JP4828737B2

JP4828737B2 - MTF measuring device

Info

Publication number: JP4828737B2
Application number: JP2001240213A
Authority: JP
Inventors: 光林; 毅彦小池; 宏和田中
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP2003050183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば銀塩フィルムを用いたカメラや固体撮像素子を用いたカメラ等に用いられるレンズのＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ；伝達関数）値を測定するＭＴＦ測定装置に関するものである。
【従来の技術】
従来、ＭＴＦ測定装置として、被検レンズの結像面に置かれた基準チャートの拡大投影像をＣＣＤラインセンサで撮像し、光電変換した後、演算処理を施し被検レンズのＭＴＦ値を求めるＭＴＦ測定装置が知られている。
【０００２】
図４に従来のＭＴＦ測定装置の一例を示す。図４に示すＭＴＦ測定装置において、１０２は基準チャートで、スリット開口パターンを有している。１０１は光源で、基準チャート１０２を均一に昭明するために置かれたもので、拡散板や照明光学系を含んだ構成でもよい。１０３は被検レンズで、被検レンズ保持機構１０４によって基準チャート１０２が焦点位置近傍に置かれるよう保持されており、必要により被検レンズ１０３自体のピント調節機構、又は、保持機構１０４のピント調整機構でピント調整が行われる。
【０００３】
図４中、１０５は撮像素子であるＣＣＤラインセンサであり、位置的光強度分布を時系列的電気信号に変換する。１０６は演算装置で、ＣＣＤラインセンサ１０５から得られた電気信号を演算しＭＴＦ値を算出する機能、算出したＭＴＦ値、又は、ＭＴＦ値に基づく検査結果を表示する機能等を備えている。
【０００４】
図４において、被検レンズ１０３は、基準チャート１０２からの光束を収斂し、ＣＣＤラインセンサ１０５上に基準チャート１０２の拡大像を生成する。ＣＣＤラインセンサ１０５は、基準チャート１０２の像の光強度分布を電気信号に変換し、演算装置１０６はＣＣＤラインセンサ１０５から得られた基準チャート１０２の像の光強度分布を演算し、ＭＴＦ値を算出する。
【０００５】
このようなＭＴＦ測定装置では、光学系の性能を定量的に評価できるため被検レンズ１０３の良否判定を自動化することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＭＴＦ測定装置を用いて、カメラレンズ等の被検レンズ１０３の所望の空間周波数ｕのＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を測定する場合、下記数１に示すように、基準チャート１０２のスリット幅をｗとすれば、πｕｗ＜＜πの条件下でＣＣＤラインセンサ１０５から得た光強度分布をデジタルフーリエ変換して求めた測定値Ｒ’（ｕ）をスリット補正係数ｋで除さなければならない。
【０００７】
【数１】

