JP2006139097A - 光学系の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な操作により、光学系の合焦状態を調整できる検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】 第１〜第５光源１７〜２１から射出された光束は、スクリーン３２上の第１〜第５結像位置Ｐ〜Ｔに像を形成する。測定者は、像が結像してスポット像となるように、本体部１２をレンズ２４の光軸に平行な方向に移動し、距離Ｌを調整する。全ての光源から射出された光束による像が、いずれも結像してスポット像となると、被写体に対するピント合わせが終了する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光学系の検査装置に関し、特に、光学系（レンズ）や撮像素子の性能評価等のテスト撮影に先立ってレンズの合焦状態を確認するための検査装置、及び検査方法に関する。

レンズの解像度等は、一般に、そのレンズを用いたカメラによって所定のチャートを撮影し、得られた撮影データに基づいて評価される。そして、正確なレンズ評価のために、チャート撮影に先立って、チャートの像が結像するようにピント合わせを行なう。

正確なレンズ評価のためには、高い精度で合焦させてチャートを撮影する必要がある。このため、カメラのオートフォーカス機能を活用した上に、さらにカメラを移動させてＡＦ機構が制御したレンズ位置をわずかずつ前後にずらして試験撮影を行ない、撮影結果に基づいて、正確にピントを合わせている。この場合、試験撮影とその撮影結果の確認に長い時間が必要となる。

また、解像度評価用のチャートは、レンズの光軸に対して垂直に設置する必要があるが、わずかに傾いた状態であっても、カメラのファインダから撮影者が視認した段階ではその傾きが見過ごされる可能性があり、評価結果が有意義なものとならない場合がある。

そこで本発明は、簡単な操作により光学系の合焦状態を調整できる検査装置及び光学系の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の検査装置は、本体部に取付けられた結像光学系と、本体部において結像光学系の予定焦点面に配置される光源と、結像光学系を通過した光源からの光を受光するスクリーンと、光源からの光による像がスクリーン上に結像するように、本体部とスクリーンとの距離を調整可能な距離調整手段とを備える。

光源の数は複数であり、これらの光源がいずれも同一の平面上にあるように設置されることが好ましい。また、本体部は、結像光学系の光軸に垂直な方向に延びる回転軸を中心にして回転することが好ましく、この場合、複数の光源が同一平面上に配置され、本体部が、平面上の２本の回転軸を中心にして回転することがより好ましい。

光源は、例えばＬＥＤである。また、光源が本体部に取付けられる位置に、画像記録媒体が着脱可能であることが望ましい。そして、スクリーンには、例えば、結像光学系の解像度を検出するための解像度チャートが貼付される。

本発明の検査方法は、結像光学系を介して形成されるスクリーン上の所定の画像を撮像し、撮像された画像に基づいて行う、結像光学系もしくは画像を撮像した撮像素子の光学特性の検査に先立って、結像光学系の予定焦点面に光源を配置する第１ステップと、結像光学系を通過した光源からの光をスクリーン上に射出させる第２ステップと、スクリーン上に光源の像が結像するように、結像光学系と光源との位置関係を保持しつつ光源とスクリーンとの距離を調整する第３ステップとからなるスクリーン位置調整ステップを実施することを特徴とする。

検査方法は、第１ステップにおいては複数の光源を同一平面上に配置し、さらに、全ての光源の像がスクリーン上にて結像するように、平面をスクリーンに対して傾ける第４ステップを有することが好ましい。この場合、例えば、第４ステップを実施した後に、第３ステップをさらに実施する。

本発明によれば、簡単な操作により、光学系の合焦状態を調整できる検査装置、及び検査方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、検査装置を示す側面図である。

検査装置１０は、レンズの解像度評価に必要なチャート撮影等において、予め行なわれるピント合わせの検査に用いられる。検査装置１０は、本体固定部５０、スクリーン支持部３０、および本体固定部５０を移動させる移動装置４０を含む。本体固定部５０は、レンズ、光源（いずれも図示せず）等が着脱自在に取付けられる本体部１２を固定するための固定具（図示せず）、支柱２９等を有する。本体固定部５０は、移動装置４０によって、破線が示すレンズの光軸Ｏに平行に、矢印Ａの示す方向に沿って移動する。スクリーン支持部３０は、光源が射出した光の像を映すためのスクリーン３２を支持する。スクリーン３２の表面には、レンズの解像度を検出するための所定のパターンが示された解像度チャートが貼付されている。移動装置４０は、伸縮自在のアーム部材を有し、従来公知の機構によって本体固定部５０を移動するとともに、スクリーン３２とレンズとの距離Ｌを測定する。

