、
自動的にレンズ系の光軸調整を行なうことができる。こ
れによって、カメラ用レンズ等の光学系の高精度化と組
立コストの低減等に大きく貢献できる。

【００１４】また、コマフレア量を用いて微動調整を行
なうまえに、被調整レンズ系を複数のポジションに移動
させ、各ポジションにおける直線チャート像の最大照度
値を粗調整光学系によって検出し、得られたデータか
ら、偏心量が最小となる位置を求めて、コマフレア量に
よる微動調整の範囲と定める粗調整の工程を設けること
で、調整作業全体に費す時間を短縮し、ひいてはコマフ
レア量に基づく光軸調整の精度を大幅に向上させること
ができる。

【００１５】微動調整の範囲を定める粗調整の工程は、
投影光学系の光路に配設された反射ミラーやハーフミラ
ー等の光路分割手段と、コマフレア量を算出するための
投影光学系のコリメータレンズ等より光学倍率の低いコ
リメータレンズ等を含む粗調整光学系を用いて行なわれ
る。

【００１６】光路分割手段として反射ミラーを用いた場
合は、粗調整の工程終了後に反射ミラーを退避させて、
光軸調整のための微調工程を開始する。

【００１７】粗調整の工程によって得られたデータに基
づいて、チャートまたは第１のセンサを移動させ、投影
光学系の第１のセンサがチャート像を捕まえることがで
きるように位置調整を行なうことで、光軸調整作業の効
率を大幅に向上できる。

【００１８】光路分割手段としてハーフミラーを用いた
場合は、反射ミラーのように粗調整後に光路から退避さ
せる必要がない。従って、光軸調整作業に要する時間を
さらに短縮し、生産性を向上できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２０】図１は一実施の形態によるレンズ系光軸調
整装置を示すもので、これは、レンズＦ₁ 〜Ｆ₄ からな
るレンズ系Ｆの鏡筒Ｋを支持する架台１と、その上方に
配設されたチャート投影ユニット２およびＵＶ照射ユニ
ット３を有する。チャート投影ユニット２は、光源２１
とその下方に配設された投影レンズ２２とチャート２４
を有し、チャート２４は、フォーカス軸２５を図示しな
いモータによって駆動することで、光源２１から発生さ
れる照明光の光軸方向に移動可能となっており、必要に
応じてチャート像のフォーカスを調整する。

【００２１】チャート投影ユニット２により投影された
チャート像は、レンズＦ₁ 〜Ｆ₄ からなるレンズ系Ｆと
投影レンズ２２とともに投影光学系を構成するコリメー
タレンズ４を経てセンサ５ａの撮像面に結像される。

【００２２】ここで、レンズＦ₂ 〜Ｆ₄ はすでに光軸調
整を終えて鏡筒Ｋに固定された光学系である固定レンズ
系であり、レンズＦ₁ が光軸調整される被調整レンズ系
であり、これは、１枚のレンズに限らず、複数のレンズ
によって構成されていてもよい。レンズＦ₁ は、フィン
ガ１１によって下向きに鏡筒Ｋに押えつけられており、
かつ、光軸（Ｚ軸）に垂直なＸＹ方向（２方向）に微駆
動ステージ手段であるＸＹ微動ステージ１２によって２
次元的に移動できるように、レンズＦ₁ のコバを斜めの
角度を持って把持されている。なお、鏡筒Ｋは架台１に
固定保持されている。

【００２３】レンズ系Ｆの下方にはコリメータレンズ４
ａが設けられ、さらに下方に設けたセンサ５ａの撮像面
にチャート像を結像する。センサ５ａはＣＣＤカメラあ
るいはラインセンサカメラ等の光電変換できるものを用
いる。カメラ制御部５１はセンサ５ａのための電源、ク
ロック等を有し、画像処理装置６に時系列に変換された
チャート像の信号を供給する。画像処理装置６は、時系
列信号に変換されたチャート像から後述するようにコマ
フレア量とコントラスト値の算出を行なう演算手段を有
する。

【００２４】光路分割手段である反射ミラー４ｂは、後
述する粗調整の工程で、前記照明光を第１のコリメータ
レンズ４ａより光学倍率の低い粗調整光学系を構成する
第２のコリメータレンズ４ｃに向かって折り曲げて、第
２のセンサ５ｂにチャート像を結像させるために用いら
れる。粗調整の工程が終了したら、矢印Ｒで示すように
反射ミラー４ｂを退避させる。

