JP2012078330A - Method for adjusting movement of camera unit in lens inspection apparatus and focus check tool - Google Patents

Method for adjusting movement of camera unit in lens inspection apparatus and focus check tool Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve automatic movement correction for a camera unit in a lens inspection apparatus so that a test lens can be measured accurately and easily regardless of position accuracy of a three-axis stage which moves the camera unit in three-axis directions.SOLUTION: Before mounting a test lens, a check plate 65 is mounted as a tool for focus checking on a lens mount 6. On a rear side of a display plate 67 is printed a design pattern, and a center portion and a peripheral portion of the design pattern are imaged by a camera unit 30 to find a best focus position. Based on a difference between a position of the camera unit 30 when best focus is obtained in the center portion and a position of the camera unit 30 when best focus is obtained in the peripheral portion, a correction factor is found for moving the camera unit 30 with a three-axis stage.

Description

本発明は、結像性能を評価するために被検レンズの結像状態をカメラユニットで撮像するレンズ検査機に関するもので、詳しくは三軸ステージを利用してカメラユニットを適宜の撮像位置に移動させるにあたり、高い位置精度が得られるようにしたレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法及びフォーカスチェック治具に関するものである。   The present invention relates to a lens inspection machine that uses a camera unit to image the imaging state of a lens to be evaluated in order to evaluate imaging performance. Specifically, the camera unit is moved to an appropriate imaging position using a triaxial stage. In doing so, the present invention relates to a camera unit movement adjustment method and a focus check jig of a lens inspection machine that can obtain high positional accuracy.

カメラに内蔵あるいは交換使用されるレンズの性能を検査するために、例えばMTF(Modulation Transfer Function)に基づく数値化データが測定できるようにしたレンズ検査機が用いられる。このようなレンズ検査機は例えば特許文献1で知られるように、被検レンズから一定の距離隔てて対面させたテストチャートからの測定光を被検レンズに入射させ、被検レンズで結像されたテストチャートの空中像をカメラユニットで撮像する構成である。カメラユニットにはリレー光学系と結像光学系、そしてCCDあるいはCMOS型のイメージセンサが組み込まれ、テストチャートの空中像をリレー光学系で拡大してから結像光学系でイメージセンサ上に結像させている。そして、イメージセンサから得られる撮像データを解析して数値データを得、これに基づいてMTF測定が行われる。   In order to inspect the performance of a lens built in or used in a camera, for example, a lens inspection machine capable of measuring digitized data based on MTF (Modulation Transfer Function) is used. Such a lens inspection machine, for example, as known from Patent Document 1, makes measurement light from a test chart facing a predetermined distance from a test lens enter the test lens and form an image on the test lens. The aerial image of the test chart is taken with a camera unit. The camera unit incorporates a relay optical system, an imaging optical system, and a CCD or CMOS type image sensor. The aerial image of the test chart is enlarged by the relay optical system and then imaged on the image sensor by the imaging optical system. I am letting. Then, the imaging data obtained from the image sensor is analyzed to obtain numerical data, and MTF measurement is performed based on the numerical data.

上記レンズ検査機は、テストチャート及びカメラユニットの双方が被検レンズの光軸と垂直な面内で移動自在に構成され、軸外光に対する被検レンズの結像性能も測定することが可能となっている。したがって、被検レンズが広角系のレンズである場合には、被検レンズの光軸から傾けた軸外方向からテストチャートからの測定光を入射させ、その結像状態に基づいて像面湾曲の測定を行うこともできる。   In the lens inspection machine, both the test chart and the camera unit are configured to be movable in a plane perpendicular to the optical axis of the test lens, and it is possible to measure the imaging performance of the test lens with respect to off-axis light. It has become. Therefore, when the test lens is a wide-angle lens, the measurement light from the test chart is incident from the off-axis direction inclined from the optical axis of the test lens, and the field curvature is changed based on the imaging state. Measurements can also be made.

また、テストチャートからの光束をコリメートレンズで平行にして被検レンズに入射させるレンズ検査機も知られている。この方式のレンズ検査機の場合では、被検レンズにどのような角度でテストチャートからの測定光を入射させても、基本的には被検レンズの焦点面上でテストチャート像が得られるから、このチャート像を撮像するカメラユニットを被検レンズの焦点面と平行に移動させればよく、効率的な測定を行うことができる。   In addition, a lens inspection machine is also known in which a light beam from a test chart is collimated by a collimator lens and is incident on a test lens. In the case of this type of lens inspection machine, a test chart image is basically obtained on the focal plane of the test lens regardless of the angle at which the measurement light from the test chart is incident on the test lens. Therefore, it is only necessary to move the camera unit that captures the chart image in parallel with the focal plane of the lens to be examined, and efficient measurement can be performed.

特開2004−163207号公報JP 2004-163207 A

被検レンズによって空中結像されたテストチャートの像をカメラユニットで撮像して測定データを得るレンズ検査機では、十分な測定精度を得るために空中結像されたチャート像をリレー光学系で拡大してからイメージセンサで撮像するようにしている。また、チャート像をベストピント位置あるいはその近傍でも撮像でき、さらには軸外から測定光を入射させたときでも適切な位置で撮像することができるように、カメラユニットは三軸ステージによって支持され、被検レンズの光軸方向(Z軸方向)だけでなく、光軸に垂直な面内の互いに直交する2方向(X軸,Y軸方向)にも移動できるようにしている。   In a lens inspection machine that obtains measurement data by imaging a test chart image formed in the air with a test lens with a camera unit, the chart image formed in the air is enlarged with a relay optical system to obtain sufficient measurement accuracy. After that, an image is taken with an image sensor. In addition, the camera unit is supported by the three-axis stage so that the chart image can be imaged at or near the best focus position, and further, even when measurement light is incident from the off-axis, the camera unit can be imaged at an appropriate position. In addition to the optical axis direction (Z-axis direction) of the lens to be measured, the lens can be moved in two directions (X-axis and Y-axis directions) perpendicular to each other in a plane perpendicular to the optical axis.

ところで、上記のようなレンズ検査機を組み立てる際には、まず測定光学系の基準となるコリメータ及びレンズマウントを高精度で定盤に固定して基準光軸を設定した後、計測系を構成する三軸ステージとカメラユニットの組み付けが行われる。コリメータやレンズマウントの取り付けは、トランシットなどの光学測定器やレーザ測長器などを使用しながら高い位置精度で定盤に固定することができるが、カメラユニットを移動自在に保持する三軸ステージをコリメータ及びレンズマウントとの双方に対して高い精度で位置決めして定盤に固定する作業は非常に難しい。   By the way, when assembling the above-described lens inspection machine, first, the collimator and the lens mount, which are the reference of the measurement optical system, are fixed to the surface plate with high accuracy and the reference optical axis is set, and then the measurement system is configured. The triaxial stage and camera unit are assembled. The collimator and lens mount can be attached to the surface plate with high positional accuracy using an optical measuring instrument such as transit or a laser length measuring instrument, but a triaxial stage that holds the camera unit movably. It is very difficult to position the collimator and the lens mount with high accuracy and fix them to the surface plate.

特に、被検レンズの焦点距離が例えば数ミリ程度まで短くなってくると、リレー光学系が組み込まれたカメラユニットの先端部分をレンズマウントに近接させて位置決めしなければならず、カメラユニットを連結したままで三軸ステージを定盤に位置決めしようとすると、カメラユニットの先端部分がレンズマウントに接触してリレー光学系を破損させるおそれがある。このため三軸ステージは、カメラユニットを取り付ける前に機械的にその位置を監視しながら微調整を行いつつ定盤に固定せざるを得ず、その位置決め精度には限界がある。そして、例えばコリメータからの基準光軸と三軸ステージのZ軸とは互いに完全に平行にしたいのにもかかわらず、ほとんどの場合、三軸ステージのZ軸は基準光軸に対して傾き誤差をもつ。   In particular, when the focal length of the lens to be tested is reduced to, for example, several millimeters, the tip of the camera unit incorporating the relay optical system must be positioned close to the lens mount, and the camera unit is connected. If an attempt is made to position the three-axis stage on the surface plate with this, the tip of the camera unit may come into contact with the lens mount and damage the relay optical system. For this reason, the triaxial stage must be fixed to the surface plate while performing fine adjustment while mechanically monitoring its position before mounting the camera unit, and its positioning accuracy is limited. For example, in most cases, the Z-axis of the three-axis stage has an inclination error with respect to the reference optical axis, although the reference optical axis from the collimator and the Z-axis of the three-axis stage are desired to be completely parallel to each other. Have.

こうして位置決めされた三軸ステージには、そのZ軸と撮像光軸とが平行になるようにカメラユニットが高精度に取り付けられるが、レンズ検査機ではコリメータからの基準光軸で決まる座標系に基づいて種々の測定が行われるのに対し、カメラユニットは三軸ステージの互いに直交する三軸方向に移動されるため、上述した傾き誤差はそのまま測定精度に影響を与えることになる。例えば三軸ステージを用いてカメラユニットをZ軸に垂直なX軸方向あるいはY軸方向に移動させたとき、コリメータからの基準光軸に直交する面に対する移動量はゼロにはならず、上記傾き誤差に応じた移動が生じる。レンズ検査機に要求される三軸ステージの位置決め精度は、カメラユニットを三軸ステージでX軸方向またはY軸方向に5mm移動させたとき、基準光軸に直交する面に対しては±2μm以下の移動に抑えることが望ましいが、このような高い精度で三軸ステージを定盤に位置決めして固定する作業は現実的には極めて困難である。   A camera unit is attached to the three-axis stage thus positioned with high precision so that the Z axis and the imaging optical axis are parallel to each other, but in a lens inspection machine, based on the coordinate system determined by the reference optical axis from the collimator. However, since the camera unit is moved in three axial directions orthogonal to each other on the three-axis stage, the tilt error described above directly affects the measurement accuracy. For example, when the camera unit is moved in the X-axis direction or Y-axis direction perpendicular to the Z-axis using a three-axis stage, the amount of movement relative to the plane perpendicular to the reference optical axis from the collimator does not become zero, and the above tilt Movement according to the error occurs. The positioning accuracy of the three-axis stage required for the lens inspection machine is ± 2 μm or less with respect to the plane perpendicular to the reference optical axis when the camera unit is moved 5 mm in the X-axis direction or Y-axis direction on the three-axis stage. However, it is actually very difficult to position and fix the three-axis stage on the surface plate with such high accuracy.

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、その目的は、定盤に対する三軸ステージの取り付け位置の精度をレンズ検査に必要とされる高精度にまで追い込むことができないまでも、こうして位置決めされた三軸ステージを用いてカメラユニットを高精度に移動調整できるようにしたレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法を提供し、またフォーカスチェック用の治具を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to position the triaxial stage relative to the surface plate even if the accuracy of the mounting position of the triaxial stage cannot be driven to the high accuracy required for lens inspection. It is an object of the present invention to provide a camera unit movement adjustment method for a lens inspection machine that can move and adjust a camera unit with high precision using the three-axis stage, and to provide a focus check jig.

