JP5601442B2 - 赤外線光学系の評価装置 - Google Patents
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Description
そこで、センサ部分とレンズとを分離し、それぞれが相対的に移動出来るように構成することで、レンズ単体の評価を行うことが可能な評価装置が知られている。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、安価であり、簡易な構成で、赤外線レンズの近赤外線領域における結像性能を可視化することにより、赤外線レンズの広範囲な赤外領域における光学系の結像性能を客観的に評価可能な評価装置及びこの評価装置を用いた評価方法を提供する。
本発明の赤外線光学系評価方法は、以下のように、テストパターンを4枚使用する方法にも用いることができる。即ち、赤外線光学系評価用の第1の標準パターンが形成された第1のテストパターンに光源から光を照射して得られるパターン像が、近赤外線領域を検知する画像センサに結像するように前記画像センサと前記第1のテストパターンの間に赤外線レンズを配置する第1のステップと、前記画像センサに結像されたパターン像を撮像して表示し、前記結像されたパターン像を前記第1の標準パターンと比較してこの第1の標準パターンが目的とする検査を行う第2のステップと、前記第1のテストパターンを第2の標準パターンが形成された第2のテストパターンに交換し、前記第2のステップを繰り返してこの第2の標準パターンが目的とする検査を行い、さらに前記第2のテストパターンを第3、第4の標準パターンが形成された第3、第4のテストパターンに交換し、前記第2のステップを繰り返して前記第3、第4の標準パターンが目的とする検査を行う第3のステップと、前記第1、第2、第3および第4の標準パターンが目的とする検査の全てを総合して赤外線光学系を評価する第4のステップとを具備したことを特徴としている。
図1は、赤外線光学系評価装置(以下、評価装置という)の概略構成図、図2は、赤外線レンズ材料の光の波長と屈折率との関係を示す特性図、図3は、この評価装置を用いた赤外線光学系評価方法のフロー図、図4は、テストパターンの平面図である。
この評価装置1は、ステージ2上に、光源3、4と、赤外線光学系評価用の標準パターンが形成されたテストパターン5と、光源から照射された光によって映し出されたテストパターン5のパターン像を結像する赤外線レンズ10と、結像された光を検知する画像センサ6とが設置されている。
光源3、4は、近赤外領域の波長を含む光を放射するものであればよく、白熱電球(可視光をカットして用いることも可能である)、ハロゲンランプ(可視光をカットして用いることも可能である)等を用い、反射型及び透過型のいずれのタイプでもよい。この実施例ではテストパターン5に対してレンズ側に反射型の光源3を配置し、テストパターン5を挟んでレンズと反対側に透過型の光源4を配置している。このように、光源を左右の両側に配置することにより照度ムラを無くすことができる。
画像センサ6は、カメラモジュ−ルに組み込まれ、カメラモジュ−ルは、支持装置によりステージ2上に配置されている。カメラモジュ−ルは、ステージ2から離れた位置に配置されたモニタ7に接続されている。画像センサ6により検知されたテストパターン5のパターン像は、このモニタ7にディスプレイされる。テストパターン5は、画像センサ6に離隔して配置されている。
まず、評価対象レンズである赤外線レンズ10を光源3、4、テストパターン5及び画像メモリ6が配置された評価装置1にセットする。この実施例では赤外線レンズとしてシリコンレンズを用いる(1)。
本発明の赤外線レンズは、近赤外線のうち、通常プロセスのシリコンベースの半導体画像センサの感知帯域(1.3μm以下)を透過する材料を用いる。また、この近赤外線波長領域のうち、屈折率が遠赤外線波長(10μm前後)の屈折率と殆ど変わらない材料なら本発明の評価対象とすることができる。その代表的な材料がシリコンである。シリコンの透過波長域は、1.1〜10μmであるが、本発明で利用する1.3μm以下の波長領域における屈折率は、遠赤外線波長領域(10μm前後)における屈折率とほぼ同じである。
テストパターンは、たとえば、白色紙に赤外線光学系評価用の標準パターンをレーザプリンタで形成したものを用いる。
次に、テストパターン5に光源4からの光が照射され、映し出されたテストパターン5のパターン像が赤外線レンズ10によって画像センサ6に結像される。画像センサ6は、この結像されたパターン像を撮像してモニタ7のディスプレイ上に表示する(2)。