図２は、光源が取付けられた本体部を示す正面図である。図３は、光源とレンズが取付けられた本体部を示す側面図である。

本体部１２の中心には、光源ユニット１６が着脱自在に取付けられるための取付け部１３が設けられている。取付け部１３は、略円形の開口であって、光源ユニット１６は開口の中に嵌め込まれる。光源ユニット１６は、いずれもＬＥＤを有する第１〜第５光源１７〜２１と、電源部２２とを有し、本体部１２の背面１２Ｒ側に取付けられる（図３参照）。第１〜第５光源１７〜２１は、各発光点が光源ユニット１６の表面である矩形状の平面１６Ｓ上にあるように設けられており、第２〜第５光源１８〜２１は、矩形状の平面１６Ｓの端部近傍に、第１光源１７はそれらの中心にそれぞれ配置されている。また、取付け部１３には、本体部１２の前面１２Ｆ側に、レンズ２４を有するレンズ取付け具２５が着脱自在に取付けられる。レンズ２４は、組合せレンズであるものの、説明の便宜上、主点Ｈに位置する１枚のレンズとして示す。

取付け部１３は、光源ユニット１６が嵌め込まれた際には、平面１６Ｓが本体部１２における所定の予定焦点面上に位置するように設計されている。ここで、予定焦点面とは、銀塩カメラの場合はフィルム面で、デジタルカメラの場合は撮像素子の撮像面と光学的に等価な位置にある面であり、装着される撮影レンズ鏡筒の撮影光学系（結像光学系）を介して入射する光束を被写体像として結像させる所定の位置にある。このように、本体部１２によって、レンズ２４と各光源との位置関係は、検査装置１０の使用中に常に一定となるように保持される。なお、本実施形態においては、本体部１２はレンズ交換式一眼レフカメラボディと同等の構造をしており、本体部前面１２Ｆの中心部分が撮影レンズを装着するためのマウント部に相当し、前述の撮影レンズ鏡筒のマウント部と係合する。

第１〜第５光源１７〜２１は、電源部２２からの電流の供給を受けて白色の光を発光する。第１光源１７は、レンズ２４の光軸Ｏ上に位置しており、第１光源１７から光軸Ｏに沿って進む光束ＬＦは、スクリーン３２および平面１６Ｓに対して垂直な方向に進む（図１および図３参照）。

図４は、第１〜第５光源１７〜２１が射出した光の光路を示す、検査装置１０の側面図である。なお、図４においては、本体固定部５０等は省略されている。

第１光源１７からの光束ＬＦは、光軸Ｏがスクリーン３２に接する位置において像を形成し、第２〜第５光源１８〜２１からの光束は、光束ＬＦによる像の周囲で像を形成する。このため、スクリーン３２上には、各光源が射出した光による５つの像が形成される。測定者は、これらの像を目視し、像が結像してスポット像となるように、移動装置４０を用いて本体固定部５０を移動し、各光源とスクリーン３２との距離を調整する。

第１光源１７から発せられ、レンズ２４を透過した光束ＬＦがスクリーン３２上に結像し、スポット像となる位置を第１結像位置Ｐとすると、第１結像位置Ｐにあると想定した被写体から射出された光は、光束の光路を逆にたどって、レンズ２４を透過して第１光源１７の位置に収束する。同様に、第２及び第５光源１８、２１から発せられた光束による像が第２及び第５結像位置Ｑ、Ｔにおいて、第３及び第４光源１９、２０から発せられた光束による像が第３及び第４結像位置Ｒ、Ｓにおいて、それぞれ結像してスポット像となると、第２〜第５結像位置Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔにあると想定した被写体から射出された光は、それぞれの光束の光路を逆にたどって、第２〜第５光源１８〜２１の位置にそれぞれ収束することとなる。以上のことから、全ての像が結像すると、スクリーン３２上にあると想定される被写体に対するピント合わせが終了したこととなる。そこで、測定者は、この時のスクリーン３２とレンズとの距離Ｌとして測定し、本体固定部５０を固定させたままで、後述のように、スクリーン３２上の解像度チャートを撮影する。