【００２５】第１のセンサ５ａは、制御装置１３の出力
によってＸ方向、Ｙ方向に駆動されるＸＹステージ１０
上に配設される。

【００２６】ＵＶ照射ユニット３は、光軸調整作業の終
了後に、光軸上からチャート投影ユニット２が待避する
と同時に、レンズＦ₁ の真上に移動し、その外周部に接
着剤を塗布してＵＶ光を照射する。このようにして接着
剤を硬化させ、レンズＦ₁ を鏡筒Ｋに固定する。

【００２７】ＸＹ微動ステージ１２は、制御手段である
制御装置１３の指示によってＸ微動軸、Ｙ微動軸用のモ
ータを駆動してフィンガ１１をＸＹ方向に微動させ、光
軸調整を行なう。すなわち、制御装置１３は、画像処理
装置６内の演算手段によって後述するように算出される
コマフレア量の原因である偏心量を解消するように、Ｘ
Ｙ微動ステージ１２を動かす。

【００２８】この工程を繰返すことによりレンズＦ₁ の
光軸をレンズＦ₂ 〜Ｆ₄ の光軸に合致させたのち、前述
のように、ＵＶ照射ユニット３をレンズ系Ｆの真上に移
動し、接着剤の塗布、ＵＶ照射によってレンズＦ₁ の接
着固定を行なう。

【００２９】ところがレンズＦ₁ の偏心量が、例えば１
００ミクロンを越えていると、後述するように画像処理
装置６のチャート像の鮮明度が不充分となり、コマフレ
ア量の算出値に大きな誤差を生じる。そこで、予めＸＹ
微動ステージ１２を所定のピッチでステップ移動させ、
各ステップ移動のポジションごとにチャート像の照度分
布を得てその最大照度値である最大輝度を検出して制御
装置１３内の記憶手段である記憶回路に記憶させ、得ら
れたデータ列に基づいて、例えば１００ミクロン以下の
偏心量になるまで後述するような粗調整を行なう。この
ときは、照明光の光路に反射ミラー４ｂを挿入し、第２
のコリメータレンズ４ｃを経て第２のセンサ５ｂにチャ
ート像を結像させて最大輝度を検出し、得られたデータ
を制御装置１３の記憶回路に記憶させる。

【００３０】図２は、図１の装置のチャート２４を示す
平面図である。これは、センサ５ａ上に明るく投影され
る２方向の直線パターンであるチャートパターンＰ_x ，
Ｐ_yを有し、残りの部分は光を透過しない部分である。
各チャートパターンＰ_x ，Ｐ _y は、コマフレア量を得る
ための長尺な第１の直線部分と、コントラスト値を得る
ための複数の短尺な第２の直線部分からなる。各チャー
トパターンＰ_x ，Ｐ_yのサイズは被調整レンズ系の光学
性能によるが、カメラレンズの場合は、空間周波数で５
０本程度に相当する幅すなわち、短辺がそれぞれ１０ミ
クロン程度、長辺は５０ミクロン程度、特に長い部分は
１５０ミクロン程度である。

【００３１】なお、チャート２４のＸＹ方向と、ＸＹ微
動ステージ１２のＸＹ移動方向と、センサ５ａのＸＹ方
向は、ほぼ一致するように装置各部を予め調整してお
く。

【００３２】図３は、センサ５ａに結像された２組の直
線チャート像であるチャート像Ｐ₁，Ｐ₂ を示す。これ
らをカメラ制御部５１を介して画像処理装置６に取り込
み、その中でチャート像Ｐ₁ の測定ポイントＳ₁ ，Ｓ₃
におけるＹ方向の照度分布を計算すると、図４の（ａ）
と図５の（ａ）に示すグラフが得られる。同様に、チャ
ート像Ｐ₂ の測定ポイントＳ₂ ，Ｓ₄ におけるＸ方向の
照度分布を計算すると図４の（ｂ）と図５の（ｂ）に示
すグラフが得られる。これらの照度分布から次に述べる
コマフレア量とコントラスト値の計算を画像処理装置６
内の演算手段において行なう。