次に、光源3、4、テストパターン5、画像センサ6、赤外線レンズ10を必要に応じて移動させ、バックフォーカスや光軸位置を調整する(3)。光源3、4はそれぞれ所定の間隔で2つ配置してテストパターン面の照度ムラを減少するようにしている。テストパターン面の明るさは、照度計を用いて調整する。
画像センサ6は、CMOSセンサでもよく、近赤外線領域に感度を有するセンサであれば公知のものを用いることができる。また、長波長域のインジウムやガリウム、砒素等を含んだ多素子撮像センサでもよい。
画像センサ6で撮像され、ディスプレイ上に表示された画像は、近赤外線の画像である。
次に、撮像された画像をディスプレイ上で目視検査を行う。最初に評価装置にセットされたテストパターンには、たとえば、図4(a)に示す解像度検査用標準パターンを用いる。撮像された画像を赤外線レンズを通さないテストパターンの標準パターンと比較することにより、赤外線レンズの解像度が検査できる。これは必要に応じて定量化が可能である。解像度検査が終了後、最初のテストパターンを外し、次のテストパターンと交換する。
次のテストパターン5は、たとえば、図4(c)に示す非点収差・コマ収差検査用の標準パターンを有するものを使用する。この標準パターンを用いて非点収差・コマ収差検査を同様の手順で行う。この検査が終了後、テストパターン5を交換して、たとえば、図4(d)に示す光量検査用の標準パターンを使用して検査を実施する。以下、テストパターンを適宜交換してレンズ評価に必要な検査を行う(4)。
次に、ステップ(4)で行った種々の検査を総合して赤外線レンズの評価をおこなう(5)。
以上、ステップ(1)〜ステップ(5)に従って近赤外線領域での赤外線レンズの評価が実施される。さらに、赤外線レンズとしては、シリコンのように、遠赤外線波長領域と近赤外線波長領域とで屈折率などの光学性能が近似したものであれば、近赤外線領域での評価を遠赤外線領域での評価とみなすことができる(図2参照)。このようにして、全赤外線領域での赤外線レンズの光学的性能が評価される。
図5は、この実施例の評価装置の概略図である。評価装置に組み込まれる赤外線レンズは、鏡筒内に支持されて組み込まれる。この実施例では、評価装置を用いて鏡筒内に入射される視野外からの反射・散乱光の影響を評価することができる。
評価装置には、ステージ(図示しない)上に、赤外線ランプなどの光源24と、光源からの光が照射されるテストパターン25と、照射されたテストパターン25の像を結像する赤外線レンズ20と、この結像を検知する画像センサ26とが設置されている。赤外線レンズ20は、鏡筒21内に設置された状態で評価装置に設置されている。
以上、この実施例の評価装置は、安価であり、簡易な構成で、赤外線レンズの結像性能、および鏡筒内に入射される視野外反射・散乱光の影響を、近赤外線領域における可視化された画像として評価することにより、広範囲な赤外領域においても、これらの評価が客観的に可能である。
2・・・ステージ
3、4、24・・・光源
5、25・・・テストパターン
6、26・・・画像センサ
7・・・モニタ
8・・・反射・散乱光
9・・・テストパターンを通過した光源からの光
10、20・・・赤外線レンズ
21・・・鏡筒
Claims (3)
- 近赤外領域の波長を含む光を放射する光源と、赤外線光学系評価用の標準パターンが形成されたテストパターンと、前記光源によって照射された前記光のうちの近赤外領域以上の波長の光によって前記テストパターンのパターン像を結像する1.3μm以下の透過波長領域を有する赤外線レンズと、結像された前記パターン像を、前記パターン像に含まれる近赤外領域の波長の光を撮像することによって可視化するCCDセンサ又はCMOSセンサからなる画像センサとを具備し、可視化された前記パターン像と前記標準パターンとを比較して赤外線光学系を評価することを特徴とする赤外線光学系評価装置。
- 前記テストパターンに形成された標準パターンは、解像度検査用パターン、歪曲検査もしくは画角検査用パターン、非点収差・コマ収差検査用パターン、光量検査用パターンのいずれかから選ばれることを特徴とする請求項1に記載の赤外線光学系評価装置。
- 前記赤外線レンズは、鏡筒に支持されて評価されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の赤外線光学系評価装置。
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