JP7260120B2 - Pupil lens measuring device and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、撮像素子(イメージセンサ)等の光学デバイスの光学テスト等に利用される瞳レンズの主光線角度や像高の測定に利用できる瞳レンズ測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a pupil lens measuring apparatus and method that can be used to measure the principal ray angle and image height of a pupil lens that is used for optical tests of optical devices such as image sensors.
CMOSイメージセンサ等の半導体の集積回路で設けられる固体撮像素子は、光を電気信号に変換する特性を利用して、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、携帯電話、その他種々の産業機器等に広く活用されている。固体撮像素子は、光学テスト、動作検査が必要であるが、例えば、固体撮像素子等の光学デバイスの検査装置としては、従来より、プローブカードにレンズユニットを搭載した検査装置が利用されている(例えば、特許文献1参照)。従来の検査装置は、撮像素子のセンサエリアの中心にレンズ中心を合わせてプローブカードのプローブ針をウェハに配列された撮像素子に接触させた状態で、光源からレンズユニットを通過してくる光を撮像素子に照射し、プローブカードを介して該撮像素子からの電気信号を確認することにより、撮像素子が正常に動作するかどうか等の検査が行われている。この撮像素子の検査では、以前は平行光束を該撮像素子に向けて照射してテストを行うのが一般的であったが、近時では、固体撮像素子の集積密度が向上し画素数が増加するのに伴い、撮像素子に入射する光の入射角度や画角が大きくなっていることから、デジタルカメラ等に利用される実レンズに近い性能の瞳レンズがレンズユニットに用いられ、検査対象の撮像素子に対して瞳レンズを介して所定の傾斜角度の光を照射して、検査を行うことが重要かつ一般的になりつつある。 Solid-state imaging devices such as CMOS image sensors, which are semiconductor integrated circuits, are widely used in digital still cameras, video cameras, mobile phones, and various other industrial equipment, taking advantage of their ability to convert light into electrical signals. ing. Solid-state imaging devices require optical tests and operation inspections. For example, as an inspection device for optical devices such as solid-state imaging devices, conventionally, an inspection device with a lens unit mounted on a probe card has been used ( For example, see Patent Document 1). In the conventional inspection equipment, the lens is aligned with the center of the sensor area of the image pickup device, and the probe needle of the probe card is brought into contact with the image pickup device arranged on the wafer. By irradiating an image pickup device and confirming an electric signal from the image pickup device through a probe card, it is inspected whether or not the image pickup device operates normally. In the past, it was common to test image sensors by irradiating them with a parallel beam of light. Since the angle of incidence and the angle of view of the light incident on the image pickup device are increasing along with this, pupil lenses with performance close to real lenses used in digital cameras, etc., are used in lens units, and the inspection target It is becoming important and common to perform inspection by irradiating the imaging device with light having a predetermined tilt angle through a pupil lens.
上記のように撮像素子の検査で利用される瞳レンズは、例えば、カメラ等の実レンズに近いレンズ特性のものや、様々なレンズ特性を発揮するようなものが種々開発されているが、設計者によりレンズ特性等のシミュレーションに基づいてレンズ設計されて製造される。近年製作されるレンズでは、製造技術の進歩により極めて高精度に製造されていることから、光学設計値から大幅にかけ離れた数値を示すことは少ないと考えられていたため、瞳レンズのレンズ特性を実際に測定することは行われないまま、瞳レンズは光学設計値通りに(又はそれにかなり近い数値で)機能しているものとして撮像素子のテストに使用されていた。しかしながら、撮像素子の高密度化及び精度の向上、レンズの種類の多様化及び性能向上にも伴って、撮像素子のテストに使用される瞳レンズについても、そのレンズ性能が正常に機能しているかどうか或は光学設計値からの誤差等をより精密に確認しておくことの重要性が高まりつつある。特に、上記のような撮像素子のテストに利用される瞳レンズでは、撮像素子への照射角度となる主光線角度と像高との関連性について、実際に測定した値と光学設計値とを比較、確認することの必要性が高く、瞳レンズの主光線角度等のレンズ特性を実際に測定するための測定装置、測定方法の開発が強く望まれている。 Various types of pupil lenses have been developed for use in the inspection of image pickup devices as described above, for example, those with lens characteristics similar to those of real lenses such as cameras, and those with various lens characteristics. A lens is designed and manufactured by a person based on a simulation of lens characteristics and the like. Since lenses manufactured in recent years are manufactured with extremely high precision due to advances in manufacturing technology, it was thought that it would be rare for the values to deviate significantly from the optical design values. The pupil lens was used to test the image sensor assuming it was performing as (or fairly close to) its optical design values, without any actual measurements being taken. However, along with the increase in density and accuracy of image sensors, and the diversification and improvement in the types of lenses, it is necessary to check whether the performance of the pupil lens used for testing the image sensors is functioning normally. However, it is becoming more and more important to more precisely confirm errors from optical design values. In particular, in the pupil lens used for testing the image sensor as described above, the relationship between the chief ray angle, which is the irradiation angle to the image sensor, and the image height, is compared with the actually measured value and the optical design value. Therefore, there is a strong demand for the development of a measuring apparatus and a measuring method for actually measuring the lens characteristics such as the principal ray angle of the pupil lens.
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、例えば、撮像素子等のテストに利用される瞳レンズの主光線角度や像高を簡単に測定して当該瞳レンズを評価、確認することができる瞳レンズ測定装置及び測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and one of its purposes is, for example, to easily measure the principal ray angle and image height of a pupil lens used for testing an image pickup device and the like, and to An object of the present invention is to provide a pupil lens measuring device and a measuring method capable of evaluating and confirming a lens.