【０００８】
数１より明らかなように、スリット補正係数ｋ＝０となれば計算上ＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を得ることができないため、実用的にはｋ≧０．５となるように設定される。例えば、空間周波数ｕの上限として１００本／ｍｍを測定する場合、スリット幅ｗはわずか０．００６ｍｍ以下にしなければならず、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の単位面積当たりの光強度はごく小さなものとなってしまう。
【０００９】
このように、上述したＭＴＦ測定装置では、被検レンズ１０３の高周波領域のＭＴＦ値を検査しようとした場合、ごくわずかの幅のスリットを利用する他なく、スリットの作成が困難となるばかりでなく、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の光強度が小さく、Ｆナンバーが大きい被検レンズを測定できない、若しくは、測定誤差が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
また、上述したＭＴＦ測定装置で、ＭＴＦ−デフォーカス特性を検査する場合や、ＭＴＦ値が最良となる像面で検査するためにピント調整を行う際に、被検レンズ１０３を光軸方向に移動させる必要があり、被検レンズ１０３として多群構成のズームレンズ等を用いる場合、この被検レンズ１０３を移動する際に振動が生じ正確なＭＴＦ値が得られないという問題点があった。
【００１１】
さらに、上述したＭＴＦ測定装置で複数の像位置のＭＴＦ値を検査する場合は、複数の固体撮像素子が必要になる、若しくは、像位置に応じてＣＣＤラインセンサ１０５を移動させる必要がある、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被検レンズを動かすことなく、十分な光強度を得て、且つ、高精度に高周波領域をも含むＭＴＦ値を算出することができ、また、１つの固体撮像素子で複数の像位置を検査できる構造が簡略なるＭＴＦ測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被検レンズに対して、光源により照明される物点である円形開口からの光束を入射する基準チャートと、被検レンズにより結像する縮小像を拡大し観察像を生成する拡大光学系と、該拡大光学系による観察像を撮像し、前記縮小像における光強度分布を電気信号に変換する多数の画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する演算装置とを有するＭＴＦ測定装置であって、前記拡大光学系は、前記被検レンズの光軸と同軸に配置された無限遠補正型対物レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を固体撮像素子面に結像する無限遠補正型結像レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を、前記被検レンズによる縮小像の結像面と平行な方向に屈曲して無限遠補正型結像レンズに入射する少なくとも１つの光路屈曲部材と、前記無限遠補正型対物レンズ及び前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動可能な駆動機構と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
以下に本発明について詳述する。本発明のＭＴＦ測定装置によれば、光源から発した光束の一部は、基準チャートに設けられた円形開口を通過し、被検レンズに入射する。該被検レンズの結像作用により、前記基準チャートに設けられた円形開口の縮小像が生成され、この縮小像は拡大光学系により拡大されて観察像となり、固体撮像素子により撮像され、前記縮小像における光強度分布が電気信号に変換される。演算装置は固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する。
【００１９】
このような本発明において、前記縮小像は、例えば被検レンズにより０．０１倍以下に縮小した像とすることにより光強度分布が大きく、且つ、円形開口の大きさを０．２ｍｍとすることで縮小像の大きさは０．００２ｍｍ以下となり、３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含むことになる。
【００２０】
前記縮小像による光束は拡大光学系に入射し、拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子上に拡大された観察像として生成される。
【００２１】
該観察像は、拡大光学系の拡大倍率を５０倍以上とすることにより、０．１ｍｍ以上の大きさを有することになり、固体撮像素子の画素ピッチを０．００８ｍｍ以上とした場合、精度良く演算処理を行うための１２画素分の画素データの取り込みが可能となる。
【００２２】
前記前記縮小像に基づく観察像の光強度分布は、前記固体撮像素子により電気信号に変換され、演算装置は前記固体撮像素子から送られた電気信号を基にＭＴＦ値を算出することができる。
【００２３】
また、上記ＭＴＦ測定装置において、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、所望の空間周波数成分をｕ、前記円形開口の寸法をｄとすれば、該円形開口の寸法ｄは、ｄ＝０．６／（ｕ×βｔ）で与えられ、所望の空間周波数ｕを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より大きい円形開口の寸法が適用可能で、前記被検レンズのＦナンバーが大きい場合でも十分な光量を得ることができる。さらに、前記円形開口の寸法ｄを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より高い空間周波数のＭＴＦ値を得ることができる。
【００２４】
また、上記ＭＴＦ測定装置においては、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、前記拡大光学系の倍率をβｍ、前記円形開口の寸法をｄ、前記固体撮像素子の画素ピッチをｐとすれば、前記固体撮像素子のデータ取込み画素数ｎは、ｎ＝（ｄ×βｔ×βｍ）／ｐで与えられる。
【００２５】
従って、前記ＭＴＦ演算装置による演算精度を確保するために必要なデータ取込み画素数ｎは、前記結像倍率βｔ、円形開口の寸法ｄが変化した場合でも、拡大光学系の倍率βｍを変更することにより、所望の値に保ことができ、安定した演算精度を得ることができる。
【００２７】
更に、請求項1記載の発明によれば、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を参考例とともに詳細に説明する。
【００２９】
（参考例１）
図１は、本発明のＭＴＦ測定装置の参考例１を示す概略構成図である。図１中、１３は被検レンズ、１２は中央に直径０．１ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ１３により０．０６倍の縮小像が生成される位置に置かれている。１１はハロゲンランプや蛍光ランプ等の光源で、基準チャート１２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。
【００３０】
１６は拡大光学系で、被検レンズ１３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされた倍率１０倍の対物レンズからなり、被検レンズ１３により生成された基準チャート１２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ１３の光軸に臨ませて置かれている。
【００３１】
１４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００５ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ１３と拡大光学系１６とにより生成された基準チャート１２の像位置に置かれている。１５は演算装置で、固体撮像素子１４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００３２】
次に、本参考例１におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源１１から発した光束の一部は、基準チャート１２に設けられた円形開口（大きさ０．１ｍｍ）を通過し、被検レンズ１３に入射し、被検レンズ１３の結像作用により、基準チャート１２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０６倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００６ｍｍとなるため、１００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００３３】
