JP2009264894A - 検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズの光学特性を評価するだけでなく、不合格となったレンズの要因解析の補助となる情報を提供可能な検査装置を提供する。
【解決手段】検査装置1は、ピンホールである軸上検査用チャート3aおよびスリットである軸外検査用チャート3b,3cが形成されたチャート板3と、光源2から出射して軸上検査用チャート3aを通過した光線を、このチャート板3が像面上に位置するように配置された被検レンズ4により結像させた軸上像を検出するエリアセンサーである軸上用受光センサー13と、軸外検査用チャート3b,3cを通過して被検レンズ4により結像させた軸外像を検出するラインセンサーである軸外用受光センサー14と、軸上用受光センサー13および軸外用受光センサー14で検出された像の任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出する制御部16と、から構成する。
【選択図】図1
【解決手段】検査装置1は、ピンホールである軸上検査用チャート3aおよびスリットである軸外検査用チャート3b,3cが形成されたチャート板3と、光源2から出射して軸上検査用チャート3aを通過した光線を、このチャート板3が像面上に位置するように配置された被検レンズ4により結像させた軸上像を検出するエリアセンサーである軸上用受光センサー13と、軸外検査用チャート3b,3cを通過して被検レンズ4により結像させた軸外像を検出するラインセンサーである軸外用受光センサー14と、軸上用受光センサー13および軸外用受光センサー14で検出された像の任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出する制御部16と、から構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮影レンズの検査装置に関する。
デジタル写真が普及し、低価格の一眼レフカメラが発売されるようになり、販売台数も多くなったことにより、付属となる交換レンズも急激に出荷台数が増えつつある。このような中、撮影レンズ(写真レンズ)の性能検査を、的確に短時間で判定することが要求されている。一般的に、撮影レンズの量産検査には、逆投影式の検査装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。このような検査装置においては、光軸上における所定の周波数のMTF値、周辺像高における所定の周波数のMTF値、所定の周波数における軸上像の光軸方向のベスト位置と周辺像高の光軸方向のベスト位置の差等々のチェック項目に対して、それぞれの最適なスレッショルドを定め、各撮影レンズの判定結果(合格、不合格)のみをモニターに表示するように構成されている。
特開2007−218647号公報
しかしながら、上記の測定データのように、MTF値や像面位置の情報だけでは、検査対象の撮影レンズにおいて性能が落ちている原因を判別することが難しいという課題があった。例えば、このような検査装置では、軸上像は縦と横の2本のラインセンサーで強度分布を取得することが多く、この場合、軸上像に関しては、ある周波数のMTF値のデフォーカス特性を、縦方向断面の強度分布と横方向断面の強度分布とから見ることになる。しかし、偏芯コマにより重心のズレる方向が縦横断面より外れている場合も多々あり、軸上像のMTF値の劣化として現れにくい場合もある。したがって、そのような撮影レンズの周辺MTF値の劣化が、偏芯コマやセンターアスの影響によるものかどうか判断しにくい。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、撮影レンズの量産検査における合否判断機能だけではなく、不合格となった場合の施策を打ち出すための、さらなる光学系の情報として、PTF(強度分布の非対称性)を効果的に用いて組み込み誤差としての偏芯成分および方向を明確にし、撮影レンズの再組立に利用できる情報を提供する検査装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る検査装置は、機械軸を含むように配置されたピンホールである軸上検査用チャートが形成されたチャート板と、光源から出射して軸上検査用チャートを通過した光線を、このチャート板が像面上に位置するように配置された被検レンズにより結像させた軸上像を検出するエリアセンサーである軸上用受光センサーと、軸上用受光センサーで検出された軸上像の機械軸を含む任意の断面における任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出する制御部と、を有して構成される。