【００３３】測定ポイントＳ₁ の照度分布からはＹ方向
の光軸ずれ（偏心）によるコマフレア量が算出され、測
定ポイントＳ₂ の照度分布からはＸ方向の光軸ずれ（偏
心）によるコマフレア量が算出される。

【００３４】図６は、コマフレア量の算出方法を原理的
に説明するもので、図４の測定ポイントＳ₁ における照
度分布から以下のような手順でＹ方向のコマフレア量を
算出する。まず、照度分布のなかから最強照度点である
最大輝度点Ａを探し出す。次に、予め設定された方法、
例えば最大照度値×０．９を求めて、これをスライスレ
ベル大の値とする。次に、例えば最大照度値×０．２を
求めて、これをスライスレベル小の値とする。

【００３５】次に、大小２つのスライスレベルを表わす
２本の直線Ｂ₁ ，Ｂ₂ と照度分布との交点Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，
Ｃ₃ ，Ｃ₄ を探し出す。最大輝度点Ａを境に、便宜上照
度分布を左右両側に分割し、左側の交点Ｃ₁ ，Ｃ₂ を結
ぶ直線Ｄ₁ を定める。同様に、右側の交点Ｃ₃ ，Ｃ₄ を
結ぶ直線Ｄ₂ を定める。次に、直線Ｄ₁ および直線Ｄ ₂
とスライスレベル小の直線Ｂ₂ とがなす角度をθ₁ ，θ
₂ として、直線Ｄ₁ ，Ｄ₂ の勾配の比（ｔａｎθ₁ ／ｔ
ａｎθ₂ ）を計算し、この値Ｑ_y をＹ方向のコマフレア
量の数値とする。

【００３６】測定ポイントＳ₂ を用いて上記と同様の処
理を行なうことで、Ｘ方向のコマフレア量Ｑ_x を表わす
数値が得られる。

【００３７】レンズ系ＦのレンズＦ₁ 〜Ｆ₄ の光軸が一
致したとき、コマフレア量Ｑ_y ，Ｑ _x の値は１．０とな
る。

【００３８】図７は、レンズの偏心量と照度分布の関係
を説明するもので、同図の（ａ）は偏心量＋３０ミクロ
ン、（ｂ）は偏心量０ミクロン、（ｃ）は偏心量−３０
ミクロンであるときの各照度分布を示す。図７の（ａ）
ではθ₁ ＜θ₂ 、（ｂ）ではθ₁ ＝θ₂ 、（ｃ）ではθ
₁ ＞θ₂ となり、コマフレア量を表わす数値Ｑ＝（ｔａ
ｎθ₁ ／ｔａｎθ₂ ）は、図７の（ａ）ではＱ＜１．
０、（ｂ）ではＱ＝１．０、（ｃ）ではＱ＞１．０とな
り、予め偏心量とコマフレア量を表わす数値Ｑの関係を
調べてプロットすると図８に示すグラフが得られる。コ
マフレア量を表わす数値Ｑが１．０より大きいか、小さ
いかによって光軸調整の方向が決まり、１．０にどれだ
け近い値かを判断して、偏心補正量を求めてＸＹ微動ス
テージ１２を駆動する。この作業を繰返して光軸調整の
完了を判断することにより、自動的に光軸調整を行なう
ことができる。

【００３９】このような光軸調整を完了したうえで、前
述のようにＵＶ照射ユニット３による接着剤の塗布とＵ
Ｖ光による硬化処理を行なうものであるが、レンズＦ₁
自体がレンズ性能が良好でない欠陥品である場合には、
そのまま鏡筒Ｋに固定してしまうのは好ましくない。そ
こで、各チャート像Ｐ₁ ，Ｐ₂ の第２の測定ポイントＳ
₃ ，Ｓ₄ から得られる図５の（ａ），（ｂ）に示す照度
分布を用いてコントラスト値Ｗを算出し、これによって
レンズ性能の評価を行なう。すなわち、コントラスト値
Ｗが所定の水準以下であるときは、レンズＦ₁ が解像度
不足の不良品であると判定し、図示しない表示手段にレ
ンズ不良信号であるエラー信号を表示して、レンズＦ₁
を接着固定することなく工程を終了する。

