JP2012181139A - レンズ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸上光束によりチャート像を撮像するカメラと、その周辺に配置した軸外光束によりチャート像を撮像するカメラとを組み合わせた撮像手段を複数組設け、可動ミラーの切替えにより測定態様に適した適宜のものを選択して使用できるようにし、効率的なレンズ検査を行う。
【解決手段】被検レンズ７の光軸７ａに垂直に正対する第一プレート１０に、軸上光束用のカメラのほかに軸外光束用のカメラ１４ａ，１４ｂを組み合わせたワイド側撮像手段１１を設ける。ミラー枠２０を退避位置に保持してワイド側撮像手段１１でチャート像の撮像を行ってワイド側での測定を行う。ミラー枠２０を第一、第二挿入位置に回動させることにより被検レンズ７からの光束を側方に折り曲げ、第二プレート２４または第三プレート２５に組み込まれた第一テレ側撮像手段３０または第二テレ側撮像手段３２でチャート像を撮像してテレ側での測定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば撮影光学系として用いられるレンズの結像性能を測定するレンズ検査装置に関するものである。

例えば特許文献１で知られるように、デジタルカメラの撮像光学系として用いられるレンズの性能を検査するために、通常使用時におけるレンズの像面側にテストチャートを配置して照明を与え、通常使用時には物体側となるレンズの前方に配置した複数台のカメラにてチャート像を撮像して結像状態を評価する逆投影型のレンズ検査装置が用いられている。

このレンズ検査装置では、投影画面内における中央部のチャート像についてはエリアセンサ型のカメラで撮像し、周辺部のチャート像についてはサジタル方向とメリディオナル方向に延びた一対のラインセンサを組み合わせた４台のカメラを象限ごとに配置してＭＴＦ値の測定を行うようにしている。また、これらのカメラを保持したステージが被検レンズとの間の距離を変えることができるように移動自在に支持され、チャート像の投影距離を任意に変えられるようにしている。

また、特許文献２記載のレンズ検査装置では、被検レンズから投影されるチャート像を投影画面の中央部と周辺部とでそれぞれ個別に撮像できるように複数台のカメラが配置され、各々のチャート像の画像が同時にモニタ観察することができるようになっている。また、被検レンズの前方に可動ミラーを含む複数枚のミラーで構成されたミラー光学系を設けることにより、可動ミラーの切替えに応じて主光線の出射角が異なる軸外２光束のうちの任意の一方を測定光として選択することが可能となっている。

特開２００９−２６４８９４号公報 特開平５−１５７６６０号公報

しかしながら上記特許文献１記載のレンズ検査装置は、狭い撮影距離範囲内で使用することを前提にした固定焦点の撮像レンズであれば簡便に測定を行うことができるが、被検レンズからカメラまでの距離（使用時には撮影距離に相当）を変えてそれぞれ測定を行う場合や、被検レンズが焦点距離可変のズームレンズであって例えば焦点距離を２段階に変えて測定を行う場合、さらには焦点距離の変更に伴って被検レンズから出射する周辺光束の出射角を変えて測定を行う場合にはほとんど対応することができない。

また、特許文献２記載のレンズ検査装置でも同様に、被検レンズからカメラまでの距離を変えて測定を行うことまでは考慮されておらず、例えば投影距離を２段階に切り替えて切替えの前後で画面中心や周辺部におけるＭＴＦ値を簡便に測定することはできない。なお、ミラー光学系が併設された装置では可動ミラーを切り替えて測定光束を選択できるものの、ミラー光学系を設けることに伴って投影画面内に設置できるカメラの台数が大きく制約されてしまう。そして、効率的な測定ができるようにするためには、被検レンズあるいはミラー光学系を構成する一部のミラーを光軸回りに回転させる機構がアクチュエータとともに必要になり、構造が複雑化するわりには測定の効率化を図ることができない。