このような検査装置において、チャート板は、機械軸を含まないように配置されたスリットである軸外検査用チャートを有し、この検査装置は、光源から出射して軸外検査用チャートを通過した光線を被検レンズにより結像させた軸外像を検出するラインセンサーである軸外用受光センサーを有し、制御部は、軸外用受光センサーで検出された軸上像から任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出するように構成されることが好ましい。
このとき、軸外検査用チャートが、機械軸を含む線上に延びるサジタルチャート、および、当該サジタルチャートに略直交するように延びるメリジオナルチャートから構成され、記軸外上受光センサーが、機械軸を含む線上に延び、メリジオナルチャートの像を検出する第1のラインセンサー、および、第1のラインセンサーと略直交する方向に延び、サジタルチャートの像を検出する第2のラインセンサーから構成され、制御部は、第1および第2のラインセンサーの各々で検出された軸外像からMTF値およびPTF値を算出するように構成されることが好ましい。
また、このような検査装置は、制御部により算出されたMTF値およびPTF値を出力する表示部を有することが好ましい。
また、このような検査装置において、制御部は、軸上用受光センサーにおいて、互いに方位の異なる少なくとも2以上の断面のMTF値を算出し、当該断面のうち、最も小さいMTF値の断面のPTF値、並びに、当該最も小さいMTF値の断面に直交する断面のPTF値を算出し、MTF値の最も小さい断面および当該断面に直交する断面のMTF値およびPTF値を表示部に出力するように構成されることが好ましい。
さらに、このような検査装置において、制御部は、軸上像の所定の断面の強度分布の重心位置、若しくは、軸外像の強度分布の重心位置を算出し、当該重心位置を原点としてPTF値を算出するように構成されることが好ましい。
あるいは、このような検査装置は、被検レンズの光源側に配置された開口絞りを有し、制御部は、開口絞りにより、チャート板を通過した光線のうち、機械軸およびその近傍を通過する光線だけを通過させるようにしたときの軸上像若しくは軸外像の軸上用受光センサー若しくは軸外用受光センサーにおける結像位置を原点としてPTF値を算出するように構成されることが好ましい。
本発明に係る検査装置を以上のように構成すると、撮影レンズの量産検査において、合否判断機能だけではなく、不合格となった場合の施策を打ち出すための、さらなる光学系の情報として、PTF(強度分布の非対称性)を効果的に用いて組み込み誤差としての偏芯成分と方向を明確にし、再組立に利用できる情報を提供することが可能となる。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、拡大投影型で複数画角を同時に測定できるOTF検査装置であって、チャートと被検レンズ間のシフト構造を無くして受光センサーが機械軸と垂直な面内でシフトする(この垂直面内で移動する)構造を特徴とする検査装置を用いる場合について説明する。この検査装置1は、図1に示すように、内部に光源2およびチャート板3を有する架台部18に被検レンズ(撮影レンズ)4を保持する照明部5と、この照明部5に対して相対移動可能なセンサー架台部19に設置された測定部6とを有して構成される。
光源2、チャート板3、および、被検レンズ4は、照明部5において、光軸上(以降の説明においては、検査装置1の「機械軸7」と呼ぶ)上に並んで配置されている。なお、この図1に示す構成においては、光源2から放射された光線は、光ファイバー2aおよび図示しないコンデンサレンズ等により機械軸7上に放射され、チャート板3に照射される。また、この照明部5には、チャート板3を機械軸7に沿って前後に移動させ、さらに、取り付けられた被検レンズ4の合焦等の作動を制御する照明側制御部17が設けられている。
