JPH0462449A - 光学性能測定装置 - 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、被検光学系の光学性能を測定する光学性能測
定装置に関するものであり、特に高性能レンズの像面を
高精度に測定する用途に適するものである。

［従来の技術］ 従来、レンズ等の被検光学系の光学性能を測定するため
に、第５図に示すようなテストチャートを被検光学系を
介して結像させ、結像面に得られた画像を解析する方式
が知られている。光学性能を評価するには、点像の強度
分布のフーリエ変換を絶対値で表したＭ　Ｔ　Ｆ　（Ｍ
　ｏｄｕｌａＬｉｏｎ　Ｔ　ｒａｎｓｆｅｒＦ　ｕｎｃ
ｔｉｏｎ）が広く用いられている。テストチャートが白
黒の縞パターンで且つ白から黒へのコントラストが正弦
波的に変化する場合、ＭＴＦは被検光学系を介して結像
したことによるコントラストの減衰率を意味し、実写と
の対応が良い。

ところで、ＭＴＦは被検光学系のベストフォーカス位置
で測定されるものであるが、このベストフォーカス位置
を測定者の主観で決めていると再現性が乏しくなる。そ
こで、特開昭６１−２５３４４０号公報では、被検光学
系のベストフォーカス位置を自動的に決定し、その位置
でＭＴＦを測定することが提案されている。この従来技
術を第６図に示し説明する。光源Ｐと被検レンズＬの間
には、テストチャートＴと絞り工が配置されている。テ
ストチャートＴは、一方向について明暗の縞を有してい
る。また、較り工はカメラＣのファインダースクリーン
におけるスプリットイメージ部Ｓを通過する光束のみを
通すように構成されており、着脱自在とされている。Ｄ
はスリット付きの受光素子であり、光軸と直角方向に走
査可能とされている。Ｑは画像処理手段であり、スリッ
ト付きの受光素子りで走査された結像面上の光強度分布
を解析し、コントラストが最大となる条件からベストフ
ォーカス位置を決定する。そして、このベストフォーカ
ス位置で絞りＴを取り外すと共に、テストチャートＴと
して単一スリットを使用し、結像面上でスリット付きの
受光素子りを光軸と直角方向に走査することにより第７
図に示すような光強度分布を検出し、これをフーリエ変
換することによりベストフォーカス位置でのＭＴＦ値を
求めるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、被検光学系が非点収差を有する回転対称な光
学系である場合、中心から放射状に伸びた線がシャープ
に結像されるサジタル像点と、同心円の線がシャープに
結像されるメリデイオナル像点とが生じる。各像点を光
軸からの外れに従って連ねて行くと、サジタル像面とメ
リデイオナル像面がてきる。ところが、上述の特開昭６
１−２５３４４０号公報に開示されたテストチャートは
、一方向にしか明暗を有していない。そして、コントラ
ストやＭＴＦ値を測定し得ることは記載されているが、
像面特性を測定することについては言及されていない。

したがって、上記公報に開示された装置により像面特性
を測定するならば、サジタル像面を測定した後、テスト
チャートを受光素子に対し正確に９０度回転させて、メ
リデイオナル像面を測定することになる。このように、
テストチャートを正確に回転させて位置決めすることは
困難な作業であり、また、像面を２回に分けて測定する
場合、各像面を走査して画像情報を取り込む度に測定誤
差が発生し、測定精度が劣化するという問題があった。

しかして、近年の被検光学系の高性能化、高品質化に伴
い、高精度な光学特性の測定技術が要求されるようにな
り、従来技術のように、サジタル像面とメリディオナル
像面を個別に測定する方式では、必要とされる測定精度
か得られなくなってきている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、被検光学系の光学性能を測定す
る装置において、互いに直交する方向についての光学性
能を高精度に測定可能とすることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、互い
に直交する方向の第１及び第２のパターンを含むテスト
チャートを被検光学系を介して結像させて得られた画像
を解析することにより被検光学系の光学性能を測定する
装置において、前記画像の第１及び第２のパターンに対
応する像をいずれのパターンに対しても平行でない方向
に走査する手段を備えることを特徴とするものである。

ここで、第１のパターンは被検光学系のサジタル像面に
結像される縞パターンとし、第２のパターンは被検光学
系のメリデイオナル像面に結像される縞パターンとする
ことが好ましい。

また、前記画像の予定結像面に配置された２次元撮像手
段と、この２次元撮像手段により得られた画像信号から
１つの水平走査線上の画像信号を選択する手段と、選択
された水平走査線を２次元画像上に重畳させて再生する
画像再生手段とを更に備えることが好ましい。

［作用］ 本発明にあっては、このように、互いに直交する方向の
第１及び第２のパターンを含むテストチャートを被検光
学系を介して結像させて得られた画像を解析することに
より被検光学系の光学性能を測定する装置において、前
記画像の第１及び第２のパターンに対応する像をいずれ
のパターンに対しても平行でない方向に走査するように
したものであるから、被検光学系の互いに直交する方向
についての光学性能を同時に電子化した情報として取り
込むことができる。したがって、この情報を解析するこ
とにより、被検光学系の互いに直交する方向についての
光学性能を同時に測定することができ、測定暗闇の短縮
と測定誤差の低減が可能となるものである。

