JP5380802B2 - 検査システム - Google Patents

Description

本発明は、撮影レンズのＭＴＦ，ＯＴＦを測定する検査システムに関する。

撮影レンズ（写真レンズ）は古くより開発されているが、近頃はデジタルカメラが銀塩カメラにとって変わってきたため、ＤＣモーターや超音波モーターを搭載したオートフォーカスの撮影レンズが主流となっている。ユーザーの多くはパソコン画面で等倍のサイズで鑑賞するので、撮影レンズにとっては、従来に比べて性能の良し悪しやピントの甘さがはっきりと現れるようになった。このような写真レンズにアクチュエータを搭載するにあたって、レンズの軽量化や移動量縮小、機構部のスペース確保が必須となる。小型高倍率ズームに防振機能のついたレンズは技術の結晶であり多くの一般的なユーザーに求められている。また、様々な制約を受けながら、製造技術の進歩により、レンズ設計は非球面の面数の増加、その形状の自由度向上や異常分散ガラスの多用が可能となり従来にない結像性能を得ている。その反面、設計性能の向上により部品精度向上や組立も従来よりも光学調整が多くなり厳しくなっているのは言うまでもない。

オートフォーカスの検出はレンズの開放Ｆナンバーから２段または３段絞った軸上光束の一部で位相差法を用いるのが一般的である。ところが群間隔が出ていない等で球面収差が測定光束と撮影時の開口の領域で大きく異なってしまうという問題や、非球面の製造上の形状が、測定光束が通る領域で誤差がある場合、カメラが合焦と判定しても得られた画像はピント位置がずれた画像となり、その崩れた球面収差の影響で画質が悪化するという問題が発生する。そのため、アパーチャーを絞った時の最良像面と開放での最良像面との差が重要となっている。銀塩カメラの時代では大伸ばしをするユーザーは一部であり、ヘビーユーザーであっても収差もレンズの特徴と捉えていた感がある。一方、銀塩カメラで許された球面フレアが、デジタルでは単なるぼけた画像と評される場合が多い。そのため、一般的なユーザーが画像をパソコンで拡大して評価する現在、レンズ組立調整後の許容収差や開放時と絞った時との最良像面の変動を評価する必要がある。一般に製品の最終検査にあたっては、開放で投影機を用いての解像力評価あるいはＭＴＦ測定となることが多い（例えば、特許文献１参照）。この場合、人為的な判断が入る余地がないＭＴＦ測定での検査の方が望ましい。アパーチャー開放時の最良像面と絞った時の最良像面の測定はＭＴＦ測定時間短縮の為別途行われ、レンズ内にその変動量と方向を記憶させていた。
特開平５−２１５６４１号公報

このようにユーザーが満足するレンズを供給するには、レンズの開放時の光学特性のみならず、絞り込んだ時の光学特性と開放時からの最良像面の変動とを検査する必要がある。光学特性の評価を投影解像力で行う場合、レンズに対してチャートをモーターで光軸方向に動かして評価面にピント合わせをする。しかしながら、同時に最良像面位置の変動を検査する為にレンズのアパーチャーを電気制御して、合焦位置をステッピングモーターのパルス数より知るとしても最良像面位置を目視で判断する事となり、量産検査に対応するには難しいという課題があった。すなわち、光学特性を評価し同時に最良像面位置の変動を測定し被検レンズに書き込む動作を短時間に行う事が量産検査では求められている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、量産検査に有効な、レンズの光学特性の評価とアパーチャーの開放及び絞った状態での最良像面とを同時に測定可能な検査システム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、第１の本発明に係る検査システム（例えば、実施形態における検査装置１）は、チャートが形成されたチャート板と、複数の画素を有し、光源から出射してチャートを通過した光線を被検レンズにより結像させた像として検出する撮像素子（例えば、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４）と、被検レンズのアパーチャーの作動を制御するとともに、最良像面を含む所定の範囲で被検レンズをデフォーカスさせ、所定の範囲内の複数のデフォーカスポイントの各々で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより得られた所定の範囲における像の強度分布から被検レンズの光学特性を算出する制御装置と、を有して構成される。そして、制御装置が、被検レンズのアパーチャーが開放された状態に制御し、且つ、所定の範囲のうちの最良像面を含む一部の範囲で被検レンズをデフォーカスさせ、この一部の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第１の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得する第１のステップ、この第１のステップで取得された各々の画素の出力のうち、最も大きい出力をＷｓとし、第１の蓄積時間をｔｓとし、撮像素子の各々の画素の所定の強度以上の出力をＷｕとして、所定の強度以上の出力を得るための第２の蓄積時間ｔｕを、次式
ｔｕ ＝ （Ｗｕ／Ｗｓ）・ｔｓ
により算出する第２のステップ、被検レンズのアパーチャーを開放された状態に制御して、所定の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第２の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより、この被検レンズによる像の強度分布を取得する第３のステップ、被検レンズのアパーチャーを絞った状態に制御して、所定の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第２の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより、この被検レンズによる像の強度分布を取得する第４のステップ、第３のステップにおけるアパーチャーが開放されたとき、および、第４のステップにおけるアパーチャーが絞られたときの強度分布のそれぞれからＭＴＦ値を求める第５のステップ、並びに、これらのＭＴＦ値から第３のステップにおけるアパーチャーが開放されたとき、および、第４のステップにおけるアパーチャーが絞られたときの最良像面の位置の差を求める第６のステップから構成される。