一方、測定部6は、受光側(被検レンズ4を挟んで光源2の反対側)に配置され、機械軸7に対して略垂直な平面を有する平板状の受け部8がセンサー架台部19に設けられている。この受け部8の光源2側の面(受光側の面)には、この受け部8に対して受光側の面上で相対移動可能な2軸の大きなプレート(以下、「大ステージ9」と呼ぶ)と、この大ステージ9を受け部8上で作動させる大ステージ駆動部10とが設けられる。さらに、その大ステージ9の受光側の面上で相対移動可能な1軸の小さなプレート(以下、「小ステージ11」と呼ぶ)とこの小ステージ11を大ステージ9上で作動させる小ステージ駆動部12とが設けられている。なお、小ステージ11は大ステージ9上に複数設けられる(例えば、図2の場合は、矩形状の大ステージ9の対角線方向に4個の小ステージ11を設けた場合を示している)。この場合、図2に示すように、小ステージ11は、大ステージ9に対して対角線方向に(大ステージ9の中心部から放射状に)相対移動可能に構成される。なお、以降の説明において大ステージ9の中心を「測定側の原点」と呼ぶ。
この大ステージ9の測定側の原点には、図2に示すように、軸上用受光センサー13が設けられており、また、各々の小ステージ11には、軸外用受光センサー14が設けられている。軸上用受光センサー13は、図3に示すように、矩形の開口20が縦列横列に配置され、各開口20内に受光部が設けられたエリアセンサーから構成される。一方、軸外用受光センサー14は、大ステージ9の測定側の原点から対角線方向に延びた(放射状に延びた)第1のラインセンサー14aと、この対角線方向に延びた線と略直交する方向に延びた第2のラインセンサー14bとから構成される。この検査装置1において、全てのセンサー13,14の受光面が、略同一平面内(以下、この平面を「測定平面」と呼ぶ)に位置するように配置されている。
なお、軸外用受光センサー14を構成する第1のラインセンサー14aは、後述するように、チャート板3に形成されたチャートのM(メリジオナル)像の検出に用いられ、第2のラインセンサー14bは、チャートのS(サジタル)像の検出に用いられる。また、本実施形態では、軸外用受光センサー14を4つ設けているが、5つ以上設けてもよい。
チャート板3は、被検レンズ4の像面の位置(すなわち、フィルム面或いは撮像面に相当する位置)に配置されている。このチャート板3には、点像チャート若しくはスリットが形成されるが、以降の説明においては、図4に示すように、軸上検査用を点像チャート(ピンホール)で、軸外検査用をスリットで構成した場合について説明する。
このチャート板3には、チャート板3の中心(以下、「チャート板の原点」と呼ぶ)に、機械軸7を含むように配置されたピンホール状の軸上検査用チャート3aと、機械軸7を含まずこの機械軸7から離れた位置(チャート板の原点から対角線方向に離れた位置)に配置された複数組(図1においては4組)の軸外検査用チャート3b,3cとが形成されている。ここで、軸外検査用チャート3b,3cは、機械軸7から放射上に延びる線上配置されるスリット状のサジタルチャート3bと、このサジタルチャート3bに略直交するように延びるスリット状のメリジオナルチャート3cとから構成される。光源2から放射され、チャート板3のチャート3a,3b,3c(ピンホールおよびスリット)を透過した光線が、被検レンズ4により軸上用および軸外用受光センサー13,14上に結像される。このとき、軸外用受光センサー14を構成する各センサー14a,14bと、チャート板3の軸外検査用チャート3c,3bの像とは、略直交するように構成されている。
以上のような検査装置1において、チャート板3に形成された軸上検査用チャート(ピンホール)3aの像(これを「軸上像」と呼ぶ)は軸上用受光センサー13上に結像し、軸外検査用チャート(スリット)3c,3bの像(これを「軸外像」と呼ぶ)はそれぞれ対応する軸外用受光センサー14a,14b上に結像するのが理想的な結像状態である。しかし、被検レンズ4が、ディストーションの大きなレンズである場合は、例えば、軸上において軸上用受光センサー13で軸上像を取り込むことができても、軸外では軸外像が軸外用受光センサー14から外れてしまうことがある。このようなとき、小ステージ駆動部12で、小ステージ11を大ステージ9に対して相対移動させることにより、軸外用受光センサー14を放射方向に移動させて軸外像を取り込むことができる。
一方、被検レンズ4に透過偏芯があると、軸上用および軸外用受光センサー13,14からチャート像が外れてしまう。そのため、大ステージ駆動部10で大ステージ9を測定平面内で作動させて軸上像(ピンホール位置)を軸上用受光センサー13で走査し(この場合、軸上用受光センサー13と軸外用受光センサー14とを同時に同じ量と方向にアラインメントした状態となる)、軸上像が軸上用受光センサー13の略中心に位置するようにする。そして、上述のように、軸外用受光センサー14(実際には小ステージ11)を小ステージ駆動部12で放射方向に作動させて軸外像を走査してM像及びS像が軸外用受光センサー14a,14bの各々の略中心に位置するようにし、軸外光束に対してアラインメントした状態とする。このように軸上用および軸外用受光センサー13,14を2段階でアラインメントすることで、高速に測定できる対象が広がる。