例えば、第１のパターンは被検光学系のサジタル像面に
結像される縞パターンとし、第２のパターンは被検光学
系のメリディオナル像面に結像される縞パターンとすれ
ば、被検光学系のサジタル像面とメリディオナル像面の
測定を同時に行うことができる。

なお、テレビカメラのような２次元撮像手段により第１
及び第２のパターンに対応する像を撮像し、その画像を
モニターしながら１つの水平走査線を選択し表示するよ
うにすれば、走査位置の設定及び確認が容易に行える。

［実施例］ 第１図は本発明に係る光学性能測定装置の一実施例を示
している。測定装置本体１ｏは、照明光源１１と、この
照明光源１１がら発せられる光により一様に照明される
透過型のテストチャート１２と、被検レンズし、及びそ
の予定結像面に配置された２次元撮像手段１３、並びに
２次元撮像手段１３を位置調整するためのＸ−）′ステ
ージ１４を備えている。被検レンズＬは、図示しないボ
ルダ−により測定装置本体１ｏに対して着脱自在とされ
ており、また、光軸ｒの方向についての位置を微調整可
能とされている。２次元撮像手段１３は、Ｘ−Ｙステー
ジ１４上に固定されており、被検レンズＬの光軸ｌに対
して垂直な面内で自由に位置調整自在とされている。こ
れにより被検レンズＬの任意の像高における光学性能を
測定可能としている。なお、２次元撮像手段１３をＸ−
Ｙステージ１４に設置するに際し、２次元撮像手段１３
を、その光軸に対し回動可能に保持する回動手段（図示
せず）を介して設置することが好ましい。

本実施例においては、Ｘ−Ｙステージ１４を用いたが２
２次元撮像手段１３を任意の像高に移動させるものであ
れば、他の手段を用いても良い。

測定装置本体１０の近傍には、２次元撮像手段１３によ
り得られた画像情報を処理する制御装置２０、制御装置
２０より出力される画像信号Ａに基づいて画像を再生す
るモニター３０、同じく制御装置２０より出力される同
期信号Ｃに同期して画像信号Ａを処理して表示するオシ
ロスコープ４０が配置されている。

第２図はテストチャート１２の一例を示しており、同図
（ａ）はその全体構成を白黒を逆転して示しており、同
［］　（ｂ）はその部分構成を拡大して示している。こ
のテストチャート１２は、ある空間周波数の矩形波状に
変化する濃度分布を有する水平な縞よりなる第１のパタ
ーンと、これとは垂直な縞よりなる第２のパターンを含
んでいる。なお、第２図では、第１及び第２のパターン
が接触しているテストチャートが示されているが、第１
及び第２のパターンは必ずしも接触している必要はない
。また、第１及び第２のパターンは、矩形波状に変化す
る濃度分布を有しているが、これに限らず、正弦波状に
変化する濃度分布を有するものとしても良い。

第３図はモニター３０の正面側の外観を示している。同
図に示すように、モニター３０は、複数の走査線の集合
として画像Ｇを再生するＣＲＴのような画像表示部３１
と、画像表示部３１の一走査線を任意に選択するための
選択部３２を備えている。本実施例では、アップ／ダウ
ンスイッチを用いて選択部３２の機能を実現している。

以下、本実施例の動作について説明する。照明光源１１
から出た光は、テストチャート１２を一様に照明する。

テストチャート１２を透過した光は、被検レンズＬによ
り結像され、結像された画像は、ＣＣＤカメラ又はビジ
コン等よりなる２次元撮像手段１３により撮影される。

２次元撮像手段１３により得られた画像情報は、制御装
置２０に入力され、制御装置２０は、画像信号Ａをモニ
ター３０に出力する。モニター３０の画像表示部３１に
は、制御装置２０から出力された画像信号Ａに基づいて
、第３図に示すような画像Ｇが再生される。この画像Ｇ
において、テストチャート１２の第１及び第２のパター
ンに対応するパターン像は、画像表示部３１の水平方向
に対し、例えば各々４５度の角度を有するように位置決
めされる。

この位置決めを容易にするために、２次元撮像手段１３
を光軸ｌと平行な方向（Ｚ軸方向）を中心として回動自
在としておくことが好ましい。

測定者は、画像Ｇを構成する複数本の水平走査線のうち
、第１及び第２のパターンに対応する各パターン像に共
に交差する任意の水平走査線を選択部３２により選択す
る。なお、この水平走査線は画像表示部３１の全域から
選択できるものである。これにより、パターン像が画像
表示部３１の中心から外れた位置に表示されている場合
でも、適当な走査線を選択°することにより容易に測定
することができる。選択された水平走査線の位置は、第
３図に示すように、画像表示部３１上にｆｆ線Ｈ等によ
り表示されると共に５選択部３２より制御装置２０に対
し位置信号Ｂとして入力される。位置信号Ｂが入力され
ると、制御装置２０よりオシロスコープ４０に対し同期
信号Ｃが出力される。

