JPS6235052B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は引伸レンズやマイクロレンズ等の光学
素子のMTF（Modulation Transfer Function：
伝達関数）を検査するMTF検査装置に関する。

レンズ等の光伝達素子のMTFを測定する方法
としては格子チヤートを走査する光学的フーリエ
変換法、エツジ又はスリツトを走査してその電気
信号を電気的にフーリエ解析する電気的フーリエ
変換法、又干渉を利用する自己相関法等が知られ
ており、その測定器が市販されている。

しかし、この市販の測定器では格子チヤート、
エツジ、スリツト等の機械的走査を必要とし、そ
れが回転であるにしろ併進であるにしろ高精度な
メカニズムの走査機構が要求される。したがつて
この走査機構は高価で比較的大きなものになりや
すい為、各像高やチヤートの方向角（所謂
Azimuth Angle）等に対応した個数を設置する
ことが難しい。この為、１組の走査機構や光源、
受光部等を必要な各位置、方向角に設定して測定
を行わなければならないので、光軸と軸外２点に
ついてMTFを測定するだけでも少くとも５回の
設定変更を行わなければならない。その上、レン
ズは一般に偏心と呼ばれる製作誤差を持つている
為、同じ像高について少くとも対角４方向の
MTF測定を必要とするから、これだけでも17回
の設定を行うことになる。又Defocusと呼ばれる
ピントはずれ状態の測定を加えれば前述の回数に
Defocusの回数を掛けただけの測定が必要にな
る。この様な理由から、レンズの性能判定への
MTF測定の重要性が叫ばれているにもかかわら
ず、検査レベルでのMTF普及が遅れている。

次に従来のMTF測定装置の一例を挙げて説明
する。この装置は複写レンズ、マイクロレンズ、
引伸レンズ等の様に物体距離有限で使用されるレ
ンズやフアイバー等の光学素子のMTFを測定す
るものであり、第１図に示す。図中、１は光源部
であり、光源とスリツトが主な構成要素である
が、必要に応じて集光レンズ、拡散板、波長選択
フイルタ等を取り付けることができる。この光源
部のスリツトは測定したい方向角に回転できる様
に構成され、光源部１全体は副ベンチ２の上を摺
動し必要な物体高に設置できる様になつている。
３は被験レンズホルダーであり、被験レンズ４を
取り付ける装置とこれを任意の角度回転できる装
置とからなる。５は受光部であり、走査チヤート
と受光器が主な構成要素であるが、チヤートの走
査機構、空間周波数変換機構の他、必要に応じて
リレーレンズ、フアインダー等が付加される。こ
の受光部５は光源部１のスリツト方向に対応した
方向角に設置できる様に回転が可能であり、受光
部５全体はもう一つの副ベンチ６の上を摺動し、
設置した物体高に対応した像高が設置できる様に
なつている。副ベンチ２，６及びレンズホルダー
３は主ベンチ７の上を摺動し必要な物体距離と像
距離が設定できる様になつている。

この様なMTF測定装置は多機種少量のレンズ
に対して種々の設定条件でMTFを測定したりレ
ンズ以外の光学素子のMTFを測定する等いわゆ
る万能性には優れているが、大量のレンズの良否
を能率良く判定する必要のあるいわゆる検査機と
してはほとんど使い物にならないのが現状であ
る。つまり、この装置では光源部１と受光部５が
比較的大きい上、特に受光部５は高精度のメカニ
ズムが要求され高価なものとなり易い為、必要な
物体高（像高）に対応する数だけ設置することが
難しい。従つて被験レンズが同機種であつても
個々のレンズのMTF測定を行う度に必要な物体
高に対応した光源部１と受光部５の移動が必要と
なる。そのうえ、軸上以外においては動径方向
（いわゆるRadial）と接線方向（いわゆる
Tangential）の二方向の方向角に従つて光源部１
と受光部５を各物体高（像高）毎に回転させて設
置しなければならない。