本発明は上記目的を達成するために、装着された被検レンズの光軸を基準光軸と一致させるとともに前記基準光軸方向で被検レンズを位置決め保持するレンズマウントを有し、コリメートレンズを通してテストチャートからの測定光を前記レンズマウントで保持された被検レンズに入射させ、前記被検レンズの焦点面に結像された前記テストチャートの像を三軸ステージで支持されたカメラユニットにより、前記基準光軸に対して傾き誤差のある撮像光軸と垂直な面内及び前記撮像光軸方向に移動させながら撮像し、得られた撮像信号に基づいて前記被検レンズの検査を行うレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法において、前記被検レンズの装着に先立ち、フォーカスチェック用の図柄パターンが記された表示プレートを前記基準光軸に対して垂直になるように前記レンズマウントに位置決めする第一ステップと、前記三軸ステージにより前記撮像光軸上で前記カメラユニットを移動させながら前記図柄パターンの中央部を撮像し、この図柄パターンの中央部が最適合焦状態で撮像される前記カメラユニットの位置を前記三軸ステージから第一位置データとして取り込む第二ステップと、前記三軸ステージで前記カメラユニットを撮像光軸と垂直な面内で移動させた後、カメラユニットを撮像光軸と平行に移動しながら前記図柄パターンの周辺部を撮像し、この図柄パターンの周辺部が最適合焦状態で撮像されるカメラユニットの位置を前記三軸ステージから第二位置データとして取り込む第三ステップと、前記第一位置データと前記第二位置データに基づき、前記撮像光軸に垂直な面内方向での前記カメラユニットの移動量と前記基準光軸方向での前記カメラユニットの移動量との比率を表す補正係数を求めてメモリに保存する第四ステップとを備え、フォーカスチェック用の前記表示プレートに代えて前記被検レンズをレンズマウントに装着した後、前記焦点面上の異なる位置に結像された前記テストチャートの像を撮像するために前記カメラユニットを移動させる際には、前記メモリから読み出した補正係数に基づいて前記三軸ステージの作動を制御するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the present invention has a lens mount that aligns the optical axis of a mounted test lens with a reference optical axis and positions and holds the test lens in the reference optical axis direction. The measurement light from the test chart is incident on the test lens held by the lens mount, and the image of the test chart imaged on the focal plane of the test lens is supported by the camera unit supported by the three-axis stage. Lens inspection for inspecting the lens to be inspected based on the obtained imaging signal while imaging in a plane perpendicular to the imaging optical axis having an inclination error with respect to the reference optical axis and moving in the imaging optical axis direction In the camera unit movement adjustment method of the machine, prior to mounting the lens to be examined, a display plate on which a pattern pattern for focus check is written is attached to the reference optical axis. A first step of positioning the lens mount so as to be perpendicular to the lens mount, and imaging the central portion of the symbol pattern while moving the camera unit on the imaging optical axis by the three-axis stage, A second step of capturing the position of the camera unit imaged in an optimally focused state as the first position data from the triaxial stage; and in the plane perpendicular to the imaging optical axis of the camera unit on the triaxial stage. Then, the camera unit is moved in parallel with the imaging optical axis, and the periphery of the symbol pattern is imaged. The position of the camera unit where the periphery of the symbol pattern is imaged in an optimally focused state is determined. A third step of capturing as second position data from the axis stage, and the imaging optical axis based on the first position data and the second position data. A fourth step of obtaining a correction coefficient representing a ratio between the movement amount of the camera unit in the vertical in-plane direction and the movement amount of the camera unit in the reference optical axis direction and storing the correction coefficient in a memory; and a focus check When the camera unit is moved to capture the test chart image formed at different positions on the focal plane after the lens to be tested is mounted on the lens mount instead of the display plate Is configured to control the operation of the three-axis stage based on the correction coefficient read from the memory.

フォーカスチェック用の表示プレートに記された図柄パターンの中央部及び周辺部には、それぞれ十字線パターンを設けておくのが望ましい。そして、カメラユニットで撮像された画像を監視しながら三軸ステージを作動させ、それぞれの十字線パターンの中心とカメラユニットの撮像画面の中心とが一致するようにカメラユニットのセンタリング処理を行うことによって、より正確な第一位置データと第二位置データとが得られるようになり、被検レンズを測定する際にはカメラユニットを高精度に移動させることができる。   It is desirable to provide a cross line pattern at the central part and the peripheral part of the symbol pattern written on the display plate for focus check. Then, the three-axis stage is operated while monitoring the image captured by the camera unit, and the centering process of the camera unit is performed so that the center of each cross-hair pattern matches the center of the imaging screen of the camera unit. Thus, more accurate first position data and second position data can be obtained, and the camera unit can be moved with high accuracy when measuring the lens to be examined.

本発明によれば、カメラユニットを三軸ステージで移動自在に支持し、そしてコリメータからの基準光軸と平行に、あるいは基準光軸と直交する被検レンズの結像面に沿ってカメラユニットを移動させながら被検レンズの結像状態を撮像して測定データを取得する際に、基準光軸に対して三軸ステージが極端に高精度で位置決めされていなかったとしても、カメラユニットを指定された位置に的確に移動させて実用上は精度的には何ら問題のない測定結果を得ることができる。   According to the present invention, the camera unit is movably supported by the three-axis stage, and is parallel to the reference optical axis from the collimator or along the imaging plane of the lens to be measured that is orthogonal to the reference optical axis. When acquiring the measurement data by imaging the imaging state of the lens under test while moving, the camera unit is specified even if the triaxial stage is not positioned with extremely high accuracy with respect to the reference optical axis. It is possible to obtain a measurement result having no problem in terms of accuracy in practice by accurately moving to a certain position.

レンズ検査機の概略平面図である。It is a schematic plan view of a lens inspection machine. レンズ検査機のレンズマウント周りの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the lens mount periphery of a lens inspection machine. レンズ検査機の電気的構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the electrical constitution of a lens inspection machine. レンズ測定に用いられるチャート像及び撮像範囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the chart image and imaging range used for a lens measurement. チャート像の評価パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the evaluation pattern of a chart image. MTF値の算出過程の説明図である。It is explanatory drawing of the calculation process of a MTF value. 5点のMTF値からピークとなるMTF値を補間するときの説明図である。It is explanatory drawing when interpolating the MTF value which becomes a peak from the MTF value of five points. レンズマウントにチェックプレートを装着する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of mounting | wearing a lens mount with a check plate. チェックプレートに設けられた図柄パターンの正面図である。It is a front view of the symbol pattern provided in the check plate. 補正係数を求める際の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence at the time of calculating | requiring a correction coefficient. MTF値の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of a MTF value.

本発明が用いられるレンズ検査機の一例を示す図1及び図2において、定盤2の上面にマウントベース3が固定され、このマウントベース3に固着されたブラケット4が円筒状のマウントホルダ5を保持している。マウントホルダ5には、その内壁に組み込まれた軸受を介して円筒状のレンズマウント6が回転自在に組み込まれている。レンズマウント6の前端部には被検レンズ7を保持したレンズホルダ8が取り付けられ、レンズマウント6の回転とともに被検レンズ7は基準光軸Kの回りに一体となって回転する。なお、基準光軸Kは定盤2の上面と平行な水平面上にあり、レンズマウント6と後述する軸上コリメータ14との相対位置によって高精度に設定されている。   1 and 2 showing an example of a lens inspection machine in which the present invention is used, a mount base 3 is fixed to the upper surface of the surface plate 2, and a bracket 4 fixed to the mount base 3 serves as a cylindrical mount holder 5. keeping. A cylindrical lens mount 6 is rotatably incorporated in the mount holder 5 via a bearing incorporated in its inner wall. A lens holder 8 holding the test lens 7 is attached to the front end portion of the lens mount 6, and the test lens 7 rotates integrally around the reference optical axis K as the lens mount 6 rotates. The reference optical axis K is on a horizontal plane parallel to the upper surface of the surface plate 2, and is set with high accuracy by the relative position between the lens mount 6 and an axial collimator 14 described later.

レンズホルダ8をレンズマウント6に固定するために、レンズマウント6の前端部内周壁とレンズホルダ8の後端外周壁にネジが切られており、これらを互いに螺合させてレンズホルダ8の固定が行われる。レンズホルダ8には被検レンズ7の形状やサイズに応じて精密に加工されたレンズ保持部が形成され、被検レンズ7は常に一定の状態でレンズホルダ8に固定できるようにしてある。そしてレンズホルダ8をレンズマウント6に緊密に螺合して固定したときには、レンズホルダ8の後端面がレンズマウント5の前端面となっているマウント基準面に当接して被検レンズ7の光軸が基準光軸Kと一致し、かつ基準光軸K上の一定の位置に被検レンズ7が位置決めされる   In order to fix the lens holder 8 to the lens mount 6, screws are cut on the inner peripheral wall of the front end portion of the lens mount 6 and the outer peripheral wall of the rear end of the lens holder 8, and these are screwed together to fix the lens holder 8. Done. The lens holder 8 is formed with a lens holding portion that is precisely processed according to the shape and size of the test lens 7 so that the test lens 7 can always be fixed to the lens holder 8 in a fixed state. When the lens holder 8 is tightly screwed to the lens mount 6 and fixed, the rear end surface of the lens holder 8 comes into contact with the mount reference surface which is the front end surface of the lens mount 5, and the optical axis of the lens 7 to be tested. Coincides with the reference optical axis K, and the test lens 7 is positioned at a fixed position on the reference optical axis K.

ブラケット4にはモータ10とポテンショメータ11とが固定され、それぞれの軸に固着したギヤ10a,11aがレンズマウント6の後端外周に形成されたマウントギヤ6aに噛合している。モータ10の駆動によりレンズマウント6を基準光軸Kの回りに回転させることができ、したがって被検レンズ7に一定方向から測定光を入射させたままでも被検レンズ7の光軸回りの測定が可能となる。ポテンショメータ11から得られる回転信号はレンズマウント6を回転させるときのフィードバック制御に用いられ、レンズマウント6を迅速かつ正確に回転することができるようにしている。   A motor 10 and a potentiometer 11 are fixed to the bracket 4, and gears 10 a and 11 a fixed to the respective shafts are engaged with a mount gear 6 a formed on the outer periphery of the rear end of the lens mount 6. The lens mount 6 can be rotated around the reference optical axis K by driving the motor 10, so that the measurement around the optical axis of the test lens 7 can be performed even when the measurement light is incident on the test lens 7 from a certain direction. It becomes possible. The rotation signal obtained from the potentiometer 11 is used for feedback control when the lens mount 6 is rotated so that the lens mount 6 can be rotated quickly and accurately.

定盤2には、被検レンズ7に基準光軸Kに沿って測定光を入射させる軸上コリメータ14と、基準光軸Kに対して傾いた軸外方向から測定光を入射させる一対の軸外コリメータ15,16とが設けられている。軸外コリメータ15,16は、基準光軸Kに関してそれぞれ±30°程度傾けられた直進ガイド18,19上で移動自在な揺動ステージ20,21によって支持されている。揺動ステージ20,21は、それぞれ個別のモータの駆動により直進ガイド18,19上を移動するように構成され、また揺動ステージ20,21にはモータが組み込まれ、それぞれ支持している軸外コリメータ15,16を定盤2に対して垂直な軸の回りに揺動させることができるようになっている。   The surface plate 2 has an on-axis collimator 14 that allows measurement light to enter the test lens 7 along the reference optical axis K, and a pair of axes that allow the measurement light to enter from an off-axis direction inclined with respect to the reference optical axis K. Outer collimators 15 and 16 are provided. The off-axis collimators 15 and 16 are supported by swinging stages 20 and 21 that are movable on linear guides 18 and 19 that are inclined about ± 30 ° with respect to the reference optical axis K, respectively. The oscillating stages 20 and 21 are configured to move on the linear guides 18 and 19 by driving individual motors, and the oscillating stages 20 and 21 are incorporated with motors and are respectively supported off-axis. The collimators 15 and 16 can be swung around an axis perpendicular to the surface plate 2.

直進ガイド18,19はレンズマウント6に近づくほど基準光軸Kから離れるように傾けられ、また直進ガイド18,19上でコリメータ15,16を任意の角度に回動させることができるようになっているから、軸外コリメータ15,16を近づけてもその先端を被検レンズ7に接触させることなく、被検レンズ7に大きな角度で測定光を入射させることが可能となる。これにより、被検レンズ7が超広角系あるいは魚眼系のものであっても、その最大画角を考慮した広範囲の測定を行うことができる。 The rectilinear guides 18 and 19 are tilted away from the reference optical axis K as they approach the lens mount 6, and the collimators 15 and 16 can be rotated to arbitrary angles on the rectilinear guides 18 and 19. Therefore, even if the off-axis collimators 15 and 16 are brought close to each other, the measurement light can be incident on the test lens 7 at a large angle without bringing the tips of the collimators 15 and 16 into contact with the test lens 7. As a result, even when the lens 7 to be examined is of a super wide angle system or a fisheye system, it is possible to perform a wide range measurement in consideration of the maximum angle of view.