上記課題を解決するために本発明は、測定対象の瞳レンズ100を該瞳レンズ100の光軸102方向に沿って直線移動可能に支持する可動支持部12と、該可動支持部12に支持された瞳レンズ100の光軸102と平行な平行光を照射する平行光照明手段14と、平行光照明手段14によって照明されて該瞳レンズ100によって結像されるピンホール部16と、該瞳レンズ100の光軸102からの垂線上の距離であって該ピンホール部16までの垂線上の距離(y1~y4)を変更させうるピンホール距離変更装置18と、該瞳レンズ100を通過した光Lを確認する観測光学系20と、該瞳レンズ100により結像されたピンホール部16の像高Yを測定する像高測定手段22と、該可動支持部12を介して光軸102に沿って瞳レンズ100を直線移動させ、ピンホール部16を通過した平行光が瞳レンズ100の光軸上の焦点に収束した光を観測光学系20により確認される該瞳レンズの移動位置x1と、同瞳レンズ100による該ピンホール部16の結像が観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置x2と、の間の距離(x1-x2)を測定する距離測定手段24と、を備えた瞳レンズ測定装置10から構成される。
In order to solve the above problems, the present invention provides a
その際、ピンホール部16位置近傍の光路中に挿入、離脱可能に設置される拡散板56を含むとよい。
In this case, it is preferable to include a
また、ピンホール部16は、瞳レンズ100に対して所定の離隔位置aに設定されて可動支持部12に一体的に組み付けられたこととしてもよい。
Further, the
また、可動支持部12には、瞳レンズ100の焦点距離f近傍位置に絞り62が一体的に組み付けられたこととしてもよい。
Further, the
また、ピンホール距離変更装置18は、平行光照明手段14からの平行光を通過する複数のピンホール部16が設けられたピンホール板40と、光軸102に対して直交方向に長いスリット43が形成されるとともに該スリット以外の部分を遮光し、ピンホール板40と面合わせ状に組み付けられるスリット板42と、該ピンホール板40のピンホール部16とスリット板42のスリット43との組み合わせ位置を変更することにより、該ピンホール部16の光軸102からの距離を選択的に変更可能な選択機構44と、を含むこととしてもよい。
Further, the pinhole
また、ピンホール部16は、瞳レンズ100の光軸102に対して線対称となる位置にピンホールが設けられることとしてもよい。
Further, the
さらに本発明は、瞳レンズ100の主光線角度θと像高Yを測定するための瞳レンズ測定方法であり、測定対象の瞳レンズ100と該瞳レンズ100の光軸102から所定の離隔位置に配置されたピンホール部16とを該瞳レンズ100の光軸方向に沿って直線移動可能な可動支持部12に支持するとともに、平行光照明手段14からの平行光をピンホール部16を通過させて瞳レンズ100に向けて照射した状態で、可動支持部12を介して瞳レンズ100を光軸102に沿って移動させ、ピンホール部16からの平行光が瞳レンズによって光軸上の焦点に収束された光が観測光学系20により確認される移動位置x1に該瞳レンズ100を設定するステップと、光路中に拡散板56を配置して、可動支持部12を介して瞳レンズ100を光軸102に沿って移動させ、該瞳レンズ100によるピンホール部16の結像Lが観測光学系20により確認される移動位置x2に該瞳レンズを設定するステップと、該瞳レンズ100の光軸上の焦点に収束された光が確認される該瞳レンズの移動位置x1からピンホール部16の結像が確認される瞳レンズの移動位置x2までの距離(x1-x2)を距離測定手段24を介して測定するステップと、該ピンホール部の結像が確認される移動位置でのピンホール部の結像の像高Yを像高測定手段を介して測定するステップと、像高測定手段22により測定された該ピンホール部の像高Yと、距離測定手段24により測定された該瞳レンズの焦点に光が確認される移動位置から結像が確認される移動位置までの距離(x1-x2)の値と、から三角関数を利用して該瞳レンズの主光線角度θを求めるステップと、を含む瞳レンズ測定方法から構成される。
Further, the present invention is a pupil lens measuring method for measuring the principal ray angle θ and the image height Y of the
本発明の瞳レンズ測定装置によれば、測定対象の瞳レンズを該瞳レンズの光軸方向に沿って直線移動可能に支持する可動支持部と、該可動支持部に支持された瞳レンズの光軸と平行な平行光を照射する平行光照明手段と、平行光照明手段によって照明されて該瞳レンズによって結像されるピンホール部と、該瞳レンズの光軸からの垂線上の距離であって該ピンホール部までの垂線上の距離を変更させうるピンホール距離変更装置と、該瞳レンズを通過した光を確認する観測光学系と、該瞳レンズにより結像されたピンホール部の像高を測定する像高測定手段と、該可動支持部を介して光軸に沿って瞳レンズを直線移動させ、ピンホール部を通過した平行光が瞳レンズの光軸上の焦点に収束した光を観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置と、同瞳レンズによる該ピンホール部の結像が観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置と、の間の距離を測定する距離測定手段と、を備えたことから、ピンホール部の結像の像高と、瞳レンズの光軸上の焦点に収束した光を観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置と同瞳レンズによる該ピンホール部の結像が観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置との間の距離とを計測して、それらから主光線角度を求めて測定することができる。その結果、瞳レンズの主光線角度と像高を実際に測定した実測値と、光学設計値と、を比較して、例えば、撮像素子のテスト用としての瞳レンズを評価、確認することができる。 According to the pupil lens measuring apparatus of the present invention, a movable support section that supports a pupil lens to be measured so as to be linearly movable along the optical axis direction of the pupil lens; A parallel light illumination means for irradiating parallel light parallel to the axis, a pinhole portion illuminated by the parallel light illumination means and imaged by the pupil lens, and a distance on a vertical line from the optical axis of the pupil lens. a pinhole distance changing device capable of changing the vertical distance to the pinhole by using a pinhole, an observation optical system for confirming the light that has passed through the pupil lens, and an image of the pinhole formed by the pupil lens The pupil lens is linearly moved along the optical axis via the image height measuring means for measuring the height, and the parallel light passing through the pinhole portion converges on the focal point on the optical axis of the pupil lens. Measure the distance between the movement position of the pupil lens confirmed by the observation optical system and the movement position of the pupil lens at which the observation optical system confirms the image formation of the pinhole portion by the same pupil lens. Since the distance measuring means is provided, the image height of the image formation of the pinhole portion and the light converged on the focal point on the optical axis of the pupil lens are the same as the movement position of the pupil lens confirmed by the observation optical system. By measuring the distance between the image formation of the pinhole portion by the pupil lens and the moving position of the pupil lens confirmed by the observation optical system, the principal ray angle can be obtained and measured. As a result, by comparing the actually measured values of the principal ray angle and the image height of the pupil lens with the optical design values, it is possible to evaluate and confirm, for example, the pupil lens for testing the image sensor. .
