JP2005148380A - カメラのシャッタ検査装置 - Google Patents

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善朗 谷
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Abstract

【課題】 シャッタを備えるカメラのシャッタ検査装置の提供。
【解決手段】 光源1からの照明光はコリメートレンズ9を介して、シャッタ3および撮像素子2に斜め入射する。その際、シャッタ3の走行方向に対して直交する方向から光を入射させるようにする。シャッタ3および撮像素子2により反射された光は、結像レンズによって開口12が設けられた光電変換素子11の受光面に結像される。シャッタ作動時にシャッタスリットがz方向に走行すると、光電変換素子11の受光面にシャッタスリットの像が投影されたときに受光量が増加する。光電変換素子11の出力信号に基づき、シャッタ速度、シャッタ幕走行速度およびX接点の設定を測定することができる。例えば、出力信号をフーリエ変換することにより、シャッタ速度を容易に求めることができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、カメラのシャッタ検査装置に関する。
従来の、銀塩フィルムを用いるカメラにおいて、カメラのボディ内に組み込まれた機械式シャッタの検査を光を用いて行う場合には、カメラの裏蓋を開けてフィルム側に検出器を装着し、レンズ側から光を入射して検査を行っていた(例えば、特許文献1参照)。近年、デジタルカメラにおいては、高画素化が進むとともに、機械式シャッタを搭載するものが出てきている。このような、デジタルカメラにおいては、銀塩フィルム式カメラの場合と同様に機械式シャッタをボディ内に組み込んだ後に検査を行う必要がある。
特開平11−38537号公報
従来のシャッタ試験装置の場合には、レンズ側から光を入射してカメラ裏蓋側に設けられた検出器で検出する透過型の試験装置であった。しかしながら、デジタルカメラではシャッタ後方に撮像素子が固設されているため、従来の透過型シャッタ試験装置ではシャッタの試験を行うことができなかった。
請求項1の発明は、シャッタと撮像素子とを有するカメラのシャッタ検査装置であって、シャッタ走行方向に垂直な面内において、検査光をシャッタおよび撮像素子に斜め入射させる照明部と、検査光のシャッタおよび撮像素子からの反射光を検出する検出器と、反射光に基づいてシャッタのシャッタ速度を算出するシャッタ演算部とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のシャッタ検査装置であって、検査光は前記機械式シャッタおよび前記撮像素子に垂直に入射し、検査光が照射されたシャッタおよび撮像素子からの反射光を検出器へと導く光学部材をさらに有するものである。
請求項3の発明は、請求項1または2のいずれかに記載のシャッタ検査装置において、検出器を複数備え、シャッタ演算部はシャッタ速度の算出に加えてシャッタ幕走行速度の算出およびX接点のシンクロ同調状態の検査を行うものである。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のシャッタ検査装置において、シャッタ演算部は、シャッタおよび撮像素子からの反射光を検出した検出器から出力される信号をフーリエ変換処理することによりシャッタ速度を算出するものである。
請求項5の発明は、請求項4に記載のシャッタ検査装置において、検出器の反射光検出領域の寸法を2xとし、スリット露光時のシャッタのシャッタスリット幅寸法をyとしたときに、「x<yでy≠nx、nは2以上の自然数」が満足されるように反射光検出領域の寸法を設定したものである。