本発明はレンズ特の光伝達素子の結像性能を信
頼性及び客観性高く判定ししかも操作性と迅速性
の優れているMTF検査装置を提供することを目
的とする。

以下図面を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。

まず、従来の光学的フーリエ変換法による
MTF測定原理と本発明の実施例におけるMTF検
査原理について説明する。従来の光学的フーリエ
変換法では第２図ａに示すように光源８の前にス
リツト９を置き、被験レンズ４によつて投影され
たスリツト９の像９ａを正弦波チヤート１０で走
査しその時間的明暗を受光器１１によつて捕えて
オツシロスコープ１２で表示し、又は第２図ｂに
示すようにスリツト９と正弦波チヤート１０を入
れ換えて物体側の正弦波チヤート１０を走査して
時間的正弦波を発生させている。なお、MTFを
得るには受光器１１で捕えた正弦波のピーク値と
谷部の値との差をその和で割るという演算を行う
が、本発明の実施例との違いを説明するためには
特に必要でないので、図示してない。一方、第２
図ｃに示すように本発明の実施例は第２図ｂの方
法と同様に光源８の前に正弦波チヤート１０を置
くが、第２図ｂの方法とは異なり正弦波チヤート
１０は固定したまゝであり、被験レンズ４による
正弦波チヤート１０の投影像１０ａを固体走査素
子１３で受光する。固体走査素子１３は自己走査
機能を有している為、静止した空間的正弦波を時
間的正弦波に変換し、オツシロスコープ１２には
第２図ａ，ｂの方法と同様に波形が表示される。

第３図は本発明の一実施例を示すもので、引伸
レンズやマイクロレンズの検査、調整を目的とし
たものである。図中、８は光源であり、ここでは
螢光灯を示してあるが、ハロゲンランプに集光照
明系を組合せたものでもよい。１４は拡散板であ
り全画面における照度分布のムラを取り除く為と
照明光のコヒーレンシイを減少させる目的で挿入
される。１０はチヤート板で第４図に示す様に必
要な物体高又は像高に対応する位置全てに同様な
チヤート素子１０_１，１０_２……が配置されてい
る。このチヤート素子１０_１，１０_２……は全て
動径方向のチヤートを示しているが、第５図に示
す様に同一チヤート板１０に接線方向も同時に配
置できることはもちろんである。又各チヤート素
子１０_１，１０_２……は必要な単一周波数のチヤ
ートであれ、選定された複数の周波数のチヤート
であれ任意であるが、必ず規格化用の比較的幅の
広い透明部と不透明部を有しており、各物体高又
は像高において近似的に零空間周波数のMTFを
１に規格化できるように構成されている。被験レ
ンズ４はレンズホルダー３に取り付けられ、被験
レンズ４自体のピント合わせ機構もしくはレンズ
ホルダー３のピント合わせ機構により上下に移動
されピント合わせが行われる。１５は固体走査素
子１３を一平面上に設置する板であり、本実施例
では９個の固体走査素子１３_１〜１３_９がチヤー
ト板１０のチヤート素子１０_１〜１０_２……の配
列に対応して設置されている。

この様な装置では各像高や方向角につき一度に
全ての情報が得られる為、後はその電気的演算処
理により短時間に被験レンズの良否の判定が可能
になる。

第９図は固体走査素子１３として用いられる光
電変換素子のCCDの内部構成を示し、第１０図
はそのタイミングチヤートである。ここでは1728
個の光電変換部１６が13μｍのピツチに並んでい
て入射した結像光を光電変換し、その光電変換信
号が転送クロツクにより転送ゲート１７，１８を
通つてアナログシフトレジスタ１９，２０に入り
シフトクロツクφ_１，φ_２により出力ゲート２１
を通して時系列に出力される。第３図の装置にお
いては光源８から出た光が拡散板１４で拡散され
て均一光となりチヤート板１０を照明する。チヤ
ート板１０のチヤート素子１０_１，１０_２……を
透過した光は被験レンズ４を介してCCD１３_１
〜１３_９上に白黒のパターンとして結像され、
CCD１３_１〜１３_９から出力信号が時系列に出
力される。この時、CCD１３上に結像されたパ
ターンが基準白レベルL₁、基準黒レベルL₂、必
要空間周波数の白レベルL₃、必要空間周波数の
黒レベルL₄として出力され、この４つの出力信
号を演算して被験レンズ４のMTFを算出する。

第１１図は本実施例の電気部を示す。CCD１
３_１〜１３_９は各チヤート素子１０_１，１０_２…
…からの結像光をそれぞれ光電変換して時系列に
出力するが、アナログマルチプレクサ２２に
CCD１３_１〜１３_９が１つずつ順に選択され
る。その選択されたCCDの出力信号はＡ／Ｄ変
換回路２３でデイジタルに変換され演算回路２４
でMTFの計算が行われる。制御回路２５はアナ
ログマルチプレクサ２２、Ａ／Ｄ変換回路２３、
演算回路２４、デイジタルマルチプレクサ２６を
制御し、表示器２７_１〜２７_９をCCD１３_１〜
１３_９の選択に対応して選択しその表示器に演算
回路２４の演算結果を表示させる。このような動
作がCCD１３_１〜１３_９の出力信号に対して全
て終了した時に測定終了となる。又第１１図には
示してないが、上記演算結果と設定数値より合否
を判定する判定回路を設けて被験レンズの合否を
判定することが可能である。

