JP4112165B2 - Optical system adjustment method and adjustment apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の調整方法及び調整装置に関し、特に、銀塩カメラ用レンズやデジタルカメラ用レンズ等の光学エレメントの組立時に用いられる自動レンズ系光軸調整方法及び調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、銀塩カメラ用レンズやデジタルカメラ用レンズ等の光学系のコンパクト化への要求が高まっている。また、ズームレンズの場合、より高い変倍比のレンズが求められている。
【０００３】
このようなレンズ系では、１枚のレンズに要求される偏心の誤差量は１０μｍ以内になっており、部品の加工精度だけで光学性能を確保しようとしても困難になってきている。
【０００４】
そのため、レンズ系の組立に光軸調整を適用したものが示されている。図１０は、従来例によるレンズ系光軸調整装置を示すもので、この装置においては、光源１００の下方に投影レンズ１０１と解像チャート１０２を設置し、チャート像は調整対象となるレンズ系Ｌによりコリメータレンズ１０３を経てＣＣＤカメラ１０４上に結像される。レンズ系Ｌは、組立中であって、単レンズＬ２〜Ｌ４はすでに玉枠Ｔに固定済みであって、最上端の単レンズＬ１のみが固定していない状態にある。
【０００５】
チャート像がレンズ系Ｌを通過した際、単レンズＬ２〜Ｌ４と単レンズＬ１の光源が一致していればカメラモニタ上のチャート像は解像されて観察される。チャート像が解像されずに観察された場合には、チャート像が解像されるように単レンズＬ１をＸ、Ｙ方向に微動調整し、調整が完了すれば単レンズＬ１を玉枠Ｔに接着剤で固定すればよい。
【０００６】
また、特開２０００−１２１９０１号では、被調整レンズ系を固定レンズ系の光軸に対して垂直に２次元的に微動させる微駆動ステージ手段と、光軸に垂直な２方向の直線パターンを有するチャートと、照明光によってそのチャートの２方向の直線パターンを被調整レンズ系と固定レンズ系を経てセンサに投影して２つの直線チャート像を得る光学系と、２つの直線チャート像の照度分布からその最強照度点を中心とするコマフレア量を算出する演算手段と、コマフレア量から得られた偏心補正量に基づいて微駆動ステージを駆動し、レンズ系の光軸調整を自動的に行って、調整後のレンズをそのまま固定接着できるレンズ系光軸調整方法を行っているものが開示されている。
【０００７】
また、特開平７−１３０５８号では、対物レンズの光軸調整方法として、対物レンズの焦点位置に格子パターンを有するテスト板を配置し、また、対物レンズに対する回転／移動手段機構と、測定光学系に格子を観察する接眼レンズとを設けて、回転／移動手段により対物レンズを光軸の周りに１回転し、この回転に従って偏心円に沿って１回転する格子パターンを接眼レンズにより観察しながら、対物レンズを光軸に直角のＸ又はＹ方向に平行移動して、偏心円が最小となる位置に停止させて、この停止した位置において、残存した偏心円に対して、さらに対物レンズの光軸をＸ又はＹ軸周りにアオリ調整して、残存した偏心円をさらに小さくする。このような平行移動とアオリ調整とを繰り返して偏心円を０又は０に近い微小直径として、対物レンズの光軸を合わせる方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、チャート像を作業者が目視で観察しながらレンズの微動調整を行うものであるため、解像の判断には熟練を必要とし、量産性に欠ける。また、調整結果も個人差があり１０μｍ以下の目視による判断は難しく、疲労等による判断間違えも生じるために信頼性に乏しく、さらに、調整を行う際調整方向と調整量が分からないため、調整に時間がかかる。
【０００９】
特開２０００−１２１９０１号の方法によると、偏心の状態から調整量が分かり自動調整を行うことができるが、Ｘ方向の偏心調整量を求めてからＹ方向の偏心調整量を求めるため、調整に時間がかかる。
【００１０】
特開平７−１３０５８号では、調整を何度か繰り返すことにより偏心を小さくするもので、調整に時間がかかる。また、自動的に調整を行う方法については特に言及していない。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学系の調整群の調整量と調整方向が分かり、それに基づいて自動的に光軸調整を行うことが可能な光学系の調整方法と装置を提供することである。
【００１２】
上記目的を達成する本発明の光学系の調整装置は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整装置であって、
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを有したチャートと、
前記チャートあるいは前記光学系の少なくとも一方を前記光学系の光軸の回りで回転させる回転機構と、
前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、
を備え、
前記回転機構の回転動作に対応して前記演算手段により前記光学的評価値の差を演算させ、該差が最大となる該回転機構の回転位置に基づき前記光学要素の偏心調整の方向を決定し、該差の最大値に基づき偏心調整の調整量を決定することを特徴とするものである。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
また、対応する光学系の調整は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整方法であって、
サジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを有したチャートの像を光学系で形成し、
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、
前記チャートあるいは光学系の少なくとも一方を光学系の光軸の回りで回転させると共に、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求め、
この差が最大値となる回転位置に基づき前記光学要素の偏心調整の方向を決定し、この最大値に基づき偏心調整の調整量を決定することを特徴とする方法である。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
【００１３】
本発明の別の光学系の調整装置は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整装置であって、
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを円周上に等間隔に複数個配置したチャートと、前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、
を備え、
前記演算手段の算出した光学的評価値の差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とするものである。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
また、対応する光学系の調整は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整方法であって、
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンを円周上に等間隔に複数個配置したチャートの像を光学系で形成し、
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求め、
この差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする方法である。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
【００１４】
本発明のさらに別の光学系の調整装置は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整装置であって、
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するために同心円状に濃淡のリングが複数形成された第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するために中心から周辺に向かって放射状に濃淡のラインが複数形成された第二パターンとを有したチャートと、
前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、
を備え、
前記演算手段の算出した光学的評価値の差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とするものである。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
また、対応する光学系の調整は、一部に偏心調整が可能な光学要素を有した光学系の調整方法であって、
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するために同心円状に濃淡のリングが複数形成された第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するために中心から周辺に向かって放射状に濃淡のラインが複数形成された第二パターンとを有したチャートの像を光学系で形成し、