請求項6の発明は、シャッタと撮像素子とを有するカメラのシャッタ検査装置であって、光源からの光を2分割して、一方の光を第1光路に導き、他方の光を第2光路に設けられたシャッタおよび撮像素子に垂直入射させる光分割部材と、第1光路に沿って移動可能に設けられ、一方の光を反射する可動部材と、光分割部材で分波された可動部材からの反射光とシャッタからの反射光および撮像素子からの反射光との白色干渉縞を検出する検出器と、検出器によって検出された白色干渉縞に基づいて撮像素子の位置を算出する位置演算部とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、反射光によりシャッタ検査を行うようにしているので、デジタルカメラの機械式シャッタの検査を行うことが可能となる。
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第1の実施の形態−
図1は、本発明によるシャッタ検査装置の概略構成を示すブロック図である。1は交換レンズ式のデジタルカメラであり、撮像素子2とその前面に設けられた機械式のシャッタ3を備えている。図1はシャッタ検査装置4にカメラ1を装着した状態を示しており、シャッタ検査装置4の装着部4aとカメラ1のレンズマウントのフランジ5とを接続する。シャッタ検査装置4は、シャッタ3を照明する光源6、シャッタ3および撮像素子2で反射された光を受光する受光部7および受光部7の検出信号に基づいてシャッタ3の状態を算出する処理部8を備えている。
図2はシャッタ検査装置4の詳細構成を示す図である。図2において、撮像素子2およびシャッタ3はy軸に直交するような配置となっている。シャッタ3の走行方向はz方向(紙面に対して垂直)である。光源6にはレーザ光源やランプ光源など種々のものを用いることができ、光の波長も特定波長に限定されない。また、レーザ光を光ファイバーに導入し、光ファイバーの射出端を光源6の位置に配置して光源としてもかまわない。光源6からの照明光はコリメートレンズ9によって平行光とされ、シャッタ3を照明する。
本実施の形態では、図1,2に示すようにシャッタ面に対して光を斜めから入射させる。ただし、シャッタ3の走行方向に対して直交する面内から光を入射させるようにする。例えば、図2に示した例では、シャッタ走行方向はz方向(紙面に垂直な方向)であり、照明光はxy平面内においてシャッタ3に斜め入射している。このときの入射角θは0度または90度を除くどのような角度でも良い。
このように、シャッタ走行方向に直交する方向から照明光を入射させないと、以下のような不都合が生じる。シャッタ3により形成されたスリット3aはx方向に延びた細長い開口であり、z方向に移動する。スリット3aを通過した光は撮像素子2の表面で反射されて受光部7へと向かう。
しかし、XY平面に平衡でない角度でスリットに入射した場合には、スリット3aの下側の縁を通過して撮像素子2の表面で反射された光はシャッタ3のシャッタ幕により遮れ、受光部7へと向かうことができない。そのため、スリット3aの実際の幅寸法よりも小さい寸法として、受光部7で観測することになってしまう。本実施の形態では、このようにシャッタ幕によって撮像素子2の表面で反射された光が遮られないように、照明光をxy面に平行に入射させるようにしている。
シャッタ3および撮像素子2で反射された光は結像レンズ10により集光され、受光部に設けられた光電変換素子11の受光面上に結像される。光電変換素子11にはフォトダイオード等が用いられ、それらは結像面上に複数設けられている。例えば、撮像素子2の結像エリアに対応して縦×横=3×3の9個の光電変換素子11が配設される。各光電変換素子11の前方には、光電変換素子11の反射光検出領域を規定する開口12が配設されている。また、結像レンズ10による集光位置には、不要な迷光などを除去するための絞り13が設けられている。
シャッタ3を動作させると、スリット3aがz方向に移動して撮像素子2が露光される。図3,4はシャッタ動作時の光電変換素子11の受光信号強度の変化を説明する図である。図3は、シャッタ動作時におけるスリット3aの像3a’の位置変化を示したものであり、時間の経過とともに(a)〜(h)の順に変化する。また、図4は、スリット像3a’が開口12を通過したときの受光強度信号の時間的な変化を示した図である。