軸上コリメータ14で例示するとおり、それぞれのコリメータ14,15,16には照明光源となる白色LED23と、拡散板及びコンデンサレンズを含む照明光学系24が内蔵され、ターレット式に設けられたチャート板25を照明する。チャート板25にはその回転位置に応じて異なったチャート図柄が付されており、例えば被検レンズ7の倍率や測定条件に応じて選択された適切なものが照明光学系24の光路内にセットされる。チャート板25はコリメートレンズ26の焦点面上に位置しているため、いずれのコリメータ14,15,16であってもそのチャート図柄からの測定光は平行光束となってコリメートレンズ26から出射する。   As exemplified by the on-axis collimator 14, each collimator 14, 15, 16 includes a white LED 23 serving as an illumination light source, an illumination optical system 24 including a diffusion plate and a condenser lens, and a chart plate provided in a turret manner. 25 is illuminated. The chart plate 25 is provided with a different chart design depending on its rotational position. For example, an appropriate one selected according to the magnification of the lens 7 to be examined and the measurement conditions is set in the optical path of the illumination optical system 24. Is done. Since the chart plate 25 is located on the focal plane of the collimating lens 26, the measurement light from the chart pattern is emitted from the collimating lens 26 as a parallel light beam in any of the collimators 14, 15, and 16.

上記軸外コリメータ15,16の移動及び揺動は、基本的には測定条件の初期設定に応じていずれも専用のアクチュエータによって自動的に実行される。すなわち、被検レンズ7の結像性能の測定を実行する際にはその測定条件が初期設定されるが、こうして初期設定された測定条件のもとで自動的に測定シーケンスが組まれ、この測定シーケンスに基づいて自動的にそれぞれのコリメータ14,15,16の作動が制御される。また、測定開始後には被検レンズ7を必要に応じてレンズマウント6とともに光軸回りに回転することができ、その回転角や回転のタイミングなども測定シーケンスにしたがって自動的に行われる。   The movement and swing of the off-axis collimators 15 and 16 are basically automatically executed by a dedicated actuator in accordance with the initial setting of measurement conditions. That is, when the imaging performance of the lens 7 to be measured is measured, the measurement conditions are initially set, and a measurement sequence is automatically created under the measurement conditions thus initialized. The operations of the respective collimators 14, 15, 16 are automatically controlled based on the sequence. Further, after the measurement is started, the test lens 7 can be rotated around the optical axis together with the lens mount 6 as necessary, and the rotation angle, the timing of the rotation, and the like are automatically performed according to the measurement sequence.

マウントベース3の背後に三軸ステージ28が設けられ、この三軸ステージ28に固定されたブラケット29によってカメラユニット30が保持されている。三軸ステージ28は、アクチュエータとしてステッピングモータを内蔵したドライブユニット32に連結されている。そしてドライブユニット32からの駆動バルスで三軸ステージ28を駆動することにより、三軸ステージ28が定盤2に正確に位置決めして固定されていることを前提として、基準光軸Kに垂直な面内で水平なX軸方向、同面内で垂直なY軸方向、さらに基準光軸Kと平行なZ軸方向の三方向にカメラユニット30を任意に移動させることができる。なお、X軸,Y軸,Z軸のそれぞれは矢印方向が正方向であり、X軸については紙面の表面から裏面に向かう方向で正方向となっている。   A triaxial stage 28 is provided behind the mount base 3, and a camera unit 30 is held by a bracket 29 fixed to the triaxial stage 28. The triaxial stage 28 is connected to a drive unit 32 that includes a stepping motor as an actuator. Then, by driving the triaxial stage 28 with the driving pulse from the drive unit 32, the in-plane perpendicular to the reference optical axis K is assumed on the assumption that the triaxial stage 28 is accurately positioned and fixed to the surface plate 2. Thus, the camera unit 30 can be arbitrarily moved in three directions: a horizontal X-axis direction, a Y-axis direction perpendicular to the same plane, and a Z-axis direction parallel to the reference optical axis K. Each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis has a positive arrow direction, and the X-axis has a positive direction in the direction from the front surface to the back surface.

カメラユニット30は、拡大作用をもつリレー光学系を内蔵した第一鏡筒33と、リレー光学系から出射した光束を結像させる結像光学系を収容した第二鏡筒34と、前記結像光学系による像をイメージセンサで撮像する撮像部35とからなり、その撮像光軸は三軸ステージ28のZ軸と平行となっている。第一鏡筒33と第二鏡筒34の一部はレンズマウント6の中空部内に入り込み、第一鏡筒33内のリレー光学系は被検レンズ7によって空中結像されたチャート図柄の像(以下、チャート像)を拡大して第二鏡筒34内の結像光学系へと伝達し、撮像部35内のイメージセンサには拡大されたチャート像が結像される。なお、軸上コリメータ14及び軸外コリメータ15,16からは、いずれもチャート図柄からの平行光束が入射されるためチャート像の結像面は被検レンズ7の焦点面に一致する。   The camera unit 30 includes a first lens barrel 33 including a relay optical system having an enlargement function, a second lens barrel 34 containing an image forming optical system that forms an image of a light beam emitted from the relay optical system, and the image forming unit. The imaging unit 35 captures an image by an optical system with an image sensor, and the imaging optical axis thereof is parallel to the Z axis of the triaxial stage 28. A part of the first lens barrel 33 and the second lens barrel 34 enter the hollow portion of the lens mount 6, and the relay optical system in the first lens barrel 33 is an image of a chart symbol (imaged in the air by the test lens 7). Hereinafter, the chart image) is enlarged and transmitted to the imaging optical system in the second lens barrel 34, and the enlarged chart image is formed on the image sensor in the imaging unit 35. Since both the on-axis collimator 14 and the off-axis collimators 15 and 16 receive parallel light beams from the chart design, the image plane of the chart image coincides with the focal plane of the lens 7 to be examined.

チャート像を撮像して得られた撮像信号を画像処理することによって、チャート像のコントラストを表す画像データを得ることができ、さらにこの画像データを解析してMTF値による被検レンズ7の評価を行うことが可能となる。なお、被検レンズ7としては図示のような単レンズに限らず、接合や間隔環の併用により複数枚のレンズを組み合わせた複合レンズであってもよい。   Image processing representing the contrast of the chart image can be obtained by performing image processing on the imaging signal obtained by imaging the chart image. Further, the image data is analyzed to evaluate the test lens 7 based on the MTF value. Can be done. The test lens 7 is not limited to a single lens as shown in the figure, and may be a compound lens in which a plurality of lenses are combined by joint or interval ring use.

このレンズ検査機の動作は、図3に示すシステムコントローラ40の管制下に各機能ブロックによって制御され、基本的には予めシーケンスメモリ41に用意された測定シーケンスにしたがって測定処理が行われる。設定入力装置42は、液晶モニタなどの表示パネル43とともに測定開始に先立つ種々の測定条件の入力や被検レンズ7の光学諸元データなどの入力に用いられる。例えば、軸外コリメータ15,16を使用するか否か、また被検レンズ7を回転させながら測定する場合には回転の単位ステップ角、さらには被検レンズ7の軸外から測定光を入射させるときの入射角の可変範囲などが表示パネル43に表示される案内項目などを参照しながら対話式に入力することができる。   The operation of this lens inspection machine is controlled by each functional block under the control of the system controller 40 shown in FIG. 3, and basically a measurement process is performed according to a measurement sequence prepared in advance in the sequence memory 41. The setting input device 42 is used together with a display panel 43 such as a liquid crystal monitor for inputting various measurement conditions prior to the start of measurement and optical specification data of the lens 7 to be examined. For example, whether or not the off-axis collimators 15 and 16 are used, and when measuring while rotating the test lens 7, the measurement light is incident from the unit step angle of rotation, and further from the off-axis of the test lens 7. The incident angle variable range can be interactively input while referring to the guidance items displayed on the display panel 43.

測定シーケンスの進行に応じ、システムコントローラ40は軸上あるいは軸外コリメータ14〜16に点灯コマンドを送り、これにより白色LED23が点灯してレンズマウント6に装着された被検レンズ7に測定光が入射されるようになる。軸外コリメータ15,16による測定が行われるときには、測定シーケンスの経過にしたがってシステムコントローラ40からアクチュエータ駆動制御IC45,46に適宜のタイミングで移動コマンドが送られ、軸外コリメータ15,16は直線ガイド18,19上を自動的にスライドし、また揺動ステージ20,21により自動的に揺動して被検レンズ7への測定光の入射角を変更する。測定中に被検レンズ7を基準光軸Kの回りに回転させる必要があるときには、回転制御IC47にコマンドが送られ、ポテンショメータ11からの信号を監視しながらモータ10のフィードバック制御が行われる。これにより、レンズマウント6は目標となる回転位置に高精度に停止されるようになる。   As the measurement sequence progresses, the system controller 40 sends a lighting command to the on-axis or off-axis collimators 14 to 16, whereby the white LED 23 is lit and the measurement light is incident on the lens 7 mounted on the lens mount 6. Will come to be. When measurement by the off-axis collimators 15 and 16 is performed, a movement command is sent from the system controller 40 to the actuator drive control ICs 45 and 46 at an appropriate timing according to the progress of the measurement sequence, and the off-axis collimators 15 and 16 receive the linear guide 18. , 19 are automatically slid, and are automatically oscillated by the oscillating stages 20, 21 to change the incident angle of the measuring light to the lens 7 to be measured. When it is necessary to rotate the lens 7 to be measured around the reference optical axis K during the measurement, a command is sent to the rotation control IC 47 and the feedback control of the motor 10 is performed while monitoring the signal from the potentiometer 11. As a result, the lens mount 6 is stopped at a target rotational position with high accuracy.

このレンズ測定機では、測定に際して軸上コリメータ14、軸外コリメータ15,16のいずれを用いる場合であっても、カメラユニット30を基準光軸K(Z軸方向)方向に一定ピッチPでステップ送りしながら測定データを得るようにしている。このため、前述のようにカメラユニット30は三軸ステージ28で支持され、システムコントローラ40からアクチュエータ駆動制御IC48に移動先データが送られ、これに対応してドライブユニット32に所定個数の駆動パルスが供給されることによって、三軸ステージ28を介してカメラユニット30が移動する。移動先データに応じてドライブユニット32にはZ軸方向の駆動パルスが送られるが、それぞれの駆動パルス数は移動データメモリ49に記録される。なお、駆動パルス一個あたりの三軸ステージ28のX軸,Y軸,Z軸方向への移動量は互いに等しくなっている。   In this lens measuring machine, regardless of whether the on-axis collimator 14 or the off-axis collimators 15 and 16 are used for measurement, the camera unit 30 is stepped at a constant pitch P in the direction of the reference optical axis K (Z-axis direction). While trying to get measurement data. Therefore, as described above, the camera unit 30 is supported by the three-axis stage 28, and the destination data is sent from the system controller 40 to the actuator drive control IC 48, and a predetermined number of drive pulses are supplied to the drive unit 32 correspondingly. As a result, the camera unit 30 moves via the three-axis stage 28. Drive pulses in the Z-axis direction are sent to the drive unit 32 in accordance with the movement destination data, and the number of each drive pulse is recorded in the movement data memory 49. Note that the amounts of movement of the triaxial stage 28 per drive pulse in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are equal to each other.

カメラユニット30に内蔵されたイメージセンサから得られる撮像信号は、信号処理回路50を経てデジタル化された画像データに変換され、画像データメモリ51に保存される。画像データ処理回路52は、保存された画像データに基づいて画像処理演算を行い、得られた画像のコントラスト分布データを取得してMTF演算部54に入力する。MTF演算部54は、高速フーリエ変換(FFT)処理を行ってMTF値の算出を行い、得られたMTF値データを入力されたコントラスト分布データとともに測定データメモリ55に格納する。   An imaging signal obtained from an image sensor built in the camera unit 30 is converted into digitized image data through a signal processing circuit 50 and stored in an image data memory 51. The image data processing circuit 52 performs image processing calculation based on the stored image data, acquires the contrast distribution data of the obtained image, and inputs it to the MTF calculation unit 54. The MTF calculation unit 54 performs a fast Fourier transform (FFT) process to calculate the MTF value, and stores the obtained MTF value data in the measurement data memory 55 together with the input contrast distribution data.