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求め、
この差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする方法である。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。
以上において、前記チャートの空間周波数は１０本／ｍｍ〜５０本／ｍｍであることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、まず、本発明の光学系の調整方法について説明する。
【００１６】
銀塩カメラやデジタルカメラ等に用いられる光学系は、光学系を構成する全てのレンズに偏心等の製造誤差がない場合は、光学系を光軸周りに回転させても（被写体に対する角度がどのような角度であっても）、結像性能は一定である。例えば、被写体として１次元の格子パターンを用い、格子パターンを光学系に対して回転させて様々な角度位置で撮影したとしても、格子パターンはどの角度位置においても同じように撮影される。このように、偏心がない光学系は、光軸周りに回転させても結像性能に変化は生じない。
【００１７】
ところが、光学系に偏心が生じた場合、それぞれの角度位置で結像性能が異なってしまう。例えば、図５に示す光学系（特開平１０−２６０３５４号の実施例３。レンズデータも参照）において、Ｌ１〜Ｌ８の全てのレンズが偏心している場合を考える。レンズＬ１〜Ｌ８の偏心方向と偏心量は表１に示されているようになっており、Ｘ方向は、図２に示すチャートのメリジオナル測定用パターンと平行な方向で、Ｙ方向は、図２に示すチャートのサジタル測定用パターンと平行な方向である。このような光学系の結像性能について光学的評価値、ここでは変調伝達関数（ＭＴＦ）の値を計算すると、サジタル方向とメリジオナル方向における各々のＭＴＦ値（空間周波数３０本／ｍｍ）は表２に示すような値となる。なお、表２のＭＴＦ値はシミュレーションによるもので、図２に示すチャートを図５の光学系で撮影した場合の像を基に算出している。また、Ｙ方向を０°、時計回りの方向を正方向として、チャートを光学系に対して時計回りに２０°ずつ回転させ、各回転位置における値を算出している。
【００１８】
図６は、表２の結果を基にして、サジタル方向とメリジオナル方向におけるＭＴＦ値の変化をグラフ化したものである。図６において、横軸は回転角で縦軸はＭＴＦ値である。図６から分かるように、チャートの回転に伴ってサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値が変化しており、偏心により結像性能に変化が生じている様子が分かる。
【００２０】
このように、光学系に偏心があると光学的評価値が角度に応じて変化する。この点に着目したのが本発明であって、光学的評価値の変化から光学系の調整方向と調整量を算出し、算出した結果に基づいて調整を行おうとするものである。
【００２１】
簡単のために、図５に示す光学系において、レンズＬ１とＬ２が偏心しており、残りのレンズＬ３〜Ｌ８は偏心していない状態を仮定する。レンズＬ１とＬ２の偏心方向はＹ方向であって、偏心量は共に０．１ｍｍである。このような光学系について、前述と同様に各回転位置においてサジタル方向とメリジオナル方向におけるＭＴＦ値を算出すると表３のようになる。この表３のＭＴＦ値の変化を図６と同様にグラフ化すると、図７のようになる。
表３において、サジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差に着目すると、回転角が０°の時にサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大になっている。この回転角が０°の方向は、レンズＬ１とＬ２が偏心している方向、すなわちＹ方向と同じである。よって、光学系において偏心しているレンズがあったとしても、サジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大となる回転角としてその偏心方向を知ることができる。よって、レンズの組み立て調整に際しては、この方向を調整方向とし、この方向にレンズを移動させればよいことになる。
【００２３】
また、偏心量についてもシミュレーションによって求めることができる。例えば、レンズＬ１とＬ２を同じ方向に移動させた場合、移動量と各移動量におけるサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値（空間周波数３０本／ｍｍ）の差は図８のようになる。したがって、レンズの組み立て調整に際しては、このシミュレーションの結果を利用してレンズを必要な量だけ移動させればよいことになる。なお、実験によって予め移動量と各移動量におけるサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差の関係を求めておいてもよい。
【００２４】
なお、組み立て調整において全てのレンズを調整することはほとんどない。これは、光学系を構成するレンズにはわずかに偏心しただけで大きく結像性能を劣化させるレンズと、大きく偏心しても結像性能がほとんど劣化しないレンズとがあるからである。よって、例えば、大きく偏心しても結像性能がほとんど劣化しないレンズを固定レンズ群として調整を行わなければ、わずかに偏心しただけで大きく結像性能を劣化させるレンズを調整レンズ群として移動させればよくなる。この場合、固定レンズ群に偏心があったとしても結像性能への影響はわずかである。したがって、サジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大となる回転角が調整レンズ群の調整方向を示しているとみなすことができる。
【００２５】
ただし、場合によっては、サジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大となる回転角が調整レンズ群の調整方向と一致しない場合もある。例えば、前述のレンズＬ１〜Ｌ８が全て偏心している光学系において、調整レンズ群をＬ１とＬ２とした場合、サジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大となる回転角は６０°（ＭＴＦ値の差＝１０．４）、若しくは、回転角が１４０°（ＭＴＦ値の差＝−１０．８）の２つがあり、何れも偏心方向であるＸ方向とは異なる。しかしながら、このような場合であっても、基本的にはサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差が最大となる回転角に相当する方向を調整方向とすればよい。ここで、調整方向が２つある点が問題になるが、表３における回転角０°の欄を見ると、最大になっているのはサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差だけではなく、サジタル方向のＭＴＦ値も最大になっている。この点に着目して表２を見ると、サジタル方向のＭＴＦ値が最大になっているのは、回転角が６０°の時であることが分かる。よって、調整方向は６０°の方向と言うことができる。
【００２６】
次に、調整量であるが、これは前述のようにシミュレーションによって（あるいは実験によって）算出することができる。その結果を表４に示す。表４からＭＴＦ値の差が１０．４になる移動量は０．０８ｍｍであることが分かる。
このようにして、調整レンズ群の移動方向は６０°で移動量は０．０８ｍｍと決まるが、調整方向は６０°と２４０°の２つの方向があるので、実際にはこの２つの方向に移動させて、各方向においてＭＴＦ値を計算し、サジタル方向とメリジオナル方向における各々のＭＴＦ値の差が小さくなる方向を選べばよい。表４から分かるように、２４０°の方向に調整した場合、サジタル方向とメリジオナル方向における各々のＭＴＦ値が略一致していることから、２４０°が調整方向であることが分かる。
【００２８】
本発明の方法は、光学系とチャートの光軸（基準軸）を回転軸として相対位置を変えた時の光学系の結像性能の変化を算出することができればよいので、チャートを回転させる代わりに光学系を光軸を軸にして回転させてもよい。
【００２９】
実際にチャートを回転させて光学系の結像性能の変化を算出する場合、回転を連続的に行うことは不可能なので、１回目の結像性能の算出を行った後、任意の角度だけレンズを回転させて２回目の光学系の結像性能の算出を行い、それを複数回行うことになる。ここで、１回当たりの回転角を小さくすると調整方向を求める際の精度が高くなり、１回当たりの回転角を大きくすると調整方向を求める際の精度が低くなる。また、１回当たりの回転角を小さくすると調整方向の計算に時間がかかる。１回当たりの回転角を大きくする調整方向の計算の時間を短縮できる。
【００３０】
ここで、少なくともチャートの回転方向を３箇所以上設定することにより調整方向の精度が高くなる。
【００３１】
また、チャート又は光学系を回転させる代わりに、チャートを、図３に示すように、光軸に垂直な面内で光軸を中心にした円の円周上に等間隔に複数個配置してもよい。ここで、各チャートに対する光学系の結像性能を算出しても略同様の効果が得られ、それぞれの演算結果により調整レンズ群の調整方向と量を求めることができる。
【００３２】
このようにすれば、チャートや光学系を回転させるのに比べて、装置の構成を簡単にすることができる。また、調整時に可動する個所が少なくなるので、調整時間を短縮することができる。
【００３３】
