JPS58156828A - レンズ特性測定方法及びその装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、レンズの諸物件−例えば、拡大率、解像度
など−を自動的に測定する方法及びその測定装置に関す
るものである。

〔発明の技術的背景〕

近年、光電変換素子を用いた、コンビーータ端末処理装
置やファクシミリ装置の開発が進むにつれて、光電変換
糸で用いられるレンズの諸物件の均−化が求められるよ
うになった。

しかし、レンズの諸物件を測定する従来方法は、　し試
験用レンズの前に基準パターンを置き、試験用レンズの
後にスクリーンを置いて、試験者が目でスクリーン上の
基準パターンのイメージを観測し、レンズを前後に移動
させてピントを合せ、拡大率や解４ａ度を求めていｌこ
。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、このようにすると、人の目による測定で
あるから、精度の向上は望めないばがりか、時には誤シ
を犯すこともある。更に、人手による測定では、測定に
長くの時間を賛する。

〔発明の目的〕

従って、本発明の目的は、レンズの／Ｉｖｌの商い測定
を時間を要さずに行いうる測定方法を提供することであ
る。また、他の目的は、レンズの精度の高い測定を時間
を要さずに自動的に何う測定装置を提供することである
。

〔発明の概要〕

そこで、本発明では、基準パターンのイメージを、測定
結果に基づくフィードバックによシレンズを動かしなが
ら、レンズを介してイメージセンサ上に結像させ、この
イメージセンサから出力されるイメージセンサ上の各素
子に対応した信号をディジタル化し、このイメージセン
サ上の谷素子に対応したティジタル信号に基づいてレン
ズ特性を測定することにした。

また、この測定方法を実施する装置は、レンズを着脱ｐ
］能であうパルスモータにより動かされるレンズ移動手
段と、レンズを介して与えられる基４１ハターンのイメ
ージを光電変換するイメージセンサと、このイメージセ
ンサから出力されるイメージセンサ上の各素子に対応し
た信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換器と、演算制御処
理手段と、パルスモークコントローラとを主な構成要素
とする。

そしで、演算制御処理手段がイメージセンサ上の各素子
に対応したティジタル信号に基づいて、レンズ特性を測
定し、測定結果に基づき必賛に応シテハルスモータを動
作させる為の信号をパルスモータコントローラに出力す
るものとする。このようであると、レンズ移動手段はフ
ィードバックによって自動的に移動し、かつ演算制御処
理手段は最適なステップを踏んで測定を行う。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第１図は、本発明の測
定装置の実施例のブロック図である。

同図において、１００はレンズ移動手段金示す。このレ
ンズ移動手段１００は、レンズ１０１を着脱ら能に保持
し、パルスモータ２００によって、レンズ１０１０光路
方向へ移動させられる。

具体的な機構を第２図を用いて説明する３、即ち、レン
ズ１０１はレンズホルダ１０２にワンタッチで固定され
、又、ワンタッチで取り外される。レンズホルダ１０２
は、ジヨイント１０３を介して移動台１０４に固着され
ている。移動台１０４の下部は、前方向に曲けられて、
メネジ１０５が切られている。

このメネジ１０５には、その両端を軸受１０６　、１（
１７で支持されたオネジ１０８が螺合されている。オネ
ジ１０８は、軸受１０６によりパルスモータ２００の軸
”　　　　　　　　　　　　　　　１１：、’）２０１
と連結されている。そして、移動台１０４が軸受１０７
と接したとき、移動台１０４の図示せぬマイクロスイッ
チから、その旨の出力が後述の演算制御処理手段へ与え
られる。これらのオネジ１０８、メネジ１０５のピッチ
と、パルスモータ２００の１ステツプの関係から、例え
ば、最小”／２００　”の送υを可能としである。

