JP5126648B2 - レンズユニット調芯装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットの透過偏心量から調整用レンズを最良位置に調整する調芯装置に関する。

複数のレンズで構成されるカメラレンズ等のレンズユニットは、各レンズの曲面の中心が光軸上で一致していることが理想であるが、現実には鏡筒内における各レンズの位置決め精度やレンズ曲面の加工誤差に起因する偏心が発生してしまう。このようなレンズユニットにおける偏心は光学性能の低下の要因となっているため、決められたレンズ（このレンズを「調整用レンズ」と呼ぶ）をシフト（光軸に直行する面内を移動させる）やティルト（光軸に対して傾ける）させ、所望の結像状態になるように調整する必要があった（例えば、特許文献１参照）。このような調整を行う装置（調芯装置）は、マスターレンズと呼ばれる補償光学系に被検レンズユニットを組み込み、ピンホールの像をマスターレンズ及び被レンズレンズユニットで結像させ、その点像の形から偏心状態をモニタで目視確認して点像が最良になるように被検レンズユニット内の調整用レンズにより調整していた。このような調整方法において、マスターレンズは、被検レンズユニット単体では球面収差等の収差が大きく、偏心成分が検出できない場合に光学ユニットと同じ光学系若しくは被検レンズユニットの収差成分を打ち消す光学系を用いる必要があった。

特開２０００−３５２６４７号公報

しかしながら、目視による点像の確認は作業者毎のばらつきが大きく、品質の安定性に欠けるという課題があった。また、マスターレンズの製造誤差やマスターレンズと被検レンズユニットの位置決め誤差によるばらつきが多くなるという課題もあった。さらに、最近のカメラレンズ等のレンズユニットは小型化、高倍率化の要求が高まり、それを満足させるための低コストで、耐環境性を有し、小型で高汎用性を満たす調芯装置を用いて定量的に偏心状態を測定する必要があるが、現状ではそのような手段がないという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、マスターレンズを必要とせず、レンズユニットの偏心状態を定量的に測定して所望の偏心量以内に調整でき、かつ、低コストで、耐環境性が高く、小型で高汎用性を満たすレンズユニット調芯装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るレンズユニット調芯装置は、調整用レンズを含む複数のレンズから構成される被検レンズユニットに対して、調整用レンズを移動させて当該レンズユニットの偏心量を所望の範囲内に調整する装置であって、点光源（例えば、実施形態における点光源装置９）から出射した光線を平行光束に変換し、その平行光束を被検レンズユニットに入射させる第１コリメータレンズと、被検レンズユニットの像側の焦点近傍に焦点が位置するように配置され、被検レンズユニットにより集光された光線を平行光束に変換する第２コリメータレンズと、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、第２コリメータレンズにより平行光束に変換された光線が入射する位置に配置されたマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々により結像された点像を検出する撮像素子と、前記被検レンズユニットにおける前記調整用レンズを光軸と直交する平面内で移動させる調整装置と、前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置に基づいて前記被検レンズユニットの波面収差を算出し、その波面収差からコマ成分を算出することにより前記被検レンズユニットの偏心量を測定する解析装置とを備えて構成される。そして、前記第１コリメータレンズにより平行光束に変換された前記光線が入射する位置から前記被検レンズユニットおよび前記第２コリメータレンズを取り外し、前記第１コリメータレンズにより平行光束に変換された前記光線を前記マイクロレンズアレイに入射させて前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置を基準位置として前記解析装置に予め記憶し、前記解析装置は、前記被検レンズユニットおよび前記第２コリメータレンズを透過した前記光線が前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置と前記基準位置とのずれ量から前記被検レンズユニットの波面収差を算出して前記被検レンズユニットの偏心量を測定し、その偏心量に基づいて前記調整装置により前記調整用レンズを移動させて前記レンズユニットの偏心量を所望の範囲内に調整するように構成される。

このような本発明に係るレンズユニット調芯装置において、第２コリメータレンズは光軸方向に移動可能に構成され、第２コリメータレンズの焦点が被検レンズユニットの像側の焦点に略一致するように調整可能に構成されることが好ましい。