また、チャート又は光学系（被験レンズ）を回転させる代わりに、チャートを、図４に示すように、形状が放射状であるチャートと形状が同心円状であるチャートにし、チャートを光軸に垂直な面内で切り替え可能にしてもよい。ここで、初めに形状が放射状のチャートについて光学系の結像性能を算出し、チャートを移動させた後、形状が同心円状のチャートについて光学系の結像性能を算出しても、略同様の効果が得られ、それぞれの演算結果により調整レンズ群の調整方向と量を求めることができる。
【００３４】
このようにすれば、チャートや光学系を回転させるのに比べて、装置の構成を簡単にすることができる。また、調整時に可動する個所が少なくなるので、調整時間を短縮することができる。
【００３５】
また、演算する結像性能として、チャートをスリットにしておいて、センサ上の線像強度分布からＭＴＦを求めてもよい。
【００３６】
また、光学系の像面側に配置されるチャートを図２に示すような３本線チャートとした場合に出力される強度分布は図９に示されるようになる。ここで、コントラストＣとして式（１）のように定義し、コントラスト値を求めてもよい。
【００３７】
Ｃ＝Ｂ／２Ａ ・・・（１）
次に、本発明の実施例を以下で説明する。図１は、本発明によるレンズ系光軸調整装置の構成を示すものである。ここで、光軸調整を行う結像レンズは固定レンズ群１と調整レンズ群２とから構成され、調整レンズ群２は、光軸に対して垂直方向に調整可能に図示せぬ結合機構により固定レンズ群１に結合されている。固定レンズ群１は調整台３に固定され、調整レンズ群２は光軸調整機構と機械的に結合されている。光軸調整機構は、調整群保持ユニット４と直交に組み合わされた２軸の微動ステージ５とから構成され、直交に組み合わされた２軸の微動ステージ５は光軸に垂直に配置され、調整レンズ群２をＸ、Ｙ方向に調整可能になっている。
【００３８】
調整台３の右方にはチャート８、拡散板９、光源１０が配置され、光源１０から出射された照明光は拡散板９により均一照明光となり、チャート８を投影する。
【００３９】
調整台３は、フォーカス方向に移動可能なフォーカス微動ステージ１３上に固定され、チャート像のフォーカス調整が可能な構造となっている。フォーカス微動ステージ１３上の駆動はフォーカス用パルスモーター１４によるため、パルス制御が可能となり、任意の位置制御、高精度な位置決めを実現できる。これによりチャート８を回転させた時に発生するピントボケ、調整レンズ群２を移動させた時のピントボケについては、チャート像を演算手段で画像処理を行い得られた情報からフォーカス微動ステージ１３を駆動させることにより、フォーカス調整を行いピントボケを抑制する。
【００４０】
チャート８は、図２に示すような３本線のサジタル方向とメリジオナル方向のチャートである。チャート８はチャート回転ユニット１１に組み付けられている。チャート回転ユニット１１は、ベルト（例えば、タイミングベルト）等を介してチャート回転用パルスモータ１２に結合され、光軸を軸に回転することが可能である。チャート回転ユニット１１は回転制御手段により決められた回転ピッチで回転し、チャート８を回転することが可能であり、チャート回転用パルスモータ１２によりパルス制御が可能となり、任意の回転ピッチでの回転も制御することが可能である。また、高精度な位置決めを実現できる。
【００４１】
光源１０により投影されたチャート像（軸上）は、固定レンズ群１、調整レンズ群２を経て、結像レンズの結像面付近に配置されたＣＣＤカメラ中心（中心のＣＣＤカメラ）１５のセンサ上に結像される。また、周辺（例えば、撮像面の最大像高の０．７倍の位置）のチャートを配置した場合は、チャートに対応した位置に配置されるＣＣＤカメラのセンサ上に結像される。
【００４２】
図１では、周辺のＣＣＤカメラは、ＣＣＤカメラ上（上側のＣＣＤカメラ）１６、ＣＣＤカメラ下（下側のＣＣＤカメラ）１７しか配置されていないが、周辺チャートの数に対応した数のＣＣＤカメラを配置すればよい。
【００４３】
ＣＣＤカメラ中心１５から出力される画像信号は、モニタ１９と演算手段１８に出力可能になっている。
【００４４】
モニタ１９では、ＣＣＤカメラ中心１５の出力によりチャート像が表示可能で、目視により確認可能になっている。また、演算手段１８では、ＣＣＤカメラ中心１５の出力により、結像レンズの結像性能、例えばコントラストを算出できるようになっている。
【００４５】
実際の調整は、まず、チャート回転ユニット１１の回転方向を基準方向（回転角０°）の状態でのチャート８の投影された像の結像性能を演算手段１８で算出する。次に、任意に設定した回転ピッチだけ回転制御手段によりチャート回転ユニット１１を回転させ、その状態でのチャート８の投影された像の結像性能を演算手段１８で算出する。これを繰り返し実施し、得られた結像性能の各データを基に調整レンズ群２の調整方向と調整量を決定する。例えば、チャート８を図２に示すような３本線のサジタル方向とメリジオナル方向のチャートにした場合に、各回転位置でのサジタル方向とメリジオナル方向のコントラスト値を求め、サジタル方向とメリジオナル方向の差が最大となる方向を調整レンズ群２の調整方向とし、この時のサジタル方向とメリジオナル方向コントラスト値の差から調整量を求めればよい。コントラスト値の差と調整量との関係は予め実験又は計算により求め、演算手段に記憶させておけばよい。
【００４６】
記憶されたコントラスト値の差と調整量の関係を基に計算された調整レンズ群２の調整方向、調整量についての情報は、微動ステージ制御手段２０に送られ、光軸調整機構の微動ステージ５の駆動を行う。
【００４７】
調整レンズ群２の調整後、固定レンズ群１と調整レンズ群２とを接着等により一体化すればよい。また、調整後モニタ１９により結像レンズの結像性能を確認してもよい。
【００４８】
このようにすることにより、結像レンズの光軸調整を自動的に行うことができる。
【００４９】
また、これまでに述べた実施例のようにチャート８を回転させる方法でもよいが、調整台３、調整群保持ユニット４、微動ステージ５を一体的に光軸を軸として回転できるような構成にし、固定レンズ群１と調整レンズ群２とを含んだ被験レンズ全体を回転させてもよい。
【００５０】
また、チャート８を、図３に示すように、光軸に垂直な面内で光軸を中心にした円の円周上に等間隔に複数個配置してもよい。
【００５１】
ここで、各チャートの結像レンズの結像性能を算出しても、略同様の効果が得られ、それぞれの演算結果により調整レンズ群２の調整方向と量を求めることができる。
【００５２】
また、チャート８を、図４に示すように、形状が放射状であるチャートと形状が同心円状であるチャートとにし、チャートを光軸に垂直な面内で移動可能にし、初めに形状が放射状のチャートについて結像レンズの結像性能を算出し、チャートを移動させた後、形状が同心円状のチャートについて結像レンズの結像性能を算出しても、略ぼ同様の効果が得られ、それぞれの演算結果により調整レンズ群２の調整方向と量を求めることができる。
【００５３】
チャートの空間周波数については、１０本／ｍｍ〜５０本／ｍｍ位が望ましい。調整を行う結像レンズの結像性能や、必要となる調整精度等から決定すればよい。
【００５４】
以上の本発明の光学系の調整方法及び調整装置は例えば次のように構成することができる。
【００５５】
〔１〕 光学系を構成する光学要素の相対位置を調整する方法であって、
基準軸の一方の端に配置されたチャートと該基準軸上に配置された光学系の相対位置を変化させるステップと、
各々の相対位置において前記光学系を介して前記チャートの像を前記基準軸の他方の端に配置した撮像素子で撮像するステップと、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて前記光学系の光学的評価値を算出するステップと、
前記複数の光学的評価値より前記光学系の一部を保持する保持部材を移動させるステップとを有することを特徴とする光学系の調整方法。
【００５６】
〔２〕 基準軸の一方の端に配置されたチャートと、
前記基準軸の他方の端に配置された撮像素子と、
前記チャートと前記撮像素子の間に配置され光学系を保持する保持ユニットと、
前記チャートあるいは前記光学系の少なくとも一方を前記基準軸の回りで回転させる回転機構と、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて前記光学系の光学的評価値を算出する処理装置とを備えた光学系の調整装置であって、
前記保持ユニットは前記光学系の一部の光学要素を前記光軸に対して固定して保持する第１の保持部材と、前記光学系の残りの光学要素を保持する第２の保持部材とを有し、
前記第２の保持部材は前記残りの光学要素を前記基準軸に対して移動させる移動機構を備え、
前記回転機構の回転による複数の測定位置において得られた前記光学的評価値に基づいて前記移動機構を駆動させることを特徴とする光学系の調整装置。
【００５７】
〔３〕 前記光学的評価値の測定は、少なくとも３個所の相対位置で行われることを特徴とする上記２記載の光学系の調整装置。
【００５８】
〔４〕 基準軸の一方の端に配置されたチャートと、
前記基準軸の他方の端に配置された撮像素子と、
前記チャートと前記撮像素子の間に配置され光学系を保持する保持ユニットと、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて前記光学系の光学的評価値を算出する処理装置とを備えた光学系の調整装置であって、
前記チャートは中心から周辺に放射状に向かって配置されたパターンを複数有し、
該パターンは第１の方向に濃淡のラインが複数形成された第１のパターン要素と、前記第１の方向と直交する第２の方向に濃淡のラインが複数形成された第２のパターン要素からなり、
前記保持ユニットは前記光学系の一部の光学要素を前記光軸に対して固定して保持する第１の保持部材と、前記光学系の残りの光学要素を保持する第２の保持部材とを有し、