更に、レンズ１０１の光路上の後方には支持台１０９に
固定されてイメージセンサ（具体的には、ＣＣＤ　）　
３００が設けられている。このイメージセンサ３００上
には１５μｍのピッチで素子が１７２８個存在する。そ
して、移動台１０４と支持台１０９との間には、例えば
円筒状の光速へい用スポンジ１１２がイメージセンサ３
００を囲むように接着されている。又、移動台１０４か
らは２本のガイド棒１１０　、１１１が支持台１０９を
貫いて延びている。

以上の構成要素中、パルスモータ２００、軸受１０６　
、１０７、支持台１０９は、基台１１３に固定されてい
て鋤かない。このような構成により、パルスモータ２０
０が（ロ）転すると、軸２０１が回転し、オネ６− ジ１０８も回転するから、移動台１０４が移動し、従っ
てレンズ１０１　ｔ−移動させることができる。

次に、第１図において、イメージセンサ３００は、ドラ
イバ３０１と接続されていて、ドライバ３０１から与え
られる制御信号に基づいて、イメージセンサ３００上に
レンズ１０１を介して結像したイメージを光電変換し、
得られた電気１１号をドライノ（３０１へ送出する。

ドライバ３０１には切替モジエール３０２が接続されて
いて、この切替モジュール３０２は演算制御処理手段４
００から出力される制御信号をドライノく３０１に与え
、ドライバ３０１から出力されるｌｔｔ＆換の結果のア
ナログ信号をサンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００に
与える。

ここで、サンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００から出
力されるディジタル信号について説明する。

演算制御処理手段４００には、発振器４０１が設けられ
ていて１０ＭＨｚのクロックを発生させる。このクロッ
クはタイミング回路４０２及びＡ／Ｄ変換起動回路４０
３に与えられ、タイミング回路４０２では、第３図に示
されるような制御信号を作ル出す。

つマ夛、イメージセンサ３００の動作をスタートさせる
スタートパルスミ１イメージセンサ３００の動作タイミ
ングを保証する第１クロックφ、１、第２クロックφ、
２である。これらの制御信号が、切替モジュール３０２
を介してドライバ３０１に与えられ、イメージセンサ３
００が動作されると、イメージセンサ３００からは、ダ
ミー出力ｄが１６ビツト分出力された後、イメージセン
サ３００内の素子（例えば、１７２８個のセル）に対応
して信号Ｓが出力される。この信号は、サンプルホール
ド・Ａ／Ｄ変換器５００に入って、イメージセンサ３０
０内０Ｘ子に対応してディジタル化される。従って、サ
ンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００から出力される信
号は、イメージセンサ３００上の各素子に、どの相変の
強度の光が照射されているかを反映したものとなる。ま
た、ＣＰＵシステム４０４は、ダミー出力ｄのレベルか
ら信号８のレベルを引いて真の信号値ＳＲとする。

また、第１図における演算制御処理手段４００には、Ｃ
ＰＵシステム４０４が含まれていて、バス４０５を介し
て、必要なデータをメモリカウンタ４０６、コントロー
ラ４０７、第１Ｉ１０ボート４０８及び第２Ｉ１０ポー
ト４０９に与える。

ＣＰＵシステム４０４の具体例を第４図を用いて説明す
る。

ＣＰＵシステム４０４は、バス４０５にＣＰ　Ｕ　４５
０とメモリ４５１とが接続されていて、ＣＰＵ４５０は
メモリ４５１内のプログラムにヨッてレンズ１０１の特
性を測定すべく、必要な命令を出し、データを採集し、
かつ最終的な測定結果をバス４０５に接続されているＣ
　ＲＴ　４５２やプリンタ４５３からアウトプットする
。１だ、ＣＰＵシステム４０４は、途中の測定結果を基
にパルスモータ２００をどれだけ動かさなければならぬ
かを予め定められた手順にしたがって判断し、このデー
タをバス４０５、第２Ｉ／　Ｏ，ｔ’　−）　４０９ヲ
介シてパルスモータコントローラ６００に送り、パルス
モータ２００を動かせ、これによりレンズ１０１が移動
される。

