JP2004093531A

JP2004093531A - レンズ性能検査方法及びレンズ性能検査装置

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Publication number: JP2004093531A
Application number: JP2002258756A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Miyasaka; 宮坂　雅俊
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】本発明は、被検レンズ、物点距離、光軸外位置等の測定条件に対応して物点であるチャートの種類を替えることにより、さまざまな測定条件に幅広く対応できるレンズ性能検査装置を提供する。
【解決手段】被検レンズ１０５の性能評価を行うレンズ性能検査装置において、光源１０１により背面から光を照射されるように被検レンズ１０５の光軸上に配置された複数種のピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄの中から選択されるピンホールチャート１０２ａと、ピンホールチャート１０２ａを経て出射された光束の光路を、軸上光路と軸外光路とに切り替えて被検レンズ１０５に入射する光路切替手段１０７と、被検レンズ１０５により結像された軸上光束、軸外光束による各チャート像を電気信号に変換する撮像素子１１０とを有するものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの性能検査方法及びレンズの性能検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にレンズの性能を検査する装置としてはＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）測定機が知られている。ＭＴＦはレンズ等の結像性能を総合的に表す量であり、レンズの空間周波数特性を示し、空間的な正弦波をレンズに入力したときのレンズによる像の振幅と物体側の振幅との比で表される。このＭＴＦは、被検レンズによる点像、線像、エッジ像等の光強度分布を電気的に検出し、フーリエ変換等の信号処理を行って測定する。
【０００３】
この種のレンズ系のＭＴＦ測定方法を用いた従来のレンズ性能検査装置としては、特開平１０−６８６７４号公報の発明が提案されている。その内容を図３、図４を参照して説明する。
【０００４】
図３は特開平１０−６８６７４号公報記載のレンズ系測定装置の構成を示すものである。図４は図３に示すレンズ系測定装置により軸外測定を行っている状態を示すものである。
【０００５】
図３において、光源装置２１０は、光源２１１の近傍にピンホール２１５を置き、ピンホール２１５が焦点位置にくるようにコリメータレンズ２１７を配置してハウジング２１９により一体化したものである。
【０００６】
光源２１１からの光束は、ピンホール２１５を通過し、コリメータレンズ２１７により平行光束化されて射出する。光源装置２１０は回転ステージ（第１の回転ステージ）２２０に保持されており、回転ステージ２２０は、十字架状に形成したステージ２３０の交点部分に取り付けられている。
【０００７】
ステージ２３０は、図示のようにＸ軸、Ｙ軸をとり、装置自体の中心軸３２０（Ｘ軸）方向に延びるＸ方向ステージ２３２と、中心軸３２０と直交してＹ軸方向に延びるＹ方向ステージ２３１とを十字架状に組み合わせて構成され、回転ステージ２２０が、Ｙ方向ステージ２３１上のガイドライン３１１に沿って移動可能に配置されている。この回転ステージ２２０は、ＸＹ平面に直交するＺ軸と平行な軸３３０を中心として正、逆両方向に回転自在でもある。
【０００８】
Ｘ方向ステージ２３２は、被検体保持手段３２１を有し、この被検体保持手段３２１により、被検レンズ系Ｏをその光軸が中心軸３２０と一致するように保持している。
【０００９】
Ｘ方向ステージ２３２には、回転ステージ（第２の回転ステージ）３２２が設けられ、この回転ステージ３２２は、点Ｐ（アイポイント）を中心に回動するとともに、保持手段２４０の一端部側を固定している。保持手段２４０は細長い板状をしていて、光軸方向に移動可能な駆動装置を持った保持台２４８と、その上に配置されたスリット２５３と、スリット２５３の走査装置２５０及びＰＤ（フォトダイオード）２４５を保持している。
【００１０】
結像レンズ系２４１は、レンズ保持体２４２に保持されている。そして、図示の状態において結像レンズ系２４１と、被検体保持手段３２１に保持された被検レンズ系（アフォーカル光学系）Ｏの光軸は一致している。
【００１１】
Ｘ方向ステージ２３２の下端側には、ガイドレール２３３が上記回転軸Ｐを中心とする円弧状に設けられ、保持手段２４０の自由端部側の裏面側に設けられた回転コロ（図示せず）と係合している。上記回転ステージ３２２と、ガイドレール２３３と、上記図示されない回転コロとは、保持手段２４０を回転軸Ｐを中心にＺ軸の回りに回転可能としている。
【００１２】
前記回転コロ、ガイドレール２３３の具体的な構成としては、たとえば、ガイドレール２３３にはその円弧に沿ったラックを固定し、それに噛み合うようにピニオン付のステッピングモータを保持手段２４０の裏面側に固定する構成を挙げることができる。