本発明は以上を考慮してなされたもので、汎用性に富み、また装置全体の小型化にも有利であり、種々の被検レンズについて効率的な測定が可能なレンズ検査装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するにあたり、通常の使用状態における被検レンズの一方の側に配置したテストチャートを照明し、被検レンズから他方の側に出射する光束により拡大されたチャート像を撮像して被検レンズの性能を測定するためのレンズ検査装置を、前記他方の側で前記被検レンズに正対するように設けられた第一プレート上に配置され、前記被検レンズから出射した光束を被検レンズの軸上位置と複数の軸外位置で受け、チャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び複数の軸外カメラからなるワイド側撮像手段と、前記被検レンズの光軸上に挿脱され、挿入位置では前記ワイド側撮像手段の軸上及び軸外カメラに被検レンズから出射した光束が入射することを遮断すると同時に被検レンズから出射した光束を反射により側方に折り曲げ、被検レンズの光軸上から外れた退避位置では前記被検レンズから出射して前記軸上カメラ向かう軸上光束と、前記軸外カメラに向かう軸外光束との間であって、これらの光束を遮らない位置に位置決めされる可動ミラーと、前記挿入位置にある可動ミラーで折り曲げられた被検レンズの光軸に垂直に正対し、かつ被検レンズからの光路長が第一プレートまでの長さよりも長くなる位置に設けられた第二プレート上に配置され、被検レンズから出射して前記可動ミラーで反射された軸上及び軸外光束を受け、それぞれのチャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び前記軸上カメラの周囲に配された複数の軸外カメラからなる第一テレ側撮像手段とから構成したものである。

前記可動ミラーを挿入位置と退避位置との間で簡便かつ的確に切り替えるには、前記可動ミラーを鉛直な回転軸を中心に前記挿入位置と退避位置との間で回動自在とし、そして前記回転軸を可動ミラーの反射面に平行かつ裏面側に偏心させて設けるのがよい。

上記した基本的な構造に加え、前記可動ミラーを、前記挿入位置よりも被検レンズからの光軸を側方にさらに大きく折り曲げる第二の挿入位置に移動させるように構成するとともに、前記第二の挿入位置にある可動ミラーで折り曲げられた被検レンズの光軸に垂直に正対し、かつ被検レンズからの光路長が第一プレートまでの長さよりも長くなる位置に第三プレートを設け、この第三プレート上に、被検レンズから出射して前記第二挿入位置にある可動ミラーで反射された軸上及び軸外光束を受け、それぞれのチャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び前記軸上カメラの周囲に配された複数の軸外カメラからなる第二テレ側撮像手段を設けておけば、被検レンズをさらに遠距離側にピント合わせしたときの光学性能も測定することができる。

さらに、第二挿入位置にある可動ミラーと第三プレートとの間に補正レンズを設け、可動ミラーで反射された軸上光束及び軸外光束のそれぞれをほぼ平行にして前記第二テレ側撮像手段に向かって指向させることにより、ピントをほぼ無限遠した状態での光学性能も有効に測定することが可能となる。また、第一及び第二プレート上では、特に軸外カメラについては移動調節できるようにしておくことが望ましく、そのためには第一、第二プレートにはそれぞれの軸上カメラが設置される中央部から周辺部に向かって放射状に延びるスロットを形成し、このスロットに沿って軸外カメラが移動できるようにしておけばよい。加えて、第一プレート上に設けられるワイド側撮像手段については、前記スロット一本あたり、中央部からの距離が異なる位置にそれぞれ個別の軸外カメラを設けることも効果的である。

本発明によれば、逆投影式に被検レンズから出射する軸上光束と軸外光束とをそれぞれ個別のカメラに導いて拡大されたチャート像を撮像するから、一回のセッティングを行うだけで軸上、軸外の光学性能を同時に測定することが可能なだけでなく、可動ミラーの挿脱だけで等価的に撮影距離の変更前後の測定も簡便に行うことができ、量産されたレンズの光学性能を迅速かつ正確に測定することができる。

本発明のレンズ検査装置の一例を示す斜視図である。 ワイド側撮像手段による測定時の様子を示す斜視図である。 テレ側撮像手段による測定時の様子を示す説明図である。 可動ミラーの切替え位置を示す平面図である。 テストチャートの一例を示す説明図である。

