JP2020190478A - レンズ交換式カメラのフランジバック又は撮像素子位置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズ交換式カメラの撮像素子面に、撮像用素子と撮像機能以外の機能を持たせた素子例えば測距用素子を配列した撮像素子を使用したカメラであっても、そのフランジバック、又は撮像素子の位置が適切であるか否かを測定することができる検査方法の提供。【解決手段】 点光源２ａ、ビームスプリッタ２ｂ、反射画像を受光する撮像素子（受光素子）２ｅ、コリメータレンズ２ｃ、対物レンズ２ｄを備えた共焦点光学系７１〜７５を用いてカメラのフランジバック、又は撮像素子ＣＩの位置を測定するとき、前記撮像素子ＣＩに対し前記対物レンズ２ｄを移動させ、その移動の微小ピッチにおいて前記受光素子２ｅに得られる複数のフレーム画像のデータを２次元高速フーリエ変換して処理し、各処理データが示す高周波空間周波数の高周波成分により撮像素子面を求め、前記フランジバックの適否または、撮像素子の位置の適否を判断する。【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ交換式カメラにおけるフランジバック、又は撮像素子の位置が適切であるか否かの検査方法に関する。

レンズ交換式カメラ（以下、単に「カメラ」ともいう）では、そのフランジバック量（距離）が適切であること、又は撮像素子の設置位置が適切であることが、そのカメラに所期の性能を発揮させるために不可欠である。

このため従来からカメラ試験においては、フランジバック又は撮像素子の後位置の検査をしている。この検査は、共焦点光学方式のカメラ試験機を使用し、撮像素子の共焦点位置に置いたホトセンサ（受光素子）に得られる最大反射光量を検出し、フランジバックが適切な距離であるか、或いは撮像素子が適切位置に配置されているかを判断している。

ところで最近のカメラでは、撮像素子の画素の中に測距用素子など撮像機能以外の機能を持たせた素子を配置したものが製造、販売されるようになった。
測距用素子を配した撮像素子を使用したカメラでは、撮像素子面において測距用素子が配列されていない面と測距用素子が配列されている面では、共焦点光学系を搭載したカメラ試験機に得られる撮像素子面の反射光量に差異の生じることがある。

しかし、撮像素子面の測定位置によって反射光量の測定値が異なると、最大反射光量によって判断していた撮像素子面の適切位置の判別があやふやになっている。例えば、測定値が最大反射光量でないから撮像素子の位置が適切でないと判断し、その撮像素子の位置を調整しても、その調整は、撮像素子を適切な位置に調整することにはならないという問題が生じている。

因みに、本出願人が特許文献１，２などにおいて先に提案したカメラ試験機においても、撮像素子面に反射能に差がある素子を配列した撮像素子を備えたカメラに対するフランジバックや撮像素子の位置を測定する技術については検討されていない。

特許第３９５５２４２号公報 特許第４２４８５３６号公報

本発明は、レンズ交換式カメラの撮像素子面に、撮像用素子と撮像機能以外の機能を持たせた素子、例えば測距用素子を配列した撮像素子面を有するカメラであっても、そのフランジバック、又は撮像素子の位置が適切であるか否かを測定することができる検査方法の提供を課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明検査方法の構成は、点光源、ビームスプリッタ、反射光を受光する撮像素子（以下、受光素子という。）、コリメータレンズ、対物レンズを備えた共焦点光学系を用いて前記点光源の共焦点にレンズ交換式カメラ（以下、カメラともいう）の撮像素子を配置し、前記点光源を作動させて前記受光素子に得られる前記撮像素子の前記点光源の反射画像によって前記カメラのフランジバック、又は撮像素子の位置を測定するとき、前記撮像素子に対し前記対物レンズを移動させ、その移動の微小ピッチにおいて前記受光素子に得られる複数のフレーム画像のデータを２次元高速フーリエ変換処理し、各変換処理データが示す高周波空間周波数の高周波成分により撮像素子面を求め、前記フランジバックの適否または、撮像素子の位置の適否を判断することを特徴とする。

本発明において、撮像素子の測定位置（測定ポイント）は、撮像素子面の略四隅の４箇所と略中央の１箇所の合計５箇所である。撮像素子面の５箇所の測定ポイントに対する共焦点系光学系は、５箇所の測定ポイントを夫々に測定するための５系統が準備される。

本発明において、５系統の共焦点光学系における撮像素子面に対する対物レンズの移動は、５系統それぞれの共焦点光学系ごとに移動させる個別移動方式と、５系統の共焦点光学系を１つのケーシングに収めておき、ケーシングごと移動させる全体移動方式のいずれを選択してもよい。

対物レンズの撮像素子面への移動（前進）距離は、一例として１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、この移動の間に受光素子を通してＣＰＵボードが取り込む撮像素子の反射画像（点光源の反射画像）は、例えば２００〜３００フレーム／秒程度である。

