JPS6357726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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）を測定するMTF測定装置に関する。

〔従来の技術〕 レンズ等の光学素子の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）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な
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
はずれの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、レンズの特性判定への
MTF測定の重要性が呼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。この例は複写レンズ、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１
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
は被検レンズホルダーであり、被検レンズ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を測定したリレ
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。従つて被検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）を接線方向（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。

そこで電荷結像素子いわゆるCCDやフオトダ
イオードアレイ等で代表される固体走査素子を用
いた、操作性と迅速性に優れているMTF測定装
置が考えられている。このMTF測定装置ではチ
ヤートの像を被検光学素子を介して固体走査素子
で受光し、この固体走査素子の出力信号における
上記チヤートの必要空間周波数の透明部と不透明
部に対応した極大値ａと極小値ｂ、基準の（チヤ
ートの零に近い空間周波数の）最大値Ａと最小値
Ｂから例えば MTF＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）／（Ａ−Ｂ）／
（Ａ＋Ｂ）×100（％） なる演算で被検光学素子のMTFを算出する。

従来の光学的フーリエ変換法によるMTF測定
装置では第２図ａに示すように光源８の前にスリ
ツト９を置き、被検レンズ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。
また第２図ｃに示すように固体走査素子を用いる
MTF測定装置は第２図ｂの装置と同様に光源８
の前に正弦波チヤート１０を置くが、第２図ｂの
装置とは異なり正弦波チヤート１０は固定したま
まであり、被検レンズ４による正弦波チヤート１
０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お
り、静止した空間的正弦波１０ｂを時間的正弦波
に変換し、オツシロスコープ１２は第２図ａ，ｂ
の装置と同様に波形を表示する。

〔発明が解決しようとする課題〕

固定走査素子を用いたMTF測定装置では固体
走査素子１３に投影されるチヤート像の空間周波
数が或る程度高くなると、元のチヤートが白黒の
矩形波状パターンであつても固体走査素子１３か
らの時系列的信号の包絡線が正弦波状になり極大
値ａと極小値ｂとの明確な区別がしにくくなつて
MTF計算を正確に行うことが困難となる。

本発明は固体走査素子の出力信号の極大値及び
極小値を明確に検出してMTF計算を正確に行う
ことができるMTF測定装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は投影用チヤートと、このチヤートを照
明する照明手段と、被検素子により投影された上
記チヤートの像と光電変換する多数のフオトエレ
メントを有しこれらのフオトエレメントの出力信
号を時系列で出力する固体走査素子とを備え、こ
の固体走査素子の出力信号の極大値と極小値を求
めて被検素子のMTFを算出するMTF測定装置に
おいて、上記固体走査素子の出力信号を所定のレ
ベルと比較して白側の複数の連続したフオトエレ
メントの出力信号を含む白レベル領域と、黒側の
複数の連続したフオトエレメントの出力信号を含
む黒レベル領域に区分する第１の手段と、この第
１の手段で区分された白レベル領域におけるフオ
トエレメント出力信号の極大値と黒レベル領域に
おけるフオトエレメント出力信号の極小値を前記
極大値と前記極小値とし、これらの値に基づいて
MTFを算出する第２の手段とを備えたものであ
る。

〔作用〕

チヤートが照明手段により照明されて被検素子
によりチヤートの像が固体走査素子に投影され、
固体走査素子がそのチヤートの像を多数のフオト
エレメントで光電変換して時系列で出力する。第
１の手段は上記固体走査素子の出力信号を所定の
レベルと比較して白側の複数の連続したフオトエ
レメントの出力信号を含む白レベル領域と、黒側
の複数の連続したフオトエレメントの出力信号を
含む黒レベル領域に区分する。そして、第２の手
段は第１の手段で区分された白レベル領域におけ
るフオトエレメント出力信の極大値と黒レベル領
域におけるフオトエレメント出力信号の極小値を
前記極大値と前記極小値とし、これらの値に基づ
いてMTFを算出する。

〔実施例〕

第３図は本発明の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、全画面における照明分布のむらを取り除く為
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１０₁，１０₂……が配置されて
いる。このチヤート素子１０₁，１０₂……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１０₁，１０₂……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。被検レン
ズ４はレンズホルダー３に取り付けられ、被検レ
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、この例では
９個の固体走査素子１３₁〜１３₉がチヤート板１
０のチヤート素子１０₁，１０₂……の配列に対応
して設置されている。