【００１３】
次に、図４を参照して、被検レンズ系Ｏの光軸に対して傾いた方向の軸外測定を行う場合についての説明を行う。
【００１４】
回転ステージ２２０を図４のようにＹ方向ステージ２３１に沿ってＹ軸の方向へ移動させる。次いで回転ステージ２２０を回転させ、光源装置２１０からの平行光束が被検レンズ系Ｏの光軸外から入射するようにする。そして、ピンホール像がスリット２５３上にくるように保持手段２４０を回転させる。このようにして、前記被検レンズ系Ｏの場合には光軸外位置からの光束によるＭＴＦ測定を検査装置を大型化せずに行うことができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、特開平１０−６８６７４号公報記載のレンズ系測定装置では、アフォーカル光学系である被検レンズ系Ｏに対しては測定装置を小型化できる。しかし、アフォーカル光学系ではない通常のレンズ系を測定する場合には、依然として測定装置の小型化は大きな課題となっている。
【００１６】
例えば、被検レンズ２４１の焦点距離１００ｍｍ、検査倍率５０倍の時、距離は５ｍとなる。また、軸外光束による像高も大きくなるためピンホール２１５のＹ方向移動距雄が大きくなり、例えば検査倍率５０倍では像高７５７ｍｍとなる。このため装置が非常に大型化する。コリメータレンズ２１７を入れた場合においても、Ｙ方向移動距離は少なくなるが、光源２１１とピンホール２１５とコリメータレンズ２１７とが一体化された光源装置２１０を傾けなければならず、また、結像レシズ系以降も同じく傾けなくてはならず、やはり装置が大型化する。また、ピンホール２１５が固定されているため、測定する被検レンズ２４２、物点距離、光軸外位置等の測定条件により別のピンホールに交換する必要も生じる。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検レンズ、物点距離、光軸外位置等の測定条件に対応して物点であるチャートの種類を替えることにより、さまざまな測定条件に幅広く対応できるレンズ性能検査方法を提供すること、及び、小型で簡略な構成からなり上記レンズ性能検査方法を実現し得るレンズ性能検査装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被検レンズの性能評価を行うレンズ性能検査方法において、光源から出射された光束を被検レンズの光軸上に配置された切り替え可能な複数種のチャートを介して出射し、出射光束の光路を、軸上光路と軸外光路とに切り替えて前記被検レンズに入射して軸上光束、軸外光束によるレンズ性能検査を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明によれば、被検レンズ、物点距離、光軸上位置、光軸外位置等の各種の測定条件に対応して、物点であるチャートの種類を替えるとともに出射光束の光路を替えることにより、さまざまな測定条件に幅広く対応しつつレンズ性能検査を行うことができる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、被検レンズの性能評価を行うレンズ性能検査装置において、光源により背面から光を照射されるように前記被検レンズの光軸上に配置された複数種の中から選択されるチャートと、前記チャートを経て出射された光束の光路を、軸上光路と軸外光路とに切り替えて被検レンズに入射する光路切替手段と、前記被検レンズにより結像された軸上光束、軸外光束による各チャート像を電気信号に変換する撮像素子と、を有することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、被検レンズ、物点距離、光軸上位置、光軸外位置等の各種の測定条件に対応して、物点であるチャートの種類を選択し、また光路切替手段により出射光束の光路を軸上光路と軸外光路とに替えることにより、さまざまな測定条件に幅広く対応しつつレンズ性能検査を行うことができるレンズ性能検査装置を提供できる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のレンズ性能査装置において、前記被検レンズと前記チャートとの間に、軸上光路を曲げる反射ミラーを設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
この発明によれば、被検レンズと前記チャートとの間に、軸上光路を曲げる反射ミラーを設けているので、直線的な光路とする場合に比べ、装置寸法を小型化できる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記チャートの種類を切り替えるチャート切替手段を有することを特徴とするものである。この発明によれば、チャート切替手段によるチャートの種類の切り替えにより、個々の被検レンズの焦点距離に対応させた検査を行い、所望のレンズ性能検査を行うことができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記チャートは、前記被検レンズの光軸方向に移動自在に設置されていることを特徴とするものである。