【００４０】このようにして、不良品のレンズの組付け
を阻止することで、カメラ等最終製品の品質管理を効率
化し、生産性を向上させることができる。

【００４１】コントラスト値Ｗは以下のように算出され
る。

【００４２】図９に示すように、照度分布の最低照度値
ａと最高照度値ｂを求めて、コントラスト値Ｗ＝１００
×（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）（パーセント）を算出する。
あるいは、図１０に示すように、２つの最高照度値ｂ
₁ ，ｂ₂ を求めてその平均値をｂとして、前記コントラ
スト値Ｗを算出する。

【００４３】次に、コマフレア量による光軸調整のまえ
に行なう粗調整の工程を説明する。

【００４４】前述のように、レンズＦ₁ の偏心量が１０
０ミクロン程度になると、チャート像の山の高さが、図
１１の（ａ）と（ｃ）に示すように低くなり、コマフレ
ア量を表わす正接の左右比の誤差が大きくなって正しい
値を検出できず、従ってレンズＦ₁ の光軸調整が難しく
なり、さらに大きく偏心すると、チャート像そのものが
検出されなくなる。

【００４５】図１２は粗調整の範囲と微調整の範囲の関
係を表わす図である。この場合は、直径６００ミクロン
の円形内の範囲が調整しろとして設けられているが、チ
ャート像からセンサで調整方向を高精度で検出できるの
は±５０ミクロン程度の範囲である。そこで粗調整とし
て、反射ミラー４ｂと第２のコリメータレンズ４ｃによ
ってチャート像を第２のセンサ５ｂに結像させ、１００
ミクロンピッチでレンズＦ₁ をステップ移動させ、各ポ
ジションにおいて第２のセンサ５ｂの出力の有無を調べ
て最大輝度を記憶回路に記憶させ、１００ミクロン以内
での微動調整の範囲を定めることが必要である。

【００４６】図１３および図１４は一実施の形態による
光軸調整の工程を示すフローチャートである。まず、ス
テップ１で演算に用いるパラメータの初期化を行ない、
機構部を初期位置に設定し、被調整物であるレンズ系Ｆ
をセットし、フィンガ１１でレンズＦ₁ を下向きに鏡筒
Ｋに押し付けて把持し、ＸＹ微動ステージ１２を動かし
てレンズＦ₁ を調整しろのほぼ中央に位置決めする。

【００４７】ステップ２においては、ＸＹ微動ステージ
１２を図１２のポジション１へ移動させ、ループが繰り
返すときはポジション２、ポジション３、ポジション４
・・・ポジション２４と位置決めを繰り返す。ステップ
００１ではチャート像を画像処理装置６に取り込み、画
像のなかの最大輝度を記憶回路にポジションナンバーと
対で記憶する。

【００４８】ステップ００２で、ポジション２４まで終
了するか、あるいは最大輝度が予め定められた値より大
きいかのどちらかなら、ループを終了してステップ００
３へ進む。終了でなければステップ２へ戻る。

【００４９】ステップ００３において最大輝度エリヤを
計算する。

【００５０】すなわち、ポジション２４まで測定して、
最大輝度が一つのポジションで検出された場合は、その
ポジションを微調節の範囲とする。

【００５１】ポジション２４までスキャンしない間に最
大輝度が予め定められた値より大きいポジションがあっ
た場合は、そのときのポジションでの測定値から調整範
囲を決めることができるので、そのポジションを微調節
の範囲とする。

【００５２】このようにして微調節の範囲を定めたら、
ステップ００４で第１のセンサ５ａを載せたＸＹステー
ジ１０の移動量、すなわちチャート像を確実に捕えるた
めの位置補正量を算出する。予め図示しない基準チャー
トを用いて第１、第２のセンサ５ａ，５ｂの中心位置を
合わせておき、以下のようにＸＹステージ１０の移動量
を算出する。

【００５３】第２のセンサ５ｂ上で結像したチャート像
の位置が、基準チャートを用いたチャート位置から（Δ
Ｘ、ΔＹ）だけずれていたとき、コリメータレンズ４ｃ
とコリメータレンズ４ａの焦点距離ｆｃ，ｆａが既知で
あれば、ＸＹステージ１０の位置補正のための移動量
（Ｘ、Ｙ）は、Ｘ＝ΔＸ・ｆ_c ／ｆ_a 、Ｙ＝ΔＹ・ｆ_c
／ｆ_a と求められる。