また、第２の本発明に係る検査システムは、チャートが形成されたチャート板と、複数の画素を有し、光源から出射してチャートを通過した光線を被検レンズにより結像させた像として検出する撮像素子と、被検レンズのアパーチャーの作動を制御するとともに、最良像面を含む所定の範囲で被検レンズをデフォーカスさせ、所定の範囲内の複数のデフォーカスポイントの各々で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより得られた所定の範囲における像の強度分布から被検レンズの光学特性を算出する制御装置と、を有して構成される。そして、制御装置が、被検レンズのアパーチャーが開放された状態に制御し、且つ、所定の範囲のうちの最良像面を含む一部の範囲で被検レンズをデフォーカスさせ、この一部の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第１の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得する第１のステップ、この第１のステップで取得された各々の画素の出力のうち、最も大きい出力をＷｓとし、第１の蓄積時間をｔｓとし、撮像素子の各々の画素の所定の強度以上の出力をＷｕとして、この所定の強度以上の出力を得るための第２の蓄積時間ｔｕを、次式
ｔｕ ＝ （Ｗｕ／Ｗｓ）・ｔｓ
により算出するとともに、被検レンズのアパーチャーを開放された状態からｎ段絞ったときの第３の蓄積時間ｔｕ′を、次式
ｔｕ′ ＝ ｔｕ・２ⁿ
により算出する第２のステップ、被検レンズのアパーチャーを開放された状態に制御して、所定の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第２の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより、この被検レンズによる像の強度分布を取得する第３のステップ、被検レンズのアパーチャーを開放された状態からｎ段絞った状態に制御して、所定の範囲内のデフォーカスポイントの各々において、第３の蓄積時間で撮像素子の各々の画素の出力を取得することにより、この被検レンズによる像の強度分布を取得する第４のステップ、第３のステップにおけるアパーチャーが開放されたとき、および、第４のステップにおけるアパーチャーが開放された状態からｎ段絞られたときの強度分布のそれぞれからＭＴＦ値を求める第５のステップ、並びに、これらのＭＴＦ値から第３のステップにおけるアパーチャーが開放されたとき、および、第４のステップにおけるアパーチャーが開放された状態からｎ段絞られたときの最良像面の位置の差を求める第６のステップから構成される。

このような検査システムにおいて、撮像素子が、チャート板のチャートによる軸上像を検出する軸上用受光センサーと、チャート板のチャートによる軸外像を検出する軸外用受光センサーとから構成されることが好ましい。
また、このような検査システムにおいて、制御装置は、第２のステップにおいて、撮像素子のうち、軸上用受光センサーの出力により第２蓄積時間を算出するように構成されていることが好ましい。

本発明に係る検査システムを以上のように構成すると、量産検査に有効な、レンズの光学特性の評価とアパーチャーの開放及び絞った状態での最良像面とを同時に測定することができ、この光学特性から最良像面の光軸上の位置の差を正確に測定することができる。