前記第２の保持部材は前記残りの光学要素を前記基準軸に対して移動させる移動機構を備え、
前記複数のパターンの各々における前記光学的評価値に基づいて前記移動機構を駆動させることを特徴とする光学系の調整装置。
【００５９】
〔５〕 基準軸の一方の端に配置されたチャートと、
前記基準軸の他方の端に配置された撮像素子と、
前記チャートと前記撮像素子の間に配置され光学系を保持する保持ユニットと、
前記撮像素子から出力された出力信号に基づいて前記光学系の光学的評価値を算出する処理装置とを備えた光学系の調整装置であって、
前記チャートは中心から周辺に向かって放射状に濃淡のラインが複数形成された第１のパターンと、同心円状に濃淡のリングが複数形成されたの第２のパターンとからなり、
前記チャートを前記基準軸に垂直な面内で移動させる第１の移動機構を備え、
前記保持ユニットは前記光学系の一部の光学要素を前記光軸に対して固定して保持する第１の保持部材と、前記光学系の残りの光学要素を保持する第２の保持部材とを有し、
前記第２の保持部材は前記残りの光学要素を前記基準軸に対して移動させる第２の移動機構を備え、
前記パターンの各々の前記光学的評価値に基づいて前記第２の移動機構を駆動させることを特徴とする光学系の調整装置。
【００６０】
〔６〕 前記チャートは第１の方向に濃淡のラインが複数形成された第１のパターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に濃淡のラインが複数形成された第２のパターン要素からなり、前記光学的評価値は前記第１及び第２のパターンのコントラストであることを特徴とする上記２記載の光学系の調整装置。
【００６１】
〔７〕 前記チャートは第１の方向に濃淡のラインが１つ形成された第１のパターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に濃淡のラインが１つ形成された第２のパターン要素からなり、前記光学的評価値は前記第１及び第２のパターンの変調伝達関数であることを特徴とする上記２記載の光学系の調整装置。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の光学系の調整方法及び調整装置によると、調整群と固定群を有する光学系において、調整群の調整量と調整方向が分かり、これらを調整群に与えて光軸調整を行うことにより、自動的に光軸調整を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレンズ系光軸調整装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の調整方法及び調整装置に用いられるチャートの１例を示す図である。
【図３】本発明の調整方法及び調整装置に用いられるチャートの別の例を示す図である。
【図４】本発明の調整方法及び調整装置に用いられるチャートのもう１つの例を示す図である。
【図５】光学系の１例を示す断面図である。
【図６】図５の光学系の全てのレンズが偏心している場合のサジタル方向とメリジオナル方向におけるＭＴＦ値の変化を示すグラフである。
【図７】図５の光学系の一部のレンズが偏心している場合の図６と同様のグラフである。
【図８】図５の光学系の一部のレンズ移動させた場合の移動量と各移動量におけるサジタル方向とメリジオナル方向のＭＴＦ値の差を示す図である。
【図９】図２に示す３本線チャートの場合の出力強度分布を示す図である。
【図１０】従来例のレンズ系光軸調整装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…固定レンズ群
２…調整レンズ群
３…調整台
４…調整群保持ユニット
５…微動ステージ
８…チャート
９…拡散板
１０…光源
１１…チャート回転ユニット
１２…チャート回転用パルスモータ
１３…フォーカス微動ステージ
１４…フォーカス用パルスモーター
１５…ＣＣＤカメラ中心（中心のＣＣＤカメラ）
１６…ＣＣＤカメラ上（上側のＣＣＤカメラ）
１７…ＣＣＤカメラ下（下側のＣＣＤカメラ）
１８…演算手段
１９…モニタ
２０…微動ステージ制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system adjustment method and adjustment device, and more particularly to an automatic lens system optical axis adjustment method and adjustment device used when an optical element such as a silver salt camera lens or a digital camera lens is assembled.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing demand for compact optical systems such as lenses for silver salt cameras and lenses for digital cameras. In the case of a zoom lens, a lens with a higher zoom ratio is demanded.
[0003]
In such a lens system, the amount of decentration error required for one lens is within 10 μm, and it has become difficult to secure optical performance only by processing accuracy of parts.
[0004]
For this reason, an example in which optical axis adjustment is applied to the assembly of a lens system is shown. FIG. 10 shows a conventional lens system optical axis adjusting apparatus. In this apparatus, a
[0005]
When the chart image passes through the lens system L, the chart image on the camera monitor is resolved and observed if the light sources of the single lenses L2 to L4 and the single lens L1 match. When the chart image is observed without being resolved, the single lens L1 is finely adjusted in the X and Y directions so that the chart image is resolved. When the adjustment is completed, the single lens L1 is moved to the lens frame T. What is necessary is just to fix with an adhesive agent.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-121901 has fine driving stage means for finely moving the lens system to be adjusted two-dimensionally perpendicular to the optical axis of the fixed lens system, and linear patterns in two directions perpendicular to the optical axis. From a chart, an optical system that projects a linear pattern in two directions of the chart with illumination light onto a sensor through an adjusted lens system and a fixed lens system, and an illuminance distribution of the two linear chart images The calculation means that calculates the amount of coma flare centered on the strongest illuminance point, and the fine drive stage is driven based on the eccentricity correction amount obtained from the amount of coma flare, and the optical axis adjustment of the lens system is automatically performed for adjustment. There is disclosed a lens system optical axis adjustment method in which a later lens can be fixed and bonded as it is.