この発明によれば、前記チャートの光軸方向への移動を行うことで、被検レンズの焦点距離、測定倍率に適合した状態でレンズ性能検査を行うことができる。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項２乃至５のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記光路切替手段は、前記被検レンズの光軸方向に移動自在に設置されていることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記光路切替手段は、前記被検レンズの光軸を回転軸として回転させる回転手段を有することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項６、７記載の発明によれば、光路切替手段を、前記被検レンズの光軸方向に移動自在とし、また、光軸を回転軸として回転させることで、被検レンズの焦点距離、測定倍率、測定像高により算出される測定距離と軸外光束の入射角度を得て、被検レンズのレンズ性能検査を行うことができる。
【００２９】
請求項８記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記撮像素子を、前記被検レンズの光軸を含む相互に直交する３軸方向に移動可能とする３次元移動手段を有することを特徴とするものである。
【００３０】
この発明によれば、３次元移動手段による３軸方向への移動により、軸上光束、軸外光束のいずれも確実に捕らえてレンズ性能検査を行うことができる。
【００３１】
請求項９記載の発明は、請求項２乃至８のいずれかに記載のレンズ性能検査装置において、前記チャートと前記光路切替手段との間に、コリメータレンズをその焦点位置を前記チャート位置に一致させる状態で配置したことを特徴とするものである。
【００３２】
この発明によれば、物点が無限遠にあるとき、すなわち平行光束を透過させたときの被検レンズのレンズ性能を容易に検査することができる。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のレンズ性能検査装置において、前記コリメータレンズを光路上に配置してコリメータレンズを有効にした状態と、光路上から取り外してコリメータレンズを無効にした状態とを切替えるコリメータレンズ切替手段を有することを特徴とするものである。
【００３４】
この発明によれば、コリメータレンズ切替手段の切り替え動作により、物点が無限遠にあるとき及び有限遠にあるときのいずれの場合においても被検レンズのレンズ性能を容易に検査することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
（構成）
図１は本発明の実施の形態１のレンズ性能検査装置の概略構成図である。
【００３７】
図１の構成において、１０１は光源である光源ランプ、１０２ａは微小な孔が形成されたピンホールチャート、１０５は被検レンズで、ピンホールチャート１０２ａは、その中心が被検レンズ１０５に至る光軸と一致するようにピンホールホルダ１０３により保持されている。
【００３８】
また、ピンホールホルダ１０３には、他に各々径の異なるピンホールチャート１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが同心に設けられ、ピンホールホルダ１０３の回転によりピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄのいずれかの中心位置が光軸に臨むように配置されている。ピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄにより本実施の形態のチャートを構成している。
【００３９】
さらに、前記光源ランプ１０１とピンホールホルダ１０３は、光軸方向に移動可能な光源Ｚステージ１０４上に載置されている。
【００４０】
ピンホールチャート１０２ａと被検レンズ１０５との間に、軸上光路１０８ａを９０度ずつ折り曲げるように反射ミラー１０６ａ、１０６ｂが配置されている。この際、反射ミラー１０６ａ、１０６ｂは、ピンホールチャート１０２ａと被検レンズ１０５の光軸を一致させていれば、途中にさらに複数枚入れる構成も可能である。
【００４１】
反射ミラー１０６ｂと被検レンズ１０５との間の軸上光路１０８ｂ上に配置される光路切替手段１０７は、適宜に軸上光路１０８ｂから退避可能なミラー１０７ａと、軸外光路１０８ｃを形成するミラー１０７ｂとからなっている。
【００４２】
前記ミラー１０７ａは、被検レンズ１０５の光軸に対し４５度の配置で、かつ、軸外光路１０８ｃを通過する軸外光束にけられを生じさせない軸外検査位置１０７ａ”、および軸上光路１０８ｂを通過する軸上光束にけられを生じさせない軸上検査位置１０７ａ’とに適宜切り替えられるようになっている。
【００４３】
前記ミラー１０７ｂは、軸外光路１０８ｃの軸上光路１０８ｂとなす軸外入射角度ωが自在に変更できるように回動可能となっている。
【００４４】
さらに、この光路切替手段１０７は、軸上光路１０８ｂを軸心としてその回りに回転自在に配置されている。また、この光路切替手段１０７は、光軸方向に移動可能な切り替えＺステージ１０９上に載置されている。
【００４５】