また、ピンホール部位置近傍の光路中に挿入、離脱可能に設置される拡散板を含む構成とすることにより、明確に結像されることとなり、結像が確認される位置、距離の測定を正確に行うことができ、ひいては、主光線角度や像高を精度よく測定することができる。 In addition, by including a diffuser plate that can be inserted into and removed from the optical path near the position of the pinhole, the image can be clearly formed, and the position and distance where the image can be confirmed can be measured. It is possible to accurately measure the principal ray angle and the image height.
また、ピンホール部は、瞳レンズに対して所定の離隔位置に設定されて可動支持部に一体的に組み付けられた構成とすることにより、瞳レンズとピンホール部との距離が保持されるので、瞳レンズを光軸方向に沿って移動させたりしても、ピンホール部から瞳レンズを通って観測光学系で観測される光の変化が少なく、スムーズに測定を行うことができる。 Further, the pinhole portion is set at a predetermined distance from the pupil lens and integrally attached to the movable support portion, so that the distance between the pupil lens and the pinhole portion is maintained. Even if the pupil lens is moved along the optical axis, there is little change in the light observed by the observation optical system through the pupil lens from the pinhole portion, and measurement can be performed smoothly.
また、可動支持部には、瞳レンズの焦点距離近傍位置に絞りが一体的に組み付けられた構成とすることにより、瞳レンズを光軸方向に沿って移動させたりしても、ピンホール部から瞳レンズを通って観測光学系で観測される光の変化が少なく、結像が確認される位置や距離の測定を正確かつスムーズに行うことができ。 In addition, the diaphragm is integrally attached to the movable support portion near the focal length of the pupil lens, so that even if the pupil lens is moved along the optical axis, There is little change in the light that passes through the pupil lens and is observed by the observation optical system, and it is possible to accurately and smoothly measure the position and distance where the image formation is confirmed.
また、ピンホール距離変更装置は、平行光照明手段からの平行光を通過する複数のピンホール部が設けられたピンホール板と、光軸に対して直交方向に長いスリットが形成されるとともに該スリット以外の部分を遮光し、ピンホール板と面合わせ状に組み付けられるスリット板と、該ピンホール板のピンホール部とスリット板のスリットとの組み合わせ位置を変更することにより、該ピンホール部の光軸からの距離を選択的に変更可能な選択機構と、を含む構成とすることにより、簡単な構造でピンホール距離変更装置を実現でき、光軸からピンホール部までの垂線上の距離の変更を簡単に行え、すなわち物体距離である物体高を変更させながら、主光線角度と像高の測定をスムーズに行える。 Further, the pinhole distance changing device includes a pinhole plate provided with a plurality of pinhole portions through which parallel light from the parallel light illumination means passes, and a long slit formed in a direction perpendicular to the optical axis. By changing the combination position of the slit plate that shields the portion other than the slit and is assembled with the pinhole plate in a face-to-face manner, and the pinhole portion of the pinhole plate and the slit of the slit plate, the pinhole portion and a selection mechanism capable of selectively changing the distance from the optical axis, the pinhole distance changing device can be realized with a simple structure, and the vertical distance from the optical axis to the pinhole can be changed. Changes can be made easily, that is, the principal ray angle and image height can be measured smoothly while changing the object height, which is the object distance.
また、ピンホール部は、瞳レンズの光軸に対して線対称となる位置にピンホールが設けられる構成とすることにより、光軸に対して対称位置でピンホール部からの光を確認しながら、焦点に一致した状態を観測光学系で確認できる瞳レンズの移動位置や、結像を確認できる位置を確認しやすい。 In addition, the pinhole portion has a configuration in which the pinhole is provided at a position that is symmetrical with respect to the optical axis of the pupil lens. , it is easy to confirm the moving position of the pupil lens where the focal point can be confirmed by the observation optical system and the position where the image formation can be confirmed.