このような検査装置1においては、軸外光束の結像位置を軸外用受光センサー14によりセンシングして理想像高からの偏差や実際の画角が分かり、全方位の非対称性が判断できる。また、この実施形態のようにM像およびS像のラインセンサー(第1のラインセンサー14aおよび第2のラインセンサー14b)を用いた場合は、M像用センサーから実像高が分かる。なお、本実施形態においては、図2に示すように放射状に稼働し得る小ステージ11を設けることにより、写真レンズのような偏芯の大きいレンズやディストーションの大きいレンズなど、製造誤差による画角の変化の大きいレンズの測定も可能となる。また、本実施例では軸外用受光センサー14のM像およびS像を検出する第1のラインセンサー14aおよび第2のラインセンサー14bが小ステージ11上にあり一体に動くように構成されているが、第1のラインセンサー14aおよび第2のラインセンサー14bをそれぞれ独立したプレート上に配置して、それぞれ独立して作動するように構成することも可能である。
なお、受け部8が固定されているセンサー架台部19には、測定部6を機械軸7に沿って移動させる(図1においては左右方向に移動させる)測定駆動部15が設けられている。これらの大ステージ駆動部10、小ステージ駆動部12、測定駆動部15、軸上用受光センサー13、および、軸外用受光センサー14と、照明側制御部17とは制御部16に電気的に接続されており、大ステージ駆動部10、小ステージ駆動部12、および、測定駆動部15の作動が制御されて、測定部6、大および小ステージ9,11の作動が制御され、また、照明側制御部17を介してチャート板3および被検レンズ4の作動が制御されるとともに、軸上用および軸外用受光センサー13,14からの検出信号が処理される。また、制御部16には、検査結果が出力される表示部21(例えば、ディスプレイ装置やプリンタ)が接続されている。そして、制御部16では、軸上用および軸外用受光センサー13,14からの検出信号を後述する方法により処理して被検レンズ4の光学特性を算出し、算出された結果を表示部21に出力するように構成されている。
以下、本実施形態の検査装置1による被検レンズ4の検査手順(制御部16での処理)を、図5のフローチャートを合わせて用いて説明する。この検査装置1における被検レンズ4の測定においては、初期設定(ステップS100)として、予め被検レンズ4の理想的なレンズデータを用いて、像面から物体面までを光線追跡してその撮影距離と実際の物体高を求めて、制御部16に設定する。なお、制御部16には、これらの設定値やセンサー13,14の測定値等が記憶されるメモリが設けられている。制御部16は、検査装置1のチャート板3と軸上用及び軸外用受光センサー13,14の距離を、測定駆動部15の作動を制御して測定部6を機械軸7に沿って移動させることにより、計算上の撮影距離と一致させる。
次に、軸上用受光センサー13および軸外用受光センサー14により、軸上像および軸外像を取得する(ステップS200)。ここで、上述のような被検レンズ4を照明部5にセットすると、その被検レンズ4に透過偏芯がある場合は、スリット像が大ステージ9の測定側の原点からずれた所に形成される。このような場合、大ステージ9を測定面内で縦方向と横方向に作動させて軸上像を走査し、軸上用受光センサー13からの検出信号を制御部16で処理してチャート板3の軸上像の像位置を検出する。この像位置の検出方法としては、例えば、点像の重心又は一番出力の高い画素の座標を像の位置として検出する。このとき、被検レンズ4の透過偏芯誤差が大きい場合、軸上用受光センサー13からチャート像が完全に外れてしまう場合がある。よって、大ステージ9を作動させて走査する手順を予め制御部16に設定しておく必要がある。例えば、大ステージ9が、ある矩形の範囲を外側から内側に向かって渦巻き状に作動させることにより、効率的に走査するように構成すると、走査する時間を節約できる。制御部16は、走査した後、軸上用受光センサー13の中心に軸上検査用チャート3aの像が位置するように大ステージ9を移動させ、その位置を原点として記憶し、センタリングを終了する(この原点が、上述の測定側の原点に一致する)。