また、第１図のコントローラ４０７は、ＣＰＵシステム
４０４から与えられたデータに基づき、第１Ｉ１０ボー
ト４０８の開閉タイミング制御、第２工１０ボート４０
９の開閉タイミング制御、メモリライト回路４１０に対
する起動制御、メモリカウンタ４０６に対するアップダ
ウン制御、及びＡ／Ｄ変換起動回路４０３の動作開始・
終了制御を行う。

また、サンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００から出力
されたデータは、ラッチ・ゲート４１２に一時保持され
た後、バス４１３を介してメモリ４１１に格納されるか
、バス４１３、第１■１０ボート４０８、バス４０５を
介してＣＰＵシステム４０４へ取り込まれる。例えば、
メモリ４１１へ書き込みが行なわれる場合には、ＣＰＵ
システム４０４からコントローラ４０７及びメモリカウ
ンタ４０６へ夫々データが与えられる。すると、コント
ローラ４０７はＡ／Ｄ変換起動回路４０３ヘスタート命
令を送る。これにより、Ａ／Ｄ変換起動回路４０３は発
振器４０１の発生したクロックを基にサンプルホールド
・Ａ／Ｄ変換器５００へ起動をかける。すると、サンプ
ルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００からはディジタルデー
タが出力され、また、ラッチ・ゲート４１２及びメモリ
ライト回路４１０へは出力タイミングを示すりｐツクが
送られる。このクロックが所定数送出されると、ラッチ
・ゲート４１２には所定数のディジタルデータが保持さ
れる。その時、メモリライト回路４１０はラッチ・ゲー
ト４１２ヘゲートを開かせる信号を出す。すると、メモ
リ４１１へはメモリカウンタ４０６からアドレスが出力
されているから、そのアドレスへディジタルデータが格
納される、１以下同様にして、ディジタルデータは、メ
モリ４１１へ格納される。ただし、メモリライト回路４
１０は、サンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００から出
力されるクロックが所定数となる毎に、メモリカウンタ
４０６ヘアツプ（ダウン）するための信号を送る。

メモリ４１１からのディジタルデータの読み出し、ある
いはメモｌ７４１１へのデータの書き込みの際に杜、コ
ントローラ４０７がＣＰＵシステム４０４の命令によっ
て、メモリカウンタ４０６をアップダウンさせ、第１Ｉ
１０ボート４０８を開閉して行う。

以上のようにして、ＣＰＵシステム４０４に集められた
ディジタルデータは、所定の演算をほどこされて、レン
ズ特性のデータとされる。そして、もし、レンズ１０１
を移動させる必要があるときには、ＣＰＵシステム４０
４．はコントローラ４０７に第２Ｉ　／　ＯｙＮ−）４
０９を開かせ、第２Ｉ１０ボート４０９ヘバルスモータ
コントローラ６００に対するデータを、解読すせてパル
スモータコントローラ６００へ送うせる。すると、パル
スモータコントローラ６００　ハ、パルスモータ２００
を動作させて、レンズ１０１を移動させる。

次に、どのようにしてレンズ特性を測定するか具体的に
説明する。

先ず、試験されるレンズ１０１はピント合せがなされ、
同時に解像度が測定される。

つまり、第５図の如く、レンズ１０１の光路上でイメー
ジセンサ３００とは反対方向に基準パターン７００がセ
ットされる。基準パターン７００は、第６図のようにそ
の中央部分に例えば、７ｔ／ＩＩＩＩｌｌの線が記され
たピント合せ・解像度測定用パターン７０１が記され、
その両端に、例えば３ｍｍ幅の黒の拡大率測定用パター
ン７０２が例えば２００ｍｍの間隔をもたされて記され
たものである。