補正係数演算部56及び補正係数メモリ57は、三軸ステージ28の作動によりカメラユニット30を所定の測定位置に移動させるときに、定盤2に対する三軸ステージ28の位置決め精度を厳密に保ち得ない場合でも、カメラユニット30をできるだけ目標とする移動先に移動させることができるように設けられている。これらは被検レンズ7の測定が開始される前に、移動補正処理用の補正係数を求める際に用いられる。補正係数演算部56は、システムコントローラ40を通して三軸ステージ28を実際に作動させたときの駆動パルスデータを移動データメモリ49から読み込み、そして移動の前後の測定データに基づいて補正係数を算出する。算出された補正係数は補正係数メモリ57に記録され、被検レンズ7の測定にあたって三軸ステージ28を作動させるときにシステムコントローラ40によって読み込まれ利用される。   The correction coefficient calculation unit 56 and the correction coefficient memory 57 cannot strictly maintain the positioning accuracy of the triaxial stage 28 with respect to the surface plate 2 when the camera unit 30 is moved to a predetermined measurement position by the operation of the triaxial stage 28. Even in this case, the camera unit 30 is provided so that it can be moved to the target destination as much as possible. These are used when obtaining correction coefficients for movement correction processing before the measurement of the lens 7 to be examined is started. The correction coefficient calculator 56 reads drive pulse data when the triaxial stage 28 is actually operated through the system controller 40 from the movement data memory 49, and calculates a correction coefficient based on the measurement data before and after the movement. The calculated correction coefficient is recorded in the correction coefficient memory 57, and is read and used by the system controller 40 when operating the triaxial stage 28 in measuring the lens 7 to be tested.

上記レンズ検査機の基本的な作用について説明する。標準的なMTF測定時には、まず軸上コリメータ14が用いられ、カメラユニット30は基準光軸K上の最初の目標位置にセットされる。軸上コリメータ14からの測定光は基準光軸Kに沿って被検レンズ7に入射し、チャート板25からのチャート像は被検レンズ7の焦点面上に空中結像する。このチャート像は、カメラユニット30の第一鏡筒33に組み込まれたリレーレンズ系で10倍程度に拡大され、第二鏡筒34に組み込まれた結像光学系を通して撮像部35で撮像される。なお、カメラユニット30は三軸ステージ28の作動により基準光軸K上の最初の目標位置にセットされるが、基準光軸K方向に関しては、設定入力装置42から入力された被検レンズ7の光学諸元データに基づいて三軸ステージ28のZ軸座標値として算出される。   The basic operation of the lens inspection machine will be described. During standard MTF measurement, the on-axis collimator 14 is used first, and the camera unit 30 is set at the first target position on the reference optical axis K. The measurement light from the on-axis collimator 14 enters the test lens 7 along the reference optical axis K, and the chart image from the chart plate 25 forms an aerial image on the focal plane of the test lens 7. This chart image is magnified about 10 times by the relay lens system incorporated in the first lens barrel 33 of the camera unit 30, and is imaged by the imaging unit 35 through the imaging optical system incorporated in the second lens barrel 34. . The camera unit 30 is set at the first target position on the reference optical axis K by the operation of the three-axis stage 28. With respect to the direction of the reference optical axis K, the camera lens 30 is input from the setting input device 42. The Z-axis coordinate value of the three-axis stage 28 is calculated based on the optical specification data.

基準光軸K上における結像状態を測定する際に、被検レンズ7の焦点面上に厳密にカメラユニット30のピント合わせを行うことが困難であるため、測定時にはカメラユニット30を基準光軸K方向に移動させながら複数の測定位置でチャート像を撮像する。このため、被検レンズ7の計算上の結像面位置(焦点面位置)を中心とし、その前後に一定幅の前ピン領域と後ピン領域とを含めたデフォーカス範囲が設定される。デフォーカス範囲の前端は前ピン領域の前端に相当するが、この位置でも極端なピンボケ状態になることはなく、画像の輪郭は十分に判別できる程度の鮮明さで撮像可能であり、これはデフォーカス範囲の後端でも同様である。そして、このデフォーカス範囲の前端から後端に向かってカメラユニット30を一定ピッチPで例えば4回ステップ送りし、停止した5個所で順次に撮像を行って測定データを得ている。   When measuring the imaging state on the reference optical axis K, it is difficult to strictly focus the camera unit 30 on the focal plane of the lens 7 to be measured. Chart images are taken at a plurality of measurement positions while moving in the K direction. For this reason, a defocus range including a front pin area and a rear pin area having a certain width before and after the image forming plane position (focal plane position) of the lens 7 to be measured is set as the center. Although the front end of the defocus range corresponds to the front end of the front pin area, there is no extreme out-of-focus condition even at this position, and the image outline can be captured with a sharpness that can be sufficiently distinguished. The same applies to the rear end of the focus range. Then, the camera unit 30 is stepped, for example, four times at a constant pitch P from the front end to the rear end of the defocus range, and measurement data is obtained by sequentially imaging at the five stopped positions.

デフォーカス範囲内でカメラユニット30をステップ送りするときに、上記のようにデフォーカス範囲の前端から後端に向かって移動させる代わりに、逆に後端から前端に向かってカメラユニット30を移動させるようにしてもよい。また、計算上のベストフォーカス位置で最初の撮像を行った後、前ピン側に1ステップ移動して2回目の撮像、次に後ピン側に2ステップ移動して3回目の撮像というように、予測されるベストフォーカス位置を中心とした反復移動式でカメラユニット30をステップ送りしながら順次に撮像することも可能である。この反復移動方式は、デフォーカス範囲内でのカメラユニット30のトータルの移動量は大きくなるが、最初に撮像を行う位置が現実のベストピント位置に最も近いはずであるから、最初にカメラユニット30を目標位置に移動させた時点でのチャート像を鮮明に撮像できる確率が最も高く、その直後に行われるセンタリング処理(後述)の所要時間を短縮することができる。 When stepping the camera unit 30 within the defocus range, instead of moving the camera unit 30 from the front end to the rear end of the defocus range as described above, the camera unit 30 is moved from the rear end to the front end. You may do it. In addition, after performing the first imaging at the calculated best focus position, the second imaging by moving one step to the front pin side, the second imaging by moving two steps to the rear pin side, and so on. It is also possible to sequentially capture images while stepping the camera unit 30 by a repetitive movement method centered on the predicted best focus position. In this repetitive movement method, the total amount of movement of the camera unit 30 within the defocus range is large, but since the position where the image is first captured should be closest to the actual best focus position, the camera unit 30 is first selected. The probability that the chart image at the time of moving to the target position can be clearly captured is the highest, and the time required for the centering process (described later) performed immediately after that can be shortened.

デフォーカス範囲で5回の撮像を行う際には、リレー光学系及び結像光学系の影響が測定結果に影響を与えることがないように、常に撮像画面の中心でチャート像の中心を撮像することができるようにカメラユニット30にはセンタリング処理が行われる。例えば被検レンズ7自体の固体差、軸上コリメータ14にターレット切替え式に組み込まれたチャート板25の位置ずれ、三軸ステージ28の位置決め精度などの要因で、カメラユニット30を正確に目標位置に移動させたとしても、撮像部35に内蔵したイメージセンサの撮像画面中心がチャート像の中心と一致する最適な撮像位置でカメラユニット30が静止しているとは限らない。   When performing imaging five times in the defocus range, always capture the center of the chart image at the center of the imaging screen so that the influence of the relay optical system and the imaging optical system does not affect the measurement result. Thus, the camera unit 30 is subjected to centering processing. For example, the camera unit 30 is accurately set to the target position due to factors such as the individual difference of the lens 7 itself, the displacement of the chart plate 25 incorporated in the on-axis collimator 14 in a turret switching manner, and the positioning accuracy of the triaxial stage 28. Even if the camera unit 30 is moved, the camera unit 30 is not always stationary at the optimal imaging position where the center of the imaging screen of the image sensor built in the imaging unit 35 coincides with the center of the chart image.

このような場合に対応することができるように、カメラユニット30を自動的に最適の撮像位置に移動させるセンタリング(追尾)プログラムがシーケンスメモリ41に用意されている。そして図4に示すように、二点鎖線で示すイメージセンサの撮像画面60で所定パターン(図示の例では十字パターン)のチャート像62が捉えられると、イメージセンサから出力される撮像信号は信号処理回路50を経てデジタル化された画像データに変換され、画像データメモリ51に保存される。画像データ処理回路52は、保存された画像データに基づいて画像処理演算を行い、撮像画面60内におけるチャート像62の中心位置を表す情報をシステムコントローラ40に入力する。   A centering (tracking) program for automatically moving the camera unit 30 to the optimum imaging position is prepared in the sequence memory 41 so as to cope with such a case. As shown in FIG. 4, when a chart image 62 of a predetermined pattern (cross pattern in the illustrated example) is captured on the imaging screen 60 of the image sensor indicated by a two-dot chain line, the imaging signal output from the image sensor is subjected to signal processing. It is converted to digitized image data through the circuit 50 and stored in the image data memory 51. The image data processing circuit 52 performs image processing calculation based on the stored image data, and inputs information representing the center position of the chart image 62 in the imaging screen 60 to the system controller 40.

システムコントローラ40は、シーケンスメモリ41に格納されたセンタリングプログラムにしたがい、チャート像(十字線)62の中心が撮像画面60の中心と合致するようにアクチュエータ駆動制御IC48に駆動信号を送り、三軸ステージ28の作動を制御する。この結果、カメラユニット30は、撮像光軸を一定に保ったまま被検レンズ7の焦点面と平行な面内で移動調節され、これに伴って撮像範囲60が移動して最終的には実線で示す撮像範囲60の中心でチャート像62の中心を捉えて撮像することができるようになる。   In accordance with the centering program stored in the sequence memory 41, the system controller 40 sends a drive signal to the actuator drive control IC 48 so that the center of the chart image (crosshair) 62 coincides with the center of the imaging screen 60, and the three-axis stage 28 is controlled. As a result, the camera unit 30 is moved and adjusted in a plane parallel to the focal plane of the lens 7 to be tested while keeping the imaging optical axis constant, and the imaging range 60 is moved accordingly, and finally a solid line. The center of the chart image 62 can be captured at the center of the imaging range 60 shown in FIG.

なお、カメラユニット30を目標位置に移動した最初の段階で撮像範囲60に捉えられたチャート像62が十字線の縦線あるいは横線の一方だけである場合、あるいはチャート像62が極端なピンボケ状態で撮像された場合には、カメラユニット30を追尾させる方向が判然としなくなるおそれがある。この点、カメラユニット30の最初の目標位置はXY座標面に関しては原点に相当する基準光軸K上に決められ、また光軸方向(Z軸方向)に関しては前述したデフォーカス範囲の中に収まっているから、ほとんどの場合、撮像範囲60内にチャート像62の中心を含ませることができ、また基準光軸K方向に関してもチャート像62の識別が可能なピント範囲内であるから、センタリング処理に問題が生じることはない。 When the chart image 62 captured in the imaging range 60 at the initial stage of moving the camera unit 30 to the target position is only one of the vertical line or horizontal line of the cross line, or the chart image 62 is in an extremely out of focus state. When the image is taken, the direction in which the camera unit 30 is tracked may be unclear. In this regard, the initial target position of the camera unit 30 is determined on the reference optical axis K corresponding to the origin with respect to the XY coordinate plane, and the optical axis direction (Z-axis direction) is within the defocus range described above. Therefore, in most cases, the center of the chart image 62 can be included in the imaging range 60, and the centering process is performed because the chart image 62 is within the focus range that can be identified with respect to the reference optical axis K direction. There will be no problems.

チャート像62の中心が、図4に実線で示すように撮像画面60の中心で捉えられると、カメラユニット30はチャート像62を最初の測定画像として撮像し、得られた撮像信号はデジタル化された測定画像データとして画像データメモリ51に保存される。続いてカメラユニット30は、三軸ステージ28によりそのZ軸方向に一定ピッチPだけステップ送りされ、次のセンタリング処理が開始される。センタリング処理によってチャート像62の中心が撮像画面60の中心で捉えられると同様に測定画像の撮像が行われ、その測定画像データが画像データメモリ51に保存される。こうしてカメラユニット30をデフォーカス範囲内の5点に順次に移動させ、それぞれセンタリングと撮像を行うことによって、ピントを少しずつずらしたチャート像62の5種類の測定画像データが得られる。   When the center of the chart image 62 is captured at the center of the imaging screen 60 as shown by a solid line in FIG. 4, the camera unit 30 captures the chart image 62 as the first measurement image, and the obtained imaging signal is digitized. The measured image data is stored in the image data memory 51. Subsequently, the camera unit 30 is stepped by a fixed pitch P in the Z-axis direction by the three-axis stage 28, and the next centering process is started. When the center of the chart image 62 is captured at the center of the imaging screen 60 by the centering process, the measurement image is captured, and the measurement image data is stored in the image data memory 51. In this way, by moving the camera unit 30 sequentially to five points within the defocus range, and performing centering and imaging, respectively, five types of measurement image data of the chart image 62 in which the focus is slightly shifted can be obtained.