【００５４】このようにして算出された移動量だけＸＹ
ステージ１０を移動し（ステップ００５）、第１のセン
サ５ａの中心位置にチャート像が結像するように位置補
正を行なう。

【００５５】ステップ００６で反射ミラー４ｂを退避さ
せたのち、ステップ３でチャート像を用いて前述した手
順によってコマフレア量を表わす値（ｔａｎθ₁ ／ｔａ
ｎθ ₂ ）を画像処理装置６において計算する。得られた
値をＱ_y とする。

【００５６】ステップ４において、コマフレア量Ｑ_y が
許容値以内かどうかを比較する。この許容値は装置固有
の値となるため予め測定しておく。すなわち、手動にて
モニタ等を用いて光軸合わせを行なったのち、Ｘ方向あ
るいはＹ方向にＸＹ微動ステージ１２を定量ずつ微動
し、コマフレア量を表わす値（ｔａｎθ₁ ／ｔａｎ
θ₂）を検出し、得られた値とステージ移動量をプロッ
トして図８に示すグラフを得る。このグラフから許容値
を定める。例えば、許容値の幅を±５ミクロンとするな
ら許容値はほぼ０．８０＜Ｑ_y ＜１．３０、許容値の幅
を±２ミクロンとするなら、０．９＜Ｑ_y ＜１．１と決
められる。

【００５７】ステップ４でＱ_y が許容値以内でなければ
Ｑ_y から偏心補正量を求めることができる。すなわち、
Ｑ_y ＝ｔａｎθ₁ ／ｔａｎθ₂ であるから、Ｙ方向の偏
心補正量は（１−Ｑ_y ）のｋ倍となる。

【００５８】ｋは装置固有の定数であり、予め測定して
おいた図８のグラフから決定することができる。すなわ
ち、図８のグラフを直線とみなしたときの傾きをｋとし
て用いることができる。ステップ５で（１−Ｑ_y ）のｋ
倍だけＸＹ微動ステージ１２のＹ軸を微動させてステッ
プ３へもどる。このとき、Ｙ軸の移動量に応じて第１の
センサ５ａ上のチャート像の結像位置の移動量が計算で
きる。その算出値に基づいてＸＹステージ１０を同時に
移動させ、常にセンサ５ａの受光面からチャート像がず
れないように制御する。例えば、５００ｍｍのコリメー
タレンズおよび焦点距離３５ｍｍ程度の被験レンズの光
軸調整では、１０ミクロンの調整量に対してセンサ５ａ
の受光面のチャート像が０．３ｍｍ移動する。

【００５９】ステップ４でＱ_y が許容値以内ならステッ
プ６へ進み、ステップ７，ステップ８でチャート像を使
って上記と同様にＸ方向の偏心を調整する。

【００６０】調整が終了してステップ９へ来ると、Ｙ方
向のコマフレア量の測定を確認のために行なう。通常、
Ｘ方向の調整とＹ方向の調整はレンズの性質上干渉しな
いが、確認のためにＹ方向のコマフレア量の測定を行な
う。レンズＦ₁ の製作誤差、組込み誤差等の原因でＹ方
向のコマフレア量が許容値以内でなければ、ステップ３
へもどり再調整を行なう。ステップ１０でＹ方向のコマ
フレア量が許容値以内ならステップ１３０でＸ，Ｙ方向
のコントラスト値Ｗを測定する。すなわち、ステップ１
０で画像処理装置６に入力した最後のチャート像から前
述の方法でコントラスト値Ｗを計算する。コントラスト
値Ｗが算出されたら、ステップ１３１で予め定められた
工程規格（例えばＸ，Ｙ方向ともコントラスト値７０パ
ーセント以上）を満たしているかを調べて、工程規格を
満たしていなければ、表示手段に不良の表示をして終了
する。工程規格を満たしていれば、ステップ１１でチャ
ート投影ユニット２が光軸上から待避し、ステップ１２
でＵＶ照射ユニット３が光軸上に移動し、接着剤の塗
布、ＵＶ光の照射を行ないレンズＦ₁ を接着固定する。

【００６１】なお、フローチャート上では、３箇所の繰
り返しループが無限のループの如く表記されているが、
通常行なわれるループ回数制限のソフトウエアカウンタ
の使用については、特に表記していないが用いられてい
ることは言うまでもない。