上述したように、図3は光電変換素子11の前面に配設された開口12とスリット像3a’との関係を示したものである。図3では開口12が正方形の場合について説明するが、開口12は、長方形、円形等でもかまわない。スリット3aがz軸方向に走行すると、スリット像3a’が図の上方から下方へと移動する。図3(a)は図4の時刻t1の状態を示したものであり、開口12にはシャッタ幕の像が投影され、光電変換素子11にはシャッタ幕で反射された光が入射する。シャッタ幕は反射率が低いので、図4の時刻t1における光電変換素子11の受光量は少なく、受光信号強度h1は低いレベルとなっている。
時刻t2では、図3(b)に示すようにスリット像3a’の下側縁が開口12の外周と一致する。すなわち、時刻t1から時刻t2までは受光信号強度は低レベルh1が維持され、時刻t2以後は、図3(c)に示すようにスリット像3a’と開口12との重なりが徐々に増加する。そして、時刻t3となると、図3(d)のようにスリット像3a’の上側縁が開口12の周上に重なり、スリット像3a’の幅全体が開口12上に投影されるようになる。
撮像素子2からの反射光の光量はシャッタ幕からの反射光の光量よりも大きいので、スリット像3a’の一部が撮像素子2からの反射光によって形成されるのと、光電変換素子11の受光信号強度が増加し、スリット像3a’と開口12上の重なりが一番大きい時刻t3’では、光電変換素子11の受光信号強度は高レベルh2となる。
図4の時刻t3から時刻t4までは、図3(e)に示すようにスリット像3a’の幅全体が開口12上に投影され続ける。時刻t4なると、図3(f)に示すようにスリット像3a’の下側縁が開口12の外周と一致し、これ以後は図3(g)に示すようにスリット像3a’と開口12との重なりが徐々に減少する。そして、時刻t5ではスリット像3a’の上側縁が開口12の外周と一致し、スリット像3a’と開口12との重なりがゼロとなる。その結果、光電変換素子11の受光信号強度はh1となる。
図4に示すような信号は各光電変換素子11毎に得られる。そして、スリット像3a’が上から下へと移動すると、シャッタ走行方向である上下方向に並んだ3つの光電変換素子11の一番上の光電変換素子11によるスリット像3a’の検出信号S1、二番目の光電変換素子11によるスリット像3a’の検出信号S2および三番目の光電変換素子11によるスリット像3a’の検出信号S3が順に時間間隔Δtをあけて検出される。
各信号S1〜S3の立ち上がりで信号強度が(h1+h2)/2となる点P1を基準に時間間隔Δt1を設定する。このとき、光電変換素子11の間隔をΔzとすれば、幕走行速度(スリット走行速度)はΔz/Δt1で算出される。また、信号S1の立ち下がり時の信号強度が(h1+h2)/2となる点をP2とすれば、点P1と点P2との時間間隔Δt2から測定個所における露光時間(シャッタ速度)を求めることができる。また、光電変換素子11で検出された受光量の変化を検出することにより、画面全体が露光された瞬間、すなわちシャッタの先幕が画面を通過した瞬間にスイッチオンするシンクロ同調接点、いわゆるX接点が正常に作動しているかどうかの検査を行うこともできる。
上述した例では、信号S1のレベルがh1およびh2の中間点P1、P2となるところを基準に測定個所の露光時間を算出した。しかし、図4に示す各光電変換素子11の受光信号強度h(t)は、スリット像3a’が開口12を通過するときの受光量の変化を表しているので、スリット像3a’の幅、すなわちスリット3aのスリット幅と開口12の寸法と光電変換素子11の応答周波数のコンボリューションとなっている。そのため、信号S1の立ち上がり部分および立ち下がり部分のどの点を時間間隔算出の基準とするか難しい場合が多い。
そこで、本実施の形態では、フーリエ変換を利用するこことによって測定個所の露光時間の算出を簡単に行えるようにした。図5(a)は、時間幅2bの矩形信号a(t)をフーリエ変換して得られるフーリエ成分A(f)を示す図である。波形A(f)が最初にゼロになるのは点P10(f=1/2b)であり、次にゼロになるのは点P11(f=1/b)である。そのため、矩形信号a(t)の幅を2bよりも小さな2cとした場合には、フーリエ成分A(f)は図5(b)のようになる。
