JPH0251038A - レンズ鏡筒解像度検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＶＴＲカメラレンズ鏡筒の解像度検査装置に係
り、特に解像度の定量化および検査時間短縮に好適なレ
ンズ鏡筒解像度検査装置ｄに関する。

〔従来の技術〕

従来のレンズ検査装置は、特開昭５５−１３４３３９号
公報に記載のように１枚のレンズを検査する装置となっ
ていた。一方でＶＴＲカメラのようにズームレンズを対
象にした検査は、受光素子を置く位置にテストチャート
を置き、被検レンズに対してテストチャートの反対側の
人物や風景の位置にスクリーンを置いてテストチャート
を照明し、被検レンズを介して数倍から数１００倍拡大
してスクリーン上に結像させ、これを作業者が観て検査
する官能検査方法がとられており自動化されていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、検査の処理を簡単化するためのもので
あり、レンズの最も重要な性能である像形成特性を検出
する点について配慮がされておらず、レンズの像形成特
性を定量化するには人手による官能検査に頼らなければ
ならない問題があった。一方でレンズの像形成特性を専
用に測る０ＴＦ（オプティカル・トランスファ・ファン
クション）測定装置は、測定に多くの時間を必要とする
ため、工場のラインでの検査装置としては多くの問題が
あり、簡単で測定時間の短い検査装置が必要となってい
た。

本発明の目的は、測定装置を簡単化するとともに、合焦
までを自動化して検査時間を短縮できるＯＴＦを用いた
レンズ鏡筒解像度検査装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、レンズの像形成特性を測るには第１に正弦
波格子像のコントラストを測る方法と、第２に線像の強
度分布をフーリエ変換する方法と。

第３に瞳関数の自己相関を作る方法の３つがあるが、第
１のコントラスト法ではある正弦波格子もしくは矩形波
形格子に対する物体と像のコントラストを得るのみで、
ある特定の空間周波数に対するＭＴＦ（モジュレーショ
ン・トランスファ・ファンクション）が得られるだけで
あり、第２のフーリエ変換法ではエツジ像の強度分布を
微分して線像の強度分布とし、これをデジタルフーリエ
変換することにより、１回の操作で空間周波数の広い範
囲を測定できるので像形成特性を短時間で定量化するの
に適しており、第３の自己相関法では装置構成が複雑と
なって現状ではごく低周波のＯＴＦ測定にしか向かない
点を考察のうえ、−・方で実際に解像度検査を行うさい
には最も合焦した位置で検査しなければ焦点ずれによる
解像度劣化と、レンズ性能の悪さからくる解像度劣化と
の区別が困難なため正確な検査ができなくなるのに対し
、エツジ微分像の強度分布のピーク高さが合焦位置で最
大となるためそのピーク最大値探索を行えばバックフォ
ーカス調整およびフォーカス調整が自動化できる観点に
立ち、エツジ微分像の強度分布を用いたフーリエ変換法
を解像度検査に応用するとともに、自動合焦に応用して
成るレンズ鏡筒解像度検査装置により達成される。

〔作用〕

上記レンズ鏡筒解像度検査装置は、線像の強度分布をフ
ーリエ変換すればＯＴＦが与えられ、エツジ像の強度分
布を微分すれば線像の強度分布を得ることができるから
、したがってエツジ像を得る手段があれば計算機により
ＯＴ　Ｆを得ることが可能となり、被検レンズの解像度
検査には格子幅の異なる矩形波形格子を人に見せたとき
に各格子が区別できる最小の格子幅を求める方法で行な
われているが、これはある空間周波数の伝達率が特定の
比率（１０％〜３０％）以下になったときに相当するか
ら上記によりＯＴＦを得るのと等価であり、一方で実際
に被検レンズ′１１簡の解像度検査を行うさいにはレン
ズ鏡筒の位置と物体開口位置すなわちテストチャートを
置く位置が正確に焦点位置に合っている必要があるため
、これを調整するバックフォーカス調整を行い、またズ
ームレンズの場合にはテストチャートの位置とフォーカ
ス調整つまみの位置が正確に合っている必要があるた５
め、これを調整するフォーカス調整を行うが、検査を正
確に行うためにはこのバックフォーカス調整とフォーカ
ス調整を厳密に短時間で実現しなければならないのに対
応して、上記エツジ微分像のピーク高さが合焦位置で最
高となることから、このバックフォーカス調整とフォー
カス調整にもエツジ微分像が利用できるため装置および
処理が簡素化される。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図から第６図により説明
する。