画像データメモリ51に保存された5種類の測定画像データは順次に画像データ処理回路52によって解析される。例えば、図5に示すように撮像画面60の中心から垂直,水平方向に等距離となる測定ライン63a,63bに沿ってチャート像62の縦線と横線とをそれぞれ横切るように画像のコントラストCが測定される。なお、測定ライン63a,63bの双方で測定を行うことが望ましいが、それぞれから得られた測定画像データの扱いは全く同様なので、以後、その測定ライン63aから得られる測定画像データをもとにして説明する。   The five types of measurement image data stored in the image data memory 51 are sequentially analyzed by the image data processing circuit 52. For example, as shown in FIG. 5, the image contrast C is such that the vertical line and the horizontal line of the chart image 62 are respectively crossed along measurement lines 63a and 63b that are equidistant from the center of the imaging screen 60 in the vertical and horizontal directions. Measured. Although it is desirable to perform measurement on both of the measurement lines 63a and 63b, the measurement image data obtained from each of the measurement lines 63a and 63b are handled in exactly the same way. Henceforth, based on the measurement image data obtained from the measurement line 63a. explain.

図5に測定データの一例をグラフ化して示すように、チャート像62のフォーカス状態に応じてコントラストCの測定データのパターンが異なる。理想的なフォーカス合致状態では実線で示すような矩形パターンになってコントラストCのピーク値も最大となり、デフォーカスの度合が大きくなるほどピーク値が下がって裾に広がりをもった山形のパターンとなる。   As shown in a graph of an example of the measurement data in FIG. 5, the pattern of the measurement data for contrast C differs depending on the focus state of the chart image 62. In an ideal focus match state, a rectangular pattern as shown by a solid line is obtained, and the peak value of contrast C is maximized, and the peak value decreases and becomes a mountain-shaped pattern with a spread at the bottom as the degree of defocus increases.

図6は得られた測定データの一例を示すもので、同図(A)は、デフォーカス範囲の前端にカメラユニット30を位置決めして撮像したときのコントラストCを表す測定画像データと、この測定画像データからFFT変換(高速フーリエ変換)して得られたMTF値の周波数特性を示すグラフとをそれぞれ左右に並べて表したものである。同図(B)はカメラユニット30を一定ピッチPだけ後方に移動させたときの測定データ、同図(C)はさらに一定ピッチP後方に移動させたときの測定データを示している。デフォーカス範囲の前端は、カメラユニット30が必ず前ピン状態でチャート像62を撮像する位置として決められているから、ほとんどの場合、同図(A)の状態よりも同図(B)の方がピントは良好となる。図示の例では、カメラユニット30をさらに1ピッチPだけ後方に移動させた方がさらに鮮明な結像状態が得られている。   FIG. 6 shows an example of the obtained measurement data. FIG. 6A shows measurement image data representing the contrast C when the camera unit 30 is positioned and imaged at the front end of the defocus range, and the measurement data. The graphs showing the frequency characteristics of the MTF values obtained by performing FFT transform (Fast Fourier Transform) from the image data are shown side by side. FIG. 5B shows measurement data when the camera unit 30 is moved backward by a constant pitch P, and FIG. 6C shows measurement data when the camera unit 30 is further moved backward by a constant pitch P. FIG. Since the front end of the defocus range is always determined as a position where the camera unit 30 captures the chart image 62 in the front pin state, in most cases, the direction of FIG. However, the focus is good. In the illustrated example, a clearer imaging state is obtained when the camera unit 30 is further moved backward by one pitch P.

このように、カメラユニット30をZ軸方向に設定されたデフォーカス範囲の前端から後端まで一定ピッチPで4回のステップ送りを行い、それぞれセンタリング処理を行った後の5個所の測定位置で撮像することによって、図6(A),(B),(C)の左側にそれぞれ示したように結像状態が異なった5種類の測定画像データが得られる。得られた測定画像データは順次に画像データメモリ51に保存され、それぞれの測定画像データごとに画像データ処理回路52によってコントラストCの測定、MTF演算部54による演算処理が行われ、一定の周波数F1におけるMTF値M1〜M5の算出が行われる。なお、この場合の周波数F1は被検レンズ7の光学諸元に応じて適切な値が選択される。   As described above, the camera unit 30 is stepped four times at a constant pitch P from the front end to the rear end of the defocus range set in the Z-axis direction, and each of the five measurement positions after performing the centering process. By imaging, five types of measurement image data with different imaging states are obtained as shown on the left side of FIGS. 6 (A), (B), and (C). The obtained measurement image data is sequentially stored in the image data memory 51, the contrast C is measured by the image data processing circuit 52 for each measurement image data, and the calculation process by the MTF calculation unit 54 is performed, and the constant frequency F1 is obtained. The MTF values M1 to M5 are calculated. In this case, an appropriate value for the frequency F1 is selected according to the optical specifications of the lens 7 to be examined.

こうして得られた一定周波数F1におけるそれぞれのMTF値を、Z軸座標で表される測定位置Z1〜Z5ごとにプロットすることによって、図7のようにグラフ化されたMTF値評価データを得ることができる。このグラフからわかるように、MTF値がピークとなるベストピント位置ZPにカメラユニット30を移動させなくても、離散的に5個所で得られたデータに基づいて補間演算を行って、ベストピント位置をZ軸の座標値として識別することができ、またピークとなるMTF値MPも求めることができる。図示の例の場合、ベストピント位置ZPの座標値は、カメラユニット30をデフォーカス範囲内で一定ピッチPだけZ軸方向に移動させるときにアクチュエータ駆動制御ICからドライブユニット32に供給される駆動パルスの個数をTとし、Z軸座標Z3からさらに駆動パルスをU(<T)個供給した時点でMTFピーク値MPが得られたとすると、座標値ZPは「Z3+(U/T)P」として求められる。   The MTF value evaluation data graphed as shown in FIG. 7 can be obtained by plotting the respective MTF values at the constant frequency F1 thus obtained for each of the measurement positions Z1 to Z5 represented by the Z-axis coordinates. it can. As can be seen from this graph, even if the camera unit 30 is not moved to the best focus position ZP at which the MTF value reaches its peak, interpolation is performed based on the data obtained at five discrete points, and the best focus position is obtained. Can be identified as the coordinate value of the Z axis, and the peak MTF value MP can also be obtained. In the case of the illustrated example, the coordinate value of the best focus position ZP is the value of the drive pulse supplied from the actuator drive control IC to the drive unit 32 when the camera unit 30 is moved in the Z-axis direction by a constant pitch P within the defocus range. Assuming that the number is T and the MTF peak value MP is obtained when U (<T) drive pulses are supplied from the Z-axis coordinate Z3, the coordinate value ZP is obtained as “Z3 + (U / T) P”. .

なお、設定したデフォーカスの範囲が広すぎたりその範囲内におけるカメラユニット30のステップ移動の回数を増やし過ぎたりすると、測定に要する時間が長くなって測定効率が低下する。逆に、デフォーカスの範囲を狭め過ぎたり移動ステップの回数を減らし過ぎると、デフォーカス範囲内でベストフォーカス状態が得られなくなったり、ベストフォーカスとなる位置を補間演算で求めるときの信頼性が低くなる。したがって、MTF測定時におけるカメラユニット30の移動範囲(デフォーカス範囲)と、その移動範囲内におけるステップ移動の回数あるいは移動ピッチPは、予め被検レンズ7の個体差を考慮して設定入力装置42で設定され、あるいは適宜に変更できるようにしている。   Note that if the set defocus range is too wide or the number of step movements of the camera unit 30 within the range is increased too much, the time required for measurement becomes longer and the measurement efficiency decreases. Conversely, if the defocus range is too narrow or the number of movement steps is reduced too much, the best focus state cannot be obtained within the defocus range, or the reliability when obtaining the best focus position by interpolation calculation is low. Become. Therefore, the moving range (defocusing range) of the camera unit 30 at the time of MTF measurement and the number of step movements or the moving pitch P within the moving range are set in advance in consideration of individual differences of the lens 7 to be tested. It can be set or changed as appropriate.

軸上コリメータ14を用いた測定に際しては、センタリング処理と並行してカメラユニット30を予め設定されたデフォーカス範囲で基準光軸Kと平行に移動してチャート像の撮像が行われ、それぞれの撮像位置における数値化データが取り込まれる。また、軸外コリメータ15,16を用い、基準光軸Kから傾いた方向から測定光を入射して計測する際には、測定光の入射光軸が被検レンズ7の中心を通る水平面内に限られるため、被検レンズ7の軸対称性も評価するには被検レンズ7をレンズマウント6とともに回転させながら測定することになる。このレンズ検査機は、一対の軸外コリメータ15,16が基準光軸Kに関して対称な位置に設けられているため、これらを組み合せて使用することによってレンズマウント6を180°の範囲で回転させるだけで光軸回りの360°の角度範囲から被検レンズ7に測定光を入射させることを可能にしている。   In measurement using the on-axis collimator 14, in parallel with the centering process, the camera unit 30 is moved in parallel with the reference optical axis K within a preset defocus range, and chart images are captured. The digitized data at the position is captured. Further, when the measurement light is incident from the direction inclined from the reference optical axis K using the off-axis collimators 15 and 16, the incident optical axis of the measurement light is in a horizontal plane passing through the center of the lens 7 to be measured. Therefore, in order to evaluate the axial symmetry of the test lens 7, the test lens 7 is measured while being rotated together with the lens mount 6. In this lens inspection machine, since the pair of off-axis collimators 15 and 16 are provided at symmetrical positions with respect to the reference optical axis K, the lens mount 6 can be rotated within a range of 180 ° by using them in combination. Thus, it is possible to make the measurement light incident on the lens 7 to be measured from an angular range of 360 ° around the optical axis.

軸上での測定を終えた後に引き続き軸外での測定を行う場合には、カメラユニット30をデフォーカス範囲の前端に移動させた後、基準光軸Kに対して撮像光軸を平行に維持したままカメラユニット30を三軸ステージ28によりX軸方向に移動して基準光軸K上から外し、軸外でのチャート像の結像状態が測定される。この場合の測定シーケンスも基準光軸K上での測定と同様で、カメラユニット30を軸外目標位置に移動させた後は、センタリング処理、そして軸上測定時と同じデフォーカス範囲内でカメラユニット30を基準光軸Kと平行に後ピン方向に一定ピッチPで送りながら、順次に5種類の測定画像データを得る。こうして得られた測定画像データに基づいて、全く同様に図6及び図7に示すようにしてMTF値が算出される。   When the off-axis measurement is continued after the on-axis measurement is finished, the imaging optical axis is maintained parallel to the reference optical axis K after the camera unit 30 is moved to the front end of the defocus range. In this state, the camera unit 30 is moved in the X-axis direction by the three-axis stage 28 to be removed from the reference optical axis K, and the imaging state of the chart image off the axis is measured. The measurement sequence in this case is the same as the measurement on the reference optical axis K, and after the camera unit 30 is moved to the off-axis target position, the camera unit is within the same defocus range as the centering process and on-axis measurement. Five types of measurement image data are sequentially obtained while 30 is sent at a constant pitch P in the rear pin direction parallel to the reference optical axis K. Based on the measurement image data thus obtained, the MTF value is calculated in the same manner as shown in FIGS.

ところで、軸上コリメータ14を用いて基準光軸K上でカメラユニット30を移動しながら測定を行う場合には、最初の目標位置に移動させた後はカメラユニット30が基準光軸K上から外れることはほとんどない。これは、カメラユニット30により高倍率で撮像されたチャート像62の中心を撮像画面内で追尾しながらカメラユニット30をフィードバック式にセンタリング処理しているからで、基準光軸Kと直交するXY座標面内で移動があっても極めて微小で、無視できる範囲内のものである。   By the way, when the measurement is performed while moving the camera unit 30 on the reference optical axis K using the on-axis collimator 14, the camera unit 30 moves off from the reference optical axis K after moving to the first target position. There is hardly anything. This is because the camera unit 30 is centered in a feedback manner while tracking the center of the chart image 62 imaged at a high magnification by the camera unit 30 in the imaging screen, so that the XY coordinates orthogonal to the reference optical axis K are obtained. Even if there is movement in the plane, it is extremely small and within a negligible range.