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。なお、本実施例においては、拡大投影型で複数画角を同時に測定できるＭＴＦ，ＯＴＦの検査装置であって、チャートと被検レンズ間のシフト構造を無くして受光センサーが機械軸と垂直な面内でシフトする（この垂直面内で移動する）構造を特徴とする検査装置を用いる場合について説明する。まず、本実施例に係る検査装置１の構成について説明する。この検査装置１は、図１に示すように、内部に光源２およびチャート板３を有し、被検レンズ（撮影レンズ）４を保持する照明部５と、この照明部５に対して相対移動可能な測定部６とを有して構成される。

光源２、チャート板３、および、被検レンズ４は、照明部５において、光軸上（以降の説明においては、検査装置１の「機械軸７」と呼ぶ）上に並んで配置されている。なお、この実施例においては、光源２から放射された光線は、光ファイバー２ａおよび図示しないコンデンサレンズ等により機械軸７上に放射され、チャート板３に照射される。また、この照明部５には、チャート板３を機械軸７に沿って前後に移動させ、さらに、取り付けられた被検レンズ４と通信をしてアパーチャーの開閉制御を行う照明側制御部１７が設けられている。

一方、測定部６は、受光側（被検レンズ４を挟んで光源２の反対側）に配置され、機械軸７に対して垂直な平面を有する平板状の受け部８が設けられている。この受け部８の光源２側の面（受光側の面）には、この受け部８に対して受光側の面上で相対移動可能な２軸の大きなプレート（以下、「大ステージ９」と呼ぶ）と、この大ステージ９を受け部８上で作動させる大ステージ駆動部１０とが設けられる。さらに、その大ステージ９の受光側の面上で相対移動可能な１軸の小さなプレート（以下、「小ステージ１１」と呼ぶ）とこの小ステージ１１を大ステージ９上で作動させる小ステージ駆動部１２とが設けられている。なお、小ステージ１１は大ステージ９上に複数設けられる（例えば、図２の場合は、矩形状の大ステージ９の対角線方向に４個の小ステージ１１を設けた場合を示している）。この場合、図２に示すように、小ステージ１１は、大ステージ９に対して対角線方向に（大ステージ９の中心部から放射状に）相対移動可能に構成される。なお、以降の説明において大ステージ９の中心を「測定側の原点」と呼ぶ。

この大ステージ９の測定側の原点には、図２に示すように、軸上用受光センサー１３が設けられており、また、各々の小ステージ１１には、軸外用受光センサー１４が設けられている。軸上用受光センサー１３は、検査装置１の設置面（地面）に対して垂直方向に延びた縦ラインセンサー１３ａと、水平方向に延びた横ラインセンサー１３ｂとから構成される。一方、軸外用受光センサー１４は、大ステージ９の測定側の原点から対角線方向に延びた（放射状に延びた）縦ラインセンサー１４ａと、この対角線方向に延びた線と直交する方向に延びた横ラインセンサー１４ｂとから構成される。この検査装置１において、全てのセンサー１３，１４の受光面が、略同一平面内（以下、この平面を「測定平面」と呼ぶ）に位置するように配置されている。

なお、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４を構成する縦ラインセンサー１３ａ，１４ａは、後述するように、チャート板３に形成されたチャートのＭ（メリジオナル）像を検出するために用いられ、横ラインセンサー１３ｂ，１４ｂは、チャートのＳ（サジタル）像を検出するために用いられる。

チャート板３は、被検レンズ４の像面の位置（すなわち、フィルム面或いは撮像面に相当する位置）に配置されている。このチャート板３には、点像チャート若しくはスリットが形成されるが、以降の説明においてはスリットで構成した場合について説明する。このチャート板３には、チャート板の中心（以下、「チャート板の原点」と呼ぶ）に、機械軸７を含むように配置された軸上検査用チャートと、機械軸７を含まずこの機械軸７から離れた位置（チャート板の原点から対角線方向）に配置された軸外検査用チャートとが形成されている（図示せず）。そして、この軸上検査用および軸外検査用チャートは、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４の構成に対応しており、また、軸上及び軸外検査用チャートは、それぞれＭ像用チャート及びＳ像用チャートから構成され、これらのチャートはいずれもスリットとして形成されている。光源２から放射され、チャート板３のチャート（スリット）を透過した光線が、被検レンズ４により軸上用および軸外用受光センサー１３，１４上に結像される。このとき、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４を構成する各センサー１３ａ１３ｂ，１４ａ，１４ｂと、チャート板３の軸上および軸外検査用チャートの像とは、直交するように構成されている。なお、チャート板３を点像チャート（ピンホール）として構成した場合は、軸上用受光センサー１３および軸外用受光センサー１４の各々を、一つのエリアセンサーで構成することも可能である。