また、第５図のイメージセンサ３００トｉ準パターン７
００との距ＭＬｓ　レンズ１０１と基準パターン７００
との距離へ、レンズ１０１とイメージセンサ：１００と
の距離へはレンズの大きさや理論的な焦点距離、イメー
ジセンサ３００の大きさ、基準パターン７００の大きさ
などによって決定される理論値である。このような位置
において、第６図の拡大率測定用基準パターン７０２の
間隔は標準読み取り数（例えば、１５９８ビツト）とな
る。

先ず最初に、ＣＰＵシステム４０４は、第５図の破線の
位置までレンズ１０１を移動すゐ。以下、第７図乃至第
９図の７０−チャートに従って先ずピント合せの動作を
中心に説明する。スタートとなり、ＣＰＵシステム４０
４は、第２図に示した移動台１０４が軸受１０７と接し
ているか否かを“マイクロスイッチチェック″のステッ
プ及び°”ＯＮか″のステップにおいて確認する。そし
て、接していなければ、ＣＰＵシステム４０４１コント
ローラ４０７へ第２■１０ボート４０９を開かせ、第２
Ｉ１０ボート４０９ヘバルスモータ２００を逆転させる
べきデータを与える。これにより、“パルスモータ逆転
″のステップが行なわれ、ＣＰＵシステム４０４は、マ
イクロスイッチからＯＮの信号が出される壕で、以上の
ステップを繰り返兄す。

ここで、マイクロスイッチからＯＮの信号が与えられる
と、“初期レベルセット″のステップが行なわれる。即
ち、第５図における破線の位置で第１回目の測定が行な
われる。

イメージセンサ３００のディジタル化された出力信号は
、第１０図Ａのような基準パターン７００に対してピン
トが合わない状態では、第１０図Ｂのようにピント合せ
・解像度測定用パターン７０１に対応する部分が凹凸の
ない波形となる。これは、ピントが合っていないために
、イメージセンサ３００上の素子全体に同一レベルの強
度の光が照射しているからである。これに対し、ピント
が合うと、イメージセンサ３００上の各素子１個おきに
黒と白とのイメージが結像されるから、第１０図Ｃのよ
うに隣接するビットのレベル差が犬となる。

そこで、ＣＰＵシステム４０４は、イメージセンサ３０
０から出力され、ドライバ３０１、切替モジュール３０
２を介してサンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器５００に入
力されてディジタル化され、ラッチ・ケート４１２、パ
ス４１３を介してメモリ４１１に格納された１走置分の
ｍｌＯ図Ｃのようなディジタルデータ中の、中央部分の
例えば４０ビツトについて黒レベルのビットと白レベル
のビットとに分ける。そして、白レベルのビット中の最
大レベルから５番目のレベルまでの値の平均値■ＡＨ′
ｆ、計算する。また、黒レベルのビット中最小のレベル
から５番目のレベルまでの値の平均値ｖＡＬを計算する
、更に、平均値ＶＡＩＩマイナス平均値ｖＡＬを計算し
てこれを解像度として、ＣＰＵシステム４０４内のメモ
リ４５１へ格納しておく。

次に、ＣＰＵシステム４０４ハ、“パルスモータ正転″
のステップを行う。ここでは、第１１図において、初期
設定されたときにＰｌの位置に在ったレンズ１０１が、
Ｐ２の位置に到るまでパルスモータ２００が回転される
。例えば、位［Ｐｌから位置Ｐ２までの送り距離は１ｍ
とする。そして、次に位置Ｐ２においても、前述と同様
に解像度が測定される。これが゛解像度チェック″のス
テップである。更に、“前回レベルより犬か”のステッ
プにおいて、ＣＰＵシステム４０４は前回、メモリ４５
１にセットしておいた解像度と今回求めた解像度とを比
較し　１１　Ｙ　ＥＳ７１となると“新レベルをセット
″のステップにおいて新らたな解像度をメモリ４５１へ
格納し、また、“パルスモータ正転″のステップから同
様の動作を繰シ返えす。