レンズ検査装置の外観を示す図１において、ベースプレートとなる定盤２の水平に保たれた上面に、複数の部材を組み合わせた保持ブロック３が固定されている。保持ブロック３は、その上面に一連に組み合わされた光源ボックス４、テストチャート室５、マウント部６を位置決めしており、マウント部６には被検レンズ７が装着される。マウント部６に被検レンズ７を装着したとき、被検レンズ７はその光軸７ａが定盤２の上面と平行となるように位置決めされる。

光源ボックス４内の照明ランプ４ａ（図３）を点灯すると、テストチャート室５内に位置決めされたテストチャート５ａが背面側から照明される。図５に示すように、テストチャート５ａには、被検レンズ７の有効画面における中央位置と、その周辺の６個所に十字線スリット９ａ，９ｂが刻まれ、これらを透過した光線によって軸上チャート像と、６つの軸外チャート像を得ることができる。テストチャート５ａは通常状態での被検レンズ７の像面側にあり、テストチャート５ａによるチャート像が被検レンズ７の物体側に拡大して投影されることになるため、この方式のレンズ検査装置は一般に逆投影方式と言われる。なお、液晶プロジェクタなどの投影レンズが被検レンズ７であるときには、テストチャート５ａは液晶パネル側に配置すればよい。

前面が光軸７ａに垂直に正対するように第一プレート１０が定盤２に固定されている。図２にも示すように、第一プレート１０には中央開口１１と中央開口１１から周辺部に向かって６０°の交差角で放射状に延びた６本のスロット１２が形成されている。これらの中央開口１１及び６本のスロット１２は、それぞれ１台の軸上カメラ１３と、スロット一本当たり２台の軸外カメラ１４ａ，１４ｂとを組み込むために用いられる。この第一プレート１０に組み込まれたカメラ全体がワイド側撮像手段１５を構成し、被検レンズ７のワイド側における光学性能の測定に利用される。なお、図１及び図２では、それぞれのカメラの結像レンズ部分だけが図示されているが、固体撮像素子を含む撮像部は第一プレート１０の背面側に収容されており、全体的にカバー９で覆われている。

定盤２には、第一プレート１０の前面中央部付近で支持ブロック１７が固定され、その上に回転ステージ１８が設けられている。回転ステージ１８は、その筐体内部に精密な駆動機構が組み込まれ、筐体上面には駆動板を露呈させた構造で、駆動板の上面に固定された対象物を鉛直な回転軸の回りに回動させる機能を有する。初期位置（原点位置）からの回転角は一回転未満の範囲内で精密に設定することができ、複数の回転角を設定することも可能となっている。回転ステージ１８の駆動板には、ミラー枠２０の底面板がネジ止めにより緊密に固定され、ミラー枠２０は駆動板と一体に鉛直な回転軸を中心に回動する。ミラー枠２０の底面板からは前板が垂直に立ち上げられ、この前板の表面には反射面が平面となったミラー２２が固着されている。

図４に示すように、支持ブロック１７で支持された回転ステージ１８の駆動により、ミラー枠２０は初期位置から時計方向に角θ１だけ回動する第１挿入位置と、同方向に初期位置から角θ２だけ回動した第２挿入位置に回動される。ミラー枠２０の回動によってミラー２２が傾くから、被検レンズ７から出射した軸上光束、軸外光束の指向する方向が変更される。なお、回転ステージ１８の回転軸１８ａは、ミラー２２の中心から外れ、しかも裏面側にずれた偏心位置にある。したがって、図２からも明らかなように、初期位置ではミラー２２が被検レンズ７の光軸７ａはもとより、軸外光束も遮らない退避位置に保持されているが、ミラー枠２０を初期位置から角θ１あるいは角θ２だけ回動させると、ミラー２２は被検レンズ７の光軸７ａを遮るようにそれぞれ大きく迫り出すようになる。