[0007]
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-13058, as an optical axis adjustment method for an objective lens, a test plate having a lattice pattern is disposed at the focal position of the objective lens, and a rotation / movement means mechanism for the objective lens and a measurement optical system are provided. And an eyepiece for observing the grating, and rotating / moving the objective lens once around the optical axis by the rotating / moving means, and observing the grating pattern that rotates once along the eccentric circle according to this rotation with the eyepiece, The objective lens is translated in the X or Y direction perpendicular to the optical axis and stopped at a position where the eccentric circle is minimized, and the optical axis of the objective lens is further increased with respect to the remaining eccentric circle at the stopped position. Is adjusted around the X or Y axis to further reduce the remaining eccentric circle. There has been proposed a method of adjusting the optical axis of the objective lens by repeating such parallel movement and tilt adjustment so that the eccentric circle becomes 0 or a minute diameter close to 0.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, since the operator performs fine adjustment of the lens while visually observing the chart image, skill is required for determination of resolution, and mass productivity is lacking. In addition, there are individual differences in adjustment results, making it difficult to make visual judgments of 10 μm or less, and misjudgment due to fatigue, etc., resulting in poor reliability. Further, the adjustment direction and adjustment amount are unknown when making adjustments. take time.
[0009]
According to the method of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-121901, the amount of adjustment can be known from the state of eccentricity and automatic adjustment can be performed. However, since the amount of eccentricity adjustment in the X direction is obtained and then the amount of eccentricity adjustment in the Y direction is obtained, take time.
[0010]
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-13058, the adjustment is repeated several times to reduce the eccentricity, and the adjustment takes time. Further, there is no particular mention of a method for automatically adjusting.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to know the adjustment amount and adjustment direction of the adjustment group of the optical system and automatically adjust the optical axis based on the adjustment amount. It is an object to provide an adjustment method and apparatus for an optical system capable of achieving the above.
[0012]
The optical system adjusting device of the present invention that achieves the above object is an optical system adjusting device having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
A chart having a first pattern for evaluating the imaging performance in the sagittal direction of the optical system and a second pattern for evaluating the imaging performance in the meridional direction;
A rotation mechanism for rotating at least one of the chart or the optical system around an optical axis of the optical system;
An image sensor that captures an image of the chart formed by the optical system;
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
With
Corresponding to the rotation operation of the rotation mechanism, the calculation means calculates the difference between the optical evaluation values, and determines the direction of the eccentric adjustment of the optical element based on the rotation position of the rotation mechanism where the difference is maximized. The amount of eccentricity adjustment is determined based on the maximum value of the difference. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
Further, the adjustment of the corresponding optical system is an adjustment method of the optical system having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
An image of a chart having a first pattern for evaluating the imaging performance in the sagittal direction and a second pattern for evaluating the imaging performance in the meridional direction is formed by the optical system,
Taking an image of the chart with an image sensor,
Rotating at least one of the chart or the optical system around the optical axis of the optical system;
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. Find the difference
In this method, the direction of eccentricity adjustment of the optical element is determined based on the rotational position at which the difference becomes the maximum value, and the adjustment amount of the eccentricity adjustment is determined based on the maximum value. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
[0013]
Another optical system adjusting apparatus of the present invention is an optical system adjusting apparatus having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
A chart in which a plurality of first patterns for evaluating imaging performance in the sagittal direction of the optical system and second patterns for evaluating imaging performance in the meridional direction are arranged at equal intervals on the circumference; An image sensor that captures an image of the chart formed by an optical system;
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
With
The direction of eccentricity adjustment of the optical element and the amount of eccentricity adjustment are determined based on the difference in optical evaluation values calculated by the computing means. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
Further, the adjustment of the corresponding optical system is an adjustment method of the optical system having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
An optical chart image in which a plurality of first patterns for evaluating the sagittal imaging performance of the optical system and a second pattern for evaluating imaging performance in the meridional direction are arranged at equal intervals on the circumference. Formed in the system,
Taking an image of the chart with an image sensor,
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. Find the difference
In this method, the direction of eccentricity adjustment of the optical element and the adjustment amount of the eccentricity adjustment are determined based on this difference. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
[0014]
Still another optical system adjusting device of the present invention is an optical system adjusting device having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
In order to evaluate the imaging performance in the sagittal direction of the optical system, a first pattern in which a plurality of concentric rings are formed, and in order to evaluate the imaging performance in the meridional direction, the density varies radially from the center to the periphery. A chart having a second pattern in which a plurality of lines are formed;
An image sensor that captures an image of the chart formed by the optical system;
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
With
The direction of eccentricity adjustment of the optical element and the amount of eccentricity adjustment are determined based on the difference in optical evaluation values calculated by the computing means. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
Further, the adjustment of the corresponding optical system is an adjustment method of the optical system having an optical element capable of adjusting eccentricity in part,
In order to evaluate the imaging performance in the sagittal direction of the optical system, a first pattern in which a plurality of concentric rings are formed, and in order to evaluate the imaging performance in the meridional direction, the density varies radially from the center to the periphery. Forming an image of a chart having a second pattern in which a plurality of lines are formed with an optical system,
Taking an image of the chart with an image sensor,
An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. Find the difference
In this method, the direction of eccentricity adjustment of the optical element and the adjustment amount of the eccentricity adjustment are determined based on this difference. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
In the above, it is desirable that the spatial frequency of the chart is 10 lines / mm to 50 lines / mm.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the method for adjusting the optical system of the present invention will be described first.
[0016]
Optical systems used in silver halide cameras, digital cameras, etc. can rotate the optical system around the optical axis (if the angle with respect to the subject is different) if there is no manufacturing error such as decentration in all the lenses constituting the optical system. Even at such an angle, the imaging performance is constant. For example, even if a one-dimensional lattice pattern is used as a subject and the lattice pattern is rotated with respect to the optical system and photographed at various angular positions, the lattice pattern is photographed in the same manner at any angular position. Thus, an optical system without decentration does not change in imaging performance even if it is rotated around the optical axis.
[0017]
However, when decentration occurs in the optical system, the imaging performance differs at each angular position. For example, in the optical system shown in FIG. 5 (Example 3 of JP-A-10-260354, see also lens data), consider a case where all the lenses L1 to L8 are decentered. The eccentric directions and amounts of the lenses L1 to L8 are as shown in Table 1, the X direction is parallel to the meridional measurement pattern of the chart shown in FIG. 2, and the Y direction is FIG. The direction is parallel to the sagittal measurement pattern of the chart shown in FIG. When the optical evaluation value for the imaging performance of such an optical system, here, the value of the modulation transfer function (MTF) is calculated, each MTF value (
[0018]
FIG. 6 is a graph showing changes in the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction based on the results in Table 2. In FIG. 6, the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the MTF value. As can be seen from FIG. 6, the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction change with the rotation of the chart, and it can be seen that the imaging performance changes due to the eccentricity.
[0020]
As described above, when the optical system is decentered, the optical evaluation value changes according to the angle. The present invention focuses on this point, and calculates the adjustment direction and the adjustment amount of the optical system from the change in the optical evaluation value, and performs adjustment based on the calculated result.
[0021]
For simplicity, it is assumed that the lenses L1 and L2 are decentered and the remaining lenses L3 to L8 are not decentered in the optical system shown in FIG. The decentering directions of the lenses L1 and L2 are the Y direction, and the decentering amounts are both 0.1 mm. For such an optical system, the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction are calculated as shown in Table 3 at each rotational position as described above. When the change of the MTF value in Table 3 is graphed in the same manner as in FIG. 6, it is as shown in FIG.