前記被検レンズ１３からの光束は縮小像となった後、拡大光学系１６に入射する。該拡大光学系１６の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子１４上に観察像として結像される。該観察像は、拡大光学系１６により１０倍に拡大され、０．０６ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００５ｍｍの固体撮像素子１４においても、精度良く演算処理を行い得る１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００３４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子１４により電気信号に変換され、演算装置１５は固体撮像素子１４から送られた１２画素データ分の電気信号を基に空間周波数１００本／ｍｍまでＭＴＦ値を算出することができる。
【００３５】
本参考例１によれば、十分な光量が得られない微細幅のスリットや微小径のピンホールを使用しなくても、高周波領域のＭＴＦ値を求めることができるため、Ｆナンバーが大きな被検レンズ１３のＭＴＦ値も測定可能なＭＴＦ測定装置の提供することが可能となる。
【００３６】
（参考例２）
図２は、参考例２を示す構成図である。図２中、２３は被検レンズ、２２は中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ２３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００３７】
２１はハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる光源で、基準チャート２２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。２７は無限補正型対物レンズ、２８は無限補正型結像レンズ２８であり、これらにより倍率５０倍の拡大光学系を構成しており、前記被検レンズ２３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００３８】
無限補正型対物レンズ２７、無限補正型結像レンズ２８は、被検レンズ２３により生成された基準チャート２２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ２３の光軸と水平となるように置かれており、また無限補正型対物レンズ２７は、ボールネジ付きステージ等の移動機構２９で光軸方向に移動することが可能である。図２中、２４は、多数の画素が面上に配置（画素ピッチ０．００８ｍｍ）された固体撮像素子としての２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ２３と、無限補正型対物レンズ２７及び無限補正型結像レンズ２８からなる拡大光学系とにより生成される基準チャート２２の像の結像位置に置かれている。
【００３９】
２５は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ２４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００４０】
次に、本参考例２におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源２１から発した光束の一部は、基準チャート２２に設けられた円形開口を通過し、被検レンズ２３に入射し、被検レンズ２３の結像作用により、基準チャート２２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００４１】
前記被検レンズ２３からの光束は、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とからなる拡大光学系に入射し、該拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は拡大され２次元ＣＣＤセンサ２４上で観察像として結像される。
【００４２】
該観察像は、拡大光学系により５０倍に拡大され０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ２４においても、精度よく演算処理を行える１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００４３】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子２４により電気信号に変換され、演算装置２５は２次元ＣＣＤセンサ２４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００４４】
また、移動機構２９により無限補正型対物レンズ２７を光軸方向に動作させ、ＭＴＦ値を算出する動作を繰り返せば、デフォーカスとＭＴＦ値の関連が測定できる。
【００４５】
本参考例２によれば、近年普及し始めた高密度な、いわゆるメガピクセルＣＣＤを利用したデジタルカメラ用の高解像度レンズに対しても、高周波領域のＭＴＦ値を測定できるとともに、無限補正型対物レンズ２７のみを光軸方向に移動させる簡略な構成で、ＭＴＦ値を基にしたピント位置の検出が可能なＭＴＦ測定装置を提供することができる。
【００４６】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１を示す構成図である。図３中、３３は被検レンズ、３２ａ，３２ｂは中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた一対の基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ３３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００４７】
３１ａ，３１ｂはハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる一対の光源で、基準チャート３２ａ，３２ｂをそれぞれ照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合はそれぞれ拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。被検レンズ３３の後段には、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる倍率５０倍の拡大光学系が設けられ、被検レンズ３３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００４８】
無限補正型対物レンズ３７は、被検レンズ３３により生成された基準チャート３２ａの縮小像４１ａを観察しうる位置に、被検レンズ３３の光軸と水平となるように置かれている。前記アフォーカルな拡大光学系の光路中には、無限補正型対物レンズ３７の光軸を被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲せしめる反射プリズムである光路屈曲部材３９が配置されており、無限補正型対物レンズ３７と共にボールネジ付きステージ等の移動機構４２によって、被検レンズ３３が生成する縮小像４１ａ，４１ｂの像面と水平な方向に移動可能に構成している。
【００４９】
３４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ３３と前記拡大光学系とにより生成される基準チャート３２ａの像位置に置かれている。
【００５０】
４０は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ３４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００５１】
次に、本実施の形態1におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源３１ａ，３１ｂから発した光束の一部は、基準チャート３２ａ，３２ｂにそれぞれ設けられた円形開口を通過し、被検レンズ３３に入射し、被検レンズ３３の結像作用により、基準チャート３２ａ，３２ｂに設けられた円形開口のそれぞれの縮小像４１ａ，４１ｂが生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像４１ａ，４１ｂの大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００５２】
前記移動機構４２で、前記縮小像４１ａを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とを配置したとき、前記被検レンズ３３からの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８を経て、拡大光学系の結像作用により拡大され、２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５３】
該観察像は、前記拡大光学系により５０倍に拡大され、０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ３４においても、精度良く演算処理を行える１２画素データの取り込みが可能である。