図5(b)では、波形A(f)が最初にゼロとなるのは点P20(f=1/2c)であり、上述したように2c<2bなので1/2c>1/2bとなり点P20は点P10よりも図示右側にある。この点P20が点P10と点P11との間にくるためには、b<2c<2bとすれば良いことが図5からわかる。
図5(c)は、図4の信号h(t)をフーリエ変換したときのフーリエ成分H(f)を示したものである。信号h(t)はスリット3aのスリット幅と開口12の寸法のコンボリューションとなっているので、波形H(f)が最初にゼロとなる点P30が図5(a)の点P10に対応し、次にゼロとなる点P31が図5(b)の点P20に対応している。
すなわち、スリット3aの幅をy、開口12の寸法を2xとしたときに、式「x<y<2x」を満たすように設定すれば、信号h(t)のフーリエ変換してそのフーリエ成分H(f)が2番目にゼロとなる点P31の周波数から、シャッタ速度を算出することができる。シャッタ速度は露光時間であるから、得られた周波数の逆数がシャッタ速度となる。
また、スリット幅yが開口12の寸法2xよりも大きくyがxの整数倍でない場合には、H(f)がゼロとなる点との対応関係が逆転するので、図5(c)において最初にゼロとなる点P30の周波数からシャッタ速度を算出する。開口12の直径2xを設定する場合には、シャッタ3が有するシャッタ速度と上述の条件とを考慮して設定すれば良い。なお、yがxの整数倍となった場合には、例えば図5の点P20の位置と点P11の位置とが同じになって図5(c)において区別がつかなくなるので、yはxの整数倍とならないように設定する必要がある。
−第2の実施の形態−
上述した第1の実施の形態では、光源6の光をシャッタ3に対して斜めに入射させたが、図6に示す第2の実施の形態では光を垂直入射させるような構成とした。なお、図6は第1の実施の形態の図2と対応するものであり、図2と同一の構成要素には同一の符号を付した。
図6に示す装置では、光源6およびコリメートレンズ9は撮像素子2に対して垂直な光軸上に配置され、コリメートレンズ9とシャッタ3との間には光束を分割する光学部材であるビームスプリッタ20が配設されている。光源6からの光L0がコリメートレンズ9を介してビームスプリッタ20に入射すると、光L0は反射光である光L1および透過光である光L2に分割される。ビームスプリッタ20からx負方向に出射される光L1は、本実施の形態では利用されない。
一方、ビームスプリッタ20を透過した光L2は、シャッタ3および撮像素子2に垂直に入射する。シャッタ3および撮像素子2で反射された光L3は再びビームスプリッタ20に入射し、その一部の光L4が反射光として結像レンズ10の方向に出射される。光L4は図1の場合と同様に結像レンズ10により結像され、シャッタ3および撮像素子2の像が光電変換素子11上に投影される。
図6の装置の場合も、光電変換素子11の前面に開口12が配置されている。本実施の形態の場合も第1の実施の形態と同様な信号が得られ、同様の方法でシャッタ速度、幕走行速度等が算出される。ここでは、算出方法の説明は省略する。
[変形例]
第2の実施の形態では、ビームスプリッタ20により白色光源6’からの光L0を2つの光L1,L2に分割しているので、シャッタ検査に用いられていない光L1を利用して撮像素子2の受光面の位置測定を行うことが可能となる。図7は、図6の装置に光L1が出射される方向に位置測定装置21を設けた変形例を示したものである。光源6’には白色光源が用いられる。
一般に、レンズ交換式のデジタルカメラでは、交換レンズのフランジからレンズの焦点面までの距離と、レンズマウントのフランジ5から撮像素子2の受光面までの距離Cとが等しくなるように、交換レンズおよびカメラボディは設計されている。そのため、撮像素子2の受光面までの距離Cを精度良く測定する必要がある。なお、図2や図6では図示を省略したが、撮像素子2とシャッタ3との間には赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタで構成される光学部品22が配置されている。そのため、上述した距離Cとは、光学部品22を考慮した光学的距離を意味するものである。