In Table 3, paying attention to the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction, the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is maximized when the rotation angle is 0 °. The direction in which the rotation angle is 0 ° is the same as the direction in which the lenses L1 and L2 are decentered, that is, the Y direction. Therefore, even if there is a lens that is decentered in the optical system, the decentering direction can be known as the rotation angle at which the difference between the sagittal and meridional MTF values is maximized. Therefore, when assembling and adjusting the lens, this direction is set as the adjustment direction, and the lens may be moved in this direction.
[0023]
Further, the amount of eccentricity can also be obtained by simulation. For example, when the lenses L1 and L2 are moved in the same direction, the difference between the movement amount and the MTF value (
[0024]
It should be noted that all the lenses are rarely adjusted during assembly adjustment. This is because the lenses constituting the optical system include a lens that greatly deteriorates the imaging performance even if it is slightly decentered, and a lens that does not substantially deteriorate the imaging performance even if greatly decentered. Therefore, for example, if adjustment is not performed as a fixed lens group for a lens whose imaging performance is hardly deteriorated even if it is greatly decentered, if a lens that greatly deteriorates imaging performance only by being slightly decentered is moved as an adjustment lens group Get better. In this case, even if the fixed lens group is decentered, the influence on the imaging performance is small. Accordingly, it can be considered that the rotation angle at which the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is the maximum indicates the adjustment direction of the adjustment lens group.
[0025]
However, in some cases, the rotation angle at which the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is maximum may not match the adjustment direction of the adjustment lens group. For example, in the optical system in which the lenses L1 to L8 are all decentered, when the adjustment lens group is L1 and L2, the rotation angle at which the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is maximum is 60 ° (MTF value). Difference of 10.4) or a rotation angle of 140 ° (difference in MTF value = -10.8), both of which are different from the X direction which is an eccentric direction. However, even in such a case, basically, the direction corresponding to the rotation angle at which the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is maximized may be set as the adjustment direction. Here, there is a problem that there are two adjustment directions, but looking at the column of the
[0026]
Next, the adjustment amount can be calculated by simulation (or by experiment) as described above. The results are shown in Table 4. From Table 4, it can be seen that the amount of movement at which the difference in MTF value is 10.4 is 0.08 mm.
In this way, the moving direction of the adjusting lens group is 60 ° and the moving amount is determined to be 0.08 mm. However, since the adjusting direction has two directions of 60 ° and 240 °, it actually moves in these two directions. Thus, the MTF value is calculated in each direction, and the direction in which the difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction is reduced may be selected. As can be seen from Table 4, when adjusting in the direction of 240 °, the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction are approximately the same, indicating that 240 ° is the adjustment direction.
[0028]
The method of the present invention only needs to be able to calculate the change in the imaging performance of the optical system when the relative position is changed with the optical axis (reference axis) of the optical system and the chart as the rotation axis. Alternatively, the optical system may be rotated about the optical axis.
[0029]
When calculating the change in the imaging performance of the optical system by actually rotating the chart, it is impossible to perform the rotation continuously, so after calculating the first imaging performance, the lens is set at an arbitrary angle. Is rotated to calculate the imaging performance of the second optical system, which is performed a plurality of times. Here, if the rotation angle per time is reduced, the accuracy in obtaining the adjustment direction is increased, and if the rotation angle per time is increased, the accuracy in obtaining the adjustment direction is lowered. Moreover, if the rotation angle per rotation is reduced, it takes time to calculate the adjustment direction. The time for calculating the adjustment direction for increasing the rotation angle per rotation can be shortened.
[0030]
Here, the accuracy of the adjustment direction is increased by setting at least three rotation directions of the chart.
[0031]
Further, instead of rotating the chart or the optical system, as shown in FIG. 3, a plurality of charts are arranged at equal intervals on the circumference of a circle around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. Also good. Here, even if the imaging performance of the optical system for each chart is calculated, substantially the same effect can be obtained, and the adjustment direction and amount of the adjustment lens group can be obtained from the respective calculation results.
[0032]
In this way, the configuration of the apparatus can be simplified as compared with rotating the chart and the optical system. Further, since the number of movable parts during adjustment is reduced, the adjustment time can be shortened.
[0033]
Further, instead of rotating the chart or the optical system (test lens), as shown in FIG. 4, the chart is a radial chart and a concentric chart, and the chart is a plane perpendicular to the optical axis. It may be possible to switch within. Here, the imaging performance of the optical system is first calculated for a chart having a radial shape, and after moving the chart, the imaging performance of the optical system is calculated for a chart having a concentric shape. An effect is obtained, and the adjustment direction and amount of the adjustment lens group can be obtained from each calculation result.
[0034]
In this way, the configuration of the apparatus can be simplified as compared with rotating the chart and the optical system. Further, since the number of movable parts during adjustment is reduced, the adjustment time can be shortened.
[0035]
As the imaging performance to be calculated, the chart may be a slit and the MTF may be obtained from the line image intensity distribution on the sensor.
[0036]
Further, the intensity distribution output when the chart arranged on the image plane side of the optical system is a three-line chart as shown in FIG. 2 is as shown in FIG. Here, the contrast C may be defined as in Expression (1) to obtain the contrast value.
[0037]
C = B / 2A (1)
Next, examples of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a configuration of a lens system optical axis adjusting device according to the present invention. Here, the imaging lens for adjusting the optical axis is composed of a fixed lens group 1 and an adjusting lens group 2. The adjusting lens group 2 is fixed by a coupling mechanism (not shown) so as to be adjustable in a direction perpendicular to the optical axis. The lens group 1 is coupled. The fixed lens group 1 is fixed to the adjustment table 3, and the adjustment lens group 2 is mechanically coupled to the optical axis adjustment mechanism. The optical axis adjustment mechanism is composed of an adjustment group holding unit 4 and a biaxial fine movement stage 5 combined perpendicularly, and the biaxial fine movement stage 5 combined orthogonally is arranged perpendicular to the optical axis, and is an adjustment lens. The group 2 can be adjusted in the X and Y directions.
[0038]
A chart 8, a diffusion plate 9, and a light source 10 are arranged on the right side of the adjustment table 3. The illumination light emitted from the light source 10 is converted into uniform illumination light by the diffusion plate 9, and the chart 8 is projected.
[0039]
The adjustment table 3 is fixed on the focus fine movement stage 13 movable in the focus direction, and has a structure capable of adjusting the focus of the chart image. Since driving on the focus fine movement stage 13 is performed by the focus pulse motor 14, pulse control is possible, and arbitrary position control and high-accuracy positioning can be realized. As a result, for the out-of-focus generated when the chart 8 is rotated and the out-of-focus when the adjustment lens group 2 is moved, the focus fine movement stage 13 is driven from information obtained by performing image processing on the chart image by the calculation means. The focus adjustment is performed to suppress out-of-focus blur.
[0040]
Chart 8 is a three-line sagittal direction and meridional direction chart as shown in FIG. The chart 8 is assembled to the chart rotation unit 11. The chart rotation unit 11 is coupled to the chart rotation pulse motor 12 via a belt (for example, a timing belt) or the like, and can rotate around the optical axis. The chart rotation unit 11 rotates at a rotation pitch determined by the rotation control means, can rotate the chart 8, can be controlled by a pulse motor 12 for chart rotation, and can rotate at an arbitrary rotation pitch. It is possible to control. In addition, highly accurate positioning can be realized.