また、制御部16は、小ステージ11についても、大ステージ9の対角線方向に作動させて、上述の軸上用受光センサー13と同様に、軸外用受光センサー14の検出値から軸外像が軸外用受光センサー14の中心に位置するようにこの小ステージ11を作動させる。なお、小ステージ11については、図2に示すように矩形状の大ステージ9の対角線方向(斜め45°)に作動させる構成だけでなく、上下方向と左右方向の2軸で作動させるように構成することも可能である。
この検査装置1による被検レンズ4の検査は、制御部16から制御信号を照明側制御部17に送信し、チャート板3を光軸(機械軸7)に対して所定の移動量だけ前後させて(例えば、0.1mm刻みで、最良像面となる位置を基準に±1.0mm程度)デフォーカスし、最良像面とその前後の領域を軸上用および軸外用受光センサー13、14で測定する。軸上像用受光センサー13での強度分布の出力が一番高い所を基準として、再度デフォーカスをかける。このとき、センサー出力が8ビット以下になるときはセンサーの蓄積時間を長くして出力を持ち上げる。そして、各センサー毎に予め測定していたバックグラウンドの明るさを差し引き強度分布の0レベルを決定する。
このようにして、任意の空間周波数で軸上光束がベストとなる光軸と垂直な平面で軸上像と軸外像とを取得すると、制御部16は、まず、軸上像の処理を行い、所定の空間周波数におけるMTF値とPTF値を算出する(ステップS300)。処理の詳細を、図6に示すフローチャートを用いて説明する。
ここで、周辺像の非対称性は、コマによる非対称性と偏芯による非点収差や像面の傾き等の非対称性が合成されているため、測定結果よりこれらを成分ごとに切り離して考えることはできない。しかし、軸上像(センター像)の重心のズレる方向が点像強度分布のどの方位に発生しているのかということがわかれば、軸上像の偏芯と周辺像の偏芯との関連性が明確となる。光学系に偏芯がなくコマが外方のポイントスプレッドファンクション(以降、「PSF」と呼ぶ)は図7(a)のようになり、コマが内方のPSFは図7(b)のようになる。また、偏芯がありコマが少ない光学系のPSFは図7(c)のようになり、全画面で同じ方向に重心がずれる。この図7(a),(b)のような状態は設計上の話であり、実際の製造上は偏芯が存在して図7(c)のようになる。なお、3次収差では偏芯がないときのコマは画角に比例するため、軸上像には存在しないが、偏芯コマは画角に無関係で開口の自乗に比例するために、画面内に一様に現れる。また、偏芯がある場合の非点収差と像面の傾きは、開口と画角に比例する。
PTF値を算出するには、像の位置が重要となる。コマ収差のない、ある像が座標軸x上でAだけシフトしたとき、位相成分φ(u)と空間周波数uとの関係は次式(1)のようになる。なお、A>0である。
式(1)からわかるように、元々コマ収差が存在せず非対称性がなかったとしても像の位置が変わると、PTF値はu=0を通る直線の傾きとなって現れることになる。図8(a)に、x>0を右とした場合に、像をAだけシフトしたときのPTF値を示す。また、図8(b)に、−Aだけシフトさせた場合のPTF値を示し、図8(c)に、シフトがない場合のPTF値を示す。このように像位置が変わることで強度分布の形状が変化していなくてもPTF値は変化するので、後述するように、センサー上に結像した強度分布の重心位置を演算時の原点にとることが望ましい。
本処理では、まず軸上像のPSFを取り込み、取得した軸上像の点像強度分布における所定の断面の強度分布を、時計回りに方位角を変えながら抽出し、この強度分布をもとに各断面のMTF値を算出する(ステップS301)。次に、算出された各断面のMTF値から最小MTF値の断面を決定する(ステップS302)。この場合、一番MTF値の低い断面の強度分布は偏芯コマにより対称性が失われ、そのためにMTF値が低くなっていると考えられる。図9は、点像強度分布を時計方向に22.5°ずつ回転させて8方位の断面に切り取った場合において、偏芯コマにより重心がずれて、MTF値の劣化に最も影響を与えている断面Vを示している。なお、本実施形態では、8方位の断面のMTF値を算出しているが、時計方向に45°ずつ回転させて4方位で切断しても良い。あるいは断面の数を8より多くしても良い。そして、このMTF値の劣化に最も影響を与えている断面Vと、この断面Vに対して直交する断面(以下、「断面H」と呼ぶ)を採用するのが望ましい。