【００５４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子３４により電気信号に変換され、演算装置４０は固体撮像素子３４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００５５】
また、前記移動機構４２で、前記縮小像４１ｂを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３３と光路屈曲部材３９とを移動配置すれば、前記縮小像４１ｂからの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８に入射した後、拡大光学系の結像作用により、前記２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５６】
このとき、拡大光学系は無限補正型の光学系であるため、移動機構４２により無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とが移動させられても、光学的に無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８との間隔が変化するだけで、観察像の結像点は前記縮小像４１ａを観察したときと同一点とすることができる。
【００５７】
本実施の形態１によれば、被検レンズ３３を動かしたり複数の固体撮像素子を使用したりする必要がなく、無限補正型対物レンズ３７、光路屈曲部材３９のみを動かす簡単な構成で、複数像高における被検レンズ３３のＭＴＦ値の測定が可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した請求項１記載の発明によれば、被検レンズにより基準チャートの円形開口の縮小像を生成し、前記縮小像を固体撮像素子の画素サイズに適した大きさに拡大して撮像し、演算処理してＭＴＦ値を求めるものであるから、十分な光強度を有し、かつ、高周波成分を多く含むＭＴＦ値を精度よく測定できるＭＴＦ測定装置を提供できる。また、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の参考例２のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図４】従来のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an MTF measuring apparatus that measures an MTF (Modulation Transfer Function) value of a lens used in, for example, a camera using a silver salt film or a camera using a solid-state imaging device.
[Prior art]
Conventionally, as an MTF measuring apparatus, an enlarged projection image of a reference chart placed on the imaging surface of a test lens is picked up by a CCD line sensor, photoelectrically converted, and then subjected to arithmetic processing to obtain an MTF value of the test lens. Measuring devices are known.
[0002]
FIG. 4 shows an example of a conventional MTF measuring apparatus. In the MTF measuring apparatus shown in FIG. 4, reference numeral 102 denotes a reference chart having a slit opening pattern. Reference numeral 101 denotes a light source, which is placed in order to uniformly illuminate the reference chart 102, and may include a diffuser plate and an illumination optical system. A test lens 103 is held by the test lens holding mechanism 104 so that the reference chart 102 is placed in the vicinity of the focal position. If necessary, the focus adjustment mechanism of the test lens 103 itself or the focus adjustment of the holding mechanism 104 is performed. Focus adjustment is performed by the mechanism.
[0003]
In FIG. 4, reference numeral 105 denotes a CCD line sensor as an image sensor, which converts a positional light intensity distribution into a time-series electrical signal. An arithmetic unit 106 has a function of calculating an MTF value by calculating an electrical signal obtained from the CCD line sensor 105, a function of displaying the calculated MTF value, or an inspection result based on the MTF value, and the like.
[0004]
In FIG. 4, the test lens 103 converges the light flux from the reference chart 102 and generates an enlarged image of the reference chart 102 on the CCD line sensor 105. The CCD line sensor 105 converts the light intensity distribution of the image of the reference chart 102 into an electrical signal, and the arithmetic unit 106 calculates the light intensity distribution of the image of the reference chart 102 obtained from the CCD line sensor 105, and calculates the MTF value. calculate.
[0005]
In such an MTF measuring apparatus, since the performance of the optical system can be quantitatively evaluated, it is possible to automate the quality determination of the test lens 103.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When measuring the MTF value R (u) of the desired spatial frequency u of the test lens 103 such as a camera lens using the MTF measuring apparatus described above, the slit width of the reference chart 102 is set as shown in the following equation (1). If w, then the measured value R ′ (u) obtained by digital Fourier transform of the light intensity distribution obtained from the CCD line sensor 105 under the condition of πuw << π must be divided by the slit correction coefficient k.
[0007]
[Expression 1]