[0041]
The chart image (on the axis) projected by the light source 10 passes through the fixed lens group 1 and the adjustment lens group 2, and then the sensor of the CCD camera center (center CCD camera) 15 disposed in the vicinity of the imaging surface of the imaging lens. Imaged on top. Further, when a chart in the vicinity (for example, a position 0.7 times the maximum image height of the imaging surface) is arranged, an image is formed on a sensor of a CCD camera arranged at a position corresponding to the chart.
[0042]
In FIG. 1, only the CCD camera (upper CCD camera) 16 and the lower CCD camera (lower CCD camera) 17 are arranged as peripheral CCD cameras, but the number of CCD cameras corresponding to the number of peripheral charts. May be arranged.
[0043]
The image signal output from the CCD camera center 15 can be output to the monitor 19 and the calculation means 18.
[0044]
The monitor 19 can display a chart image by the output of the CCD camera center 15 and can be visually confirmed. Further, the computing means 18 can calculate the imaging performance of the imaging lens, for example, the contrast, based on the output of the CCD camera center 15.
[0045]
In actual adjustment, first, the calculation means 18 calculates the imaging performance of the projected image of the chart 8 in a state where the rotation direction of the chart rotation unit 11 is the reference direction (
[0046]
Information on the adjustment direction and the adjustment amount of the adjustment lens group 2 calculated based on the relationship between the stored contrast value difference and the adjustment amount is sent to the fine movement stage control means 20, and the fine movement stage 5 of the optical axis adjustment mechanism. Drive.
[0047]
After the adjustment lens group 2 is adjusted, the fixed lens group 1 and the adjustment lens group 2 may be integrated by bonding or the like. Further, the imaging performance of the imaging lens may be confirmed by the monitor 19 after adjustment.
[0048]
By doing so, it is possible to automatically adjust the optical axis of the imaging lens.
[0049]
Further, the chart 8 may be rotated as in the embodiments described so far, but the adjustment table 3, the adjustment group holding unit 4, and the fine movement stage 5 are configured so as to be integrally rotatable about the optical axis. The entire test lens including the fixed lens group 1 and the adjustment lens group 2 may be rotated.
[0050]
Further, as shown in FIG. 3, a plurality of charts 8 may be arranged at equal intervals on the circumference of a circle centered on the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis.
[0051]
Here, even if the imaging performance of the imaging lens of each chart is calculated, substantially the same effect can be obtained, and the adjustment direction and amount of the adjustment lens group 2 can be obtained from the respective calculation results.
[0052]
Further, as shown in FIG. 4, the chart 8 is a chart having a radial shape and a chart having a concentric shape, and the chart is movable in a plane perpendicular to the optical axis. After calculating the imaging performance of the imaging lens for the chart, moving the chart, and calculating the imaging performance of the imaging lens for the chart with concentric shapes, approximately the same effect is obtained, The adjustment direction and amount of the adjustment lens group 2 can be obtained from the result of the calculation.
[0053]
The spatial frequency of the chart is desirably about 10 lines / mm to 50 lines / mm. What is necessary is just to determine from the imaging performance of the imaging lens which adjusts, required adjustment accuracy, etc.
[0054]
The optical system adjusting method and adjusting apparatus of the present invention described above can be configured as follows, for example.
[0055]
[1] A method for adjusting the relative position of optical elements constituting an optical system,
Changing the relative position of the chart disposed at one end of the reference axis and the optical system disposed on the reference axis;
Capturing an image of the chart through the optical system at each relative position with an image sensor disposed at the other end of the reference axis;
Calculating an optical evaluation value of the optical system based on an output signal output from the imaging device;
And a step of moving a holding member that holds a part of the optical system from the plurality of optical evaluation values.
[0056]
[2] A chart arranged at one end of the reference axis;
An image sensor disposed at the other end of the reference axis;
A holding unit that is disposed between the chart and the imaging device and holds an optical system;
A rotation mechanism for rotating at least one of the chart or the optical system around the reference axis;
An adjustment device for an optical system, comprising: a processing device that calculates an optical evaluation value of the optical system based on an output signal output from the imaging element;
The holding unit includes a first holding member that holds a part of the optical elements fixed to the optical axis, and a second holding member that holds the remaining optical elements of the optical system. Have
The second holding member includes a moving mechanism for moving the remaining optical element with respect to the reference axis,
An apparatus for adjusting an optical system, wherein the moving mechanism is driven based on the optical evaluation values obtained at a plurality of measurement positions by rotation of the rotating mechanism.
[0057]
[3] The optical system adjusting apparatus according to [2], wherein the optical evaluation value is measured at at least three relative positions.
[0058]
[4] A chart arranged at one end of the reference axis;
An image sensor disposed at the other end of the reference axis;
A holding unit that is disposed between the chart and the imaging device and holds an optical system;
An adjustment device for an optical system, comprising: a processing device that calculates an optical evaluation value of the optical system based on an output signal output from the imaging element;
The chart has a plurality of patterns arranged radially from the center to the periphery,
The pattern includes a first pattern element in which a plurality of shading lines are formed in a first direction, and a second pattern element in which a plurality of shading lines are formed in a second direction orthogonal to the first direction. Become
The holding unit includes a first holding member that holds a part of the optical elements fixed to the optical axis, and a second holding member that holds the remaining optical elements of the optical system. Have
The second holding member includes a moving mechanism for moving the remaining optical element with respect to the reference axis,
An apparatus for adjusting an optical system, wherein the moving mechanism is driven based on the optical evaluation value in each of the plurality of patterns.
[0059]
[5] A chart arranged at one end of the reference axis;
An image sensor disposed at the other end of the reference axis;
A holding unit that is disposed between the chart and the imaging device and holds an optical system;
An adjustment device for an optical system, comprising: a processing device that calculates an optical evaluation value of the optical system based on an output signal output from the imaging element;
The chart consists of a first pattern in which a plurality of shaded lines are formed radially from the center to the periphery, and a second pattern in which a plurality of shaded rings are formed concentrically.
A first moving mechanism for moving the chart in a plane perpendicular to the reference axis;
The holding unit includes a first holding member that holds a part of the optical elements fixed to the optical axis, and a second holding member that holds the remaining optical elements of the optical system. Have
The second holding member includes a second moving mechanism for moving the remaining optical element with respect to the reference axis,
An optical system adjusting apparatus that drives the second moving mechanism based on the optical evaluation value of each of the patterns.
[0060]
[6] The chart includes a first pattern in which a plurality of shading lines are formed in a first direction, and a second pattern in which a plurality of shading lines are formed in a second direction orthogonal to the first direction. 3. The optical system adjustment apparatus according to claim 2, wherein the optical evaluation value is a contrast between the first and second patterns.
[0061]
[7] The chart includes a first pattern in which one shading line is formed in a first direction, and a second pattern in which one shading line is formed in a second direction orthogonal to the first direction. 3. The optical system adjusting apparatus according to claim 2, wherein the optical evaluation value is a modulation transfer function of the first and second patterns.