また、本発明の瞳レンズ測定方法によれば、瞳レンズの主光線角度と像高を測定するための瞳レンズ測定方法であり、測定対象の瞳レンズと該瞳レンズの光軸から所定の離隔位置に配置されたピンホール部とを該瞳レンズの光軸方向に沿って直線移動可能な可動支持部に支持するとともに、平行光照明手段からの平行光をピンホール部を通過させて瞳レンズに向けて照射した状態で、可動支持部を介して瞳レンズを光軸に沿って移動させ、ピンホール部からの平行光が瞳レンズによって光軸上の焦点に収束された光が観測光学系により確認される移動位置に該瞳レンズを設定するステップと、光路中に拡散板を配置して、可動支持部を介して瞳レンズを光軸に沿って移動させ、該瞳レンズによるピンホール部の結像が観測光学系により確認される移動位置に該瞳レンズを設定するステップと、該瞳レンズの光軸上の焦点に収束された光が確認される該瞳レンズの移動位置からピンホール部の結像が確認される瞳レンズの移動位置までの距離を距離測定手段を介して測定するステップと、該ピンホール部の結像が確認される移動位置でのピンホール部の結像の像高を像高測定手段を介して測定するステップと、像高測定手段により測定された該ピンホール部の像高と、距離測定手段により測定された該瞳レンズの焦点に光が確認される移動位置から結像が確認される移動位置までの距離の値と、から三角関数を利用して該瞳レンズの主光線角度を求めるステップと、を含むことから、瞳レンズの主光線角度と像高を実際に測定でき、その実測値と、光学設計値と、を比較して、撮像素子のテスト用としての瞳レンズを評価、確認等することができる。 Further, according to the pupil lens measuring method of the present invention, it is a pupil lens measuring method for measuring the principal ray angle and the image height of the pupil lens, and the pupil lens to be measured is separated from the optical axis of the pupil lens by a predetermined distance. A pinhole portion arranged at a position is supported by a movable support portion that is linearly movable along the optical axis direction of the pupil lens, and the parallel light from the parallel light illumination means is passed through the pinhole portion to form the pupil lens. , the pupil lens is moved along the optical axis via the movable support, and the collimated light from the pinhole is converged to the focal point on the optical axis by the pupil lens, and the observation optical system setting the pupil lens at the movement position confirmed by the step of placing a diffusion plate in the optical path, moving the pupil lens along the optical axis via the movable support, and forming a pinhole portion by the pupil lens a step of setting the pupil lens at a moving position where the image formation is confirmed by an observation optical system; and a pinhole from the moving position of the pupil lens at which light converged to the focal point on the optical axis of the pupil lens is confirmed. a step of measuring, via a distance measuring means, a distance to a moving position of the pupil lens where the image formation of the pinhole portion is confirmed; The step of measuring the image height via an image height measuring means, and confirming light at the image height of the pinhole portion measured by the image height measuring means and the focal point of the pupil lens measured by the distance measuring means. and a step of determining the principal ray angle of the pupil lens using a trigonometric function from the value of the distance from the movement position to the movement position where image formation is confirmed, and the principal ray angle of the pupil lens and the image The height can be actually measured, and the measured value can be compared with the optical design value to evaluate, confirm, etc. the pupil lens for testing the imaging device.