[0008]
As is clear from Equation 1, if the slit correction coefficient k = 0, the MTF value R (u) cannot be obtained in the calculation, so that it is practically set so that k ≧ 0.5. For example, when measuring 100 lines / mm as the upper limit of the spatial frequency u, the slit width w must be only 0.006 mm or less, and the light intensity per unit area of the slit image formed on the CCD line sensor 105 is It will be very small.
[0009]
As described above, in the MTF measuring apparatus described above, when trying to inspect the MTF value in the high frequency region of the lens 103 to be examined, it is difficult not only to use a slit having a very small width but also to make a slit. However, there is a problem that the light intensity of the slit image formed on the CCD line sensor 105 is small and a test lens having a large F number cannot be measured, or the measurement error increases.
[0010]
Further, when the MTF measuring apparatus described above is used to inspect the MTF-defocus characteristic, or when performing focus adjustment for inspecting on the image plane with the best MTF value, the lens 103 to be measured is moved in the optical axis direction. When a multi-group zoom lens or the like is used as the test lens 103, vibration occurs when the test lens 103 is moved, and an accurate MTF value cannot be obtained.
[0011]
Furthermore, when inspecting MTF values at a plurality of image positions with the above-described MTF measurement apparatus, a plurality of solid-state imaging devices are required, or the CCD line sensor 105 needs to be moved according to the image position. There is a problem that the configuration of the system becomes complicated.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and can obtain an MTF value including a high-frequency region with high accuracy while obtaining sufficient light intensity without moving the test lens. can be calculated, also aims to structure that can be inspected a plurality of image position in one of the solid-state imaging device to provide an MTF measurement device that brief.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a reference chart for entering a light beam from a circular aperture, which is an object point illuminated by a light source, and a reduced image formed by the test lens are enlarged and observed. Obtained from the solid-state imaging device, a solid-state imaging device having a large number of pixels that capture an observation image by the magnification optical system, and convert a light intensity distribution in the reduced image into an electrical signal An MTF measuring apparatus having an arithmetic unit for calculating an MTF value by performing an arithmetic processing on an electrical signal, wherein the magnifying optical system includes an infinitely corrected objective lens arranged coaxially with the optical axis of the lens to be examined; An infinity-correcting imaging lens that forms an image of a light beam from the infinity-correcting objective lens on the surface of a solid-state imaging device, and a reduced image formed by the lens to be inspected by the infinity-correcting objective lens. Bent in a direction parallel to the surface And at least one optical path bending member that is incident on the infinity correction type imaging lens, and the infinity correction type objective lens and the optical path bending member that are movable in a direction perpendicular to the optical axis of the test lens. And a mechanism .
[0018]
The present invention is described in detail below. According to the MTF measuring apparatus of the present invention, a part of the light beam emitted from the light source passes through the circular aperture provided in the reference chart and enters the test lens. A reduced image of the circular aperture provided in the reference chart is generated by the imaging action of the test lens, and this reduced image is enlarged by a magnifying optical system to become an observation image, which is picked up by a solid-state imaging device, and the reduced image The light intensity distribution in the image is converted into an electrical signal. The computing device computes the MTF value by computing the electrical signal obtained from the solid-state imaging device.
[0019]
In the present invention, the reduced image is an image reduced to, for example, 0.01 times or less by a lens to be examined so that the light intensity distribution is large and the size of the circular aperture is 0.2 mm. As a result, the size of the reduced image becomes 0.002 mm or less, and includes a high-frequency component exceeding 300 lines / mm.
[0020]
The light beam resulting from the reduced image enters the magnifying optical system, and the reduced image is generated as an enlarged observation image on the solid-state imaging device by the imaging action of the magnifying optical system.
[0021]
The observation image has a size of 0.1 mm or more by setting the magnification of the magnifying optical system to 50 times or more. When the pixel pitch of the solid-state imaging device is 0.008 mm or more, It is possible to capture pixel data for 12 pixels for performing calculation processing with high accuracy.
[0022]
The light intensity distribution of the observation image based on the reduced image is converted into an electric signal by the solid-state image sensor, and the arithmetic unit can calculate the MTF value based on the electric signal sent from the solid-state image sensor.
[0023]
In the MTF measuring apparatus, if the imaging magnification determined by the relative distance between the lens to be measured and the reference chart is βt, the desired spatial frequency component is u, and the dimension of the circular opening is d, the circular opening The dimension d is given by d = 0.6 / (u × βt). If the desired spatial frequency u is constant and the imaging magnification βt is reduced, a larger circular aperture dimension can be applied. Even when the F-number of the test lens is large, a sufficient amount of light can be obtained. Furthermore, if the dimension d of the circular aperture is constant and the imaging magnification βt is reduced, a higher spatial frequency MTF value can be obtained.
[0024]
In the MTF measuring apparatus, the imaging magnification determined by the relative distance between the lens to be examined and the reference chart is βt, the magnification of the magnifying optical system is βm, the dimension of the circular aperture is d, and the solid-state imaging device Where p is the pixel pitch, the number n of data fetching pixels of the solid-state imaging device is given by n = (d × βt × βm) / p.
[0025]
Therefore, the number n of data acquisition pixels necessary to ensure the calculation accuracy by the MTF calculation device is to change the magnification βm of the magnifying optical system even when the imaging magnification βt and the size d of the circular aperture change. Thus, the desired value can be maintained, and stable calculation accuracy can be obtained.
[0027]
Further, according to the invention of claim 1 , by the drive mechanism, the infinity correction type objective lens and the optical path bending member are moved in a direction perpendicular to the optical axis of the lens to be examined. It is possible to calculate the MTF value based on the reduced images of the circular apertures at a plurality of image positions with a configuration using one solid-state imaging device without moving the test lens.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference examples .
[0029]
( Reference Example 1 )
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing Reference Example 1 of the MTF measuring apparatus of the present invention. In FIG. 1, 13 is a lens to be tested, and 12 is a reference chart having a circular opening with a diameter of 0.1 mm in the center, which is manufactured by etching a very thin metal or applying a chrome coat to a glass substrate. It is placed at a position where a 0.06 times reduced image is generated by the test lens 13. Reference numeral 11 denotes a light source such as a halogen lamp or a fluorescent lamp that illuminates the reference chart 12. If the reference chart 12 has extremely uneven light distribution characteristics, it is necessary to include a diffuser plate and an illumination optical system.