第１図は本発明によるレンズ鏡筒解像度検査装置の一実
施例を示す光学系の構成図である。第１図において、１
は光源、２は集光レンズ、３はスリット板、４は被検レ
ンズ、５は２次元イメージ８はＸ軸テーブルである。本
実施例では検査用のエツジパターンはスリット板３に形
成された角穴パターン６として与えられている。光源１
はスリット板３を照明するためのものであり、集光レン
ズ２はスリット板：３を照明する光量を増大させるため
のものである。光源１により照明されたスリット板３上
の角穴パターン６の像は被検レンズ４により２次元イメ
ージセンサ５の受光面上に結像される。この装置におい
て被検レンズ４は１枚のレンズ、組みレンズ、ズームレ
ンズ、ズームを駆動するモータ付きのパワーズームレン
ズ、フォーカスつまみを駆動するモータ付きのパワーフ
ォーカスレンズなどのいずれでもよい。

第２図は第１図のスリット板３を光軸方向から見た平面
図である。第２図において、スリット板３には拡大投影
した像が２次元イメージセンサ５の受光面の数倍の大き
さになるような直線からなル角穴パターン６を形成して
いる。この角穴パターン６は２次元イメージセンサ５の
受光面に明と暗の境界線であるエツジパターンを１本だ
け結像させるためのものである。

つぎに角穴パターン像の読み取りについて説明する。第
１図の２次元イメージセンサ５のモニタ画面には被検レ
ンズ４のレンズ面の歪、傾き、偏心等によって第３図（
ａ）に示す画像信号が得られる。第３図（ａ）は第１図
の被検レンズ４の画像信号を示す波形図で、画像信号の
縦軸は光強度を示し、横軸は２次元イメージセンサ５の
画像走査信号の走査時間を示す。第３図（ａ）において
、Ｈｌは被検レンズ４の画像信号を１走査ラインだけ抜
き出して示したものであり、Ｉ］２は比較のために理想
的な被検レンズによる像を理想的な２次元イメージセン
サでとらえた画像信号である。被検レンズ４の画像信号
Ｈ１は理想レンズの画像信号Ｈ２に比べて、レンズ面の
歪、傾き、偏心等や２次元イメージセンサ５の各受光セ
ルの特性のばらつきにより波形が歪みくずれている。第
３図（ｂ）は第３図（ａ）の被検レンズ４の画像信号を
走査時間で微分した信号を示す波形図である。

第３図（ｂ）において、理想的な被検レンズによる画像
信号Ｈ２を時間微分した信号Ｈ′２は鋭いパルス波形と
なるのに対し、一方のレンズ面に歪、傾き、偏心等のあ
る被検レンズ４の画像信号Ｈ１を時間微分した信号Ｈ′
□はすそのの広がった山形の波形を示すうえ、２次元イ
メージセンサ５の各セルの感度のばらつきの影響を受け
て波形が高調波ノイズ成分を含んでいる。第３図（ｃ）
は第３図（ｂ）の被検レンズ４の画像信号Ｈ１の走査時
間微分信号Ｈ′、を角穴パターン６のエツジに沿って全
走査ライン加算した信号Ｈ′。を示す波形図である。

