JP2012078330A - Method for adjusting movement of camera unit in lens inspection apparatus and focus check tool - Google Patents
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Abstract
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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1×103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
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-
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
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
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
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
Claims (6)
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.
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.
The focus check jig according to claim 5, wherein the plurality of design patterns are the same pattern.
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