撮像素子１１０は、図示しない３軸テーブル上に載置され、Ｘ方向（図１上下方向）、Ｙ方向（図１奥行き方向）、Ｚ方向（図１左右方向）に移動可能となっている。
【００４６】
（作用）
次に、本実施の形態１のレンズ性能検査装置の作用を説明する。図１に示すレンズ性能検査装置において、ピンホールチャート１０２ａは光源ランプ１０１により背面から透過照明され、被検レンズ１０５の物点となる。ピンホールチャート１０２ａの軸上光路１０８ａは反射ミラー１０６ａと１０６ｂにより９０度ずつ２回折り曲げられ、軸上光路１０８ｂとなる。
【００４７】
被検レンズ１０５の光軸上でのレンズ性能を検査する場合は、ミラー１０７ａが軸上検査位置１０７ａ’に切り替えられ、被検レンズ１０５により結像したピンホールチャート１０２ａの像を撮像素子１１０により電気信号に変換して、その情報を図示しない演算装置等で画像処理・演算することにより、被検レンズ１０５の軸上レンズ性能を検査する。
【００４８】
この際ピンホールチャート１０２ａから被検レンズ１０５の入射瞳までの距離は、被検レンズ１０５の焦点距離、測定倍率により算出される測定距離になるよう光源Ｚステージ１０４を光軸方向に移動させる。
【００４９】
被検レンズ１０５の軸外でのレンズ性能を検査する場合は、ミラー１０７ａが軸外検査位置１０７ａ”に切り替えられ、ピンホールチャート１０２ａの物像は被検レンズ１０５の軸外光路１０８ｃを経て被検レンズ１０５に入射される。　被検レンズ１０５により結像したピンホールチャート１０２ａの像を撮像素子１１０により電気信号に変換して、その情報を図示しない演算装置等で画像処理・演算することにより被検レンズ１０５の軸外レンズ性能を検査する。
【００５０】
この際ピンホールチャート１０２ａから被検レンズ１０５の入射瞳までの距離と軸外入射角度ωは、被検レンズ１０５の焦点距離、測定像高、測定倍率により算出される測定距離と入射角度になるよう、光源Ｚステージ１０４と切り替えＺステージ１０９の光軸方向への移動と、ミラー１０７ｂの回転とを行う。
【００５１】
軸上、軸外のどちらのレンズ性能検査においても、被検レンズ１０５により結像したピンホールチャート１０２ａの像を撮像素子１１０により観察する際、像の位置によって撮像素子１１０を図示しない３軸テーブルによりＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させることにより、ピンホールチャート１０２ａの像を撮像素子１１０でとらえ、必要とするレンズ性能検査を行うことができる。
【００５２】
尚、撮像素子１１０を移動させずに被検レンズ１０５の性能測定が可能であれば３軸テーブルは必ずしも設置しなくてもよい。
【００５３】
前記ピンホールチャート１０２ａは、ピンホールホルダ１０３が回転することにより、ピンホールチャート１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄへと置き換えられ、それぞれ孔径が異なるものとすることができ、必要とするレンズ性能検査に適合するピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄのいずれかのを選択して幅広い検査が可能となる。
【００５４】
（効果）
以上、被検レンズ１０５の光軸上に配置されたピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄと、被検レンズ１０５の間に配置された反射ミラー１０６ａ、１０６ｂとにより、光路を折り曲げて直線距離を短くすることと、被検レンズ１０５の光軸上に設置され被検レンズ１０５の軸上の光束と軸外光束の一部を同軸としさらに被検レンズ１０５の光軸を回転中心として回転させる光路切替手段１０７を有して軸上と軸外との光路切り替えを行うことで、簡略で小型の構成からなるレンズ性能検査装置を提供することができる。
【００５５】
また、複数設置された径の異なるピンホールチャート１０２ａ乃至１０２ｄを切り替えて使用することにより、被検レンズ１０５の結像倍率に対応させた検査を行い、所望の空間周波数特性を得ることができるレンズ性能検査装置を提供することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
（構成）
図２は本発明の実施の形態２のレンズ性能検査装置の概略構成図である。コリメータレンズ部以外は実施の形態１と同様な構成を採用している。ここでは、異なる構成について詳述する。
【００５７】
図２において、１１１はコリメータレンズで、コリメータレンズ切替手段１１２に載置され、ピンホールチャート１０２ａと被検レンズ１０５の間に、光軸が被検レンズ１０５の光軸と一致し、さらにピンホールチャート１０２ａがコリメータレンズ１１１の焦点位置になるコリメータレンズ有効位置と、ピンホールチャート１０２ａの像に全く影響を及ぼさないコリメータレンズ無効位置の２位置に切り替え可能に構成している。
【００５８】
（作用）
本実施の形態２は、基本的に実施の形態１と同じ作用を発揮する。ここでは、異なる作用について詳述する。
【００５９】