本発明に係るレンズユニット調芯装置を以上のように構成すると、マスターレンズを必要とすることなく、また、偏心量の測定においては可動部分がないことや、光線のゆらぎ等の影響を受けないため、耐環境性を向上させることができるとともに、被検レンズユニットの偏心量を、高精度かつ定量的に測定することができる。さらに、計測が簡単でであるため、調芯作業を短時間で行うことができる。また、シャック−ハルトマンの原理を用いることにより、白色光源により測定することができるため、被検レンズユニットの使用状態と同一の波長の照明光を用いた検査を可能とするとともに、小型化が可能で、高精度で安価なレンズユニット調芯装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るレンズユニット調芯装置（以下、「調芯装置」と称する）は、被検レンズユニットを透過した波面（透過波面）の波面収差を測定してそのコマ成分を算出することにより、被検レンズユニットの偏心量を測定し、また、その測定結果に基づいて被検レンズユニット内の調整レンズを調整することにより、偏心量を所望の範囲内に調整する装置である。この調芯装置１は、図１において上下に延びる光軸上に、照明ユニット２、被検レンズユニット２０、及び、測定ユニット３の順で配置されて構成される。この被検レンズユニット２０は、鏡筒２２に、調整用レンズ２１を含む複数のレンズが保持されて構成されるものである。

照明ユニット２は、反射鏡４、光源５、拡散板６、コンデンサレンズ７、及び、チャート板８から構成される点光源装置９と、第１コリメータレンズ１０とが光軸上にこの順で並んで構成される。また、測定ユニット３は、第２コリメータレンズ１１、マイクロレンズアレイ１２，及び、撮像素子１３が光軸上にこの順で並んで構成される。なお、この調芯装置１には、載置された被検レンズユニット２０を固定保持するレンズユニットマウント１４が設けられており、被検レンズユニット２０は、物体側を照明ユニット２に向けてこのレンズユニットマウント１２に固定保持される。また、測定ユニット３は、光軸上を移動可能に構成されており、被検レンズユニット２０の像側の焦点に、第２コリメータレンズ１１の焦点がほぼ一致するように調整される。

光源５から放射された光線は、直接、又は、反射鏡４で反射されて拡散板６に照射され、この拡散板６を透過して均一な照度の光線となる。そして、コンデンサレンズ７により集光されてチャート板８に照射される。このチャート板８には、光軸を含むようにピンホールが形成されており、このピンホールから出射した光線が第１コリメータレンズ１０で平行光束に変換されて被検レンズユニット２０の物体側から入射する。上述のように、被検レンズユニット２０の像側の焦点は、第２コリメータレンズ１１の焦点とほぼ一致しているため、被検レンズユニット２０の像側から出射した光線は、一旦結像した後、第２コリメータレンズ１１に入射して平行光束に変換され、この平行光束は、マイクロレンズアレイ１２に入射する。マイクロレンズアレイ１２は、微細な複数のレンズ（マイクロレンズ）を二次元的に配列したレンズ集合体であり、各々のマイクロレンズを透過した光線は各々のマイクロレンズの焦点面に配置された撮像素子１３に各点像として結像する。撮像素子１３には解析装置（ＰＣ）１５が接続されており、この撮像素子１３から出力される画像信号は、解析装置１５で解析される。

この照明ユニット２及び測定ユニット３はシャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系の一例であり、マイクロレンズアレイ１２により撮像素子１３上に結像された各点像の位置を検出することにより解析装置１５で波面収差を算出することができる。そして、解析装置１５は、求められた波面収差からコマ成分を算出することにより、被検レンズユニット２０の偏心量を測定するように構成されている。なお、マイクロレンズアレイ１２により結像される各点像の基準となる位置は、被検レンズユニット２０及び第２コリメータレンズ１１を取り外した状態で、照明ユニット２から出射した平行光束をマイクロレンズアレイ１２で結像させた状態であり、予めこの測定を行って解析装置１５に記憶させておくことにより、被検レンズユニット２０の偏心量を正確に測定することができる。

この調芯装置１には、被検レンズユニット２０の上方に、調芯用ステージ１６が配設されており、この調芯用ステージ１６の下部から下方に突出する調芯爪１７が、被検レンズユニット２０の調整用レンズ２１を保持している。この調芯用ステージ１６は、光軸と直交する平面内を移動可能に構成されており、この調芯用ステージ１６を動かして被検レンズユニット２０の調整用レンズ２１を移動させることができる。調芯用ステージ１６の作動は解析装置１５により制御される。そのため、解析装置１５は、測定した偏心量を基にこの調芯ステージ１６を移動させて調整レンズ２１を移動させて、被検レンズユニット２０の偏心量を所望の範囲内に調整するように構成されている。なお、解析装置１５は、測定した偏心量から調芯用ステージ１６の移動方向及び距離を算出し、その算出値を基に調芯用ステージ１６を作動させても良いし、常時偏心量をモニタし、この偏心量をフィードバックして所望の範囲内になるように調芯用ステージ１６を移動させて調芯させても良い。