図５は、本体部１２を固定する本体固定部５０を示す図である。

スクリーン３２は、レンズ２４の光軸Ｏに対して垂直になるように設けられる（図１参照）が、スクリーン支持部３０もしくは本体固定部５０の傾き等により、光軸Ｏに対してわずかに垂直ではない場合がある。この場合、各光源とスクリーン３２との距離が一致しないため、第１〜第５光源１７〜２１からの各光束による５つの像は同時に結像せず、正確なピント合わせが不可能になる。このため、本体固定部５０は、以下に示すように、スクリーン３２が傾いた場合においても、レンズ２４の光軸Ｏ上にある第１光源１７が、スクリーン３２に対して常に垂直な方向に光束ＬＦを出射する状態でピント合わせをするように、出射光の出射方向を調整することが可能である。従って、ピント合わせにおいては、常に、光軸Ｏとスクリーン３２とは垂直であって、スクリーン３２と光源ユニット１６の平面１６Ｓとは平行となるように調整される。

本体固定部５０は、第１および第２固定具２７、２８、支柱２９を含む。本体部１２は、第１固定具２７の底面２７Ｂ上に固定される。第１固定具２７は、第１回転軸Ａ₁上に配置された第１、第２ピン４１、４２によって、回転自在に第２固定具２８と連結されている。第１固定具２７は、図示さない螺子等により、第１回転軸Ａ₁を中心にした所定の回転位置で固定可能である。

第２固定具２８は、第１固定具２７と同様に、第２回転軸Ａ₂上に配置された第３ピン４３によって回転自在に支柱２９と連結され、第２回転軸Ａ₂を中心にした所定の回転位置で固定可能である。なお、第１および第２回転軸Ａ₁、Ａ₂は、いずれも平面１６Ｓ上にあり、第１回転軸Ａ₁は、第３光源１９と第５光源２１とを結ぶ直線上に、第２回転軸Ａ₂は、第２光源１８と第４光源２０とを結ぶ直線上にある。

本体部１２が、第１および第２回転軸Ａ₁、Ａ₂の２本の軸を中心とした回転、および所定の位置での固定が可能であることから、スクリーン３２の傾きの方向に関わらず、第１光源１７がスクリーン３２に対して垂直な方向に光束ＬＦを射出するように、射出方向を調整できる。また、第１〜第５光源１７〜２１の光束の射出方向を、光源ごとに調整せずに全て同時に調整することができるため、調整操作が簡単であり、かつ光源間に射出方向のずれが生じることを防止できる。

図６は、撮像素子とレンズ２４が取付けられた本体部を示す側面図である。

取付け部１３の本体部背面１２Ｒ側には、光源ユニット１６のみならず、撮像素子ユニット３４が、着脱自在に取付けられる。撮像素子ユニット３４には、撮像素子ユニット３４の受光面３４Ｒを覆うようにＣＣＤ３６が配置されている。さらに、撮像素子ユニット３４は、画像信号処理回路３８などを含み、試験撮影による被写体像を記録、表示が可能である。

取付け部１３は、撮像素子ユニット３４が取付けられた際に、ＣＣＤ３６が、光源ユニット１６の取付け時における第１〜第５光源１７〜２１の各発光点と同じ位置に配置されるように、設計されている。このため、合焦した位置に固定したままの本体部１２に撮像素子ユニット３４が取付けられると、ＣＣＤ３６は、被写体からの光である透過光ＬＰが収束する位置に置かれる。

このように、撮像素子ユニット３４を装着して試験撮像し、その画像を解析することにより、ＣＣＤ３６あるいはレンズ２４の光学特性や、ＣＣＤ３６とレンズ２４との適合性の評価を、容易に行なうことができる。

以上のように、本実施形態によれば、簡単な操作により、正確なピント合わせを可能にする検査装置が実現できる。さらに必要に応じて、レンズと撮像素子等の適合性を評価することができる。