[0030]
Reference numeral 16 denotes a magnifying optical system, which is composed of an objective lens with a magnification of 10 times that has been corrected for aberrations much better than the aberration of the lens 13 to be examined. A reduced image of the reference chart 12 generated by the lens 13 to be examined is shown. It is placed at an observable position so as to face the optical axis of the lens 13 to be examined.
[0031]
Reference numeral 14 denotes a two-dimensional CCD sensor having a pixel pitch of 0.005 mm as a solid-state imaging device in which pixels are arranged on the surface, and is placed at the image position of the reference chart 12 generated by the test lens 13 and the magnifying optical system 16. It is. Reference numeral 15 denotes an arithmetic unit, which is constituted by, for example, a personal computer that performs arithmetic processing on an electrical signal obtained from the solid-state imaging device 14 and calculates an MTF value.
[0032]
Next, the operation of the MTF measuring apparatus in Reference Example 1 will be described. A part of the light beam emitted from the light source 11 passes through a circular aperture (size 0.1 mm) provided in the reference chart 12 and is incident on the test lens 13. A reduced image of the circular opening provided in the chart 12 is generated. Since the reduced image is an image reduced to 0.06 times, the light intensity distribution is large, and since the size of the reduced image is 0.006 mm, the reduced image also includes a high frequency component exceeding 100 lines / mm. It is out.
[0033]
The light beam from the test lens 13 becomes a reduced image and then enters the magnifying optical system 16. The reduced image is formed as an observation image on the solid-state image sensor 14 by the imaging action of the magnifying optical system 16. The observed image is magnified 10 times by the magnifying optical system 16 and has a size of 0.06 mm. Therefore, even in the solid-state imaging device 14 having a pixel pitch of 0.005 mm, the observation image can be processed with high accuracy. Can be imported.
[0034]
The light intensity distribution of the observed image is converted into an electric signal by the solid-state image sensor 14, and the arithmetic unit 15 performs MTF up to a spatial frequency of 100 lines / mm based on the electric signal for 12 pixel data sent from the solid-state image sensor 14. A value can be calculated.
[0035]
According to the first reference example , the MTF value in the high frequency region can be obtained without using a narrow slit or pinhole with a small diameter that does not provide a sufficient amount of light. It is possible to provide an MTF measuring apparatus that can also measure the MTF value of the lens 13.
[0036]
( Reference Example 2 )
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating Reference Example 2 . In FIG. 2, reference numeral 23 denotes a test lens, and 22 is a reference chart having a circular opening with a diameter of 0.2 mm in the center, which is manufactured by etching a very thin metal or applying a chrome coat to a glass substrate. It is placed at a position where a reduced image of 0.01 times is generated by the lens 23 to be examined.
[0037]
Reference numeral 21 denotes a light source composed of a halogen lamp, a fluorescent lamp or the like, which illuminates the reference chart 22, and if it has a remarkably non-uniform light distribution characteristic, it is necessary to include a diffuser plate and an illumination optical system. Reference numeral 27 denotes an infinite correction objective lens, and 28 denotes an infinite correction imaging lens 28, which constitutes an enlargement optical system with a magnification of 50 times, which is much better than the aberration of the lens 23 to be examined. An afocal magnifying optical system in which aberrations are corrected and aberration is kept good even when the lens interval between the infinite correction objective lens 27 and the infinite correction imaging lens 28 is changed, and the magnification is not changed. It has become.
[0038]
The infinite correction objective lens 27 and the infinite correction imaging lens 28 are horizontal to the optical axis of the test lens 23 at a position where a reduced image of the reference chart 22 generated by the test lens 23 can be observed. The infinite correction objective lens 27 can be moved in the optical axis direction by a moving mechanism 29 such as a stage with a ball screw. In FIG. 2, reference numeral 24 denotes a two-dimensional CCD sensor as a solid-state imaging device in which a large number of pixels are arranged on the surface (pixel pitch: 0.008 mm). The test lens 23, the infinite correction objective lens 27, and infinite correction. It is placed at the imaging position of the image of the reference chart 22 generated by the magnifying optical system composed of the mold imaging lens 28.
[0039]
An arithmetic unit 25 is configured by, for example, a personal computer that performs arithmetic processing on an electrical signal obtained from the two-dimensional CCD sensor 24 and calculates an MTF value.
[0040]
Next, the operation of the MTF measuring apparatus in Reference Example 2 will be described. A part of the light beam emitted from the light source 21 passes through the circular opening provided in the reference chart 22, enters the test lens 23, and is provided in the circular shape provided in the reference chart 22 by the imaging action of the test lens 23. A reduced image of the aperture is generated. Since the reduced image is an image reduced by a factor of 0.01, the light intensity distribution is large, and since the size of the reduced image is 0.002 mm, it includes high frequency components exceeding 300 lines / mm. Yes.
[0041]
The light beam from the test lens 23 enters a magnifying optical system including an infinite correction objective lens 27 and an infinite correction imaging lens 28, and the reduced image is magnified by the imaging action of the magnifying optical system. An image is formed on the two-dimensional CCD sensor 24 as an observation image.
[0042]
Since the observation image is magnified 50 times by a magnifying optical system and has a size of 0.1 mm, the two-dimensional CCD sensor 24 having a pixel pitch of 0.008 mm can capture 12 pixel data that can be accurately processed. Is possible.
[0043]
The light intensity distribution of the observation image is converted into an electrical signal by the solid-state imaging device 24, and the arithmetic unit 25 calculates the MTF value based on the electrical signal of 12 pixel data sent from the two-dimensional CCD sensor 24. it can.
[0044]
Further, the relationship between the defocus and the MTF value can be measured by moving the infinite correction objective lens 27 in the optical axis direction by the moving mechanism 29 and repeating the operation of calculating the MTF value.
[0045]
According to the second reference example , an MTF value in a high frequency region can be measured even for a high-resolution lens for a digital camera using a high-density so-called megapixel CCD that has begun to spread in recent years. It is possible to provide an MTF measuring apparatus capable of detecting the focus position based on the MTF value with a simple configuration in which only the lens 27 is moved in the optical axis direction.
[0046]
( Embodiment 1 )
FIG. 3 is a block diagram showing Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, 33 is a lens to be tested, and 32a and 32b are a pair of reference charts provided with a circular opening having a diameter of 0.2 mm in the center. Etching is applied to a very thin metal, chrome coating is applied to a glass substrate, etc. And is placed at a position where a reduced image of 0.01 times is generated by the test lens 33.
[0047]
31a and 31b are a pair of light sources composed of a halogen lamp, a fluorescent lamp, etc., which illuminate the