以上のような検査装置１において、チャート板３に形成された軸上検査用チャート（センタースリット）の像（これを「軸上像」と呼ぶ）は軸上用受光センサー１３上に結像し、軸外検査用チャートの像（これを「軸外像」と呼ぶ）はそれぞれ対応する軸外用受光センサー１４上に結像するのが理想的な結像状態である。しかし、被検レンズ４が、ディストーションの大きなレンズである場合は、例えば、軸上において軸上用受光センサー１３で軸上像を取り込むことができても、軸外では軸外像が軸外用受光センサー１４から外れてしまうことがある。このようなとき、小ステージ駆動部１２で、小ステージ１１を大ステージ９に対して相対移動させることにより、軸外用受光センサー１４を放射方向に移動させて軸外像を取り込むことができる。

一方、被検レンズ４に透過偏心があると、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４からチャート像が外れてしまう。そのため、大ステージ駆動部１０で大ステージ９を測定平面内で作動させて軸上像（センタースリット位置）を軸上用受光センサー１３で走査する（この場合、軸上用受光センサー１３と軸外用受光センサー１４とを同時に同じ量と方向にアラインメントした状態となる）。そして、上述のように、軸外用受光センサー１４（実際には小ステージ１１）を小ステージ駆動部１２で放射方向に作動させて軸外像を走査し軸外光束に対してアラインメントした状態とする。このように軸上用および軸外用受光センサー１３，１４を２段階でアラインメントすることで、高速に測定できる対象が広がる。

このような検査装置１においては、軸外光束の結像位置を軸外用受光センサー１４によりセンシングして理想像高からの偏差や実際の画角が分かり、全方位の非対称性が判断できる。また、この実施例のようにＭ像とＳ像のラインセンサー（縦ラインセンサー１３ａ，１４ａと横ラインセンサー１３ｂ，１４ｂ）を用いた場合はＭ像用センサーから実像高が分かる。なお、本実施例においては、図２に示すように放射状に稼働しうる小ステージ１１を設けることにより、写真レンズのような偏芯の大きいレンズやディストーションの大きいレンズなど、製造誤差による画角の変化の大きいレンズの測定も可能となる。また、本実施例では軸外用受光センサー１４のＭ像とＳ像を検出する縦ラインセンサー１４ａと横ラインセンサー１４ｂとが小ステージ１１上にあり一体に動くように構成されているが、縦ラインセンサー１４ａと横ラインセンサー１４ｂとをそれぞれ独立したプレート上に配置して、それぞれ独立して作動するように構成することも可能である。

なお、受け部８には、測定部６を機械軸７に沿って移動させる（図１においては左右方向に移動させる）測定駆動部１５が設けられている。これらの大ステージ駆動部１０、小ステージ駆動部１２、測定駆動部１５、軸上用受光センサー１３、および、軸外用受光センサー１４と、照明側制御部１７とは制御装置１６に電気的に接続されており、大ステージ駆動部１０、小ステージ駆動部１２、および、測定駆動部１５の作動が制御されて、測定部６、大および小ステージ９，１１の作動が制御され、また、照明側制御部１７を介してチャート板３および被検レンズ４の作動が制御されるとともに、軸上用および軸外用受光センサー１３，１４からの検出信号が処理される。

図３は、被検レンズ４の制御機構を示しており、この被検レンズ４の作動を制御する制御手段４１と、測距手段４２及び測光手段４３と、この被検レンズ４を構成するレンズ群を光軸方向に移動させるモーター機構４５と、このモーター機構４５を駆動させるレンズ位置駆動手段４４と、絞り機構４７と、この絞り機構４７を駆動させる露光調節手段４６とから構成されている。制御手段４１は、測距手段４２からの距離情報を元にレンズ位置駆動手段４４を制御してモーター機構４５を作動させることによりオートフォーカスを行うとともに、測光手段４３からの照度情報を元に露光調節手段４６を制御して絞り機構４７の開度の調節を行うように構成されている。本実施例では、外部とのインタフェースを介して照明部５の照明側制御部１７とこの制御手段４１とが電気的に接続されており、制御装置１６から送信される制御信号（レンズ位置制御情報及び絞り開度制御情報）を元にモーター機構４５及び絞り機構４７の作動が制御され、測定が行われるように構成されている。

