JP2015219034A - 測定装置、測定方法および測定プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】可変焦点レンズの焦点距離の変化特性を測定することができる測定装置、測定方法および測定プログラムを提供する。
【解決手段】測定装置100は、焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体2の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズT1および測定対象の第2可変焦点レンズT2を通じて撮像する撮像素子4と、前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御する制御部7と、前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する算出部9と、を備える。
【選択図】図5
【解決手段】測定装置100は、焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体2の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズT1および測定対象の第2可変焦点レンズT2を通じて撮像する撮像素子4と、前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御する制御部7と、前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する算出部9と、を備える。
【選択図】図5
Description
本件は、測定装置、測定方法および測定プログラムに関する。
レンズは、様々な光学機器に用いられている(例えば、特許文献1−3を参照)。レンズには、焦点距離が固定されている一般的なレンズの他に、焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズがある。可変焦点レンズは、レンズそのものの位置を動かす焦点変更よりも高速で焦点を合わせることができるため、例えば、自動機器類や検査機器類、医療機器類への応用が進められている。例えば、液体をレンズに用いると、レンズの屈折面となる液体界面の電気的な制御で焦点を変更できるため、焦点変更の高速化を図ることができる。
可変焦点レンズを各種機器に適用する場合、焦点変更の制御量と焦点距離との関係を予め把握することが求められる。しかしながら、倍率法やノーダルスライド法に代表される従来の焦点距離の測定手法は、焦点距離が一定のレンズを想定した測定手法であり、静的な焦点距離の測定を想定している。よって、従来の測定手法では、焦点距離を変更可能な可変焦点レンズについて、焦点変更中の焦点距離の変化特性を測定することは困難である。
1つの側面では、本件は、可変焦点レンズの焦点距離の変化特性を測定することができる測定装置、測定方法および測定プログラムを提供することを目的とする。
1つの態様では、測定装置は、焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズおよび測定対象の第2可変焦点レンズを通じて撮像する撮像素子と、前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御する制御部と、前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する算出部と、を備える。
可変焦点レンズの焦点距離の変化特性を測定することができる。
実施例の説明に先立って、比較例について説明する。図1は、比較例に係る測定装置1を例示する図である。測定装置1は、被写体2、固定レンズ3、撮像素子4を備える。測定装置1は、固定レンズ3に正対する位置に配置される可変焦点レンズT1の焦点距離を測定する。
被写体2は、固定レンズ3の焦点に配置されており、例えば、図1で例示されるように、2つのピンホール5,6を有している。ピンホール5,6は、固定レンズ3の特性や撮像素子4の大きさ等に応じて任意に決定された既定の距離を空けて配置されている。固定レンズ3は、焦点距離が固定され、当該焦点距離が既知のレンズである。固定レンズ3は、焦点に配置されている被写体2のピンホール5,6の通過光を、レンズの光軸と平行になるように調整する。
撮像素子4は、固定レンズ3および可変焦点レンズT1を通過する光を受光する素子であり、固定レンズ3の焦点に配置された被写体2を撮像する。撮像素子4は、撮像面に結像される像の大きさを測ることができるものであれば如何なるものであってもよい。結像される像の大きさを測ることができるものとしては、例えば、PSD(Position Sensitive Detector)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサといった各種の撮像素子を挙げることができる。
可変焦点レンズT1の焦点距離を測定する場合は、被写体2の像を、可変焦点レンズT1の焦点を変化させながら、被写体2に対して相対的に移動または回転する撮像素子4で撮像する。次に、撮像素子4で撮像された像の大きさに基づき、可変焦点レンズT1の焦点距離を算出する。可変焦点レンズT1の焦点距離を算出する際には、撮像素子4に撮像された2つのピンホール5,6の像の間の距離に基づき、可変焦点レンズT1の焦点距離を算出することができる。