reference charts

32a and 32b, respectively, and if they have extremely uneven light distribution characteristics, each includes a diffusion plate and an illumination optical system Must be configured. In the subsequent stage of the test lens 33, an enlargement optical system having a magnification of 50 times comprising an infinite correction objective lens 37 and an infinite correction imaging lens 38 is provided, which is much better than the aberration of the test lens 33. Afocal magnifying optics in which the aberration is kept good even when the lens interval between the infinite correction objective lens 37 and the infinite correction imaging lens 38 is changed, and the magnification is not changed. It is a system.
[0048]
The infinite correction objective lens 37 is placed at a position where the reduced image 41 a of the reference chart 32 a generated by the test lens 33 can be observed so as to be horizontal with the optical axis of the test lens 33. In the optical path of the afocal magnifying optical system, an optical path bending member 39 that is a reflecting prism that bends the optical axis of the infinite correction objective lens 37 in a direction horizontal to the image plane of the lens to be examined 33 is disposed. The infinite correction objective lens 37 and a moving mechanism 42 such as a stage with a ball screw are configured to be movable in a direction horizontal to the image planes of the reduced

images

41a and 41b generated by the test lens 33.
[0049]
Reference numeral 34 denotes a two-dimensional CCD sensor having a pixel pitch of 0.008 mm as a solid-state imaging device in which pixels are arranged on the surface, and is placed at the image position of the reference chart 32a generated by the lens 33 to be examined and the magnifying optical system. It is.
[0050]
Reference numeral 40 denotes an arithmetic unit, which is constituted by, for example, a personal computer that performs arithmetic processing on an electrical signal obtained from the two-dimensional CCD sensor 34 and calculates an MTF value.
[0051]
Next, the operation of the MTF measuring apparatus according to the first embodiment will be described. Some of the light beams emitted from the