前記コリメータレンズ１１１がコリメータレンズ切替手段１１２により切り替えられてコリメータレンズ有効位置に有るとき、ピンホールチャート１０２ａからの軸上光束はコリメータレンズ１１１の集束作用により平行光束となり、その平行光束は被検レンズ１０５により撮像素子１１０にピンホールチャート１０２ａの像として結像する。そして撮像素子１１０により電気信号に変換され、その情報を図示しない演算装置等で画像処理・演算することにより、物点が無限遠にある場合の被検レンズ１０５のレンズ性能を検査することができる。
【００６０】
前記コリメータレンズ１１１がコリメータレンズ無効位置に有るときには、物点が有限にある場合の被検レンズ１０５のレンズ性能が検査される。
【００６１】
（効果）
本実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加え、物点が無限遠にあるとき、すなわち平行光束を透過させたときの被検レンズ１０５のレンズ性能をも容易に検査することができるレンズ性能検査装置を提供することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、被検レンズ、物点距離、光軸上位置、光軸外位置等の各種の測定条件に対応して、物点であるチャートの種類を替えるとともに出射光束の光路を替えることにより、さまざまな測定条件に幅広く対応しつつレンズ性能検査を行うことができるレンズ性能検査方法を提供できる。
【００６３】
また、本発明によれば、被検レンズ、物点距離、光軸上位置、光軸外位置、測定倍率、測定像高、軸外光束の入射角度等の各種の測定条件に幅広く対応しつつレンズ性能検査を行うことができ、さらには物点が無限遠にあるとき及び有限遠にあるときのいずれの場合においても被検レンズのレンズ性能を的確に検査することができるるレンズ性能検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のレンズ性能検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２のレンズ性能検査装置の概略構成図である。
【図３】従来のレンズ系測定装置の概略構成図である。
【図４】図３のレンズ系測定装置により軸外測定を行っている状態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０１　光源ランプ
１０２ａ乃至１０２ｄ　ピンホールチャート
１０３　ピンホールホルダ
１０４　光源Ｚステージ
１０５　被検レンズ
１０６ａ　反射ミラー
１０６ｂ　反射ミラー
１０７　光路切替手段
１０７ａ　ミラー
１０７ａ’　軸上検査位置
１０７ａ”　軸外検査位置
１０７ｂ　ミラー
１０８ａ　軸上光路
１０８ｂ　軸上光路
１０８ｃ　軸外光路
１０９　切り替えＺステージ
１１０　撮像素子
１１１　コリメータレンズ
１１２　コリメータレンズ切替手段
ω　軸外入射角度

Claims

被検レンズの性能評価を行うレンズ性能検査方法において、
光源から出射された光束を被検レンズの光軸上に配置された切り替え可能な複数種のチャートを介して出射し、出射光束の光路を、軸上光路と軸外光路とに切り替えて前記被検レンズに入射して軸上光束、軸外光束によるレンズ性能検査を行うことを特徴とするレンズ性能検査方法。
被検レンズの性能評価を行うレンズ性能検査装置において、光源により背面から光を照射されるように前記被検レンズの光軸上に配置された複数種の中から選択されるチャートと、
前記チャートを経て出射された光束の光路を、軸上光路と軸外光路とに切り替えて被検レンズに入射する光路切替手段と、
前記被検レンズにより結像された軸上光束、軸外光束による各チャート像を電気信号に変換する撮像素子と、
を有することを特徴とするレンズ性能検査装置。
前記被検レンズと前記チャートとの間に、軸上光路を曲げる反射ミラーを設けたことを特徴とする請求項２記載のレンズ性能査装置。
前記チャートの種類を切り替えるチャート切替手段を有することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記チャートは、前記被検レンズの光軸方向に移動自在に設置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記光路切替手段は、前記被検レンズの光軸方向に移動自在に設置されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記光路切替手段は、前記被検レンズの光軸を回転軸として回転させる回転手段を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記撮像素子を、前記被検レンズの光軸を含む相互に直交する３軸方向に移動可能とする３次元移動手段を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記チャートと前記光路切替手段との間に、コリメータレンズをその焦点位置を前記チャート位置に一致させる状態で配置したことを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載のレンズ性能検査装置。
前記コリメータレンズを光路上に配置してコリメータレンズを有効にした状態と、光路上から取り外してコリメータレンズを無効にした状態とを切替えるコリメータレンズ切替手段を有することを特徴とする請求項９記載のレンズ性能検査装置。