それでは、各断面のMTFの算出手順を説明する。上述のように、切り取る断面を固定ではなく任意に決定することは、軸上用受光センサー13(以下、単に「エリアセンサー13」と呼ぶ)のナイキスト周波数が切り取る断面の位置の変化に伴い変化することとなる。すなわち、図3に示すように、エリアセンサー13は、矩形の開口20が縦列横列に配置され、切り取る角度によって分解能が異なり、特に、時計回りを正として45度−225度、135度−315度の断面が最も分解能が落ちる。図3に示す開口20の縦列と横列の画素ピッチPと上記断面の画素ピッチP′との関係は、次式(2)のようになる。
また、測定する空間周波数の上限が、エリアセンサー13の分解能により制限を受けるため、光学系の空間周波数の高周波が回折限界で決まらず、幾何収差に依存するので測定対象を幅広く調査する必要がある。また、エリアセンサー13の開口20の歪みにも同様に関係する。ここで、実空間での座標をxとし、複素空間での座標をuとし、開口20の幅を2bとし、チャート3からエリアセンサー13までの横倍率をβとし、開口20の強度分布をh(x)としたとき、エリアセンサー13の開口20のMTF値(H(u))は、次式(3)で求められる。
この開口20を介して測定されたMTF値は、開口20による歪みを受けているので補正する必要がある。すなわち、所定の断面の強度分布から求められたMTF値をf(u)とすると、f(u)/H(u)という演算を行って補正することが必要である。一般に、演算を高速に行うために高速フーリエ変換(FFT)が用いられる。本実施形態でも、FFTを用いて歪みの補正を行う場合、基本周期を決定する走査長Lを適当な長さに取る必要がある。この場合、走査長Lの逆数が空間周波数のΔuに相当し、0番目が基本周期、1番目が1/2周期、3番目が1/4周期・・・と続く。このように、欲しい最高空間周波数までとびとびの値をとり続けるので、走査長Lの中の画素数は最高空間周波数に依存する。以上のように、エリアセンサー13の選定には上述した内容を吟味する必要性がある。画素が微細化するとセンサーの最低必要照度も下がり測定精度に影響してしまうためである。
次に、以上のようにしてMTF値を算出した断面のうち、最小MTF値の断面の強度分布の重心、すなわち断面Vの強度分布の重心を算出し(ステップS303)、この算出された重心を原点としてこの断面VのPTF値を算出する(ステップS304)。また、断面Vに直交する断面Hの強度分布の重心を算出し(ステップS305)、算出された重心を原点としてこの断面HのPTF値を算出する(ステップS306)。このようにして得られた各断面の走査長L(すなわち、画素列)における重心位置を、表示部(ディスプレイ)20に表示する(ステップS307)。この場合、表示部20には、図10に示すように、走査長Lの中心から重心位置がずれた方向へ矢印表示をする。
このように得られた情報を基に、製造組立の技術者が軸上像点の重心が強度分布の中心にくるように、光学系(被検レンズ4)の一部のレンズ群をシフトチルトさせる。補正群を動かす方向は補正群が凸群か凹群で異なり、互いに逆方向になる。一般に画角が小さい望遠系のレンズは周辺像も軸上像点の影響を受ける。このようなレンズは軸上像点の偏芯コマを少なくする事で、全画面に渡って回転対象な収差成分にすることが可能である。一方、画角の大きいレンズの場合は、偏芯による非点収差と像面の傾きが支配的となる。よって、軸上像点の情報だけでは足りず、次に説明する周辺像の非対称性から判断することとなる。
以上のような軸上像の処理(ステップS300)の次に、軸外像の処理を行い、MTP値およびPTF値を算出する(ステップS400)。処理の詳細を、図11に示すフローチャートを合わせて用いて説明する。
まず、4つの軸外用受光センサー14で検出した軸外像のうちのいずれか1つの軸外像について、第1のラインセンサー14aで検出したM像のMTF値を算出する(ステップS401)。次に、このM像の点像強度分布の重心位置を算出し(ステップS402)、算出された重心位置を原点として当該M像のPTF値を算出する(ステップS403)。続いて、第2のラインセンサー14bで検出したS像のMTF値を算出し(ステップS404)、このS像の点像強度分布の重心位置を算出した後(ステップS405)、算出された重心位置を原点として当該S像のPTF値を算出する(ステップS406)。その後、全ての軸外像についてMTF値の算出およびPTF値の算出処理が終わったか否か判定し(ステップS407)、処理する軸外像点があれば次の軸外像点について、ステップS401〜ステップS406の処理を繰り返す。各象限の軸外像全てについて処理が終了した場合は、軸外像の処理を終了する。