L1の光路中に位置測定装置21を配置して、距離Cを測定する。位置測定装置21には、参照基板23および光学部品22Sが設けられており、ビームスプリッタ20側から光学部品22S、参照基板23の順に光L1の光軸上に配置されている。光学部品22Sは上述した光学部品22と同一構成のものである。参照基板23はガラス製の楔形状基板であり、光軸方向に沿って移動可能なステージ(不図示)の上に固定されている。
参照基板23は楔形状であるため、光軸に垂直な表面23Rで反射された光L5は光軸に沿ってビームスプリッタ20へと進行するが、裏面23Lで反射された光は光軸からそれてビームスプリッタ20に入射することがない。そのため、表面23Rでの反射光と裏面23Lでの反射光との不要な干渉を避けることができる。
参照基板23の表面23Rで反射された光L5の一部はビームスプリッタ20を透過して光電変換素子11に入射する。そのため、図7のような構成においては、光電変換素子11には参照基板23の表面23Rで反射された光L5と撮像素子3により反射された光L3とが入射することになる。そのため、参照基板23を移動させながら光電変換素子11で観測すると、2つの光L3,L5の干渉によって白色干渉縞が観測される。なお、光学的距離Cの測定はシャッタ3を取り付ける前に行われる。
次いで、光学的距離Cの測定動作について説明する。なお、測定の際には視野中心部の光電変換素子11を用い、撮像素子2の中心部分の位置を測定する。まず、校正部材を用いて光学的距離Cを測定する際の参照基板23の基準位置を設定する。校正部材には、フランジ5からの距離が設計位置Dに設定された基準反射面を使用する。この基準反射面を用いて観測を行うと、参照基板23が基準位置となったときに白色干渉縞の最大信号が得られる。
基準位置が決まったならば、カメラボディを装置に装着して撮像素子2の位置測定を行う。まず、参照基板23を光軸に沿って平行移動させながら、光電変換素子11から出力される信号を取り込む。この信号は、例えば図8に示すようなものになる。図8の横軸は参照基板23の表面23Rの位置を表し、縦軸は信号の電圧値を表している。
図8に示す信号には2つの白色干渉縞(F部、G部)が見られる。F部は、参照基板23の表面23Rで反射された光L5と、撮像素子2で反射された光L3との合成による白色干渉縞信号である。G部は光L5と光学部品22の表面で反射された光との合成による白色干渉縞信号である。一般に、撮像素子2や光学部品22の反射率は既知であり、各々の反射率に基づいて白色干渉縞のコントラストを予測することができるので、信号強度の大きさから、F部が位置測定に使用する信号であることが判別できる。
そして、F部の白色干渉縞信号が現れたならば、コントラストが最大となるときの参照基板23の位置Hを検出する。撮像素子2の位置Cが基準反射面の位置Dと同一位置であれば、位置Hは基準位置と一致する。一方、位置Cが位置Dと異なっている場合には、コントラストが最大となる位置は基準位置から距離δだけずれることになる。その結果、撮像素子2の光学的距離Cは式「C=D−δ」により算出される。ここでは、白色干渉の原理を用いているので距離Cを精度良く測定することができ、5μm程度の測定再現性を実現することができる。
なお、上述した実施の形態では、複数の光電変換素子11を設けてシャッタ速度や幕走行速度やX接点の測定を行ったが、シャッタ速度のみの測定であれば光電変換素子11の数は1つであっても良い。
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、光源6は照明部を、処理部8はシャッタ演算部を、処理部8および位置測定装置21は位置演算部を、ビームスプリッタ20は光学部材および光分割部材を、参照基板23は可動部材を、光電変換素子11は検出器を、開口12は反射光検出領域をそれぞれ構成する。また、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何ら限定されるものではない。