これに対し、軸外での測定を行うためにカメラユニット30を軸外目標位置に移動させる場合には、例えば基準光軸K上でカメラユニット30をデフォーカス範囲の前端に移動させた後、カメラユニット30は基準光軸Kから軸外目標位置に対応してX軸方向に大きく移動する。このX軸方向への移動処理は、システムコントローラ40からアクチュエータ駆動制御IC48にX座標値が入力され、そのX座標値に対応した個数の駆動パルスで三軸ステージ28が駆動されることによって行われるが、このときのカメラユニット30の移動量は上述したセンタリング処理時の移動量と比較して格段に大きくなる。   In contrast, when the camera unit 30 is moved to the off-axis target position in order to perform off-axis measurement, for example, after the camera unit 30 is moved to the front end of the defocus range on the reference optical axis K, The camera unit 30 moves greatly from the reference optical axis K in the X-axis direction corresponding to the off-axis target position. The movement process in the X-axis direction is performed by inputting an X coordinate value from the system controller 40 to the actuator drive control IC 48 and driving the three-axis stage 28 with the number of drive pulses corresponding to the X coordinate value. However, the amount of movement of the camera unit 30 at this time is significantly larger than the amount of movement during the centering process described above.

ところが、定盤2の上面及び基準光軸Kに対して三軸ステージ28の三軸X,Y,Zの全てを高精度に位置決めすることは現実的には極めて難しい。三軸ステージ28の底面を位置決め用の一基準面としたとき、この底面を定盤2の上面に一致させることにより、実用上問題がない精度の範囲内でX軸,Z軸を定盤2の上面に平行にし、かつY軸を定盤2の上面に垂直にすることは可能であるにしても、多くの場合、機械的な位置の測定及び調整だけで、レンズ検査機に必要とされる精度が満たされる程度にまでZ軸を基準光軸Kに平行に合わせ込むことは非常に困難である。   However, in reality, it is extremely difficult to position all three axes X, Y, and Z of the three-axis stage 28 with respect to the upper surface of the surface plate 2 and the reference optical axis K with high accuracy. When the bottom surface of the triaxial stage 28 is used as a reference surface for positioning, the X axis and the Z axis are set within the accuracy range with no practical problem by matching the bottom surface with the upper surface of the surface plate 2. Although it is possible to make the Y-axis parallel to the upper surface of the plate and the Y-axis perpendicular to the upper surface of the surface plate 2, it is often required for a lens inspection machine only by measuring and adjusting the mechanical position. Therefore, it is very difficult to align the Z axis parallel to the reference optical axis K to such an extent that the accuracy to be satisfied is satisfied.

こうした事情から、基準光軸Kと三軸ステージ28のZ軸との間には数秒〜十数秒程度、あるいはそれ以上の傾き誤差が残るが、これに対応して三軸ステージ28のXY座標面が基準光軸Kに対して傾くことになり、カメラユニット30を三軸ステージ28のX軸方向にだけ移動させたときでも、基準光軸K方向に移動してしまうことになる。基準光軸K方向への移動量は、X軸方向への移動量に比例して大きくなるため、上述のように軸上測定位置から軸外測定位置へと数mm程度移動させると、基準光軸K方向に10μm以上も移動することがある。この結果、カメラユニット30を軸外目標位置のデフォーカス範囲の前端で停止させたときのデフォーカスの度合が大きくなってピンボケ状態となって通常のシーケンス処理では適切なセンタリングができなくなり、測定効率を低下させることにもなりかねない。   For these reasons, an inclination error of several seconds to several tens of seconds or more remains between the reference optical axis K and the Z axis of the triaxial stage 28. Correspondingly, an XY coordinate plane of the triaxial stage 28 corresponds to this. Is inclined with respect to the reference optical axis K, and even when the camera unit 30 is moved only in the X-axis direction of the triaxial stage 28, the camera unit 30 is moved in the reference optical axis K direction. Since the amount of movement in the direction of the reference optical axis K increases in proportion to the amount of movement in the direction of the X-axis, if the light is moved about several millimeters from the on-axis measurement position to the off-axis measurement position as described above, the reference light It may move 10 μm or more in the axis K direction. As a result, when the camera unit 30 is stopped at the front end of the defocus range of the off-axis target position, the degree of defocus increases and the camera becomes out of focus, so that proper centering cannot be performed in normal sequence processing. It may also decrease.

そこでこのレンズ検査機では、三軸ステージ28でカメラユニット30を目標位置に移動させるときに生じやすい目標位置からのズレを高精度で較正できるように、被検レンズ7の測定前に行われる簡単な操作で補正係数を求めておくことができるようにしている。補正係数を得るためには、図8に示すように、まずレンズホルダ8が装着されるレンズマウント6にフォーカスチェック用の治具となるチェックプレート65が装着される。   In view of this, in this lens inspection machine, the deviation from the target position, which is likely to occur when the camera unit 30 is moved to the target position by the three-axis stage 28, can be easily performed before measuring the lens 7 to be calibrated. The correction coefficient can be obtained by simple operation. In order to obtain the correction coefficient, as shown in FIG. 8, a check plate 65 serving as a focus check jig is first attached to the lens mount 6 to which the lens holder 8 is attached.

チェックプレート65は、レンズホルダ8と同様にレンズマウント6の前端部内周壁に螺合するネジが外周に切られ、レンズマウント6への装着部材として機能するリング66と、その内部に固定された表示プレート67とからなる。リング66をレンズマウント6に緊密に螺合すると、レンズホルダ8を固定したときと同様にレンズマウント6のマウント基準面にリング66の後端面が当接し、表示プレート67は基準光軸Kに垂直な姿勢となり、かつ基準光軸K上の一定位置に位置決めされる。   As with the lens holder 8, the check plate 65 has a ring 66 that functions as a mounting member for the lens mount 6, and a display fixed to the inside thereof. Plate 67. When the ring 66 is tightly screwed to the lens mount 6, the rear end surface of the ring 66 comes into contact with the mount reference surface of the lens mount 6 in the same manner as when the lens holder 8 is fixed, and the display plate 67 is perpendicular to the reference optical axis K. And is positioned at a fixed position on the reference optical axis K.

表示プレート67の背面がフォーカスチェック用の図柄パターンをプリントしたパターン表示面となっており、図柄パターンとしては一例として図9に実線で示すパターンが用いられている。図柄パターンは垂直線と水平線とが交差した複数の十字線領域を有し、中央部67aの中央十字線パターンと、中央部67aから水平方向に離れた周辺部67bの周辺十字線パターンと、中央部67aから垂直方向に離れた周辺部67cの周辺十字線パターンとを含む。中央部67aの中央十字線パターンは、基準光軸K上にあるカメラユニット30のイメージセンサ68の撮像画面60でカバーされ、また周辺部67b,67cの周辺十字線パターンは、カメラユニット30を基準光軸Kから水平方向,垂直方向に移動させたときにイメージセンサ68の撮像画面60でカバーされ、それぞれ個別に撮像される。なお、中央部67aの図柄パターンと、周辺部67b,67cの図柄パターンとを別々の図柄パターンにすることも可能であるが、上記のように同一のものにしておくことが望ましい。 The back surface of the display plate 67 is a pattern display surface on which a design pattern for focus check is printed. As an example of the design pattern, a pattern indicated by a solid line in FIG. 9 is used. The design pattern has a plurality of cross-hair regions where vertical lines and horizontal lines intersect, a central cross-line pattern of the center portion 67a, a peripheral cross-line pattern of the peripheral portion 67b horizontally away from the central portion 67a, and a center And a peripheral cross line pattern of the peripheral part 67c that is separated from the part 67a in the vertical direction. The central cross line pattern of the central portion 67a is covered by the imaging screen 60 of the image sensor 68 of the camera unit 30 on the reference optical axis K, and the peripheral cross line patterns of the peripheral portions 67b and 67c are based on the camera unit 30. When moved in the horizontal and vertical directions from the optical axis K, the image sensor 68 covers the image and captures the images individually. It is possible to make the symbol pattern of the central portion 67a and the symbol patterns of the peripheral portions 67b and 67c different from each other, but it is desirable that they are the same as described above.

三軸ステージ28の移動補正を行うための補正係数は図10に示す処理手順によって得られる。前述のようにチェックプレート65を装着した後、シーケンスメモリ41に用意されている補正係数算出処理シーケンスを起動させると、三軸ステージ28の作動によりカメラユニット30はXY座標面の原点を通るZ軸上に移動し、またZ軸座標に関しては表示プレート67の背面(パターン表示面)を基準に設定された目標位置に移動する。チェックプレート65のリング66や表示プレート67の厚みは既知であり、その装着位置は基準光軸Kに関して一義的に決まり、そして表示プレート67の背面を前述した被検レンズ7の結像面とみなすことによって、目標位置におけるZ軸方向の位置をデフォーカス範囲の前端として予め設定しておくことができる。   A correction coefficient for correcting the movement of the triaxial stage 28 is obtained by the processing procedure shown in FIG. When the correction coefficient calculation processing sequence prepared in the sequence memory 41 is started after mounting the check plate 65 as described above, the camera unit 30 operates the Z axis passing through the origin of the XY coordinate plane by the operation of the triaxial stage 28. The Z-axis coordinate moves to the target position set with reference to the back surface (pattern display surface) of the display plate 67. The thicknesses of the ring 66 and the display plate 67 of the check plate 65 are known, their mounting positions are uniquely determined with respect to the reference optical axis K, and the back surface of the display plate 67 is regarded as the imaging surface of the lens 7 to be tested. Thus, the position in the Z-axis direction at the target position can be set in advance as the front end of the defocus range.

こうしてカメラユニット30を目標位置に移動させた後は、図11に示すように、表示プレート67背面の図柄パターンの中央十字線が撮像画面60の中心と一致するように前述したカメラユニット30のセンタリングが行われ、撮像が行われる。以後は、前述した測定時の処理と全く同様に、カメラユニット30をデフォーカス範囲内で一定ピッチPずつ送りながら、順次にセンタリングと撮像を繰り返すことによって5種類の測定画像データを得ることができる。さらに、こうして得られた測定画像データに基づき、図6及び図7で述べた解析手順にしたがって表示プレート67の中央十字線についてベストピント位置ZP0を得ることができる。   After the camera unit 30 is moved to the target position in this way, the centering of the camera unit 30 described above is performed so that the central cross line of the symbol pattern on the back surface of the display plate 67 coincides with the center of the imaging screen 60 as shown in FIG. Is performed, and imaging is performed. Thereafter, in exactly the same way as in the measurement process described above, five types of measurement image data can be obtained by sequentially repeating the centering and imaging while the camera unit 30 is sent at a constant pitch P within the defocus range. . Furthermore, based on the measurement image data obtained in this way, the best focus position ZP0 can be obtained for the central cross line of the display plate 67 in accordance with the analysis procedure described in FIGS.

こうして得られたベストピント位置ZP0のZ軸座標値が「Z3+(U0/T)P」であったとすると、この値はその時点で移動データメモリ49から読み込まれたX,Y座標値(X0,Y0)とともに測定データメモリ55に第一位置データとして格納される。引き続き、表示プレート67背面の図柄パターンのうち前述の中央十字線から水平方向に外れた周辺十字線について、センタリング及び撮像を行って同様の手順でベストピント位置ZP1が得られる。周辺十字線について得られたベストピント位置ZP1の座標値が「Z3+(U1/T)P」であれば、これも同様にそのときのX,Y座標値(X1,Y1)とともに測定データメモリ55に第二位置データとして格納される。なお、チェックプレート65をレンズマウント6に装着したときに、図9に示すように中央十字線と周辺十字線とが水平に並ぶことがシーケンス処理上望ましいが、それぞれの十字線が多少傾いていたとしても、センタリング処理が可能な範囲であれば上記補正係数算出処理シーケンスでそのまま対応可能である。   If the Z-axis coordinate value of the best focus position ZP0 obtained in this way is “Z3 + (U0 / T) P”, this value is the X and Y coordinate values (X0, Y0) is stored in the measurement data memory 55 as the first position data. Subsequently, the best focus position ZP1 is obtained in the same procedure by performing centering and imaging for the peripheral cross line deviated in the horizontal direction from the central cross line in the pattern pattern on the back surface of the display plate 67. If the coordinate value of the best focus position ZP1 obtained for the peripheral cross line is “Z3 + (U1 / T) P”, this is similarly measured along with the X and Y coordinate values (X1, Y1) at that time. Is stored as second position data. When the check plate 65 is attached to the lens mount 6, it is desirable for the sequence processing that the center cross line and the peripheral cross line are arranged horizontally as shown in FIG. 9, but each cross line is slightly inclined. However, as long as the centering process is possible, the correction coefficient calculation process sequence can be used as it is.