この検査装置１における被検レンズ４の測定においては、予め被検レンズ４の理想的なレンズデータを用いて、像面から物体面までを光線追跡してその撮影距離と実際の物体高を求めておく。制御装置１６は、検査装置１のチャート板３と軸上用及び軸外用受光センサー１３，１４の距離を、測定駆動部１５の作動を制御して測定部６を機械軸７に沿って移動させることにより、計算上の撮影距離と一致させる。

ここで、上述のような被検レンズ４を照明部５にセットすると、その被検レンズ４に透過偏芯がある場合は、スリット像が大ステージ９の測定側の原点からずれた所に形成される。このような場合、大ステージ９を測定面内で縦方向と横方向に作動させてセンタースリット像を走査し、軸上用受光センサー１３の縦ラインセンサー１３ａ及び横ラインセンサー１３ｂ（あるいは、エリアセンサー）からの検出信号を制御装置１６で処理してチャート板３の軸上像の像位置を検出する。この像位置の検出方法としては、例えば、点像あるいは線像の重心又は一番出力の高い画素の座標を像の位置として検出する。このとき、被検レンズ４の透過偏芯誤差が大きい場合、１組のラインセンサー１３ａ，１３ｂ（軸上用受光センサー１３）からチャート像が完全に外れてしまう場合がある。よって、大ステージ９を作動させて走査する手順を予め制御装置１６に設定しておく必要がある。例えば、大ステージ９が、ある矩形の範囲を外側から内側に向かって渦巻き状に作動させることにより、効率的に走査するように構成すると、走査する時間を節約できる。制御装置１６は、走査した後、軸上用受光センサー１３（ラインセンサー１３ａ，１３ｂの各々）の中心（或いはエリアセンサーの中心）に軸上検査用チャートの像が位置するように大ステージ９を移動させ、その位置を原点として記憶し、センタリングを終了する（この原点が、上述の測定側の原点に一致する）。

また、制御装置１６は、小ステージ１１についても、大ステージ９の対角線方向に作動させて、上述の軸上用受光センサー１３と同様に、軸外用受光センサー１４の検出値から軸外像が軸外用受光センサー１４の中心に位置するようにこの小ステージ１１を作動させる。なお、小ステージ１１については、図２に示すように矩形状の大ステージ９の対角線方向（斜め４５°）に作動させる構成だけでなく、上下方向と左右方向の２軸で作動させるように構成することも可能である。

この検査装置１による被検レンズ４の検査は、制御装置１６から制御信号を照明側制御部１７に送信し、チャート板３を光軸（機械軸７）に対して所定の移動量だけ前後させて（例えば、０．１ｍｍ刻みで、最良像面となる位置を基準に±１．０ｍｍ程度）デフォーカスし、最良像面とその前後の領域を軸上用および軸外用受光センサー１３、１４で測定し、チャート板３のチャート像のコントラストと位相の変化を空間周波数の関数として算出することにより、この測定値からＯＴＦ，ＭＴＦを算出する。このとき、この検査装置１においては、軸上像と軸外像は同時に検出することができるので、短時間で被検レンズ４の光学特性（ＯＴＭ，ＭＴＦ）を検査することができる。

ところで、以上のような検査装置１を用いて被検レンズ４のほぼ正確なＯＴＦ値を確保するためには、線像強度分布あるいは点像強度分布を取り込む際にセンサー（軸上用若しくは軸外用受光センサー１３，１４）の蓄積時間を調節し出力が所定の値以上であることが望ましい。例えば、出力が１２ビットのセンサーを用いる場合は、８ビット以上の出力であることが望ましい。しかしながら、図４に示すようにデフォーカスで得られる強度分布は、最良像面付近で得られる強度分布より光軸上に遠く離れれば離れる程センサーの出力が低くなる。ＯＴＦ，ＭＴＦ値の精度の為にはデフォーカスして取り込む強度分布毎に所定の強度以上の出力が確保できるように最適な蓄積時間を決定すれば良いが、強度分布を取り込み、この出力から蓄積時間を求める過程に時間がかかり量産検査には向かないことになる。なお、予め被検レンズ４の光学系の明るさの情報、例えばＦナンバーを用いて蓄積時間を求める方法がある。しかしながら、光学系の明るさを照度として考えたとき、個々のレンズの収差あるいは組み立て調整の出来により強度分布の広がりは変化し当然照度は変わってくる。ゆえに設計値上ではＦナンバーが同じであっても焦点距離によって強度分布の広がりは異なり、さらに製造誤差により同じ種類のレンズでも各々強度分布が異なり、最適な蓄積時間は一義的に決められない。