本発明によるシャッタ検査装置4の概略構成を示すブロック図である。 シャッタ検査装置4の詳細構成を示す図である。 シャッタ動作時におけるスリット3aの像3a’の位置変化を示した図であり、時間の経過とともに(a)〜(h)の順に変化する。 光電変換素子11の受光信号強度を示す図である。 (a)は矩形幅2bの矩形信号a(t)をフーリエ変換したときのフーリエ成分A(f)を示す図であり、(b)は矩形幅2cの矩形信号a(t)をフーリエ変換したときのフーリエ成分A(f)を示す図であり、(c)は信号h(t)をフーリエ変換したときのフーリエ成分H(f)を示す図である。 第2の実施の形態を説明する図であり、シャッタ検査装置4の詳細構成を示したものである。 変形例の構成を示す図である。 光電変換素子11から出力される信号の一例を示す図である。
符号の説明
1 デジタルカメラ
2 撮像素子
3 シャッタ
3a スリット
3a’ スリット像
4 シャッタ検査装置
4a 装着部
5 フランジ
6 光源
6’ 白色光源
7 受光部
8 処理部
9 コリメートレンズ
10 結像レンズ
11,11a〜11c 光電変換素子
12 開口
13 絞り
20 ビームスプリッタ
21 位置測定装置
22,22S 光学部品
23 参照基板

Claims (6)

  1. シャッタと撮像素子とを有するカメラのシャッタ検査装置であって、
    シャッタ走行方向に垂直な面内において、検査光を前記シャッタおよび前記撮像素子に斜め入射させる照明部と、
    前記検査光の前記シャッタおよび前記撮像素子からの反射光を検出する検出器と、
    前記反射光に基づいて前記シャッタのシャッタ速度を算出するシャッタ演算部とを備えたことを特徴とするシャッタ検査装置。
  2. 請求項1に記載のシャッタ検査装置であって、
    前記検査光は前記シャッタおよび前記撮像素子に垂直に入射し、
    前記検査光が照射された前記シャッタおよび前記撮像素子からの反射光を前記検出器へと導く光学部材をさらに有することを特徴とするシャッタ検査装置。
  3. 請求項1または2のいずれかに記載のシャッタ検査装置において、
    前記検出器を複数備え、前記シャッタ演算部は前記シャッタ速度の算出に加えてシャッタ幕走行速度の算出およびX接点のシンクロ同調状態の検査を行うことを特徴とするシャッタ検査装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のシャッタ検査装置において、
    前記シャッタ演算部は、前記シャッタおよび前記撮像素子からの反射光を検出した検出器から出力される信号をフーリエ変換処理することにより前記シャッタ速度を算出することを特徴とするシャッタ検査装置。
  5. 請求項4に記載のシャッタ検査装置において、
    前記検出器の反射光検出領域の寸法を2xとし、スリット露光時の前記シャッタのシャッタスリット幅寸法をyとしたときに、「x<yでy≠nx、nは2以上の自然数」が満足されるように前記反射光検出領域の寸法を設定したことを特徴とするシャッタ検査装置。
  6. シャッタと撮像素子とを有するカメラのシャッタ検査装置であって、
    光源からの光を2分割して、一方の光を第1光路に導き、他方の光を第2光路に設けられた前記シャッタおよび前記撮像素子に垂直入射させる光分割部材と、
    前記第1光路に沿って移動可能に設けられ、前記一方の光を反射する可動部材と、
    前記光分割部材で分波された前記可動部材からの反射光と前記シャッタからの反射光および前記撮像素子からの反射光との白色干渉縞を検出する検出器と、
    前記検出器によって検出された前記白色干渉縞に基づいて前記撮像素子の位置を算出する位置演算部とを備えたことを特徴とするシャッタ検査装置。
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