これらの第一,第二位置データ(X0,Y0,ZP0),(X1,Y1,ZP1)は、補正係数演算部56で読み込まれ、三軸ステージ28の移動補正に用いられる補正係数αの算出が行われる。前述したように、三軸ステージ28のZ軸が定盤2の上面に平行で基準光軸Kに対して傾いているだけであれば、カメラユニット30をX軸方向に移動したときに、その移動に併せてカメラユニット30がZ軸方向にも移動してしまうことになるから、このZ軸方向への移動を防いでおく必要がある。   These first and second position data (X0, Y0, ZP0), (X1, Y1, ZP1) are read by the correction coefficient calculation unit 56 to calculate a correction coefficient α used for movement correction of the three-axis stage 28. Is done. As described above, if the Z-axis of the three-axis stage 28 is parallel to the upper surface of the surface plate 2 and only tilted with respect to the reference optical axis K, when the camera unit 30 is moved in the X-axis direction, Since the camera unit 30 also moves in the Z-axis direction along with the movement, it is necessary to prevent this movement in the Z-axis direction.

カメラユニット30のX軸方向への移動量は「X1−X0」として得られ、またZ軸方向への移動量は「ZP1−ZP0」として得ることができるから、X軸方向への単位移動量に対する補正係数αは「(ZP1−ZP0)/(X1−X0)」として算出することができる。例えば上記の例で、第一位置から第二位置へのX軸方向への移動量が5mm、そして一定ピッチPである50μmだけ移動させるための駆動パルス数Tが10、さらにU0=2、U1=9である場合には、カメラユニット30のX軸正方向への単位移動量に対するZ軸方向の補正係数αは7×10−3となる。 Since the movement amount of the camera unit 30 in the X-axis direction can be obtained as “X1-X0” and the movement amount in the Z-axis direction can be obtained as “ZP1-ZP0”, the unit movement amount in the X-axis direction Can be calculated as “(ZP1−ZP0) / (X1−X0)”. For example, in the above example, the amount of movement in the X-axis direction from the first position to the second position is 5 mm, the number of drive pulses T for moving by 50 μm, which is a constant pitch P, is 10, and U0 = 2, U1 When = 9, the correction coefficient α in the Z-axis direction with respect to the unit movement amount of the camera unit 30 in the positive X-axis direction is 7 × 10 −3 .

こうして補正係数αが求められ補正係数メモリ57に書き込まれた後は、チェックプレート65はレンズマウント6から取り外され、代わりに被検レンズ7を保持したレンズホルダ8がレンズマウント6に装着される。以後は、すでに説明した手順にしたがって被検レンズ7の測定が開始され、まず軸上コリメータ14を用いて基準光軸K上のデフォーカス範囲でカメラユニット30を平行にステップ送りしながらMTF測定が行われる。 After the correction coefficient α is obtained and written in the correction coefficient memory 57, the check plate 65 is removed from the lens mount 6, and the lens holder 8 holding the test lens 7 is attached to the lens mount 6 instead. Thereafter, the measurement of the test lens 7 is started according to the procedure already described, and first, the MTF measurement is performed while stepping the camera unit 30 in parallel in the defocus range on the reference optical axis K using the on-axis collimator 14. Done.

このMTF測定時にもカメラユニット30は三軸ステージ28のZ軸方向に移動することになるが、センタリング処理が行われることによってカメラユニット30は軸上コリメータ14から入射されるチャート像62の中心を撮像画面60の中心で捕捉するようにフィードバック制御される。したがって、補正係数αを求めるために先にチェックプレート65を使用したときに、表示プレート67の背面が基準光軸Kと直交するように正しく装着され、また被検レンズ7の光軸が基準光軸Kと一致するようにレンズホルダ8がマウント6に装着されている場合には何ら問題はなく、カメラユニット30を基準光軸Kと平行に移動させながら測定を行うことができる。そして基準光軸K上のデフォーカス範囲での測定が終わると、カメラユニット30は三軸ステージ28の作動に基準光軸K上のデフォーカス範囲の前端に移動され、さらに最初のセンタリング処理によって決められた位置にセットされる。   Even during this MTF measurement, the camera unit 30 moves in the Z-axis direction of the three-axis stage 28. However, the centering process is performed so that the camera unit 30 is centered on the chart image 62 incident from the on-axis collimator 14. Feedback control is performed so as to capture at the center of the imaging screen 60. Therefore, when the check plate 65 is used first to obtain the correction coefficient α, the display plate 67 is correctly mounted so that the back surface of the display plate 67 is orthogonal to the reference optical axis K, and the optical axis of the test lens 7 is the reference light. When the lens holder 8 is mounted on the mount 6 so as to coincide with the axis K, there is no problem, and measurement can be performed while moving the camera unit 30 in parallel with the reference optical axis K. When the measurement in the defocus range on the reference optical axis K is finished, the camera unit 30 is moved to the front end of the defocus range on the reference optical axis K by the operation of the triaxial stage 28, and further determined by the first centering process. Set to the specified position.

引き続き軸外コリメータ15または16を用いて軸外でのMTF測定が行われる場合には、カメラユニット30が軸外の目標位置に向けて移動される。三軸ステージ28のZ軸が基準光軸Kと平行であれば、この軸外の目標位置におけるデフォーカス範囲の前端は軸上での測定時で用いられたデフォーカス範囲の前端と一致する。したがって、以後は全く同様にその軸外位置でカメラユニット30をセンタリングしながら撮像とステップ送りを行って順次に測定データを得ることができる。しかし、前述のように三軸ステージ28でカメラユニット30をX軸方向に大きく移動させると、その移動量に応じて基準光軸Kに垂直な被検レンズ7の結像面との間の距離が異なり、軸外目標位置における所期のデフォーカス範囲の前端位置から外れる結果となる。   When the off-axis MTF measurement is subsequently performed using the off-axis collimator 15 or 16, the camera unit 30 is moved toward the off-axis target position. If the Z-axis of the triaxial stage 28 is parallel to the reference optical axis K, the front end of the defocus range at the off-axis target position coincides with the front end of the defocus range used during measurement on the axis. Therefore, thereafter, the measurement data can be sequentially obtained by performing imaging and step feed while centering the camera unit 30 at the off-axis position in exactly the same manner. However, as described above, when the camera unit 30 is largely moved in the X-axis direction by the three-axis stage 28, the distance from the imaging surface of the lens 7 to be tested perpendicular to the reference optical axis K according to the amount of movement. Is different from the front end position of the intended defocus range at the off-axis target position.

そこで、システムコントローラ40によって補正データメモリ57から補正係数αが読み出され、三軸ステージ28によりカメラユニット30をX軸方向に移動させた時に、カメラユニット30がZ軸方向にも移動することがないように移動補正処理が行われる。軸上におけるデフォーカス位置の前端から軸外目標位置のデフォーカス範囲の前端までカメラユニット30を例えば10mm移動させる場合には、システムコントローラ30はアクチュエータ駆動制御IC48にZ軸方向に関して「−(10mm×α)=−70μm」の調節信号を送る。   Therefore, when the correction coefficient α is read from the correction data memory 57 by the system controller 40 and the camera unit 30 is moved in the X-axis direction by the three-axis stage 28, the camera unit 30 may also move in the Z-axis direction. The movement correction process is performed so as not to occur. When the camera unit 30 is moved, for example, 10 mm from the front end of the defocus position on the axis to the front end of the defocus range of the off-axis target position, the system controller 30 causes the actuator drive control IC 48 to “− (10 mm × An adjustment signal “α) = − 70 μm” is sent.

これにより、アクチュエータ駆動制御IC48は、三軸ステージ28をX軸正方向に10mm移動させるために1×10個の駆動パルスをドライブユニット32のX軸方向駆動用のステッピングモータに供給するとともに、三軸ステージ28をZ軸の負方向に移動させるための7個の駆動パルスをドライブユニット32のZ軸方向駆動用のステッピングモータに供給する。結果的にカメラユニット30は、基準光軸Kに垂直な被検レンズ7の結像面までの距離を変えることなく軸外のデフォーカス範囲の前端に移動されるようになる。したがって、その軸外でもチャート像が大きくピンボケになることはほとんどなく、即座にセンタリング処理を開始することができる。 Accordingly, the actuator drive control IC 48 supplies 1 × 10 3 drive pulses to the X-axis direction stepping motor of the drive unit 32 in order to move the 3-axis stage 28 by 10 mm in the X-axis positive direction. Seven drive pulses for moving the axis stage 28 in the negative direction of the Z-axis are supplied to the stepping motor for driving in the Z-axis direction of the drive unit 32. As a result, the camera unit 30 is moved to the front end of the off-axis defocus range without changing the distance to the imaging plane of the lens 7 to be examined perpendicular to the reference optical axis K. Accordingly, the chart image is hardly greatly out of focus even outside the axis, and the centering process can be started immediately.

以上の説明は、三軸ステージ28のZ軸が基準光軸Kに対して水平面内で傾き、定盤2の上面に対してX軸が平行、Y軸が垂直であることを前提にしているが、これらが満たされていない場合には、さらに表示プレート67から垂直方向に離れた周辺十字線を利用し、図10に示される同様の手順で移動補正データの読み込み処理と、補正係数演算部56によりY軸方向の補正係数を求めておくことが必要となる。この場合には、当然ながら補正係数演算部56は移動データメモリ49からY軸方向の駆動パルス数も読み込むことになる。なお、カメラユニット30の撮像光軸が三軸ステージ28のZ軸と厳密には平行でないこともあり得るが、補正係数の算出にかかわる撮像時と、被検レンズを測定する際の撮像時とで測定画像データを得る際に、カメラユニット30の撮像光学系が全く共通であるから、実用的にはほとんど問題になることはない。   The above description is based on the premise that the Z-axis of the three-axis stage 28 is inclined in the horizontal plane with respect to the reference optical axis K, the X-axis is parallel to the upper surface of the surface plate 2, and the Y-axis is vertical. However, when these are not satisfied, the movement correction data reading process and the correction coefficient calculation unit are performed in the same procedure as shown in FIG. 56, it is necessary to obtain the correction coefficient in the Y-axis direction. In this case, of course, the correction coefficient calculator 56 also reads the number of drive pulses in the Y-axis direction from the movement data memory 49. The imaging optical axis of the camera unit 30 may not be strictly parallel to the Z-axis of the triaxial stage 28, but at the time of imaging related to the calculation of the correction coefficient and at the time of imaging when measuring the lens to be measured. When the measurement image data is obtained, the imaging optical system of the camera unit 30 is quite common, so that there is almost no problem practically.

上述のように、本発明では補正係数の算出に必要な画像データを撮像するにあたり、被検レンズの測定に用いられるカメラユニット30を使用し、しかもその手順も共通のシーケンスを利用して行うことができるから、ハード面及びソフト面でのコスト負担はほとんど増えることがない。また、このような手法を採ることによって誤差の累積を避けることができ、カメラユニット移動時の信頼性が損なわれることもない。なお、本発明を実施するにあたっては、例えばデフォーカス範囲の設定、デフォーカス範囲内におけるステップ移動の回数、一定ピッチPを送るときに三軸ステージに供給される駆動パルスの個数などについては、被検レンズの光学諸元に応じて適宜に設定することが可能である。   As described above, in the present invention, when capturing the image data necessary for calculating the correction coefficient, the camera unit 30 used for measuring the test lens is used, and the procedure is also performed using a common sequence. Therefore, the cost burden in hardware and software is hardly increased. Further, by adopting such a method, accumulation of errors can be avoided, and the reliability at the time of moving the camera unit is not impaired. In carrying out the present invention, for example, the setting of the defocus range, the number of step movements within the defocus range, the number of drive pulses supplied to the triaxial stage when sending a constant pitch P, etc. It is possible to set appropriately according to the optical specifications of the analyzing lens.