本発明は、対物レンズを所量距離移動させている間に、受光素子に２００〜３００フレーム／秒で得られる撮像素子面の複数のフレーム画像のデータの夫々を、２次元高速フーリエ変換処理することによって得られる各フレーム画像の２次元空間周波数の高周波成分によって撮像素子面を検出するから、撮像素子面に撮像機能以外の機能を有する素子、例えば測距用素子が配列されていてもその影響を受けることなく、撮像素子面の位置を検出することができる。

本発明方法の実施に使用するカメラ試験機の構成を説明するための模式的ブロック図。 撮像素子の測定点を説明するための正面図。 本発明方法により測定された撮像素子の位置を示す波形図。

次に、図を参照して本発明の実施の形態例について説明する。図１は本発明検査方法を実行することができるカメラ試験機ＣＴの構成を模式的に示したブロック図である。

図１のブロック図において、１はカメラ試験機ＣＴの基枠、２１〜２５は、前記基枠１に搭載した５系統の共焦点光学系で、各共焦点光学系２１〜２５は、同一の光学系部品や部材によって構成されている。

本明細書では、共焦点光学系２１の構成について説明する。この説明は他の共焦点光学系２２〜２５についても同じである。
共焦点光学系２１は、一例としてＬＥＤによる点光源２ａ、この点光源２ａの光軸上に置いたビームスプリッタ２ｂ、ビームスプリッタ２ｂの反射光軸上に置いたコリメータレンズ２ｃ、コリメータレンズ２ｃの光軸上の前方に配置された対物レンズ２ｄ、対物レンズ２ｄの焦点に設定される撮像素子ＣＩの反射像が前記コリメータレンズ２ｃとビームスプリッタ２ｂの透過光軸を通って結像する位置に置かれた受像素子２ｅとを備えて構成されている。このほかの共焦点光学系２２〜２５も、上記の共焦点光学系２１と同一構成である。図１の基枠１において各対物レンズ２ｄの焦点に設定されている符号Ｐ１〜Ｐ５は、図２に正面図で示した撮像素子ＣＩの撮像素子面における５個の測定ポイント（測定点）Ｐ１〜Ｐ５に対応している。

本発明の共焦点光学系２１〜２５における前記点光源２ａは、装置的には共焦点の位置のみならずその近傍にあってもよい。また、夫々の対物レンズ２ｄは、基枠１に配置した機械的構成によって、光軸上で微小距離、例えば１．０ｍｍ〜２．００ｍｍ程度の距離を進退動作（移動）をするように形成されている。

各対物レンズ２ｄを移動させる機械的構成は、例えば光軸と平行に移動するレンズマウント３ａ、該レンズマウント３ａの可動部材（図示せず）に進退動作の移動力を伝える伝動機構３ｂ、伝動機構３ｂに連結された例えばボールねじモータやリニアモータを含むモータ類３ｃを備えて形成され、モータ類３ｃは、その動作が制御基板を主体とする駆動制御部４によって制御される。

各対物レンズ２ｄの移動は、エンコーダ等の機械・電気変換式で測定値が出力されるリニアスケール５により移動距離がデジタル値で検出され、距離データとして駆動制御部４に供給される。駆動制御部４では供給される距離データによって、モータ類３ｃの正転（例えば前進）と逆転（例えば後退）とを制御する。

各共焦点光学系２１〜２５の各点光源２ａは、光源駆動基板による光源制御部６に接続されており、その点灯状態が光源制御部６に制御される。

撮像素子ＣＩの各測定ポイントＰ１〜Ｐ５における各点光源２ａの反射画像（反射光）は、夫々に対物レンズ２ｄ、コリメータレンズ２ｃを通ってビームスプリッタ２ｂを通過し、各受光素子２ｅに受光される。

本発明では、共焦点光学系２１の対物レンズ２ｄが、例えば１秒間に１．２ｍｍ移動するように制御部４に設定されているとき、受光素子２ｅは撮像素子ＣＩの測定ポイントＰ１の反射画像をＣＰＵボードを主体とする処理制御部７１に供給する。処理制御部７１では、受光素子２ｅから供給される反射画像を一例として２４０フレーム／秒の画像データに変換する。

処理制御部７１において受光素子２ｅから供給される反射画像を２４０フレーム／秒のデータに変換処理するのは、リニアスケール５から処理制御部７１に供給される距離データとタイマーデータに基づく演算処理による。この例では、対物レンズ２ｄが１．２ｍｍ／秒の設定で前進させられている間に、対物レンズ２ｄの５μｍ移動ピッチあたり１フレームの画像データが処理制御部７１に形成される。

処理制御部７１のＣＰＵボードでは、さらに前記の２４０フレーム／秒の画像データを二次元高速フーリエ変換の演算処理を行う。

本発明では、撮像素子ＣＩにおける他の測定ポイントＰ２〜Ｐ５についても、上記測定ポイントＰ１の場合と同様に、夫々の受光素子２ｅから夫々の処理制御部７２〜７５に供給される画像データを、夫々に２４０フレーム／秒の画像データに変換し、各変換データを夫々の処理制御部７２〜７５において二次元高速フーリエ変換の演算処理を行う。