第１１図のように位置Ｐ１から位［Ｐ２．位置Ｐ３と進
むと、解像度が上らなくなシ、′前回レベルより犬か″
　のステップにおいて、”Ｎｏ”への分岐がなされ、Ｃ
ＰＵシステム４０４は″規定レベルを越えたか″のステ
ップを実行する。このステップで“Ｙ　Ｅ　Ｓ　”とな
ると、“１単位前へ送る”のステップにおいて、ＣＰＵ
システム４０４は、移動台１０４を１単位（例えば１　
ｍｍ　）前へ送る。そして、この位置で“解像度チェッ
ク”のステップが行なわれ、“前回レベルよシ大か”の
ステップへ進む。

このステップは、通常、第１１図の位置Ｐ５においてな
されるはずであるから、解像度は良くならず、“ＮＯ”
へ分岐される。すると、次には■で始められる第８図の
フローチャートの処理がなされる。ま九、前述の“前回
レベルよシ大か”のステップにおいて、”ＹＥＳ”へ分
岐が表されると、“１単位前へ送る″のステップへもど
る。

第８図の■で始められるフローチャートにおいて、゛パ
ルスモータ逆転″のステップでは、第１１図のＸ印で示
される位置を１年位（１／２０”　）づつ逆転する。他
のステップの処理は、既に第７図で説明した処理と同様
であるので、説明を省略する。そして、′前回レベルよ
り大か″のステップで“ＮＯ”となると、■で始まる第
９図の７０−チャートの処理が開始される。つまり、第
１１図において、図の一番右側のＸ印へレンズが移動す
ると、゛前ｌｉ、Ｉｊレベルよυ犬か”のステップでは
、”　Ｎ　Ｏ’″への分岐がなされる。

次に、第９図の■で始められる７０−チャートにおいて
、′パルスモータ正転″のステップでは、第１１図のΔ
印で示される位置を１単位（１／２０゜側）づつ正転す
る。他のステップにおける処理はけ既に第７図で説明し
た処理と同様であるので説明を省略する。ただし、“前
回レベルよシ大か”のステップにおいて、”Ｎｏ”へ分
岐されると、“１単位逆転″のステップが行なわれる。

つまり、第１１図の中央の△印位置がピントの合う位置
であるとすれば、一番左のΔ印の位置にレンズが移動さ
れると、解像度は良くならぬから“Ｎｏ”へ分岐が行な
われ、１単位分（”／２００”　）位置をもどされて、
中央のΔ印の位置へレンズが位置させられ、′ピント合
せ終了″となる。

つまり、第１０図Ｃにおいて中央部の４０ビツトにおけ
るＶ、−９が最大のときに、ピント整合点となる。

次に、解像度について述べる。第７図乃至第９図の７０
−ナヤートにおいて、′解像度チェック”のステップが
４箇所ある。前述の説明では、ピント合せに重点を置い
て説明ｔ、ｆｃので、第１０図Ｃの波形中の中央部分の
みについて解像度を測定することとしたが、性能の良い
レンズを選択するため第１２図のようなサンプルホール
ド・Ａ／Ｄｉ換器５００からの出力に対して、レンズ１
０１の中央部分に対応する位１ｔＸｃの信号、及び左右
端部に対応する位＠　ＸＬ＋　ＸＲの信号について前述
と同様の処理をすることにより解像度を求めでおいても
良い。

位置ＸＲの信号を拡大すると、第１３図のようになって
いる。そのＸ４ビツトからＸｉ＋３９ビットまでの信号
中、黒に対応する低いレベルを低い方から５ビット選択
して、それらの平均を作る。同様に、白に対応する高い
レベルを高い方から５ビット選択して、それらの平均を
作る。そして、平均値Ｖよマイナス平均値■、を求め、
解像度としてＣＰＵシステム内のメモリに格納しておく
。もちろん、この例のようでなく、任意の点かについて
解像度を求めることができる。