以上より、センサーの最適な蓄積時間は一度ある蓄積時間で強度分布を取り込んだ結果から判断しないとわからない。そこで、本実施例においては、最良像面を含む領域において、短い蓄積時間で各デフォーカスポイントの強度分布を取り込み、その出力の高いデフォーカスポイントの出力から測定時の蓄積時間を算出するように構成されている。

以下、測定のための蓄積時間の算出方法について図５を合わせて用いて説明する。蓄積時間ｔsで取得した強度分布のある画素の出力をＷsとすると、所定の強度以上の出力Ｗtを確保するための蓄積時間ｔuは次式（１）で求められる。なお、この処理は軸上用及び軸外用受光センサー１３，１４の蓄積時間を決定するものであるため、被検レンズ４の光学性能を測定するためのすべての領域に対してデフォーカスする必要はなく、最良像面を含む限定された範囲で実施されれば良い（例えば、上述のように±１．０ｍｍ移動して測定するときには、±０．５ｍｍの範囲とすることができる）。また、蓄積時間の算出のための強度分布の測定は、軸上用受光センサー１３の検出結果が用いられる。

次にアパーチャーを絞ったときであるが、開放からn段絞った場合の蓄積時間ｔu′は、次式（２）で求められる。

この場合、実際にフルスキャンして蓄積時間を求めるのではなく、上述の式（１）で求めた開放時の最良像面のＯＴＦ，ＭＴＦの算出のために最適な蓄積時間ｔuより、式（２）を用いてｔu′を設定するのが望ましい。さらに測定時間を短縮するには絞った時の蓄積時間ｔu′を開放時の蓄積時間ｔuと同じとして測定することが望ましい。暗電流や外乱の影響で低い空間周波数のＯＴＦ，ＭＴＦ値が高めになるが、一般に絞ったときの光学特性で合否判定をする事は少なく、絞ったときの最良像面位置は暗電流や外乱からの影響は大きくないからである。

それでは、このような検査装置１を用いて被検レンズ４の光学特性（ＯＴＦ，ＭＴＦ）と、アパーチャーの開放及び絞ったときの最良像面の位置を測定する方法について図６及び図７を用いて説明する。まず、軸上用及び軸外用受光センサー１３，１４の蓄積時間を決定するために、最良像面を含む領域において、短い蓄積時間で各デフォーカスポイントの強度分布をスキャンして軸上用受光センサー１３から取り込む（ステップＳ１００）。そして、その出力の高いデフォーカスポイントの測定結果から、上述の式（１）、（２）を用いて蓄積時間を算出する（ステップＳ１１０）。次に、制御装置１６から照明側制御部１７に制御信号を送信し、被検レンズ４のアパーチャーを開放状態にし（ステップＳ１２０）、照明側制御部１７を介してチャート板３を光軸（機械軸７）に対して所定の移動量だけ前後させてデフォーカスし、上述の蓄積時間ｔuにより最良像面とその前後の領域のチャート像の強度分布を取得する（ステップＳ１３０）。さらに、制御装置１６から制御信号を照明側制御部１７送信して被検レンズ４のアパーチャーを例えばＦナンバー５．６あるいはＦナンバー８程度に絞り（ステップＳ１４０）、同様に照明側制御部１７を介してチャート板３を機械軸７に対して所定の移動量だけ前後させてデフォーカスし、上述の蓄積時間ｔu′により最良像面とその前後の領域のチャート像の強度分布を取得する（ステップＳ１５０）。なお、アパーチャーの制御をメカ機構で行うレンズの場合は装置側にカメラが有しているメカ機構と同等のものを持たせればよい。