ミラー枠２０とともにミラー２２が初期位置にあるときには、図１あるいは図２に示すように、被検レンズ７から出射し光軸７ａにしたがって軸上カメラ１３に入射する軸上光束はもちろん、６本のスロット１２に並べて配置された軸外カメラ１４ａ，１４ｂに入射する軸外光束は遮らないようになっている。なお、回転ステージ１８の回転軸１８ａをミラー枠２０の底面板から上方に突出させないようにしているから、底面板の上方も軸外光束の通路として利用することができる。また、回転ステージ１８の駆動によりミラー２２が角θ１または角θ２だけ傾けられると、被検レンズ７から出射した軸上及び軸外光束はミラー２２によってそれぞれ異なった角度で側方に反射される。

ミラー２２が角θ１、角θ２傾けられたときの被検レンズ７からの軸上及び軸外光束を撮像することができるように、定盤２には第二プレート２４、第三プレート２５が保持ブロック２４ａ，２５ａによって位置決め・保持されている。ミラー２２により光路が折り曲げられることからも、第二プレート２４は被検レンズ７からの光路長が第一プレート１０までの長さよりも長くなる位置に設けられている。また、第三プレート２５は、被検レンズ７からの光路長が第二プレート２４までと略同じになる位置に設けられている。

これらの第二，第三プレート２４，２５にも、第一プレート１０と同様の中央開口と、中央開口から周辺に向かって放射状に延びる６本のスロットが形成され、それぞれ第一プレート１０に組み込まれた各カメラよりも小型の軸上カメラと軸外カメラとが組み込まれている。ただし、各々のスロットに組み込まれている軸外カメラの台数は、第一プレート１０では２台であるが第二，第三プレート２４，２５ではスロット１本あたり１台にしている。第二プレート２４に組み込まれた結像レンズ付きの各々のカメラ２８は全体で第一テレ側撮像手段３０を構成し、第三プレート２５に組み込まれた結像レンズ付きの各々のカメラ２９は全体で第二テレ側撮像手段３２を構成する。第一テレ側撮像手段３０は、被検レンズ７の焦点距離をテレ側に調整して例えば２ｍにピント合わせしたときの光学性能の測定に用いられる。

角θ２傾けられたミラー２２以降の光路中に補正レンズ２７が設けられている。この補正レンズ２７は第三プレート２５に組み込まれた第二テレ側撮像手段３２の一部として用いられ、被検レンズ７から出射してミラー２２で反射された軸上光束と軸外光束が各々平行光束となって第二テレ側撮像手段３２の各カメラ２９に入射させるように作用する。したがって、この第二テレ側撮像手段３２は、被検レンズ７のピントを無限遠にセットしたときの光学性能の測定に用いることができる。

上記のレンズ検査装置によりズームレンズを被検レンズ７として測定する場合には、まずワイド側での測定のために、予め被検レンズ７の光学諸元に応じて第一プレート１０上に組み込まれた軸上カメラ１３及び全ての軸外カメラ１４ａ，１４ｂの初期設定を行う。軸上カメラ１３は被検レンズ７の光軸７ａ上に位置決めし、また６本の各スロット１２内の軸外カメラ１４ａ，１４ｂについては、ワイド側での変倍を考慮し、変倍の前後における軸外光束の出射角に応じて位置決めする。これにより変倍の前後において、テストチャート５ａの周辺部の十字線スリット９ｂによるチャート像は、各スロット１２内で内側に配置された軸外カメラ１４ａと、外側に配置された軸外カメラ１４ｂのそれぞれによって確実に撮像されるようになる。

焦点距離が最も短く画角が最も大きい変倍状態のときには、軸上カメラ１３と、外側の軸外カメラ１４ｂから得られた画像データを用いて測定が行われる。測定に際しては、画面中心のチャート像と、画面周辺の６個所のチャート像とを同時に撮像することができるため、例えばそれぞれのチャート像を同時にモニタ表示しておき、被検レンズ７を構成している一部のレンズの位置や光軸に対する角度を微調整しながら、その微調整に応じてこれらのチャート像にどのような変化が生じるかを確認することができる。