固定レンズ3の焦点距離をf1、可変焦点レンズT1の焦点距離をf2、被写体2に設けられている2つのピンホール5,6の間の距離をd1、撮像素子4に結像される2つのピンホール5,6の像の間の距離をd2とする。この場合、下記式(1)が成立する。
図2は、撮像素子に結像される2つのピンホールの像の、可変焦点レンズの焦点変更の前後の状態変化を示した図の一例である。可変焦点レンズT1の焦点変更後の可変焦点レンズT1の焦点距離をf3、撮像素子4に結像される2つのピンホール5,6の像の間の距離をd’とすると、焦点距離f3は、下記式(3)から求めることができる。
比較例に係る測定装置1によれば、上記の式(3)によって特定される可変焦点レンズT1の焦点距離の算出結果や、可変焦点レンズT1の焦点変更の際の制御量に基づき、可変焦点レンズT1の焦点距離の制御に有用な可変焦点レンズT1の特性を把握することができる。
なお、比較例では、可変焦点レンズT1の焦点距離の算出に用いる被写体2の像が、可変焦点レンズT1の焦点を変更しながら撮像素子4に結像されるものであるため、被写体2の像は焦点が合っていない不鮮明な像となる。図3は、比較例に係る測定装置によって得られる2つのピンホール5,6の像の光強度分布を表したグラフの一例である。可変焦点レンズT1の焦点を変更しながら撮像素子4に結像される像は不鮮明であるため、図3で例示されるように、2つのピンホール5,6の各々の像は臨界部分が定かではない。そこで、像の中で光の強度が比較的高い位置を特定することで、2つのピンホール5,6の像の間の距離を把握することができる。
しかしながら、可変焦点レンズT1の焦点距離を変化させるにしたがって、ピンホール像がボケてしまい、図4のように、ピンホール像の極大値間距離を算出することが困難になる。したがって、測定可能な焦点距離の範囲が限られてしまい、焦点距離の変化特性を測定することが困難である。そこで、以下の実施例では、可変焦点レンズの焦点距離の変化特性を測定することができる測定装置および測定方法について説明する。
図5(a)は、実施例1に係る測定装置100の全体構成を例示する図である。測定装置100が図1の測定装置1と異なる点は、新たに可変焦点レンズT2が配置されている点である。可変焦点レンズT2は、図5(a)の例では可変焦点レンズT1と固定レンズ3との間に配置されているが、可変焦点レンズT1と撮像素子4との間に配置されていてもよい。可変焦点レンズT1は、焦点距離の測定対象の可変焦点レンズである。可変焦点レンズT2は、焦点距離が既知の可変焦点レンズである。また、測定装置100は、撮像素子4を移動させる移動装置8、移動装置8および可変焦点レンズT1,T2を制御する制御部7、ならびに可変焦点レンズT1の焦点距離を算出する算出部9を備えている。なお、制御部7および算出部9は、パーソナルコンピュータなどの1台の装置で代用してもよい。
移動装置8は、少なくとも撮像素子4を被写体2に対して平行でありかつ2つのピンホール5,6を結ぶ線の垂直二等分線と平行(図5(a)のY軸方向)に移動することが可能な装置である。移動装置8としては、例えば、1軸ステージ、2軸ステージ、3軸ステージ、その他各種の移動装置を適用可能である。移動装置8は、制御部7からの指令信号に応じて撮像素子4を移動する。
図6は、測定装置100の動作の一例を表すフローチャートである。まず、制御部7は、ピンホール5,6を有する被写体2が撮像素子4で結像するように、可変焦点レンズT1,T2を制御しておく。このとき、固定レンズ3の焦点距離(f1)と、可変焦点レンズT1,T2の合成焦点距離(f3)と、ピンホール5,6間の距離(d0)と、ピンホール5,6像の極大値間の距離(d3)との間に、下記式(4)が成立する。
次に、制御部7は、移動装置8を制御して、撮像素子4の移動を開始する(ステップS1)。次に、制御部7は、撮像素子4に撮像を開始させる(ステップS2)。次に、制御部7は、撮像素子4による撮像を継続させながら、測定対象の可変焦点レンズT1の焦点距離(f2)を測定したい範囲で変化させる(ステップS3)。この際に、制御部7は、合成焦点距離(f3)が変化しないように(一定値を維持するように)、可変焦点レンズT2の焦点距離(f1)を制御する。この場合の合成焦点距離(f3)は、可変焦点レンズT1の焦点距離の設計値と可変焦点レンズT2の既知の焦点距離との合成焦点距離を意味する。焦点距離(f1)は、下記式(5)から求めることができる。
可変焦点レンズT1の焦点距離の測定が終了すると、制御部7は、可変焦点レンズT2の焦点距離の変更を終了する(ステップS4)。次に、制御部7は、撮像素子4による撮像を終了する(ステップS5)。次に、制御部7は、移動装置8による撮像素子4の移動を終了する(ステップS6)。
設計値の焦点距離(f3)にΔfの誤差がある場合、図5(b)で例示するように、結像位置が撮像面から同様にΔfだけずれる。その結果、ピンホール5,6の像の極大値間距離はd´となる。算出部9は、このd´を用いて、実測に基づく焦点距離(f3+Δf)を、下記式(6)から求める(ステップS7)。なお、d3は、上記式(4)から得ることができる。