この様な電気部の構成により被験レンズの測定
個所、言い換えればCCDの数量は必要に応じて
任意に設定することができる。

上記実施例は引伸レンズやマイクロレンズの
MTF検査を行う場合の例であるが、これらのレ
ンズは主として拡大投影で使用されるので、固体
走査素子上に投影されたチヤート素子像の空間周
波数のうち検査として重視すべきものは５本／mm
程度であるから現在実用化されている固体走査素
子の単位素子ピツチ約13μｍからすればチヤート
素子像の縞１本に対して７個以上の単位素子が対
応する。従つてモアレや単位素子のアパーチユア
レスポンス等はほとんど問題にならなくなる。し
かし、厳密を期すならば単位素子のアパーチユア
レスポンスに対応する補正を施せばよい。又フア
クシミリレンズの様に一般に縮小で使用されるレ
ンズについてはいわゆる逆投影と呼ばれる方法、
つまり本来の原稿面に固体走査装置を置き、受光
面に投影すべきチヤートを置く方法をとれば第３
図と同様な装置で固体走査素子自体のMTF劣化
やモアレによる測定誤差をほとんど無視できる様
になる。又複写レンズ等では等倍においても５
本／mm程度以下の空間周波数が主に問題となるの
で、第３図と同様な装置で十分検査ができる。

第６図は写真レンズ等の様にコリメーターレン
ズを使用するレンズ検査装置についての本発明の
実施例を示す。光源８で照明されたチヤート板１
０のチヤート素子像は被験レンズ４を通りコリメ
ーターレンズ２８により固体走査素子１３の上に
投影される。この場合コリメーターレンズは多数
使用することが難しい為、いわゆるＴバー機構等
によりレンズ節点を中心に回転することによつて
必要な像高を設定するのが一般的であるが、この
様な方式においては例えば第７図ａに示す様に必
要な各像高位置にそれぞれ動径方向、接線方向に
近似的に置かれたチヤート素子１０_１，１０_２…
…を有するチヤート板１０を第８図に示す様なＴ
バー機構２９に取り付け節点を中心に回転して必
要な像高を選べばコリメーターレンズ２８の焦点
面の光軸付近に第７図ｂの様に動径方向及び接線
方向を測定できる様に設置された２つの固体走査
素子により同時に２つの方向角に対するMTFを
測定できることになる。又複数個のコリメーター
レンズを使用すれば必要な全像高について被験レ
ンズの性能を一度に判定できることは言うまでも
ない。

以上のように本発明によるMTF検査装置にあ
つてはチヤート素子の像を被験光学素子を介して
固体走査素子上に投影しこの固体走査素子の出力
信号により被験光学素子のMTF検査を行うの
で、高精度な機械的走査が不要となつて安価で小
型化が可能であり、複数のチヤート素子及び複数
の固体走査素子を設けたことにより複数像高の
MTFを一度に測定、検査することができて設定
変更の回数を少くすることができ、かつ機械的走
査を行わずに電子的走査を行うので、信頼性が高
く迅速性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のMTF測定装置の一例を示す斜
視図、第２図ａ〜ｃは従来の光学的フーリエ変換
法によるMTF測定原理と本発明の実施例におけ
るMTF検査原理を説明するための図、第３図は
本発明の一実施例を示す斜視図、第４図及び第５
図はチヤート板の各例を示す平面図、第６図は本
発明の他の実施例を示す平面図、第７図及び第８
図は本発明の他の実施例を説明するための図、第
９図はCCDの内部構成を示すブロツク図、第１
０図は同CCDのタイミングチヤート、第１１図
は前記実施例の電気部を示すブロツク図である。 ４……被験レンズ、８……光源、１０……チヤ
ート板、１０_１〜１０₁₈……チヤート素子、１
３，１３_１〜１３_９……固体走査素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の像高位置にそれぞれチヤート素子が設
   けられるチヤート部材と、このチヤート部材を照
   明する照明手段と、上記チヤート部材の各チヤー
   ト素子の像が被験光学素子を介してそれぞれ投影
   される複数の固体走査素子と、この複数の固定走
   査素子の出力信号により被験光学系のMTFを各
   像高について算出して表示する手段とを備えた
   MTF検査装置。