【００６２】本実施の形態によれば、２組の直線チャー
ト像のそれぞれの照度分布からＸ，Ｙ方向のコマフレア
量を検出し、レンズ（レンズ系）の偏心を自動的に解消
して接着固定を行なうことができる。コマフレア量の検
出は、チャート像の照度分布に対して２つのスライスレ
ベルを設け、離散データの大小比較により交点を求め
て、最大輝度点を中心に左右２本の直線を設け、その正
接の比を求めるものであり、コマフレア量を短時間に定
量的に計測することができ、しかも計測誤差が少ないと
いう特筆すべき長所がある。

【００６３】加えて、光軸調整終了後にチャート像のコ
ントラスト値を求めてレンズ性能の評価を行なうこと
で、偏心以外の原因で解像度の不足する性能不良なレン
ズの組付けを阻止することができる。

【００６４】また、直交する２組のチャート像のそれぞ
れの照度分布からコマフレア量を検出して微調整するま
えに、大きな調整しろ内で最大照度値すなわち最大輝度
を用いて予め粗調整を行なうことで、レンズ系の光軸偏
心調整を精度良くしかも短時間で効率的に行なうことが
できる。

【００６５】従って、レンズの単品加工精度をあげるこ
となく偏心に対してコマフレア敏感度の高いレンズ、例
えば両面非球面レンズを多用することが可能となり、よ
り一層コンパクトで高性能のレンズ系を実現できる。

【００６６】本実施の形態においては、Ｙ方向の測定・
調整とＸ方向の測定・調整を順番に行なっているが入力
したチャート像から同時に調整量を算出して同時にＸ方
向とＹ方向の微動調整を行なう方法を採用してもよい。

【００６７】図１５は一変形例を示す。ここでは第１の
センサ５ａをＸＹステージに載せる替わりに、チャート
２４をフォーカス軸２５ごとＸＹ方向に移動させるＸＹ
ステージ２０が設けられている。前述のフローチャート
において、ステップ００３で最大輝度位置が得られた
後、ステップ００４でＸＹステージ２０の移動量Ｘ、Ｙ
を以下のように計算する。

【００６８】センサ５ｂ上で（ΔＸ、ΔＹ）だけずれて
いたとき、コリメータレンズ４ｃとレンズＦ₁ の焦点距
離ｆ_c 、ｆ₁ が既知であれば、Ｘ＝ΔＸ・ｆ_c ／ｆ₁ 、
Ｙ＝ΔＹ・ｆ_c ／ｆ₁ である。

【００６９】図１６は別の変形例を示す。これは反射ミ
ラーを用いる替わりにハーフミラー４ｄを用いて照明光
を粗調整用と微調整用に分割する。待避させなければな
らない反射ミラーを用いる場合に比べて、反射ミラーの
出し入れに要する時間を設ける必要がないから、短い時
間で光軸調整の全工程を終了できる。

【００７０】なお、ハーフミラー４ｄを透過した光は、
ミラーによる収差の影響をうけてコマフレア量の測定値
に誤差がでる可能性があるため、ハーフミラー４ｄの反
射を用いた光路側に焦点距離の長いコリメータレンズ４
ａを配置する。

【００７１】面精度の高いハーフミラーで反射したチャ
ート像で最終的な微調整を行ない、ハーフミラーを通過
して結像したチャート像では粗調整を行なう。図１６の
装置においては、チャートにＸＹステージを設けている
が、第１のセンサ側にＸＹステージを設けてもよいのは
言うまでもない。

【００７２】退避させる必要のないハーフミラーを用い
ることにより、調整時間を全体的に大幅に短縮できる。

【００７３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００７４】レンズ系（レンズ）の偏心状態を高速かつ
高精度で検出し、レンズ系の光軸調整を自動的に行なっ
て、調整後のレンズをそのまま接着固定できる。このよ
うなレンズ系光軸調整装置を用いることで、カメラレン
ズ等の光学エレメントの組立精度の向上と組立コストの
低減に大きく貢献できる。

【００７５】加えて、光軸調整終了後にレンズ性能のチ
ェックを行ない、性能不良のレンズが誤って組付けられ
てしまうのを防ぐことで、前記光学製品の品質管理を効
率化し、生産性を向上できる。