以下添付図面を参照しつつ本発明の瞳レンズ測定装置の実施形態について説明する。本発明に係る瞳レンズ測定装置及び測定方法は、例えば、撮像素子(イメージセンサ)の光学テストに利用される瞳レンズの主光線角度と像高を実際に測定することができる測定装置及び測定方法である。図1ないし図12は、本発明の瞳レンズ測定装置及び測定方法の一実施形態を示している。図1は、本実施形態の瞳レンズ測定装置10の概略説明図である。図1に示すように、本実施形態に係る瞳レンズ測定装置10は、測定対象の瞳レンズ100を移動可能に支持する可動支持部12と、平行光照明手段14と、ピンホール部16と、瞳レンズ100の光軸102からピンホール部16までの距離を変更するピンホール距離変更装置18と、瞳レンズ100を通過した光を観測する観測光学系20と、像高測定手段22と、可動支持部12を介して移動する瞳レンズ100の所定の移動距離を測定する距離測定手段24と、を備える。本実施形態では、測定対象の瞳レンズ100は、例えば、絞り機能を有しており、入射した光を撮像素子等に向けて所定の角度及び範囲で出射するように設けられる。本実施形態の瞳レンズ測定装置10は、例えば、図12に示すように、瞳レンズ100の絞り中心を通過する主光線角度θと結像された像高Yを測定し、物体高(ピンホール部の光軸からの垂線上の距離となるピンホール高さ)yを変更した際に変化する主光線角度θと像高Yとの関連性(図9参照)を測定して確認するのに利用する例を説明する。
An embodiment of a pupil lens measuring apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. A pupil lens measuring apparatus and a measuring method according to the present invention are capable of actually measuring the principal ray angle and image height of a pupil lens used for optical testing of an imaging device (image sensor), for example. is. 1 to 12 show an embodiment of the pupil lens measuring device and measuring method of the present invention. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a pupil lens measuring
図1に示すように、可動支持部12は、測定対象の瞳レンズ100をその瞳レンズ100の光軸102に沿って直線移動可能に支持する瞳レンズの支持手段兼直線移動手段である。本実施形態では、可動支持部12、平行光照明手段14、ピンホール部16、ピンホール距離変更装置18、観測光学系20、像高測定手段22、距離測定手段24等を含む装置構成要素は、基台となるベース体26に組み付けられている。図1、図6、図7に示すように、可動支持部12は、例えば、ベース体26に対して上下方向に直線スライド移動可能に連結された可動部材28を有し、該可動部材に瞳レンズ100を支持する。可動支持部12は、該瞳レンズ100の光軸102と基体に対する可動部材の直線スライド移動方向とが平行となるように瞳レンズ100を支持し、該支持した瞳レンズ100を光軸102に沿って直線的に移動自在とするとともに、移動させた位置で保持できるようになっている。可動支持部12は、例えば、周知の顕微鏡のステージと略同じような構造で設けられており、つまみ等を手動で回転させることにより、可動部材が上下するようになっている。瞳レンズ100を支持した可動支持部12の移動機構は、例えば、測定者が手動で移動させる構成に限らず、アクチュエータ等で機械的又は電動で移動させる構成としてもよい。
As shown in FIG. 1, the
平行光照明手段14は、可動支持部12に支持された瞳レンズ100の光軸と平行な平行光を照射する照明手段である。本実施形態では、図1では、平行光照明手段14は、例えば、ランプハウスに設置されるハロゲンランプ等の光源30と、光源30からの光量と範囲を制限する光源側絞り32と、光源30から光源側絞り32を通過した光を補正して平行光として照射するコリメータレンズ34と、を有する。コレクターレンズ34は、可動支持部12に支持される瞳レンズ100の光軸102と平行な光を照射するように設定される。なお、平行光照明手段14は、本実施形態の態様に限らず、平行光を照射する構成であれば任意でよい。例えば、図10には、平行光照明手段14の他の形態を示しており、レーザー光源36と、複数のレンズ(凹レンズ38a,凸レンズ38b等)を組合せて構成されたビームエクスパンダ38と、を含み、レーザー光源36から平行光をビームエクスパンダ38によって範囲を拡大して、可動支持部12に支持される瞳レンズ100の光軸102と平行な光を照射するように設定される。また、平行光照明手段14は、例えば、種々の光源や、該光源からの光を平行光にするレンズや絞り、ハーフミラー、ピンホール等を含む任意の照明光学系で構成してもよい。
The parallel light illumination means 14 is illumination means for irradiating parallel light parallel to the optical axis of the
ピンホール部16は、平行光照明手段14によって照明され、測定対象の該瞳レンズによって結像されるチャート手段である。図1に示すように、本実施形態では、ピンホール部16は、例えば、後述のピンホール板40に穿孔された小径のピンホールからなり、瞳レンズ100の光軸102から所定の距離だけ離隔した位置に設けられており、該ピンホールにより平行光照明手段14からの光を瞳レンズ100に向けて通過させるとともに、ピンホール以外の部分は光を遮り、点光源状に明るいピンホールチャートを形成する。よって、光軸102から所定の物体高の点光源状の光を瞳レンズ100に向けて通過させる。ピンホール部16は、例えば、平行光照明手段14と測定対象の瞳レンズ100の間の位置の光路中に設置されるとともに、瞳レンズ100に対して所定の離隔位置aに設定されて可動支持部12に一体的に組み付けられている。よって、瞳レンズ100とピンホール部16とはその所定の離隔位置aを保持した状態で、可動支持部12を介して瞳レンズ100の光軸102に沿って一体的に移動しうる。さらに、ピンホール部16は、瞳レンズ100の光軸102に対して該光軸を対象軸とした線対称となる位置にピンホールが設けられており、光軸102から同じ距離にある2つのピンホールが1組として形成されている。ピンホール部16は、ピンホール距離変更装置18により光軸102からの距離を変更可能に設けられている。なお、ピンホール部16は、可動支持部12と一体的に設けられていなくてもよい。例えば、ピンホール部16と瞳レンズ100との距離を近接、離隔可能とするようにピンホール部を固定的又は可動的に支持する構成としてもよい。
The
ピンホール距離変更装置18は、瞳レンズの光軸からの垂線上の距離であって該ピンホール部までの垂線上の距離すなわちピンホール部の光軸からの距離(高さ)を変更させうるピンホール距離変更手段である。本実施形態では、例えば、図2、図3、図4に示すように、ピンホール距離変更装置18は、複数のピンホール部16が設けられたピンホール板40と、スリット43が形成されたスリット板42と、ピンホール板40のピンホール部16とスリット板42のスリット43の組み合わせを選択的に変更し得る選択機構44と、を有する。
The pinhole