また、各カメラの結像レンズに拡大機能をもたせ、チャート像を１０〜１５倍程度に拡大して撮像できるようにしておけば、各カメラから得られた画像データに基づいてＭＴＦ値の算出を行うこともできる。ワイド側であるが予め設定した長めの焦点距離に切り替えた場合には、軸上カメラ１３と、内側の軸外カメラ１４ａを用いて全く同様に測定を行うことができる。これらのワイド側での測定時には、ミラー２２が被検レンズ７の光軸７ａから退避し、しかも被検レンズ７から出射して、ワイド側撮像手段１５を構成する軸上カメラ１３及び、軸外カメラ１４ａ，１４ｂのいずれに入射する軸上光束や軸外光束をも遮ることがない退避位置で保持されるから、例えワイド側で焦点距離を切り替えるにしても、簡便に測定を行うことができる。

被検レンズ７の焦点距離を長くしてテレ側での測定を行うときには、回転ステージ１８の駆動によりミラー枠２０とともにミラー２２を角θ１だけ回動する。ミラー２２は被検レンズ７の光軸７ａ上の第一挿入位置に回動し、被検レンズ７から出射する軸上光束及び軸外光束はミラー２２によって側方に反射され、ワイド側撮像手段１５は被検レンズ７から遮断される。ミラー２２によって反射された軸上光束と軸外光束は、第一テレ側撮像手段３０を構成する各カメラ２８に入射し、同様に十字線スリット９ａ、９ｂによるチャート像として撮像される。この第一テレ側撮像手段３０による測定においても、ワイド側撮像手段１５を用いた測定時と同様に、例えば初期設定したテレ端での撮影距離２ｍのときの被検レンズ７の光学性能を測定することができる。

被検レンズ７をテレ端にしたままで撮影距離を無限遠に設定した場合の測定時には、回転ステージ１８を駆動し、ミラー２２を上述の第一挿入位置からさらに時計方向に回動させ、初期位置から角θ２となる第二挿入位置に位置決めする。ミラー２２で反射された被検レンズ７からの軸上光束及び軸外光束のそれぞれは、補助レンズ２７を通って第二テレ側撮像手段３２を構成する各カメラ２９に入射し、テストチャート５ａの十字線スリット９ａ，９ｂによるチャート像として撮像される。

このとき被検レンズ７は撮影距離２ｍに設定されているから、軸外光束の主光線はミラー２２で折り曲げられた光軸７ａから離れる方向に指向するが、補助レンズ２７によって指向方向が光軸７ａ側に寄せられ、軸外カメラ２９のそれぞれには互いに略平行になって入射する。こうして第二テレ側撮像手段３２を構成するカメラ２９からそれぞれ得られる画像データに基づいて、焦点距離をテレ端に設定し、かつ等価的にはピントを無限遠に設定した状態で被検レンズ７の光学性能を測定することができる。

以上、図示した実施形態にしたがって説明してきたが、このレンズ検査装置によれば、軸上光束によるチャート像と軸外光束によるチャート像を同時に撮像して光学性能の測定を簡便に行い得るだけでなく、被検レンズ７と、ワイド側撮像手段１５及び第一テレ側撮像手段３０あるいは第二テレ側撮像手段３２の基本的なセッティングを何ら変えることなく、単にミラー２２を回動させて光路を切り替えるだけで、焦点距離あるいは撮影距離を適宜に変更した測定を行うことができる。しかも、こうした多機能を有しながらも、ミラーによる光路折り曲げを利用していることから検査装置全体の小型化にも有利である。

なお、本発明のレンズ検査装置は、必ずしもズームレンズに限らず、様々な用途のレンズの性能評価に利用することができる。また、被検レンズ７が装着されるマウント部６の周囲の機構を工夫して自動的にピントや焦点距離を変更する機能をもたせ、さらにはテストチャートを光軸方向に微小変位させてデフォーカス状態の測定ができるようにすることも可能である。さらに、第一プレート、さらには第二、第三プレートに放射状に形成するスロットの本数や、スロット一本あたりに組み込むカメラの台数は適宜増設することも可能である。