以上のようにして、被検レンズ４のアパーチャーが開放したときと絞り込んだときとの２種類のチャート像の強度分布を取得し、これらの強度分布をフーリエ変換し特定の低い空間周波数、例えば１０［ｌｐ／ｍｍ］のＯＴＦ，ＭＴＦを算出する（ステップＳ１６０）。この場合、上述のステップＳ１３０及びＳ１５０において、同ピッチでデフォーカスを行いチャート像の強度分布を取り込むことが好ましい。なお、解放時と絞り込んだ時の最良像面の位置の差は、ＭＴＦ値から求められる。すなわち、１０［ｌｐ／ｍｍ］のＭＴＦ値のピーク値からベスト像面位置を算出する。なお、ＭＴＦピーク値は最も高いデフォーカスポイントからその付近のデフォーカスポイント数点をスプラインで補間し求めるとよい。または最小二乗法でフィッテングして求めてもよい。図７に示すように、開放時のベスト像面の光軸上の位置をｄ0、絞ったときのベスト像面の光軸上の位置をｄ′とするならば最良像面の変動はｄ0−ｄ′として求められ、制御装置１６は、この値を被検レンズ４と通信してレンズのメモリ内に書き込む。メモリ内には複数の撮影距離に対してのフォーカス群を光軸方向に動かす駆動量の設計値を書き込みそこにｄ0−ｄ′を付加する事で合焦が正確となる。

以上説明したように、本実施例に示す検査装置１によれば、被検レンズ４のアパーチャーが開放されたときの光学特性（ＯＴＦ，ＭＴＦ値）だけでなく、このアパーチャーを絞ったときの光学特性を検出することができる。さらに、これらの光学特性（特にＭＴＦ値）を用いて、アパーチャーの開放時と絞ったときの最良像面の光軸上の位置の差を正確に測定することができる。

また、この検査装置１によれば、チャート板３の軸上像及び軸外像を同時に検出することができるため、短い測定時間で精度良く複数画角の光学特性（ＯＴＦ，ＭＴＦ）を同時に測定することが可能となり、量産検査等に使用することができる。また、透過偏芯の比較的大きな写真レンズのような光学特性を、機械軸７を基準として規定した像高の光学性能により評価することが可能となる。さらに、軸外用受光センサー１４を軸上用受光センサー１３と独立して作動可能とすることで、検査装置１に高い汎用性を持たせることができる。

さらに、これまでの拡大投影型の検査装置では、チャート板３および被検レンズ４への振動などの外乱も拡大されてしまうため外乱に弱いという欠点があったが、本実施例に係る検査装置１では、チャート板３と被検レンズ４間の装置１のシフト機構が省略できるため、外乱に強い装置構造を取ることが可能となる。

なお、以上の実施例においては、軸上用受光センサー１３と軸外用受光センサー１４とを設け、チャート板３の軸上像と軸外像とを同時に測定可能に構成した検査装置１を用いた場合について説明したが、本発明がこの構成に限定されることはなく、例えば、軸上像だけを検出するように構成されていても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る検査装置の構成示す説明図である。 センサーの配置および動作を示す説明図である。 被検レンズの制御機構を示すブロック図である。 センサーによる強度分布を説明するための説明図であって、（ａ）は最良像面付近の分布を示し、（ｂ）は最良像面より離れた像面での分布を示す。 センサーの蓄積時間を説明するための説明図である。 上記検査装置における処理手順を示すフローチャートである。 アパーチャーが開放のときと絞られたときの最良像面の位置を示す説明図である。

符号の説明

１ 検査装置（検査システム） ２ 光源 ３ チャート板 ４ 被検レンズ
１３ 軸上用受光センサー（撮像素子） １４ 軸外用受光センサー（撮像素子）
１６ 制御装置

Claims (4)