次に、具体例を用いて説明する。図7で例示するように、焦点距離が既知の可変焦点レンズT2と、焦点距離の測定対象である可変焦点レンズT1との距離Lを80mm、合成焦点距離(f3)を100mmとする。なお、距離Lは、可変焦点レンズT2の後側主点から可変焦点レンズT1の前側主点との距離と表現することもできる。
このとき、測定対象の可変焦点レンズT1の焦点距離(f2)を、設計値で5mm〜200mmに変化させた場合、上記式(5)を用いて、既知の可変焦点レンズT2の焦点距離(f1)を図8のように変化させる。ただし、この場合、f2=100のときは、上記式(6)の分母が「0」となるため、測定不可となる。
以上のように、2枚の可変焦点レンズT1,T2の焦点距離を変化させながらピンホール5,6の像の極大値間距離を測定したとき、可変焦点レンズT2の焦点距離(f2)が60mmのタイミングで、実測値が1.1mmであったとする。なお、設計上は、1mmであったとする。このとき、上記式(6)から、合成焦点距離(f3+Δf)は111.11mmと求まる。さらに、上記式(5)のf1とf2とを入れ替えた式を用いて、測定対象の可変焦点レンズの焦点距離(f2)が55.56mmと求めることができる。例えば、上記条件において、比較例に係る測定装置では、焦点距離の測定範囲が約92〜110mmであるのに対し、実施例1に係る測定装置100では、図8で例示するように、焦点距離の測定範囲を拡大することができる。
本実施例によれば、可変焦点レンズT1,T2の合成焦点距離が、被写体2が撮像素子4で結像するように、一定値に制御される。それにより、被写体2の像が撮像素子4で鮮明に撮像される。その結果、可変焦点レンズT1の焦点距離を大きく変動させたとしても、焦点距離の変化特性を精度良く測定することができる。
なお、本実施例においては、可変焦点レンズT1の焦点距離を変更する際に、撮像素子4を被写体2に対して相対的に移動させたが、それに限られない。例えば、可変焦点レンズT1,T2の合成焦点距離が変動しないことが前提であれば、可変焦点レンズT1の焦点距離を変動させても、ピンホール5,6像の極大値間の距離d´は変動しない。したがって、得られる距離d´を用いて、上記式(6)から可変焦点レンズT1の焦点距離を測定することができる。
また、本実施例においては、可変焦点レンズT1,T2の合成焦点距離が、被写体2が撮像素子4で結像するように一定値に制御されたが、それに限られない。例えば、可変焦点レンズT1,T2の合成焦点距離が規定の範囲内に収まるように可変焦点レンズT2の焦点距離を制御してもよい。この場合、当該合成焦点距離が小さくなり過ぎることや大きくなり過ぎることが抑制される。それにより、被写体2の像を撮像素子4で鮮明に撮像することができる。図9で例示するように、合成焦点距離f3の変化に応じてピンホール5,6像の極大値間の距離d´が変動するが、撮像素子4が得る像における当該距離d´と、そのタイミングにおける可変焦点レンズT2の焦点距離および合成焦点距離の制御値とから、可変焦点レンズT1の焦点距離を求めることができる。
また、本実施例では、撮像素子4を移動させているが、撮像素子4の代わりに被写体2を移動させてもよい。また、撮像素子4による撮像の際に、回転装置を用いて被写体2を回転させてもよく、被写体2の代わりに撮像素子4を回転させてもよい。
また、被写体2は、固定レンズ3から、固定レンズ3の焦点距離分離れた位置に配置することが好ましい。また、固定レンズ3の代わりに、焦点距離が既知であり、所定の焦点距離に制御された焦点可変レンズを用いてもよい。
(他の例)
図10は、制御部7および算出部9のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図10で例示するように、制御部7および算出部9は、CPU101、RAM102、記憶装置103、インタフェース104などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。CPU101が測定プログラムを実行することによって、測定装置100内に、制御部7および算出部9が実現される。または、制御部7および算出部9は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
図10は、制御部7および算出部9のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図10で例示するように、制御部7および算出部9は、CPU101、RAM102、記憶装置103、インタフェース104などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。CPU101が測定プログラムを実行することによって、測定装置100内に、制御部7および算出部9が実現される。または、制御部7および算出部9は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
2 被写体
3 固定レンズ
4 撮像素子
5,6 ピンホール
7 制御部
8 移動装置
9 算出部
100 測定装置