被検レンズユニット２０の鏡筒２２と調整用レンズ２１との間には、紫外線硬化樹脂が充填されている。そのため、上述の処理により偏心量の調整が終了すると、ＵＶ照射ユニット１８を調芯用ステージ１６と照明ユニット２との間に配置してこの調整用レンズ２１に紫外光を照射し、紫外線硬化樹脂を固化させることにより、鏡筒２２に対して調整用レンズ２１が固定される。なお、紫外線硬化樹脂で固定する以外にも、鏡筒２２に取り付けられたビスでこの調整用レンズ２２を固定するように構成することも可能である。

以上のように、本実施例に係る調芯装置１は、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系を用いているため、レーザ光等の特殊な光源を用いる必要がなく、ハロゲンランプやタングステンランプ等の白色光源（光源５）により測定することができるため、被検レンズユニット２０（例えば、カメラレンズ）の使用状態と同一の波長（白色光）の照明光を用いた検査を可能とするとともに、小型化が可能で、高精度で安価な調芯装置１を提供することができる。さらに、シャック−ハルトマンの原理を用いることにより、マスターレンズを必要とすることがなく、また、偏心量の測定においては可動部分がないことや、光線のゆらぎ等の影響を受けないため、耐環境性を向上させることができるとともに、被検レンズユニット２０の偏心量を、高精度かつ定量的に測定することができる。さらに、計測が簡単でであるため、調芯作業を短時間で行うことができる。

本発明に係るレンズユニット調芯装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ レンズユニット調芯装置
３ 測定ユニット（検出装置）
９ 点光源装置（点光源）
１０ 第１コリメータレンズ
１１ 第２コリメータレンズ
１２ マイクロレンズアレイ
１３ 撮像素子
１５ 解析装置（検出装置）
１６ 調芯用ステージ（調整装置）
１７ 調芯爪（調整装置）
２０ レンズユニット
２１ 調整用レンズ

Claims (2)

1. 調整用レンズを含む複数のレンズから構成される被検レンズユニットに対して、前記調整用レンズを移動させて当該レンズユニットの偏心量を所望の範囲内に調整するレンズユニット調芯装置であって、
   点光源から出射した光線を平行光束に変換し、その平行光束を前記被検レンズユニットに入射させる第１コリメータレンズと、
   前記被検レンズユニットの像側の焦点近傍に焦点が位置するように配置され、前記被検レンズユニットにより集光された前記光線を平行光束に変換する第２コリメータレンズと、
   二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、前記第２コリメータレンズにより平行光束に変換された前記光線が入射する位置に配置されたマイクロレンズアレイと、
   前記複数のマイクロレンズの各々により結像された点像を検出する撮像素子と、
   前記被検レンズユニットにおける前記調整用レンズを光軸と直交する平面内で移動させる調整装置と、
   前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置に基づいて前記被検レンズユニットの波面収差を算出し、その波面収差からコマ成分を算出することにより前記被検レンズユニットの偏心量を測定する解析装置と、を備え、
   前記第１コリメータレンズにより平行光束に変換された前記光線が入射する位置から前記被検レンズユニットおよび前記第２コリメータレンズを取り外し、前記第１コリメータレンズにより平行光束に変換された前記光線を前記マイクロレンズアレイに入射させて前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置を基準位置として前記解析装置に予め記憶し、
   前記解析装置は、前記被検レンズユニットおよび前記第２コリメータレンズを透過した前記光線が前記マイクロレンズアレイにより前記撮像素子に結像された各点像の位置と前記基準位置とのずれ量から前記被検レンズユニットの波面収差を算出して前記被検レンズユニットの偏心量を測定し、その偏心量に基づいて前記調整装置により前記調整用レンズを移動させて前記レンズユニットの偏心量を所望の範囲内に調整することを特徴とするレンズユニット調芯装置。
2. 前記第２コリメータレンズは光軸方向に移動可能に構成され、前記第２コリメータレンズの焦点が前記被検レンズユニットの像側の焦点に略一致するように調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット調芯装置。

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