[0062]
【The invention's effect】
According to the adjustment method and adjustment apparatus of the optical system of the present invention, in the optical system having the adjustment group and the fixed group, the adjustment amount and the adjustment direction of the adjustment group are known, and these are given to the adjustment group to perform the optical axis adjustment It becomes possible to automatically adjust the optical axis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a lens system optical axis adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a chart used in the adjustment method and the adjustment apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another example of a chart used in the adjustment method and adjustment apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another example of a chart used in the adjustment method and the adjustment apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of an optical system.
6 is a graph showing changes in MTF values in the sagittal direction and the meridional direction when all the lenses of the optical system of FIG. 5 are decentered. FIG.
7 is a graph similar to FIG. 6 when some lenses of the optical system of FIG. 5 are decentered.
8 is a diagram illustrating a movement amount when a part of the lenses of the optical system of FIG. 5 is moved, and a difference between the MTF values in the sagittal direction and the meridional direction at each movement amount.
9 is a diagram showing an output intensity distribution in the case of the three-line chart shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional lens system optical axis adjusting device.
[Explanation of symbols]
1 ... Fixed lens group
2 ... Adjustment lens group
3 ... Adjustment stand
4 ... Adjustment group holding unit
5 ... Fine movement stage
8 ... Chart
9 ... Diffusion plate
10 ... Light source
11 ... Chart rotation unit
12 ... Chart rotation pulse motor
13. Focus fine movement stage
14 ... Focusing pulse motor
15 ... CCD camera center (center CCD camera)
16: On the CCD camera (upper CCD camera)
17 ... Below the CCD camera (lower CCD camera)
18 ... Calculation means
19 ... Monitor
20 ... Fine movement stage control means
Claims (8)
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを有したチャートと、A chart having a first pattern for evaluating the imaging performance in the sagittal direction of the optical system and a second pattern for evaluating the imaging performance in the meridional direction;
前記チャートあるいは前記光学系の少なくとも一方を前記光学系の光軸の回りで回転させる回転機構と、A rotation mechanism for rotating at least one of the chart or the optical system around an optical axis of the optical system;
前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、An image sensor that captures an image of the chart formed by the optical system;
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
を備え、With
前記回転機構の回転動作に対応して前記演算手段により前記光学的評価値の差を演算させ、該差が最大となる該回転機構の回転位置に基づき前記光学要素の偏心調整の方向を決定し、該差の最大値に基づき偏心調整の調整量を決定することを特徴とする調整装置。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。Corresponding to the rotation operation of the rotation mechanism, the calculation means calculates the difference between the optical evaluation values, and determines the direction of the eccentric adjustment of the optical element based on the rotation position of the rotation mechanism where the difference is maximized. An adjustment device for determining an adjustment amount for eccentricity adjustment based on a maximum value of the difference. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを円周上に等間隔に複数個配置したチャートと、前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、A chart in which a plurality of first patterns for evaluating imaging performance in the sagittal direction of the optical system and second patterns for evaluating imaging performance in the meridional direction are arranged at equal intervals on the circumference; An image sensor that captures an image of the chart formed by an optical system;
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
を備え、With
前記演算手段の算出した光学的評価値の差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする調整装置。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。An adjusting device that determines an eccentricity adjustment direction and an eccentricity adjustment amount of the optical element based on a difference in optical evaluation values calculated by the arithmetic means. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するために同心円状に濃淡のリングが複数形成された第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するために中心から周辺に向かって放射状に濃淡のラインが複数形成された第二パターンとを有したチャートと、In order to evaluate the imaging performance in the sagittal direction of the optical system, a first pattern in which a plurality of concentric rings are formed, and in order to evaluate the imaging performance in the meridional direction, the density varies radially from the center toward the periphery. A chart having a second pattern in which a plurality of lines are formed;
前記光学系によって形成される前記チャートの像を撮像する撮像素子と、An image sensor that captures an image of the chart formed by the optical system;
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求める演算手段と、An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. A computing means for obtaining the difference;
を備え、With
前記演算手段の算出した光学的評価値の差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする調整装置。ただし、前記演算手段は光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。An adjusting device that determines an eccentricity adjustment direction and an eccentricity adjustment amount of the optical element based on a difference in optical evaluation values calculated by the arithmetic means. However, the calculation means calculates the MTF value or the contrast value as the optical evaluation value.
サジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンとを有したチャートの像を光学系で形成し、An image of a chart having a first pattern for evaluating the imaging performance in the sagittal direction and a second pattern for evaluating the imaging performance in the meridional direction is formed by the optical system,
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、Taking an image of the chart with an image sensor,
前記チャートあるいは光学系の少なくとも一方を光学系の光軸の回りで回転させると共に、Rotating at least one of the chart or the optical system around the optical axis of the optical system;
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これらCalculate optical evaluation values corresponding to the sagittal direction and the meridional direction of the optical system based on the signals according to the first and second patterns output from the image sensor, and these 二つの光学的評価値の差を求め、Find the difference between the two optical evaluation values,
この差が最大値となる回転位置に基づき前記光学要素の偏心調整の方向を決定し、この最大値に基づき偏心調整の調整量を決定することを特徴とする光学系の調整方法。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。An optical system adjustment method comprising: determining a direction of eccentricity adjustment of the optical element based on a rotational position at which the difference becomes a maximum value, and determining an adjustment amount of the eccentricity adjustment based on the maximum value. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するための第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するための第二パターンを円周上に等間隔に複数個配置したチャートの像を光学系で形成し、An optical chart image in which a plurality of first patterns for evaluating the sagittal imaging performance of the optical system and a second pattern for evaluating imaging performance in the meridional direction are arranged at equal intervals on the circumference. Formed in the system,
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、Taking an image of the chart with an image sensor,
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求め、An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. Find the difference
この差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする光学系の調整方法。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。A method of adjusting an optical system, comprising: determining a direction of eccentricity adjustment of the optical element and an adjustment amount of the eccentricity adjustment based on the difference. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
前記光学系のサジタル方向の結像性能を評価するために同心円状に濃淡のリングが複数形成された第一パターンとメリジオナル方向の結像性能を評価するために中心から周辺に向かって放射状に濃淡のラインが複数形成された第二パターンとを有したチャートの像を光学系で形成し、In order to evaluate the imaging performance in the sagittal direction of the optical system, a first pattern in which a plurality of concentric rings are formed, and in order to evaluate the imaging performance in the meridional direction, the density varies radially from the center toward the periphery. Forming an image of a chart having a second pattern in which a plurality of lines are formed with an optical system,
前記チャートの像を撮像素子で撮像し、Taking an image of the chart with an image sensor,
前記撮像素子から出力された前記第一、第二パターンに応じた信号に基づいて前記光学系のサジタル方向とメリジオナル方向にそれぞれ対応した光学的評価値を算出し、これら二つの光学的評価値の差を求め、An optical evaluation value corresponding to each of the sagittal direction and the meridional direction of the optical system is calculated based on the signals corresponding to the first and second patterns output from the image sensor, and the two optical evaluation values are calculated. Find the difference
この差に基づき前記光学要素の偏心調整の方向と偏心調整の調整量を決定することを特徴とする光学系の調整方法。ただし前記光学的評価値としてＭＴＦ値あるいはコントラスト値を演算する。A method of adjusting an optical system, comprising: determining a direction of eccentricity adjustment of the optical element and an adjustment amount of the eccentricity adjustment based on the difference. However, an MTF value or a contrast value is calculated as the optical evaluation value.
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