図3に示すように、ピンホール板40は、例えば、円形状の板からなり、板面が瞳レンズ該光軸102に対して垂直に設置されるとともに、その中心が該光軸102に設定されており、複数のピンホール部16が該板の中心すなわち光軸102から異なる距離位置y1~y4に設けられている。本実施形態では、ピンホール板40のピンホール部16は、中心を挟んで180度位置にある同じ距離のものを2個1組として、異なる距離y1~y4で4組設けられている。ピンホール板40の光軸102から異なる距離にあるピンホール部16どうしは、周方向に所定の回転角度だけずれた位置に設定され中心を通る同じ直線上には並ばないようになっている。図2に示すように、スリット板42は、例えば、ピンホール板40と略同じ大きさの円形状の板からなり、板面が瞳レンズ該光軸102に対して垂直に設置されるとともに、その中心が該光軸102に設定されており、中央に該光軸102に対して直交方向に長いスリット43が形成されている。スリット板42のスリット43は、例えば、板の中心を通って径方向に長く形成された細長い孔からなり平行光照明手段14からの光を通過するとともに、該スリット板42のスリット43以外の部分は光を遮るようになっている。スリット板42は、例えば、ピンホール板40の平行光照明手段14側の板面に略当接又は近接して面合わせ状に配置されており、スリット43を通過した線状の光のみピンホール板40に照射させる。図4(a)、(b)に示すように、選択機構44は、例えば、光軸102上に中心を一致させて面合わせ状に配置されるピンホール板40とスリット板42とを中心で回動自在に連結する回動軸45を含み、ピンホール板40とスリット板42の少なくともいずれか一方を回動軸45回りすなわち光軸回りに回動させることにより、該ピンホール板40のいずれかの距離のピンホール部16をスリット板42のスリット43の位置に選択的に変更させる結果、平行光照明手段14からの平行光が通過するピンホール部16の光軸102からの距離を簡単に変更できる。なお、ピンホール距離変更装置18は、本実施形態の態様に限らず、光軸102からピンホール部16までの距離を変更可能な構成であれば任意でよい。例えば、複数のピンホール部を有するピンホール板をスリット板に対してスライド移動させて、ピンホール部の光軸からの距離を変更可能に設けることとしてもよい。また、例えば、図11に示すように、ピンホール距離変更装置18は、ピンホール部16をスライド移動することにより、光軸102からピンホール部16までの距離を変更する構成としてもよい。図11の実施例では、ピンホール距離変更装置18は、例えば、ピンホール部16を有する2個1組のピンホール部材48をスライド装置46を介して光軸102に対して近接、離隔スライド移動自在に組み付けられている。図11(a)、(b)に示すように、スライド装置46は、例えば、基盤50に直線状に設けられた長孔52に沿ってピンホール部材48がスライド自在に配置されるとともに、先端がピンホール部材48に接続されるリンク杆が枢支軸を介してX字状に組み付けられたリンク機構54により2つのピンホール部材48は光軸102からの距離を互いに同じ距離で保持しながらスライド移動して、ピンホール部16の光軸からの距離を変更可能に設けられている。ピンホール部以外の光を遮断するのはもちろんであり、例えば、基盤50の長孔52部分にはピンホール部材48とともに、遮光性で伸縮する蛇腹49a、49b、49cを設置する。ピンホール部材48のスライド移動に対応して蛇腹49a、49b、49cが伸縮してピンホール部以外を常に遮光する。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態では、図1、図6、図7に示すように、ピンホール板40で形成されるピンホール部16の近傍位置には、光路中に挿入、離脱可能な拡散板56が配置されている。拡散板56は、例えば、ピンホール板40の瞳レンズ100側の板面に略当接又は近接して配置され、ピンホール部16を通る平行光を拡散しうる。拡散板56を配置した状態では、ピンホール部16からの光が拡散しているので、瞳レンズ100によるピンホール部16の結像を観測光学系20で確認が可能となる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1, 6, and 7, a
観測光学系20は、測定対象の瞳レンズ100を通過した光を確認する観測手段である。図1、図6に示すように、本実施形態では、観測光学系20は、例えば、瞳レンズ100を通過した光を測定者が直接目Eで確認するように構成されており、瞳レンズ100側に配置される対物レンズ58と、測定者の眼側に配置される接眼レンズ60と、を含む拡大光学系からなる。なお、図6、図7では、測定者の眼Eを模式的にあらわしている。また、説明のために、光路を単純化して示している。観測光学系20は、例えば、ベース体26に組み付けられており、可動支持部12に支持された瞳レンズ100の直線移動により、該瞳レンズ100に相対的に近接、離隔される。図5(a)、(b)は、観測光学系20を覗いた様子の説明図であり、瞳レンズ100が観測光学系20に対して光軸102に沿って直線移動して、近接したり、離隔したりすることにより、観測光学系20により観測される瞳レンズ100からの光L、すなわちピンホールの像が見える位置が、移動したり、ピントが合ったり、外れたりする。観測光学系20の対物レンズ58、接眼レンズ60は、例えば、周知の顕微鏡に利用される対物レンズや接眼レンズを利用でき、所定の倍率で像を拡大する。すなわち、図7に示すように、接眼レンズ60で覗いた際に現れる光Lは、対物レンズの倍率で拡大された拡大像L1をさらに、接眼レンズ60の倍率で拡大された拡大像L2を観測することとなる。対物レンズ58、接眼レンズ60は、それらの光軸は、測定対象の瞳レンズ100の光軸と一致するように設定されている。また、接眼レンズ60は、例えば、目盛表示を有する測微接眼レンズからなり、後述の像高測定手段22を構成する。なお、観測光学系20は、上記した構成に限らず、所定のレンズやセンサー等組み合わせた構成や、その他任意の構成でもよい。例えば、観測光学系20は、瞳レンズ100を通過した光の像面位置に、CMOSのような撮像素子を備えたカメラや光センサー等の撮像装置を設置し、該撮像装置で受光して得られた画像をモニター等で確認したり、受光強度等を測定しながら光を確認するように構成してもよい。
The observation
本実施形態では、図1に示すように、測定対象の瞳レンズ100の像側の焦点距離fの近傍位置には、開口絞り62が配置される。瞳レンズ100の焦点位置fは、該瞳レンズの射出瞳に等しくなることから、射出瞳位置近傍に開口絞り62が設置されているといえる。開口絞り62は、例えば、可動支持部12に一体的に組み付けられており、瞳レンズ100の焦点距離fの近傍位置を保持された状態で瞳レンズ100とともに、光軸102に沿って移動する。瞳レンズ100の焦点距離fの近傍位置に開口絞り62を設置したことにより、瞳レンズ100と対物レンズ58との距離が変化しても瞳レンズ100を通過する光L、すなわちピンホール部の像の大きさが変化しにくく、観測しやすい。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an