全ての光源からの光をスクリーン３２に対して垂直に射出させ、全光源の像をスクリーン３２上で結像させるために、傾いたスクリーン３２と平行になるように平面１６Ｓをその傾きに応じて傾けることは、必要に応じて、各光源とスクリーン３２との距離の調整の前後を問わずに実施しても良く、また、交互であるか否かを問わず、それぞれが複数回に渡って繰り返し実施されても良い。

光源は、ＬＥＤに限定されないが、色収差を発生させないために白色光であることが好ましく、例えば小型の電球などが使用可能である。また、光源の数は、スクリーン３２の傾きの検出、およびピント合わせを容易にするために複数個あることが好ましいが、本実施形態に限定されず、単数であっても良い。

本体部１２は、第１〜第５光源１７〜２１とレンズ２４とを所定の位置に固定するために用いられるため、その形状は本実施形態に限定されず、実際のカメラボディに類似する必要はない。

第１および第２回転軸Ａ₁、Ａ₂は、光束ＬＦの射出方向を容易に調整するために、光源間を結ぶ直線上にあることが望ましいが、レンズ２４の光軸Ｏに垂直な方向に延びる限り出射方向の調整は可能であるため、光軸Ｏに垂直な任意の方向に延びる回転軸であっても良い。

撮像素子ユニット３４に含まれる撮像素子は、ＣＣＤ３６に限定されず、ＭＯＳデバイスであっても良い。また、ＣＣＤ３６の代わりに、銀塩フィルムを用いて試験撮影を行なっても良い。

スクリーン３２の表面には、スポット像を明確に映し出すものがあれば良いため、必ずしも解像度チャートが貼付される必要はない。

検査装置を示す側面図である。 光源が取付けられた本体部を示す正面図である。 光源とレンズが取付けられた本体部を示す側面図である。 光源が射出した光の光路を示す、検査装置の側面図である。 本体部を固定する本体固定部を示す図である。 撮像素子とレンズが取付けられた本体部を示す側面図である。

符号の説明

１０ 検査装置
１２ 本体部
１７〜２１ 第１〜第５光源（ＬＥＤ）
２４ レンズ（結像光学系）
３２ スクリーン
３６ ＣＣＤ（画像記録媒体）
４０ 移動装置（距離調整手段）
Ａ₁ 第１回転軸（回転軸）
Ａ₂ 第２回転軸（回転軸）
Ｏ 光軸
ＬＦ 光束（光）

Claims (10)

1. 本体部に取付けられた結像光学系と、
   前記本体部において前記結像光学系の予定焦点面に配置される光源と、
   前記結像光学系を通過した前記光源からの光を受光するスクリーンと、
   前記光源からの光による像が前記スクリーン上に結像するように、前記本体部と前記スクリーンとの距離を調整可能な距離調整手段と
   を備えることを特徴とする検査装置。
2. 前記光源の数が複数であり、前記光源がいずれも同一の平面上にあるように設置されたことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記本体部が、前記結像光学系の光軸に垂直な方向に延びる回転軸を中心にして回転することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
4. 複数の前記光源が同一平面上に配置されており、前記本体部が、前記平面上の２本の回転軸を中心にして回転することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
5. 前記光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
6. 前記光源が前記本体部に取付けられる位置に、画像記録媒体が着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
7. 前記結像光学系の解像度を検出するための解像度チャートが、前記スクリーンに貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
8. 結像光学系を介して形成されるスクリーン上の所定の画像を撮像し、前記画像に基づいて行う、前記結像光学系もしくは前記画像を撮像した撮像素子の光学特性の検査に先立って、
   前記結像光学系の予定焦点面に光源を配置する第１ステップと、
   前記結像光学系を通過した前記光源からの光を前記スクリーン上に射出させる第２ステップと、
   前記スクリーン上に前記光源の像が結像するように、前記結像光学系と前記光源との位
   置関係を保持しつつ前記光源と前記スクリーンとの距離を調整する第３ステップとからなるスクリーン位置調整ステップを実施することを特徴とする検査方法。
9. 前記第１ステップにおいて複数の前記光源を同一平面上に配置し、全ての前記光源の像が前記スクリーン上にて結像するように、前記平面を前記スクリーンに対して傾ける第４ステップをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の検査方法。
10. 前記第４ステップを実施した後に、前記第３ステップをさらに実施することを特徴とする請求項９に記載の検査方法。
    
    

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