さらに、本発明は被検レンズの結像状態をカメラユニットを用いて撮像し、得られた測定画像データに基づいて数値化できる測定データを算出するレンズ検査機であれば適用することができ、上記実施形態で説明したMTF値を扱うものだけでなく、例えばCTF(Contrast Modulation Transfer Function)に基づく性能評価を行う装置にも用いることが可能である。また、チェックプレート65を用いて補正係数αを算出する処理は、測定精度などを考慮して被検レンズ7のサンプル交換ごとに毎回実行し、その都度補正係数メモリ57のデータ書き換えを行ってもよいが、測定のロットごと、あるいは定期的に実行してもよい。   Furthermore, the present invention can be applied to any lens inspection machine that calculates the measurement data that can be imaged based on the obtained measurement image data by imaging the imaging state of the test lens using the camera unit, The present invention can be used not only for handling the MTF values described in the above embodiment, but also for an apparatus that performs performance evaluation based on, for example, CTF (Contrast Modulation Transfer Function). Further, the process of calculating the correction coefficient α using the check plate 65 is executed every time the sample of the lens 7 to be tested is taken into consideration in consideration of the measurement accuracy and the like, and the data in the correction coefficient memory 57 is rewritten each time. However, it may be performed for each lot of measurement or periodically.

また、チェックプレート65をレンズマウント6に装着するにあたっては、上述のようにリング66の外周に切られたネジをレンズホルダ8のネジと共通にしておくのが簡便であるが、表示プレート67が基準光軸Kと垂直な姿勢で装着できるのであれば、リング66の代わりに別の装着部材に表示プレート67を保持させ、その装着部材をレンズマウント6に別に設けられた装着部を利用して装着してもよい。なお、表示プレート67の基準光軸K上における位置が被検レンズ6の仮想の結像面からずれたとしても、そのずれ量がわずかであればデフォーカス処理で吸収することができ、また大きい場合であっても事前に求めておくことができるから問題はない。   Further, when the check plate 65 is attached to the lens mount 6, it is convenient that the screw cut on the outer periphery of the ring 66 as described above is shared with the screw of the lens holder 8. If it can be mounted in a posture perpendicular to the reference optical axis K, the display plate 67 is held by another mounting member instead of the ring 66, and the mounting member is used by using a mounting portion provided separately on the lens mount 6. You may wear it. Even if the position of the display plate 67 on the reference optical axis K is deviated from the virtual image plane of the lens 6 to be examined, if the deviation is small, it can be absorbed by the defocus processing and is large. Even if it is a case, there is no problem because it can be obtained in advance.

2 定盤
6 レンズマウント
7 被検レンズ
8 レンズホルダ
14 軸上コリメータ
15,16 軸外コリメータ
28 三軸ステージ
30 カメラユニット
32 ドライブユニット
35 撮像部
40 システムコントローラ
54 MTF演算部
56 補正係数演算部
57 補正データメモリ
60 撮像画面
65 チェックプレート
67 表示プレート
68 イメージセンサ
2 Surface plate 6 Lens mount 7 Lens to be tested 8 Lens holder 14 On-axis collimator 15 and 16 Off-axis collimator 28 Three-axis stage 30 Camera unit 32 Drive unit 35 Imaging unit 40 System controller 54 MTF calculation unit 56 Correction coefficient calculation unit 57 Correction data Memory 60 Imaging screen 65 Check plate 67 Display plate 68 Image sensor

Claims (6)

装着された被検レンズの光軸を基準光軸と一致させるとともに前記基準光軸方向で被検レンズを位置決め保持するレンズマウントを有し、コリメートレンズを通してテストチャートからの測定光を前記レンズマウントで保持された被検レンズに入射させ、前記被検レンズの焦点面に結像された前記テストチャートの像を三軸ステージで支持されたカメラユニットにより、前記基準光軸に対して傾き誤差のある撮影光軸に垂直な面内及び前記撮像光軸と平行に移動させながら撮像し、得られた撮像信号に基づいて前記被検レンズの検査を行うレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法において、
前記被検レンズの装着に先立ち、フォーカスチェック用の図柄パターンが表示された表示プレートを前記基準光軸に対して垂直になるように前記レンズマウントに位置決めする第一ステップと、
前記三軸ステージにより前記撮像光軸上で前記カメラユニットを移動させながら前記図柄パターンの中央部を順次に撮像し、この図柄パターンの中央部が最適合焦状態で撮像される前記カメラユニットの位置を前記三軸ステージから第一位置データとして取り込む第二ステップと、
前記三軸ステージにより前記カメラユニットを撮像光軸と垂直な面内方向に移動させた後、カメラユニットを撮像光軸方向に移動しながら前記図柄パターンの周辺部を順次に撮像し、この図柄パターンの周辺部が最適合焦状態で撮像されるカメラユニットの位置を前記三軸ステージから第二位置データとして取り込む第三ステップと、
前記第一位置データと前記第二位置データに基づき、前記撮像光軸に垂直な面内方向での前記カメラユニットの移動量と前記基準光軸方向での前記カメラユニットの移動量との比率を表す補正係数を求めてメモリに保存する第四ステップとを備え、
前記フォーカスチェック治具に代えて前記被検レンズをレンズマウントに装着した後、前記カメラユニットを移動させる際には、前記メモリから読み出した補正係数に基づいて前記三軸ステージの作動を制御することを特徴とするレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法。
It has a lens mount that aligns the optical axis of the mounted test lens with the reference optical axis, and positions and holds the test lens in the direction of the reference optical axis, and passes the measurement light from the test chart through the collimating lens with the lens mount. There is an inclination error with respect to the reference optical axis by the camera unit that is incident on the held test lens and the image of the test chart formed on the focal plane of the test lens is supported by a triaxial stage. In the camera unit movement adjustment method of a lens inspection machine that performs imaging while moving in a plane perpendicular to the imaging optical axis and parallel to the imaging optical axis, and inspecting the lens to be inspected based on the obtained imaging signal,
Prior to mounting the test lens, a first step of positioning a display plate on which a pattern pattern for focus check is displayed on the lens mount so as to be perpendicular to the reference optical axis;
The position of the camera unit where the central portion of the symbol pattern is sequentially imaged while moving the camera unit on the imaging optical axis by the three-axis stage, and the central portion of the symbol pattern is imaged in an optimally focused state. A second step of taking in the first position data from the three-axis stage;
After the camera unit is moved in the in-plane direction perpendicular to the imaging optical axis by the triaxial stage, the periphery of the symbol pattern is sequentially imaged while the camera unit is moved in the imaging optical axis direction. A third step of capturing the position of the camera unit that is imaged in the optimum focus state as the second position data from the three-axis stage;
Based on the first position data and the second position data, a ratio between the movement amount of the camera unit in the in-plane direction perpendicular to the imaging optical axis and the movement amount of the camera unit in the reference optical axis direction is calculated. A fourth step of obtaining a correction coefficient to be expressed and storing it in a memory,
When the camera unit is moved after the lens to be tested is mounted on the lens mount instead of the focus check jig, the operation of the triaxial stage is controlled based on the correction coefficient read from the memory. A method for adjusting the movement of a camera unit of a lens inspection machine.
前記図柄パターンの中央部は中央十字線パターンを含み、前記第二ステップでは、前記カメラユニットで前記中央十字線パターンを撮像しながら前記三軸ステージの作動によりカメラユニットを前記撮像光軸と直交する面内で移動させ、前記中央十字線パターンの中心が前記カメラユニットの画面の中心と一致するように三軸ステージの作動を制御してカメラユニットのセンタリングを行った後に、前記基準位置データの取り込みのために前記カメラユニットを撮像光軸上で移動させながら撮像が行われることを特徴とする請求項1記載のレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法。   The central portion of the symbol pattern includes a central cross line pattern, and in the second step, the camera unit is orthogonal to the imaging optical axis by operating the triaxial stage while imaging the central cross line pattern with the camera unit. The reference position data is captured after the camera unit is centered by controlling the operation of the three-axis stage so that the center of the center cross pattern coincides with the center of the screen of the camera unit. 2. The camera unit movement adjustment method for a lens inspection machine according to claim 1, wherein imaging is performed while moving the camera unit on the imaging optical axis. 前記図柄パターンの周辺部は周辺十字線パターンを含み、前記第三ステップで前記カメラユニットを撮像光軸と垂直な面内方向に移動させる際には、前記カメラユニットで前記周辺十字線パターンを撮像しながら前記三軸ステージの作動によりカメラユニットを前記撮像光軸と直交する面内で移動させ、前記周辺十字線パターンの中心が前記カメラユニットの画面の中心と一致するように三軸ステージの作動を制御してカメラユニットのセンタリングが行われることを特徴とする請求項2記載のレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法。   The peripheral part of the symbol pattern includes a peripheral cross line pattern. When the camera unit is moved in the in-plane direction perpendicular to the imaging optical axis in the third step, the camera unit captures the peripheral cross line pattern. While operating the three-axis stage, the camera unit is moved in a plane orthogonal to the imaging optical axis, and the three-axis stage is operated so that the center of the peripheral cross line pattern coincides with the center of the screen of the camera unit. 3. The camera unit movement adjustment method for a lens inspection machine according to claim 2, wherein the centering of the camera unit is performed by controlling the camera unit. 前記第二ステップ及び第三ステップにおいて、前記三軸ステージにより前記撮像光軸上でカメラユニットを移動させながら撮像を行う際には、撮像が行われるごとに三軸ステージが一定ピッチでカメラユニットを移動させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のレンズ検査機のカメラユニット移動調整方法。   In the second step and the third step, when performing imaging while moving the camera unit on the imaging optical axis by the triaxial stage, the triaxial stage moves the camera unit at a constant pitch each time imaging is performed. The camera unit movement adjustment method for a lens inspection machine according to claim 1, wherein the movement is performed. 装着された被検レンズの光軸を基準光軸と一致させるとともに前記基準光軸方向で被検レンズを位置決め保持するレンズマウントを有し、コリメートレンズを通してテストチャートからの測定光を前記レンズマウントで保持された被検レンズに入射させ、前記被検レンズの焦点面に結像された前記テストチャートの像を三軸ステージで支持されたカメラユニットにより、前記基準光軸に対して傾き誤差のある撮影光軸と垂直な面内及び前記撮像光軸と平行に移動させながら撮像し、得られた撮像信号に基づいて前記被検レンズの検査を行うレンズ検査機に用いられ、前記被検レンズの検査に先立って前記基準光軸に対する撮像光軸の傾き誤差を測定するために前記レンズマウントに装着されるフォーカスチェック治具であって、
一方の面に複数個の図柄パターンが記された表示プレートと、
前記表示プレートを保持し、前記一方の面が前記基準光軸と垂直になるように前記レンズマウントに装着される装着部材とからなり、
前記複数個の図柄パターンは、前記基準光軸と中心が一致する位置に記された中央部図柄パターンと、この中央部図柄パターンから周辺側に一定距離隔てて記された周辺部図柄パターンとを含み、これらの複数個の図柄パターンは、前記三軸ステージで前記カメラユニットを撮像光軸と垂直な面内で移動させたときに個別に撮像されることを特徴とするフォーカスチェック治具。
It has a lens mount that aligns the optical axis of the mounted test lens with the reference optical axis, and positions and holds the test lens in the direction of the reference optical axis, and passes the measurement light from the test chart through the collimating lens with the lens mount. There is an inclination error with respect to the reference optical axis by the camera unit that is incident on the held test lens and the image of the test chart formed on the focal plane of the test lens is supported by a triaxial stage. It is used in a lens inspection machine that performs imaging while moving in a plane perpendicular to the imaging optical axis and parallel to the imaging optical axis, and inspects the test lens based on the obtained imaging signal. A focus check jig attached to the lens mount for measuring an inclination error of the imaging optical axis with respect to the reference optical axis prior to inspection,
A display plate with a plurality of design patterns on one side;
A mounting member that holds the display plate and is attached to the lens mount such that the one surface is perpendicular to the reference optical axis;
The plurality of symbol patterns include a central symbol pattern written at a position whose center coincides with the reference optical axis, and a peripheral symbol pattern written at a certain distance from the central symbol pattern to the peripheral side. The focus check jig is characterized in that the plurality of design patterns are individually imaged when the camera unit is moved in a plane perpendicular to the imaging optical axis on the three-axis stage.
前記複数個の図柄パターンが同一パターンであることを特徴とする請求項5記載のフォーカスチェック治具。





The focus check jig according to claim 5, wherein the plurality of design patterns are the same pattern.





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