図３は、一例として測定ポイントＰ１について２４０フレーム／秒の画像データを二次元高速フーリエ変換し、変換データを統計処理してサブミクロン精度で得られる各フレームの位置を高周波空間周波数の高周波成分によって表した線図である。図３において横軸はフレーム位置（ピントが合ったフレームの位置の検出）に対応し、縦軸がピントの合致度合を示す高周波成分の強さ（大きさ）に対応している。

２次元信号である画像に高速フーリエ変換を適用すると、空間周波数スペクトルが得られる。画像データを高速フーリエ変換した空間周波数スペクトルでは、ピントがずれてぼけた画像は、空間周波数の高周波成分が小さくなり、ピントが合った鮮鋭な画像では空間周波数の高周波成分が大きくなる。

このことから、実施態様における２４０フレームの画像の中でピントが合っているフレームの画像データは、高速フーリエ変換されて統計処理されると空間周波数スペクトルの高周波成分が最大に表われる。これが図３の波形のピーク部である。

このピーク部がカメラの撮像素子ＣＩに予め定められている基準位置からどれくらいずれているかを、図３の横軸に定める基準点に照らしで判読し、撮像素子ＣＩの適正位置に対する調整をする。

上記実施態様においては、撮像素子ＣＩの測定ポイントを５点とし、従って用意する共焦点光学系も５系統としたが、本発明では検査タクトタイムを上げるため測定ポイントを３点にすることもある。測定ポイントが３点の場合には、５系統の共焦点光学系の中で該当する３点に対応する共焦点光学系を駆動して検査するか、又は３系統の共焦点光学系を備えた試験機で検査する。本発明において測定ポイントを、上記例の３点又は５点のほかに、４点やそれ以外に数にすることは任意である。

本発明は以上のように、撮像素子ＣＩの上に設定した測定ポイントＰ１〜Ｐ５に対して共焦点光学系２１〜２５を備えたカメラ試験機ＣＴを適用して撮像素子ＣＩの位置が適切であるかどうかを検査するために、前記撮像素子に対し前記対物レンズを移動させ、その移動の微小ピッチにおいて前記受光素子に得られる複数のフレーム画像のデータのそれぞれを２次元高速フーリエ変換処理して統計処理し、各処理データが示す高周波空間周波数の高周波成分により撮像素子面を求めて前記フランジバックの適否または、撮像素子の位置の適否を判断するから、撮像素子面に配列される素子に撮像用素子以外の素子が配列された撮像素子であっても、高精度かつ均質な撮像素子の位置、或いはフランジバックの測定を行うことができる。

ＣＴ カメラ試験機
ＣＩ 撮像素子
Ｐ１〜Ｐ５ 測定ポイント
１ 基枠
２ １〜２５共焦点光学系
３ａ レンズマウント
３ｂ 伝動機構
３ｃ モータ類
４ 駆動制御部
５ リニアスケール
６ 光源制御部
７１〜７２ 処理制御部

ＣＴ カメラ試験機
ＣＩ 撮像素子
Ｐ１〜Ｐ５ 測定ポイント
１ 基枠
２ １〜２５共焦点光学系
３ａ レンズマウント
３ｂ 伝動機構
３ｃ モータ類
４ 駆動制御部
５ リニアスケール
６ 光源制御部
７１〜７５ 処理制御部

Claims (4)

1. 点光源、ビームスプリッタ、受光素子、コリメータレンズ、対物レンズを備えた共焦点光学系を用いて前記点光源の共焦点にレンズ交換式カメラ（以下、カメラともいう）の撮像素子を配置し、前記点光源を作動させて前記受光素子に得られる前記撮像素子の前記点光源の反射画像によって前記カメラのフランジバック、又は撮像素子の位置を測定するとき、前記撮像素子に対し前記対物レンズを移動させ、その移動の微小ピッチにおいて前記受光素子に得られる複数のフレーム画像のデータを２次元高速フーリエ変換して処理し、各処理データが示す高周波空間周波数の高周波成分により撮像素子面を求め、前記フランジバックの適否または、撮像素子の位置の適否を判断することを特徴とするフランジバック又は撮像素子位置の検査方法。
2. 撮像素子の測定位置又は測定ポイントは、撮像素子面の５箇所又は３箇所を含む複数箇所であり、前記複数箇所の測定ポイントに対する共焦点系光学系は、複数箇所の測定ポイントを夫々に測定する複数系統の共焦点光学系である請求項１のフランジバック又は撮像素子位置の検査方法。
3. 複数系統の共焦点光学系における撮像素子面に対する各対物レンズの移動は、複数系統それぞれの共焦点光学系ごとに移動させる個別移動方式、又は複数系統の共焦点光学系を１つのケーシングに収めケーシングごと移動させる全体移動方式のいずれかである請求項１又は２のフランジバック又は撮像素子位置の検査方法。
4. 対物レンズの撮像素子への前進距離は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、この移動の間に受光素子を通して変換処理される撮像素子の反射画像は少なくとも２００〜３００フレーム／秒である請求項１〜３のいずれかのフランジバック又は撮像素子位置の検査方法。

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