【００７６】また、コマフレア量による微調工程のまえ
に、被調整レンズ系をステップ移動させて各ポジション
で最大輝度を検出し、得られたデータから微調範囲を定
める粗調整を行なうことで、偏心範囲の大きなレンズ等
でもコマフレア量による微調整を実現できる。これによ
って、様々なレンズの光軸調整を効率よくしかも高精度
で行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態によるレンズ系光軸調整装置を示
す模式図である。

【図２】図１の装置のチャートのみを示す平面図であ
る。

【図３】センサ上に結像されたチャート像を示す図であ
る。

【図４】図３のチャート像の測定ポイントＳ₁ と測定ポ
イントＳ₂ における照度分布を示すグラフである。

【図５】測定ポイントＳ₃ と測定ポイントＳ₄ における
照度分布を示すグラフである。

【図６】チャート像の照度分布からコマフレア量を算出
する方法を説明する図である。

【図７】偏心量と照度分布の関係を示すグラフである。

【図８】偏心量とコマフレア量の関係を調べた参照デー
タを示すグラフである。

【図９】コントラスト値の算出方法を示す図である。

【図１０】コントラスト値を算出する別の方法を示す図
である。

【図１１】レンズの偏心量と照度分布の波形の関係を説
明する図である。

【図１２】粗調整のポジションを説明する図である。

【図１３】光軸調整工程の一部を示すフローチャートで
ある。

【図１４】光軸調整工程の残りを示すフローチャートで
ある。

【図１５】一変形例を示す模式図である。

【図１６】別の変形例を示す模式図である。

【図１７】一従来例を示す模式図である。

【符号の説明】

１架台２チャート投影ユニット３ＵＶ照射ユニット４ａ，４ｃコリメータレンズ４ｂ反射ミラー４ｄハーフミラー５ａ，５ｂセンサ６画像処理装置１０，２０ＸＹステージ１１フィンガ１２ＸＹ微動ステージ１３制御装置２１光源２４チャート２５フォーカス軸５１カメラ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被調整レンズ系を光学系の光軸に対して
垂直に２次元的に微動させる微駆動ステージ手段と、前
記光軸に垂直な２方向の直線パターンを有するチャート
と、前記チャートの前記２方向の直線パターンを前記被
調整レンズ系を経てセンサに投影して２組の直線チャー
ト像を得る投影光学系と、前記２組の直線チャート像の
照度分布を前記２方向にそれぞれ検出し、各照度分布か
らその最強照度点を中心とするコマフレア量を算出する
演算手段と、前記コマフレア量から得られた偏心補正量
に基づいて前記微駆動ステージ手段を制御する制御手段
と、前記投影光学系の光路を分割する光路分割手段およ
び第２のセンサを含む粗調整光学系を有するレンズ系光
軸調整装置。
【請求項２】光路分割手段が、投影光学系の光路に対
して進退自在に配設された反射ミラーを有することを特
徴とする請求項１記載のレンズ系光軸調整装置。
【請求項３】光路分割手段が、投影光学系の光路に配
設されたハーフミラーを有することを特徴とする請求項
１記載のレンズ系光軸調整装置。
【請求項４】粗調整光学系の光学倍率が、投影光学系
の光学倍率より低いことを特徴とする請求項１または２
記載のレンズ系光軸調整装置。
【請求項５】光学系の光路に被調整レンズ系を保持す
る工程と、前記光路に２方向の直線パターンを有するチ
ャートを配設し、前記被調整レンズ系を経て前記２方向
の直線パターンをセンサに投影する工程と、投影された
２組の直線チャート像の照度分布を前記２方向にそれぞ
れ検出し、最強照度点を中心とするコマフレア量を算出
する工程と、算出されたコマフレア量から得られた偏心
補正量に基づいて前記被調整レンズ系を微動調整する工
程を有し、前記被調整レンズ系を移動させて複数のポジ
ションのそれぞれにおける各直線チャート像の最大照度
値を第２のセンサを含む粗調整光学系によって検出し、
得られたデータに基づいて前記微動調整の範囲を定める
粗調整を行なう工程が付加されていることを特徴とする
レンズ系光軸調整方法。
【請求項６】粗調整のデータに基づいて、チャートま
たは第１のセンサの位置を調節することを特徴とする請
求項５記載のレンズ系光軸調整方法。