1. チャートが形成されたチャート板と、
   複数の画素を有し、光源から出射して前記チャートを通過した光線を被検レンズにより結像させた像として検出する撮像素子と、
   前記被検レンズのアパーチャーの作動を制御するとともに、最良像面を含む所定の範囲で前記被検レンズをデフォーカスさせ、前記所定の範囲内の複数のデフォーカスポイントの各々で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより得られた前記像の強度分布から前記被検レンズの光学特性を算出する制御装置と、を有し、
   前記制御装置が、
   前記被検レンズの前記アパーチャーが開放された状態に制御し、且つ、前記所定の範囲のうちの前記最良像面を含む一部の範囲で前記被検レンズをデフォーカスさせ、前記一部の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、第１の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の前記出力を取得する第１のステップ、
   前記第１のステップで取得された各々の前記画素の前記出力のうち、最も大きい出力をＷｓとし、前記第１の蓄積時間をｔｓとし、前記撮像素子の各々の前記画素の所定の強度以上の出力をＷｕとして、前記所定の強度以上の出力を得るための第２の蓄積時間ｔｕを、次式
   ｔｕ ＝ （Ｗｕ／Ｗｓ）・ｔｓ
   により算出する第２のステップ、
   前記被検レンズの前記アパーチャーを開放された状態に制御して、前記所定の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、前記第２の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより、前記被検レンズによる前記像の強度分布を取得する第３のステップ、
   前記被検レンズの前記アパーチャーを絞った状態に制御して、前記所定の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、前記第２の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより、前記被検レンズによる前記像の強度分布を取得する第４のステップ、
   前記第３のステップにおける前記アパーチャーが開放されたとき、および、前記第４のステップにおける前記アパーチャーが絞られたときの前記強度分布のそれぞれからＭＴＦ値を求める第５のステップ、並びに、
   前記ＭＴＦ値から前記第３のステップにおける前記アパーチャーが開放されたとき、および、前記第４のステップにおける前記アパーチャーが絞られたときの最良像面の位置の差を求める第６のステップ
   から構成される検査システム。
2. チャートが形成されたチャート板と、
   複数の画素を有し、光源から出射して前記チャートを通過した光線を被検レンズにより結像させた像として検出する撮像素子と、
   前記被検レンズのアパーチャーの作動を制御するとともに、最良像面を含む所定の範囲で前記被検レンズをデフォーカスさせ、前記所定の範囲内の複数のデフォーカスポイントの各々で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより得られた前記像の強度分布から前記被検レンズの光学特性を算出する制御装置と、を有し、
   前記制御装置が、
   前記被検レンズの前記アパーチャーが開放された状態に制御し、且つ、前記所定の範囲のうちの前記最良像面を含む一部の範囲で前記被検レンズをデフォーカスさせ、前記一部の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、第１の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の前記出力を取得する第１のステップ、
   前記第１のステップで取得された各々の前記画素の前記出力のうち、最も大きい出力をＷｓとし、前記第１の蓄積時間をｔｓとし、前記撮像素子の各々の前記画素の所定の強度以上の出力をＷｕとして、前記所定の強度以上の出力を得るための第２の蓄積時間ｔｕを、次式
   ｔｕ ＝ （Ｗｕ／Ｗｓ）・ｔｓ
   により算出とともに、前記被検レンズの前記アパーチャーを前記開放された状態からｎ段絞ったときの第３の蓄積時間ｔｕ′を、次式
   ｔｕ′ ＝ ｔｕ・２ⁿ
   により算出する第２のステップ、
   前記被検レンズの前記アパーチャーを開放された状態に制御して、前記所定の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、前記第２の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより、前記被検レンズによる前記像の強度分布を取得する第３のステップ、
   前記被検レンズの前記アパーチャーを前記開放された状態からｎ段絞った状態に制御して、前記所定の範囲内の前記デフォーカスポイントの各々において、前記第３の蓄積時間で前記撮像素子の各々の前記画素の出力を取得することにより、前記被検レンズによる前記像の強度分布を取得する第４のステップ、
   前記第３のステップにおける前記アパーチャーが開放されたとき、および、前記第４のステップにおける前記アパーチャーが前記開放された状態からｎ段絞られたときの前記強度分布のそれぞれからＭＴＦ値を求める第５のステップ、並びに、
   前記ＭＴＦ値から前記第３のステップにおける前記アパーチャーが開放されたとき、および、前記第４のステップにおける前記アパーチャーが前記開放された状態からｎ段絞られたときの最良像面の位置の差を求める第６のステップ
   から構成される検査システム。
3. 前記撮像素子が、前記チャート板の前記チャートによる軸上像を検出する軸上用受光センサーと、前記チャート板の前記チャートによる軸外像を検出する軸外用受光センサーとから構成される請求項１又は２に記載の検査システム。
4. 前記制御装置は、前記第２のステップにおいて、前記撮像素子のうち、前記軸上用受光センサーの出力により前記第２蓄積時間を算出するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の検査システム。

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