次に、拡大率を求める場合を説明する。

ピント合せが行なわれた後においては、第５図のように
レンズ１０１は理論的な位置ヘセットされていると考え
られる。そこで、ＣＰＵシステム４０４は、第１０図Ａ
の基準パターン７００に対する第１０図Ｃのディジタル
信号にスライスレベルＴＬを設け、基準パターン７００
中の拡大率測定用パターン７０２間が何ビットとなって
いるかカウントする。そして、予め求められた標準読み
取９ビット数（例えば１５９８ビツト）との比で以下の
式により、拡大率を算出する。

×１００％ 以上のようにして集められたレンズ特性は、１個のレン
ズの特性毎にメモリ４５１に格納されて、例えば１個の
レンズの測定終了毎に、あるいは所定数集まると、ＣＲ
Ｔ４５２に表示され又はプリンタ４５３から打ち出され
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、精度の高い測定
を時間を喪さずに行える。更に、本発明の装置はＣＰＵ
システムを有しているので、フログラムを変更すれば、
測定項目、測定条件を変えることができ、各棟レンズに
対応できる。更に、ＣＰＵシステムによるロット管理も
可能である等優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例のブロック図、第２図は第
１図の機械的部分の一部破断側面図、第３図は第１図の
イメージセンサの信号のタイミングチャート、第４図は
第１図の要部ブロック図、第５図はピント合せ時の説明
図、第６図は基準パターンの平面図、第７図乃至第９図
はピント合せ時のフローチャート、第１０図は基準パタ
ーンと得られた信号の関係を説明するための説明図、第
１１図はピント合せ時のレンズの動きの説明図、第１２
図、第１３図は解像度を求める説明を行うための説明図
。 １００・・・レンズ移動手段　　２００・・・パルスモ
ータ３００・・・イメージセンサ ４００・・・演算制御処理手段 ５００・・・サンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器６００・
・・パルスモータコントローラ代理人　弁理士　　本　
　１）　　　　崇第１１図 第８図　　　　第９図 １５８− 第１２図 第１３圀 χ４χ４Φビーーーー　　　χｉΦ３９手続袖市書 昭和！ｒ年Ｖ月ρ、立１（ 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特　許　　願事０３９８７１　’３２、発
明の名称　レンズ特性測定方法及びその装置３、　補正
をする者 事件との関係　　特許出願メー ４、代理人 ６、　補正により増加する発明の数　　０７、補正の対
象 「明細書の発明の詳細な説明の楠」 補　　正　　實 ８Ａ細適の発明の詳細な説明中下記を訂正する。 明細書第１９ページ１８行目「任意の点かについて−」
を「任意の点Ｘｉについて−」と訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　基準パターンのイメージを、測定結果に基づ
   くフィードバックによりレンズを動かしながら、該レン
   ズを介してイメージセンサ上に結像させ、該イメージセ
   ンサから出力されるイメージセンサ上の各素子に対応し
   た信号をディジタル化し、このイメージセンサ上の各素
   子に対応したディジタル信号に基づいてレンズ特性を測
   定するレンズ特性測定方法。
2. （２）　　レンズを着脱可能に保持し、パルスモータに
   よって前記レンズの光路方向へ移動させられるレンズ移
   動手段と、 前記レンズの光路上の所定位置に設置キれ、前記レンズ
   を介して与えられる基準パターンのイメージを充電変換
   するイメージセンサと、該イメージセンサから出力され
   るイメージセンサ上の各素子に対応した信号をディジタ
   ル化するＡ／Ｄ変換器と、 該Ａ／Ｄ変換器から出力される前記イメージセンサ上の
   各素子に対応したディジタル信号を取り込み、該信号に
   基づきレンズ物性を測定する一方、測定結果に基づきピ
   ント合わせの適否を判断し不適の場合に前記パルスモー
   タを動作させる為の信号を出力する演算制御処理手段と
   、該演算制御処理手段が出力したパルスモータを動作さ
   せる為の信号に基づいて、パルスモータの駆動制御を行
   うパルスモータコントローラとを有するレンズ特性測定
   装置。