第４図は本発明によるレンズ鏡筒解像度検査装置の一実
施例を示す信号処理装置のブロック図である。第４図に
おいて、本信号処理装置は上記した２次元イメージセン
サ５上の光強度分布を時系列信号として取り出し、これ
をデジタル量に変換して被検レンズ４を評価するもので
ある。１０は計算機で、２次元イメージセンサ（ＣＣＤ
カメラ）５の画像信号をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変
換器１１と、そのデジタル量を画像メモリとして蓄える
フレームバッファ１２と、中央処理装置ＣＰＵ１３と、
浮動小数点演算装置ＦＰＵ１４と、ランダムな読み書き
可能メモリＲＡＭ１５と、プログラムを格納した読み出
し専用メモリＲＯＭｌ−６と、作業者とのデータの授受
を行う端末装置２１と計算機１ｏを結ぶ入出力部１７と
、スリット板３を載せたＹ軸テーブル７と該Ｙ軸テーブ
ル７を載せたＸ軸テーブル８とを接続したＸ−Ｙ軸テー
ブルの移動量を検出するパルスカウンタ１８と、そのＸ
−Ｙ軸テーブルを制御するサーボアンプ１９と、フレー
ムバッファ１２とＣＰＵ１３とＦＰＵ　１４とＲＡＭ１
５とＲＯＭ１６と入出力部１７とパルスカウンタ１８と
サーボアンプ１９を接続したバス２２とから構成される
。なお数値演算に関してはＦＦＴのプログラムをＲＯＭ
１６に格納し、ＣＰＵ１３とＦＰＵ１４とＲＡＭ１５を
用いて計算できる。２次元イメージセンサ５はモニタ画
面２０を有する。

この構成で、２次元イメージセンサ（ＣＣＤ力り、Ａ／
Ｄ変換器１１を介してフレームバッファ１２にディジタ
ル量として取り込まれる。このさいスリット板３の角穴
パターン６に対応する走査ラインの画像信号はモニタ画
面２０に表示された走査ラインの画像信号Ｈ１がそのま
まデジタル量としてフレームバッファ１２に蓄えられる
。ＣＰＵ１３はこのフレームバッファ１２から画素単位
の画像信号のデジタル量を取り出して処理を行う。

ここで第３図（ｂ）に示す走査ラインの画像信号Ｈ□の
走査時間微分信号Ｈ′１は各走査ライン上の隣接画素間
の差分値として得ている。この差分信号Ｈ’□を角穴パ
ターン６のエツジに沿って全走査ライン加算した信号が
第３図（ｃ）に示す信号Ｈ’。の波形である。これによ
り市販の安価なＣＣＤカメラ等の２次元イメージセンサ
５を用いて高精度の信号Ｈｌｏを得ることができる。

この差分信号（微分信号）Ｈ′。の微分波形は１画素幅
の線像の光強度分布に相当している。したがってこの信
号Ｆ■′。を計算機１０の数値演算に関わるＣＰＵ１３
．ＦＰＵ１４．ＲＡＭ１５゜ＲＯＭ１６を用いてデジタ
ルフーリエ変換することにより第５図に示す全空間周波
数に対応したＭＴＦを得る。第５図は第４図の空間周波
数に対するＭＴＦを示す説明図である。第５図において
、解像度としては伝達率がある定められた値より大きく
なる限界の空間周波数値とすることにより、被検レンズ
４の解像度を評価できる。第５図ではその設定値を２０
％としており、このとき限界の空間周波数は５８本／　
ｍ　ｍであるので、この被検レンズ４の解像度は５８本
／　ｍ　ｍとする。

つぎにエツジパターン像はフォーカス調整およびバック
フォーカス調整に使用できる。第６図は第４図（第１図
）の２次元イメージセンサ５の例えば１００ラスタ目の
光強度分布がフォーカスつまみを回転することにより、
フォーカスつまみ位置（矢印方向）に対応してどのよう
に変化していくかを示す説明図である。第６図（ａ）は
入力波形そのものの変化、第６図（ｂ）はその入力波形
のうちデジタルフィルタにより高周波成分を取りその波
形成形データを微分した微分波形の変化。