light sources

31 a and 31 b pass through circular openings provided in the reference charts 32 a and 32 b, enter the test lens 33, and the reference chart 32 a is formed by the imaging action of the test lens 33. , 32b, the respective

reduced images

41a, 41b of the circular openings provided are generated. Since the reduced image is an image reduced by 0.01 times, the light intensity distribution is large, and the size of the reduced

images

41a and 41b is 0.002 mm, so that a high frequency component exceeding 300 lines / mm is generated. Also included.
[0052]
When the infinite correction objective lens 37 and the optical path bending member 39 are disposed at a position where the reduced image 41 a can be observed by the moving mechanism 42, the light flux from the test lens 33 is changed to the infinite correction objective lens 37. The light enters a magnifying optical system composed of an infinite correction imaging lens 38 and is bent in the direction horizontal to the image plane of the lens 33 to be tested by an optical path bending member 39 in the middle of the afocal optical path. Then, the image is magnified by the image forming action of the magnifying optical system, and formed on the two-dimensional CCD sensor 34 as an observation image.
[0053]
The observation image is magnified 50 times by the magnifying optical system and has a size of 0.1 mm. Therefore, even with a two-dimensional CCD sensor 34 having a pixel pitch of 0.008 mm, 12-pixel data that can be accurately processed. Capturing is possible.
[0054]
The light intensity distribution of the observation image is converted into an electrical signal by the solid-state image sensor 34, and the arithmetic unit 40 can calculate the MTF value based on the electrical signal of 12-pixel data sent from the solid-state image sensor 34. .
[0055]
Further, if the infinite correction objective lens 33 and the optical path bending member 39 are moved and arranged at a position where the reduced image 41b can be observed by the moving mechanism 42, the light beam from the reduced image 41b is converted into an infinite correction objective lens. 37 and an infinite correction imaging lens 38, and is bent in the direction horizontal to the image plane of the lens 33 by the optical path bending member 39 in the middle of the afocal optical path. After entering the lens 38, it is formed as an observation image on the two-dimensional CCD sensor 34 by the image forming action of the magnifying optical system.
[0056]
At this time, since the magnifying optical system is an infinite correction type optical system, even when the infinite correction type objective lens 37 and the optical path bending member 39 are moved by the moving mechanism 42, the optically infinite correction type objective lens 37 and Only by changing the interval with the infinite correction type imaging lens 38, the imaging point of the observation image can be made the same as that when the reduced image 41a is observed.
[0057]
According to the first embodiment, there is no need to move the test lens 33 or use a plurality of solid-state imaging devices, and a plurality of simple configurations that move only the infinite correction objective lens 37 and the optical path bending member 39 can be used. It is possible to provide an MTF measuring apparatus capable of measuring the MTF value of the test lens 33 at the image height.
[0058]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention described above, a reduced image of the circular aperture of the reference chart is generated by the test lens, and the reduced image is enlarged to a size suitable for the pixel size of the solid-state imaging device. Since the MTF value is obtained by arithmetic processing, it is possible to provide an MTF measuring apparatus capable of accurately measuring an MTF value having sufficient light intensity and containing a lot of high frequency components. Further, the driving mechanism moves the infinity-correcting objective lens and the optical path bending member in a direction perpendicular to the optical axis of the test lens, without moving the test lens, and It is possible to provide an MTF measuring apparatus capable of calculating an MTF value based on a reduced image of a circular aperture at a plurality of image positions with a configuration using one solid-state imaging device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an MTF measuring apparatus according to Reference Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an MTF measuring apparatus according to Reference Example 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an MTF measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional MTF measuring apparatus.

Claims

A reference chart for entering a light beam from a circular aperture, which is an object point illuminated by a light source, with respect to a test lens;
A magnifying optical system that magnifies the reduced image formed by the lens to be examined and generates an observation image;
A solid-state imaging device having a large number of pixels for capturing an observation image by the magnification optical system and converting a light intensity distribution in the reduced image into an electrical signal;
An MTF measuring device having an arithmetic device for arithmetically processing an electrical signal obtained from the solid-state imaging device and calculating an MTF value,
The magnifying optical system is
An infinity-correcting objective lens arranged coaxially with the optical axis of the test lens;
An infinity correction type imaging lens that forms an image of the light flux from the infinity correction type objective lens on the surface of the solid-state imaging device; and
At least one optical path bending member that bends the light beam from the infinity-correcting objective lens in a direction parallel to the imaging surface of the reduced image by the test lens and enters the infinity-correcting imaging lens;
A driving mechanism capable of moving the infinity-correcting objective lens and the optical path bending member in a direction perpendicular to the optical axis of the lens to be examined;
MTF measuring apparatus characterized by comprising a.