T1,T2 可変焦点レンズ
3 固定レンズ
4 撮像素子
5,6 ピンホール
7 制御部
8 移動装置
9 算出部
100 測定装置
T1,T2 可変焦点レンズ
Claims (6)
- 焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズおよび測定対象の第2可変焦点レンズを通じて撮像する撮像素子と、
前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御する制御部と、
前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する算出部と、を備えることを特徴とする測定装置。 - 前記規定範囲は、前記撮像素子で前記被写体が結像する範囲であることを特徴とする請求項1記載の測定装置。
- 前記被写体は、既定の距離を空けて配置された2つのピンホールを有し、
前記算出部は、前記撮像素子で撮像された前記2つのピンホールの像の間の距離に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出することを特徴とする請求項1または2記載の測定装置。 - 前記撮像素子による撮像の際に、前記撮像素子を前記被写体に対して相対的に移動または回転する装置を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の測定装置。
- 焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズおよび測定対象の第2可変焦点レンズを通じて撮像素子で撮像し、
前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御し、
前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する、ことを特徴とする測定方法。 - 焦点距離が既知のレンズによって得られる被写体の像を、焦点距離が既知の第1可変焦点レンズおよび測定対象の第2可変焦点レンズを通じて撮像素子で撮像する処理と、
前記撮像素子による撮像の際に、前記第1可変焦点レンズの焦点距離と前記第2可変焦点レンズの焦点距離の設計値との合成焦点距離が規定範囲に収まるように前記第1可変焦点レンズおよび前記第2可変焦点レンズの焦点を制御する処理と、
前記撮像素子によって得られた像に基づいて、前記第2可変焦点レンズの焦点距離を算出する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする測定プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014100669A JP2015219034A (ja) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | 測定装置、測定方法および測定プログラム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014100669A JP2015219034A (ja) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | 測定装置、測定方法および測定プログラム |
Publications (1)
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JP2014100669A Withdrawn JP2015219034A (ja) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | 測定装置、測定方法および測定プログラム |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2015219034A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018077461A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-05-17 | 株式会社ミツトヨ | 焦点監視及び制御を用いた可変焦点距離レンズシステム |
-
2014
- 2014-05-14 JP JP2014100669A patent/JP2015219034A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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JP2018077461A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-05-17 | 株式会社ミツトヨ | 焦点監視及び制御を用いた可変焦点距離レンズシステム |
JP6999344B2 (ja) | 2016-09-29 | 2022-01-18 | 株式会社ミツトヨ | 焦点監視及び制御を用いた可変焦点距離レンズシステム |
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