第６図（ｄ）はその微分波形のうち高周波成分を取り除
いた微分波形成形波形の変化、第６図（ｅ）は各フォー
カスつまみ位置（横軸矢印方向）での微分波形成形波形
のピーク値の変化を示す説明図である。

第６図の波形成形波形の波形成形方法としては。

フレームバッファ１２に蓄えられた画像信号のデジタル
値をもとに計算機１０によりデジタル演算処理する。い
ま波形成形処理前の元データをａ（ｉ、、ｉ）とし、波
形成形処理後のデータをｂ（ｉ、ｊ）とする。ここでｉ
はラスタ番号を示し。

ｊはそのラスタ上のピクセル番号を示す。このときの演
算式は次式となる。

ｂ（ｔ＋ｊ）＝　ａ　ａ（ｉ＋、：＋）＋（ｔ−ａ　）
ｂ（ｉ＋ｊ−ｉ）ただしＯ≦α≦１とし、係数αは波形
の歪みの程度により変更する。このデジタルフィルタを
用いることにより、全テスクを用いた処理よりも短い時
間で高周波ノイズの少ない波形を得ることがでぼる・ 第６図（ｅ）に示すように合焦位置は鋭い山の頂きとな
っているので、山登り法を用いて合焦位置にフォーカス
つまみを合わすことが容易にできる。こうしてフォーカ
スつまみの位置をかえるごとに第６図（ｅ）に示す微分
波形成形波形のピーク値を探索し、そのピーク値が増加
する方向にフォーカスつまみを調整することにより合焦
できる。

つぎにバックフォーカス調整についても同様に行う。ス
リット板３を載せたＹ軸テーブル７を載せたＸ軸テーブ
ル８を動かすごとに第６図（ｅ）に示す微分波形成形波
形のピーク値を探索し、そのピーク値が増加する方向に
Ｘ軸テーブル８を計算機１０からの指令で制御して合焦
位置にスリット板３を合わすことができる。ここで微分
波形成形波形のピーク値が２次元イメージセンサ５の中
央部分からずれている場合には、スリット板３を載せた
Ｙ軸テーブル７を計算機１０からの指令で動かして中央
部に合わせる。これによりフーリエ変換する場合に有効
なデータを多く得ることができるので変換後のＭＴＦの
値の精度が向上できる。

また被検レンズ４がズームレンズの場合には、ズームの
位置により２次元イメージセンサ５上に結像する像の大
きさが変わる。しかしエツジ像の処理は拡大率には依存
しないので処理が単純であり、高速化および低価格化が
図れる。またズームレンズの拡大率が大きく異なる場合
には、２次元イメージセンサ５上の光景が拡大率の２乗
に反比例しているので、拡大率が大きいほど光量が少な
くなって２次元イメージセンサ５の能力を低下させる。