像高測定手段22は、瞳レンズ100により結像されたピンホール部16の像高Yを測定する手段である。本実施形態では、図5に示すように、像高測定手段22は、例えば、観測光学系20の接眼レンズ60(測微接眼レンズ)に設けられた目盛表示と瞳レンズ100を通過したピンホール部からの光(像)Lを比較することよって、像高Yを測定者が目視で測定できる。なお、像高測定手段22は、上記のものに限らず、その他任意の構成でもよい。例えば、像高測定手段22は、光路中の像面位置に透光性のスケール板を設置することとしてもよい。また、像高測定手段22は、例えば、観測光学系20がカメラ等の撮像装置を利用したものである場合には、モニターに表示した画像で座標や目盛を読んで像高測定したり、又はコンピュータ等の演算処理によって像高を測定するようにしてもよい。
The image height measuring means 22 is means for measuring the image height Y of the
距離測定手段24は、可動支持部12を介して光軸102に沿って瞳レンズ100を直線移動させる際に、ピンホール部16を通過した平行光が瞳レンズ100の光軸上の焦点に収束した光Lを観測光学系20により確認される該瞳レンズ100の移動位置x1(図6参照)と、同瞳レンズ100による該ピンホール部16の結像が観測光学系20により確認される該瞳レンズ100の移動位置x2(図7参照)と、の間の距離(x1-x2)を測定する距離測定手段である。なお、本実施形態では、図6に示すように、瞳レンズ100を移動して、ピンホール部16を通過した平行光が瞳レンズ100の光軸上の焦点に収束した光Lを観測光学系20により確認される該瞳レンズ100の移動位置x1を、焦点確認移動位置x1という。一方、図7に示すように、瞳レンズ100を移動して、該瞳レンズ100による該ピンホール部16の結像が観測光学系20により確認される該瞳レンズ100の移動位置x2を、結像確認位置x2という。図1に示すように、距離測定手段24は、例えば、ベース体26に設けられた目盛表示であって、瞳レンズ100を支持する可動支持部12の可動部材28の移動位置を測定しうる目盛表示を含む。距離測定手段24は、例えば、焦点確認移動位置x1の目盛表示と、結像確認位置x2の目盛表示と、を測定者がそれぞれ読んで、それらの差(x1-x2(又はx2-x1))を計算して測定される。なお、距離測定手段24は、上記の構成に限らず、焦点確認移動位置x1と結像確認位置x2との間の距離を測定しうる構成であれば任意の構成でもよい。
When the distance measuring means 24 linearly moves the
次に、本実施形態に係る瞳レンズ測定装置10の作用とともに、瞳レンズ測定方法について説明する。例えば、瞳レンズの光学設計値が、図9のようなグラフを示すようなものである場合には、物体高を変化させながら同瞳レンズの主光線角度θと像高Yを実際に測定して、該実測値が図9の光学設計値と同じか否か等を確認する。測定対象の瞳レンズ100を瞳レンズ測定装置10の可動支持部12に支持させ、平行光照明手段14からの平行光をピンホール部16を通過させて瞳レンズ100に向けて照射させた状態としておく。まず、ピンホール距離変更装置18を介して、光軸102からの所定の距離(例えば、y1)のピンホール部16に光が通過するように設定する。図1に示すように、拡散板56を光路中から離脱させた状態で、測定者は、観測光学系20で瞳レンズ100を通過する光を確認しながら可動支持部12を介して瞳レンズ100を光軸に沿って移動させる。図5(a)、図6に示すように、瞳レンズ100を移動させ、ピンホール部16からの平行光が瞳レンズによって光軸上の焦点に収束された光Lが観測光学系20により確認される焦点確認移動位置x1に該瞳レンズの位置を設定する。この際、焦点確認移動位置x1を距離測定手段24の目盛を利用して測定しておく。次に、図7に示すように、拡散板56を光路中に挿入する。拡散板56を挿入した状態で可動支持部12を介して瞳レンズを光軸に沿って移動させ、図5(b)、図7に示すように、該瞳レンズによるピンホール部16の結像が形成されて、その結像がピントが合った状態が観測光学系20により確認される結像確認移動位置x2に該瞳レンズの位置を設定する。この際、ピンホール部の結像(ピンホール部を通過した光の結像)の像高Yを像高測定手段20の目盛表示を介して測定する。なお、本実施形態では、観測光学系20は、対物レンズ、接眼レンズにより拡大されて表示されていると同時に、測微接眼レンズの目盛表示で目視で計測しているので、測微接眼レンズ60を見て測定した目盛表示から、対物レンズの倍率及び接眼レンズの倍率を元に、それぞれの倍率で割り算して、実際の結像の高さYを測定する。さらに、結像確認移動位置x2を距離測定手段24の目盛を利用して測定しておく。そして、前記測定した、瞳レンズの焦点確認移動位置x1と、結像確認移動位置x2から、焦点確認移動位置x1から結像確認移動位置x2までの距離(x1-x2)を求めることにより当該距離を測定する。図8に示すように、ピンホール部を通過した光の像高Yと、焦点確認移動位置x1から結像確認移動位置x2までの距離(x1-x2)と、瞳レンズ100の絞り中心を通る主光線角度θと、の間には、三角関数のtanθ=Y/(x1-x2)が成立することから、三角関数のtanθの値を計算して、瞳レンズの主光線角度θを求めることができる(ステップS22)。次に、ピンホール距離変更装置18を介して、ピンホール部16の光軸102からの距離(物体高)を変更する。上記同様の操作を繰り返し、ピンホール部の光軸102からの距離を変更させながら、像高Yと主光線角度θの測定を所定の回数行い、図9に示す光学設計値の主光線角度と像高との関係性のグラフと比較して、実際の瞳レンズのレンズ特性を確認することができる。
Next, the operation of the pupil
以上説明した本発明の瞳レンズ測定装置は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。 The pupil lens measuring apparatus of the present invention described above is not limited to the configuration of the above-described embodiment only, and can be arbitrarily modified without departing from the essence of the present invention described in the claims. good too.
本発明の瞳レンズ測定装置及び測定方法は、例えば、撮像素子のテストに利用される瞳レンズの主光線角度と像高との関係を実際に測定するのに利用することができる。 The pupil lens measuring apparatus and measuring method of the present invention can be used, for example, to actually measure the relationship between the chief ray angle and the image height of a pupil lens used for testing an image sensor.