オシロスコープ４０では、この同期信号Ｃて同期を取っ
て、選択された１本の水平走査線に対応する画像信号Ａ
を選択的に入力し、オシロスコープ４０の画面上に、第
４図に示すような波形データとして表示する。

上述のように、選択された水平走査線上のパターン像は
、互いに直交する方向に配置されているため、オシロス
コープ４０の画面上には、第４図に示すように、サジタ
ル像に対応する第１の波形データＤ、と、メリディオナ
ル像に対応する第２の波形データＤ２を同時に観測する
ことができる。

また、サンプリング手段とＡ／Ｄ変換手段を使用すれば
、これらの波形データＤ、、Ｄ、をデジタル値化して取
り比すことができる。この波形データの最大値をＭ、最
小値を−とすると、パターン像のコントラストは（Ｍ　
＋　ｍ）／　（Ｍ　−ｍ）で与えられる。

したがって、第１の波形データＤ１についてコントラス
トが最大となる結像位置を求めれば、サジタル像面を求
めることができ、第２の波形データＤ２についてコント
ラストが最大となる結像位置を求めれば、メリディオナ
ル像面を求めることができる。この作業を被検レンズＬ
のすべての像高について行えば、被検レンズＬの像面特
性全体を測定することができる。

また、矩形波状のテストチャートを用いる場合、デジタ
ル値化した波形データＤ　＋　、　Ｄ　２に、その基本
周波数を抽出する処理を加えることにより、ＭＴＦ値を
測定することも可能である。

なお、被検光学系はレンズに限定されるものてはなく、
凹面ミラー等の反射鏡や光学フィルター等であっても構
わない。また、テストチャートは透過型に限定されるも
のではなく、反射型であっても構わない。

［発明の効果］ 請求項１記載の発明によれば、互いに直交する方向の第
１及び第２のパターンを含むテストチャートを被検光学
系を介して結像させて得られた画像における各パターン
に対応する像をいずれのパターンに対しても平行でない
方向に走査するようにしたので、高精度な位置決めを要
求されるテストチャートと被検光学系との位置関係を変
更することなく被検光学系の光学性能を測定でき、した
がって、従来例に比べると、測定精度を高くすることが
できると共に、測定作業に要する時間も短縮できるとい
う優れた効果がある。

請求項２記載の発明によれば、走査手段が第１及び第２
のパターンに対応する像を同時に走査することにより、
特に像面特性を測定するに際し、サジタル像面及びメリ
ディオナル像面を２段階に分けて測定する必要がなく、
各像面に関するデータを取り込むに際してエラーが発生
しないという効果がある。

請求項３記載の発明によれば、第１のパターンのベスト
フォーカス位置に基づいてサジタル像面を測定でき、第
２のパターンのベストフォーカス位置に基づいてメリデ
ィオナル像面を測定できるので、被検光学系の像面特性
を高精度で測定できるという効果がある。

請求項４記載の発明によれば、予定結像面に配置された
２次元撮像手段により得られた画像信号から１つの水平
走査線上の画像信号を選択するようにしたので、被検光
学系の光学性能を広い範囲にわたって測定できるという
効果があり、また、選択された水平走査線を２次元画像
上に重畳させて画像再生手段により再生するようにした
ので、測定に使用する走査線の位置を容易に確認できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図（ａ）
　、　（ｂ）は同上に用いるテストチャートの全体構成
と部分構成をそれぞれ示す図、第３図は同上に用いるモ
ニターの正面面、第４図は同上の一走査線上の画像信号
を示す図、第５図は従来例に用いるテストチャートを示
す図、第６図は他の従来例の概略構成国、第７図は同上
の動作説明図である。 Ｌは被検レンズ、１２はテストチャート、１３は２次元
撮像手段、３０はモニター、３２は選択部である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）テストチャートを被検光学系を介して結像させて
   得られた画像を解析することにより被検光学系の光学性
   能を測定する装置において、 前記テストチャートは、互いに直交する方向の第１及び
   第２のパターンを含み、前記画像の第１及び第２のパタ
   ーンに対応する像をいずれのパターンに対しても平行で
   ない方向に走査する走査手段を備えることを特徴とする
   光学性能測定装置。
2. （２）前記走査手段は、前記画像の第１及び第２のパタ
   ーンに対応する像を同時に走査することを特徴とする請
   求項１記載の光学性能測定装置。
3. （３）第１のパターンは被検光学系のサジタル像面に結
   像される縞パターンであり、第２のパターンは被検光学
   系のメリディオナル像面に結像される縞パターンである
   ことを特徴とする請求項１記載の光学性能測定装置。
4. （４）前記画像の予定結像面に配置された２次元撮像手
   段と、この２次元撮像手段により得られた画像信号から
   １つの水平走査線上の画像信号を選択する手段と、選択
   された水平走査線を２次元画像上に重畳させて再生する
   画像再生手段とを更に備えることを特徴とする請求項１
   記載の光学性能測定装置。