このような場合にはズーム位置に合った光景調整機構を
用いることにより、２次元イメージセンサ５上の光量を
一定として画像信号の信頼性を向上できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、カメラレンズの解像度を安価な２次元
イメージセンサを用いて精度の高い検査ができるので安
価な検査装置が提供でき、またスリツ板に角穴パターン
を設けるだけなので画像処理が簡ｌであって処理の高速
化が図れ、かつ角穴パターンのエツジ像の微分波形をＦ
ＦＴ処理して空間周波数ごとのＭＴＦを求めているため
解像度検査が１回の画像取り込みだけで実現可能にして
処理時間の短縮が図れるうえ、さらに解像度を試験する
ための角穴パターンのエツジを用いて山登りアルゴリズ
ムで金魚できるので自動化が容易で処理装置の価格低減
ができ、ズームレンズの場合・にも何らスリットを変更
する必要がないので装置の低価格化が実現できる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレンズ鏡筒解像度検査装置の一実
施例を示す光学系の構成図、第２図は第１図のスリット
板の光軸方向からみた平面図、第３図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は第１図の被検レンズの画像信号、その走査時間
微分信号、その全走査ライン加算した走査時間微分信号
の波形図、第４図は本発明によるレンズ鏡筒解像度検査
装置の一実施例を示す信号処理装置のブロック図、第５
図は第４図の空間周波数に対するＭＴＦを示す説明図、
第６図（ａ）＝　　（ｂ）　、（ｃ、）、（Ｄ）。 （ｅ）は第４図のフォーカスつまみ位置対応の光強度分
布の入力波形、その成形波形、その微分波形、その成形
波形、そのピーク値の変化を示す説明図である。 １・・・光源、２・・・集光レンズ１，３・・・スリッ
ト板。 ４被検レンズ、５・・・２次元イメージセンサ、６・・
・角穴パターン、７・・・Ｙ軸テーブル、８・・・Ｘ軸
テーブル、１０・・・計算機、１１・・・Ａ／Ｄ変換器
、１２・・・フレームバッファ、１３・・・ＣＰＵ、１
４・・・Ｆ　ＰＵ、１５・・・ＲＡＭ、１６・・・ＲＯ
Ｍ、１７・・・入出力部、１８・・・パルスカウンタ、
１９・・・サーボアンプ。 ２０・・・モニタ画面、２１・・・端末装置。 ４：杖腋り一ス゛′ ５：　２〕欠几メヌージ−１！′−寸 乙一　角穴ハ゛フーレ 第４　（２） （ｃＬ） Ｈｏ′ ［１ を間ｎ浪秋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検レンズ鏡筒の設置位置に関して、該レンズ鏡筒
   の受光面側にスリット板を設けるとともに、反対側にＴ
   Ｖカメラ等の受光手段を設け、かつ上記スリット板を被
   検レンズ鏡筒の焦点位置近傍に設置するとともに、上記
   スリット板を照明装置により集光レンズを介して照明し
   、所定位置に設置された被検レンズ鏡筒による上記スリ
   ット板上の角穴パターンの拡大像を上記受光手段上に結
   像して投影検査する装置において、上記受光手段上に現
   われる上記角穴パターンの拡大像の光強度分布を画素単
   位で蓄える記憶装置と、該記憶装置から画素単位のデー
   タを取り出して処理する装置と、浮動小数点演算を専用
   に行う装置とを備えてなるレンズ鏡筒解像度検査装置。 ２、上記角穴パターンのエッジ像を受光手段上に拡大像
   として結像させ、該拡大像の光量分布を画素単位で記憶
   装置に蓄え、隣接画素間の光量差により得られる画素単
   位の光量差分値を上記エッジに沿って全走査ライン加算
   したデータであるエッジ差分像をもとに被検レンズの解
   像度を検査する請求項１記載のレンズ鏡筒解像度検査装
   置。 ３、上記エッジ差分像をフーリエ変換し、伝達効率が設
   定値を越える限界空間周波数を被検レンズの解像度とす
   る請求項２記載のレンズ鏡筒解像度検査装置。 ４、上記エッジ差分像をもとにフォーカス調整およびバ
   ックフォーカス調整を行う請求項２記載のレンズ鏡筒解
   像度検査装置。 ５、上記エッジ差分像データを上記エッジ像の１ラスタ
   のデータに対してその元データを係数α（０≦α≦１）
   倍した値と左隣接画素のエッジ差分像データを（１−α
   ）倍した値の和とする請求項４記載のレンズ鏡筒解像度
   検査装置。 ６、上記エッジ差分像のピーク値がフォーカス調整つま
   み位置の変化に対して合焦位置で鋭いピーク最大値を示
   すのを利用し、山登りアルゴリズムで合焦する請求項４
   記載のレンズ鏡筒解像度検査装置。