10 瞳レンズ測定装置
12 可動支持部
14 平行光照明手段
16 ピンホール部
18 ピンホール距離変更装置
20 観測光学系
22 像高測定手段
24 距離測定手段
40 ピンホール板
42 スリット板
44 選択機構
46 スライド装置
56 拡散板
100 瞳レンズ
102 瞳レンズの光軸
θ 主光線角度
10 Pupil
Claims (7)
該可動支持部に支持された瞳レンズの光軸と平行な平行光を照射する平行光照明手段と、
平行光照明手段によって照明されて該瞳レンズによって結像されるピンホール部と、
該瞳レンズの光軸からの垂線上の距離であって該ピンホール部までの垂線上の距離を変更させうるピンホール距離変更装置と、
該瞳レンズを通過した光を確認する観測光学系と、
該瞳レンズにより結像されたピンホール部の像高を測定する像高測定手段と、
該可動支持部を介して光軸に沿って瞳レンズを直線移動させ、ピンホール部を通過した平行光が瞳レンズの光軸上の焦点に収束した光を観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置と、同瞳レンズによる該ピンホール部の結像が観測光学系により確認される該瞳レンズの移動位置と、の間の距離を測定する距離測定手段と、を備えたことを特徴とする瞳レンズ測定装置。 a movable support that supports the pupil lens to be measured so as to be linearly movable along the optical axis direction of the pupil lens;
parallel light illumination means for illuminating parallel light parallel to the optical axis of the pupil lens supported by the movable support;
a pinhole portion illuminated by the parallel light illumination means and imaged by the pupil lens;
a pinhole distance changing device capable of changing the perpendicular distance from the optical axis of the pupil lens to the pinhole portion;
an observation optical system for confirming light that has passed through the pupil lens;
image height measuring means for measuring the image height of the pinhole portion imaged by the pupil lens;
The pupil lens is linearly moved along the optical axis via the movable support, and the parallel light passing through the pinhole portion converges on the focal point of the pupil lens on the optical axis, and the pupil is confirmed by the observation optical system. a distance measuring means for measuring a distance between a moving position of the lens and a moving position of the pupil lens at which the observation optical system confirms the image formation of the pinhole portion by the same pupil lens. A pupil lens measuring device characterized by:
光軸に対して直交方向に長いスリットが形成されるとともに該スリット以外の部分を遮光し、ピンホール板と面合わせ状に組み付けられるスリット板と、
該ピンホール板のピンホール部とスリット板のスリットとの組み合わせ位置を変更することにより、該ピンホール部の光軸からの距離を選択的に変更可能な選択機構と、を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の瞳レンズ測定装置。 The pinhole distance changing device includes a pinhole plate provided with a plurality of pinhole portions for passing parallel light from the parallel light illumination means,
a slit plate having a long slit formed in a direction perpendicular to the optical axis, shielding the portion other than the slit from light, and assembled face-to-face with the pinhole plate;
a selection mechanism capable of selectively changing the distance from the optical axis of the pinhole portion by changing the combination position of the pinhole portion of the pinhole plate and the slit of the slit plate. A pupil lens measuring device according to any one of claims 1 to 4.
測定対象の瞳レンズと該瞳レンズの光軸から所定の離隔位置に配置されたピンホール部とを該瞳レンズの光軸方向に沿って直線移動可能な可動支持部に支持するとともに、平行光照明手段からの平行光をピンホール部を通過させて瞳レンズに向けて照射した状態で、
可動支持部を介して瞳レンズを光軸に沿って移動させ、ピンホール部からの平行光が瞳レンズによって光軸上の焦点に収束された光が観測光学系により確認される移動位置に該瞳レンズを設定するステップと、
光路中に拡散板を配置して、可動支持部を介して瞳レンズを光軸に沿って移動させ、該瞳レンズによるピンホール部の結像が観測光学系により確認される移動位置に該瞳レンズを設定するステップと、
該瞳レンズの光軸上の焦点に収束された光が確認される該瞳レンズの移動位置からピンホール部の結像が確認される瞳レンズの移動位置までの距離を距離測定手段を介して測定するステップと、
該ピンホール部の結像が確認される移動位置でのピンホール部の結像の像高を像高測定手段を介して測定するステップと、
像高測定手段により測定された該ピンホール部の像高と、距離測定手段により測定された該瞳レンズの焦点に光が確認される移動位置から結像が確認される移動位置までの距離の値と、から三角関数を利用して該瞳レンズの主光線角度を求めるステップと、を含むことを特徴とする瞳レンズ測定方法。 A pupil lens measurement method for measuring the chief ray angle and image height of a pupil lens,
A pupil lens to be measured and a pinhole portion arranged at a predetermined distance from the optical axis of the pupil lens are supported by a movable support portion that is linearly movable along the optical axis direction of the pupil lens. Parallel light from the illumination means passes through the pinhole portion and is irradiated toward the pupil lens,
The pupil lens is moved along the optical axis via the movable support portion, and the parallel light from the pinhole portion is converged by the pupil lens to the focal point on the optical axis, and the light is confirmed by the observation optical system. setting a pupil lens;
A diffusing plate is placed in the optical path, the pupil lens is moved along the optical axis via the movable support, and the pupil is moved to a position where the image formation of the pinhole portion by the pupil lens is confirmed by the observation optical system. setting the lens;
The distance from the movement position of the pupil lens where the light converged on the optical axis of the pupil lens is confirmed to the movement position of the pupil lens where the image formation of the pinhole portion is confirmed is measured by the distance measuring means. a step of measuring;
measuring the image height of the image formation of the pinhole portion at the moving position where the image formation of the pinhole portion is confirmed, using an image height measuring means;
The image height of the pinhole portion measured by the image height measuring means, and the distance from the movement position where the light is confirmed to the focus of the pupil lens to the movement position where the image formation is confirmed, measured by the distance measurement means. and determining a principal ray angle of the pupil lens using a trigonometric function from the values.
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