２ 定盤
６ レンズマウント
７ 被検レンズ
１０ 第一プレート
１１ 中央開口
１２ スロット
１３ 軸上カメラ
１４ａ，１４ｂ 軸外カメラ
１５ ワイド側撮像手段
１８ 回転ステージ
１８ａ 回転軸
２０ ミラー枠
２２ ミラー
２４ 第二プレート
２５ 第三プレート
２７ 補助レンズ
２８，２９ カメラ
３０ 第一テレ側撮像手段
３２ 第二テレ側撮像手段

Claims (6)

1. 被検レンズの一方の側に配置されたテストチャートを照明し、前記被検レンズの他方の側に出射した光束により拡大されたチャート像を撮像して前記被検レンズの光学性能を測定するレンズ検査装置において、
   前記他方の側で前記被検レンズの光軸に垂直に設けられた第一プレート上に配置され、前記被検レンズから出射した光束を被検レンズの軸上位置と複数の軸外位置で受け、チャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び前記軸上カメラの周囲に配された複数の軸外カメラからなるワイド側撮像手段と、
   前記被検レンズの光軸上の挿入位置では、前記ワイド側撮像手段の軸上及び軸外カメラに被検レンズから出射した光束が入射することを遮断すると同時に被検レンズから出射した光束を反射により側方に折り曲げ、前記被検レンズの光軸上から外れた退避位置では、前記被検レンズから出射して前記軸上カメラに向かう軸上光束と前記軸外カメラに向かう軸外光束との間であって、これらの光束を遮らない位置に位置決めされる可動ミラーと、
   前記可動ミラーで側方に折り曲げられた被検レンズの光軸に垂直に設けられ、かつ被検レンズからの光路長が第一プレートまでの長さよりも長くなる位置に設けられた第二プレート上に配置され、被検レンズから出射して前記可動ミラーで反射された軸上及び軸外光束を受け、それぞれのチャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び前記軸上カメラの周囲に配された複数の軸外カメラからなる第一のテレ側撮像手段と、
   を備えたことを特徴とするレンズ検査装置。
2. 前記可動ミラーは鉛直な回転軸を中心に前記挿入位置と退避位置との間で回動自在であり、前記回転軸は可動ミラーの反射面に平行かつ裏面側に偏心して設けられていることを特徴とする請求項１記載のレンズ検査装置。
3. 前記可動ミラーは、前記挿入位置よりも被検レンズからの光軸を側方に大きく折り曲げる第二の挿入位置に回動するように構成されるとともに、
   前記第二の挿入位置にある可動ミラーで折り曲げられた被検レンズの光軸に正対し、かつ被検レンズからの光路長が前記第一プレートまでの長さよりも長くなる位置に設けられた第三プレートを備え、
   前記第三プレート上には、被検レンズから出射して前記第二の挿入位置にある可動ミラーで反射された軸上及び軸外光束を受け、それぞれのチャート像を個別に撮像する軸上カメラ及び前記軸上カメラの周囲に配された複数の軸外カメラからなる第二のテレ側撮像手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか記載のレンズ検査装置。
4. 前記第二の挿入位置にある可動ミラーと前記第二のテレ側撮像手段との間に補助レンズが設けられ、前記補助レンズを通して前記被検レンズからの軸上光束と軸外光束とがほぼ平行に前記第二のテレ側撮像手段に指向することを特徴とする請求項３記載のレンズ検査装置。
5. 少なくとも前記第一プレートと前記第二プレートには中央部から周辺部に向かって放射状に延びた複数本のスロットが形成され、前記ワイド側撮像手段と第一のテレ側撮像手段がそれぞれ備えている複数の軸外カメラが、前記スロットに沿って移動調節自在であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のレンズ検査装置。
6. 前記第一プレートに形成された複数本のスロットのそれぞれに、中央部からの距離が異なるように少なくとも２台の軸外カメラが設けられていることを特徴とする請求項５記載のレンズ検査装置。
   
   

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