なお、偏芯による非点収差と像面の傾きとは、各像高のベストフォーカス位置より判断が可能である。そして、偏芯による歪曲収差は画角の二乗に比例する。周辺像の結像される像の放射方向の重心位置の、基準位置からのずれによって、歪曲収差が判断可能となる。この基準位置の設定は、予め設計上の歪曲とするかあるいは各象限の軸上像からの結像位置の平均とすればよい。
軸外像の処理(ステップS400)が終了したら、処理結果を表示部20への出力する(ステップS500)。この場合、例えば図12に示すように、軸上像用のエリアセンサー(軸上用受光センサー)13のMTF値とPTF値(図12の中央のグラフ)、軸外用受光センサー14の各象限のMTF値とPTF値(図12の外周4つのグラフ)を同じ画面上に表示するとともに、重心のズレ方向を表示する。図12の中央の軸上像のグラフにおいて、Vは最小MTF値の断面VのMTF値及びPTF値を示し、Hは断面Vと直交する断面HのMTF値及びPTF値を示す。また、図12の軸外像の各象限のグラフにおいて、Mはメリディオナル像のMTF値及びPTF値を示し、Sはサジタル像のMTF値及びPTF値を示す。なお、制御部16にハードディスク等で構成される記憶部22を接続し、これらの光学特性情報(軸上用および軸外用受光センサー13,14で測定した点像および線像強度分布や、これらの強度分布から上述の処理により求められたMTF値,PTF値)を、製品の性能解析等の資料とするために、この記憶部22に記憶するように構成しても良い。
このように軸上像及び軸外像のMTF値およびPTF値を同じ画面で見ることにより、当該被検レンズ4の結像性能の特徴が把握しやすくなる。すなわち、図12に示す例では、下方向に重心がずれていることがわかる。軸上像の断面Vの強度分布は偏芯の影響を受け、この強度分布が非対称性持ち、断面Vと直交する断面Hの強度分布は対称性を失うことはない。よって、断面HのMTF−u(u:複素空間での座標)は断面VのMTF−uより高い結果となる。また、PTFは、線形性が高い程光学性能が劣化せず、MTFは高くなる。従って、PTFに、ある周波数で曲がりが生じている場合は、MTFでもその周波数以降が低くなる。
測定データの詳細を確認する際には、一つの像高の情報を拡大して表示させるように構成するのが好ましい。また、数多い情報から、解析に適した情報のみを取り出し、技術者に直感的に伝えるよう構成することが望ましく、検査結果を迅速に把握し易いものとなり、量産検査にも好適なものとなる。また、上述のMTF値およびPTF値のグラフを表示する代わりに、軸上用および軸外用受光センサー13,14の検出結果から算出されたPTF値より、その偏芯方向を図9に示す記号で表示することも可能である。この場合、中心の円が計測位置を示し、そこから延びる箒状の尾の方向が偏芯方向、長さが偏芯量(PTF値のグラフにおけるu=0のときの傾き)を示す。
なお、干渉計、あるいはハルトマンセンサーを用いて光学系の透過波面や横収差を測定し収差関数にフィッティングするならば夫々の収差の成分の大きさがわかりやすいが、被検レンズ4のセッティング時間の長さやセンターと周辺同時測定が困難である。そのため、干渉計、あるいはハルトマンセンサーを用いる場合には、量産検査ではなく、被検件数の少ない詳細検査に好適なものとなる。
本実施形態では、以上のように、周辺の各象限における強度分布の重心位置を使う事で単にMTF値を求めるだけでなく、レンズの偏芯を再調整する情報(PTF値)を提供する事が可能となる。従って、ラインにおいて被検レンズ4の製品としての「不合格」、「合格」判定をMTF値で行い、「不合格」判定であった場合に指針を明確化できることとなる。
なお、以上の説明においては、所定の断面の点像強度分布の重心位置を求め、この重心位置を原点としてPTF値を算出するように構成した場合について説明したが、例えば、被検レンズ4の光源2側に開口絞りを設け、この開口絞りにより照明光のうち、機械軸7およびその近傍を通る光だけが通過するようにし、この照明光が軸上および軸外用センサー13,14に結像する位置をPTF算出の原点とするように構成しても良い。
1 検査装置 2 光源 3 チャート板 3a 軸上用検査チャート
3b サジタルチャート(軸外検査用チャート)
3c メリジオナルチャート(軸外検査用チャート)
4 被検レンズ 7 機械軸
13 軸上用受光センサー 14 軸外用受光センサー
14a 第1のラインセンサー 14b 第2のラインセンサー
16 制御部 20 表示部
3b サジタルチャート(軸外検査用チャート)
3c メリジオナルチャート(軸外検査用チャート)
4 被検レンズ 7 機械軸
13 軸上用受光センサー 14 軸外用受光センサー
14a 第1のラインセンサー 14b 第2のラインセンサー
16 制御部 20 表示部
Claims (7)
- 機械軸を含むように配置されたピンホールである軸上検査用チャートが形成されたチャート板と、
光源から出射して前記軸上検査用チャートを通過した光線を、前記チャート板が像面上に位置するように配置された被検レンズにより結像させた軸上像を検出するエリアセンサーである軸上用受光センサーと、
前記軸上用受光センサーで検出された前記軸上像の前記機械軸を含む任意の断面における任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出する制御部と、を有する検査装置。 - 前記チャート板は、前記機械軸を含まないように配置されたスリットである軸外検査用チャートを有し、
前記光源から出射して前記軸外検査用チャートを通過した光線を前記被検レンズにより結像させた軸外像を検出するラインセンサーである軸外用受光センサーを有し、
前記制御部は、前記軸外用受光センサーで検出された前記軸上像から任意の空間周波数のMTF値およびPTF値を算出するように構成された請求項1に記載の検査装置。 - 前記軸外検査用チャートが、前記機械軸を含む線上に延びるサジタルチャート、および、当該サジタルチャートに略直交するように延びるメリジオナルチャートから構成され、
前記軸外用受光センサーが、前記機械軸を含む線上に延び、前記メリジオナルチャートの像を検出する第1のラインセンサー、および、前記第1のラインセンサーと略直交する方向に延び、前記サジタルチャートの像を検出する第2のラインセンサーから構成され、
前記制御部は、前記第1および第2のラインセンサーの各々で検出された軸外像から前記MTF値および前記PTF値を算出するように構成された請求項2に記載の検査装置。 - 前記制御部により算出された前記MTF値および前記PTF値を出力する表示部を有する請求項1〜3いずれか一項に記載の検査装置。
- 前記制御部は、前記軸上用受光センサーにおいて、互いに方位の異なる少なくとも2以上の前記断面の前記MTF値を算出し、当該断面のうち、最も小さいMTF値の断面の前記PTF値、並びに、当該最も小さいMTF値の前記断面に直交する断面の前記PTF値を算出し、前記MTF値の最も小さい断面および当該断面に直交する断面の前記MTF値および前記PTF値を前記表示部に出力するように構成された請求項4に記載の検査装置。
- 前記制御部は、前記軸上像の所定の断面の強度分布の重心位置、若しくは、前記軸外像の強度分布の重心位置を算出し、当該重心位置を原点として前記PTF値を算出するように構成された請求項1〜5いずれか一項に記載の検査装置。
- 前記被検レンズの光源側に配置された開口絞りを有し、
前記制御部は、前記開口絞りにより、前記チャート板を通過した光線のうち、前記機械軸およびその近傍を通過する光線だけを通過させるようにしたときの前記軸上像若しくは前記軸外像の前記軸上用受光センサー若しくは前記軸外用受光センサーにおける結像位置を原点として前記PTF値を算出するように構成された請求項1〜5いずれか一項に記載の検査装置。
Priority Applications (1)
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JP2008114031A JP2009264894A (ja) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | 検査装置 |
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JP2009264894A true JP2009264894A (ja) | 2009-11-12 |
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JP2008114031A Pending JP2009264894A (ja) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | 検査装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-04-24 JP JP2008114031A patent/JP2009264894A/ja active Pending
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