この実施例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
により短時間に被検レンズの良否の判定が可能に
なる。

第６図は固体走査素子１３として用いられる光
電変換素子CCD内部構成を示し、第７図はその
タイミングチヤートである。ここでは1728個のフ
オトエレメントからなる光電変換部１６が13μｍ
のピツチで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φ₁，φ₂によ
り出力ゲート２１を通して時系列に出力される。
この実施例においては光源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
_１，１０₂……を透過した光は被検レンズ４を介し
てCCD１３₁〜１３₉上に白黒のパターンとして結
像され、CCD１３₁〜１３₉から出力信号が時系列
に出力される。この時CCD１３の出力信号から
基準の（チヤートの零に近い空間周波数の透明部
と不透明部に対応した）最大値Ａと最小値Ｂ、チ
ヤートの必要空間周波数の透明部と不透明部に対
応した極大値ａ、極小値ｂを求めてこれらより前
述と同様な演算で被検レンズ４のMTFを算出す
る。

第８図はこの実施例の電気回路を示す。CCD
１３₁〜１３₉は各チヤート素子１０₁，１０₂……
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でCCD
１３₁〜１３₉が１つづつ順に選択される。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で上記
Ａ，Ｂ，ａ，ｂが求められて前述と同様な演算に
より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２
３、演算回路２４、デイジタルマルチプレクサ２
６を制御し、表示器２７₁〜２７₉をCCD１３₁〜
１３₉の選択に対応して選択してその表示器に演
算回路２４の演算結果を表示させる。このような
動作がCCD１３₁〜１３₉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８図には示し
ていないが、上記演算結果と設定数値より被検レ
ンズの合否を判定する判定回路を設けて被検レン
ズの合否を判定することが可能である。

第９図は第４図のチヤート板１０を使用した場
合におけるCCD１３からの出力信号である。こ
のようにチヤート素子に対応した電圧波形が
CCD１３から時系列的に出力されるが、第９図
においてL₁はチヤートの零に近い空間周波数の
透明部に対応した最大値のフオトエレメント出力
信号のみを有する白レベル領域、L₂はチヤート
の零に近い空間周波数の不透明部に対応した最小
値のフオトエレメント出力信号のみを有する黒レ
ベル領域、L₃はチヤートの必要空間周波数の透
明部に対応した白側の複数の連続したフオトエレ
メント出力信号を有する白レベル領域、L₄はチ
ヤートの必要空間周波数の不透明部に対応した黒
側の複数の連続したフオトエレメント出力信号を
有する黒レベル領域であり、第１０図に必要チヤ
ート部（チヤートの必要空間周波数の部分）の白
レベル領域L₃及び黒レベル領域L₄の拡大図を示
す。必要チヤート部の空間周波数が或る程度高く
なると、元のチヤートが白黒の矩形波状のパター
ンであつてもCCD１３の出力信号の包絡線は正
弦波状になる。従つて必要チヤート部の白レベル
と黒レベルは明確な区別がしにくくなる。そこ
で、この実施例では通常の方法でスレツシユホー
ルドレベルVthを定めてCCD１３の出力信号をス
レツシユホールドレベルVthに対する大小関係で
チヤートの必要空間周波数の透明部に対応した白
側の複数の連続したフオトエレメント出力信号を
有する白レベル領域L₃とチヤートの必要空間周
波数の不透明部に対応した黒側の複数の連続した
フオトエレメント出力信号を有する黒レベル領域
L₄に区分する。更にこの実施例においてはMTF
算出用の出力値ａ，ｂとしてそれぞれの領域L₃，
L₄の極大値及び極小値を用いる点に特徴がある。
従つてこの実施例によればチヤートの空間周波数
による制約を受けずにMTF計算用のデータサン
プリングができることになる。

この実施例では上記演算回路２４はCCD１３
からの時系列的信号をスレツシユホールドレベル
Vthで必要チヤート部の白レベル領域L₃と黒レベ
ル領域L₄に区別するが、第１１図に示すように
Ａ／Ｄコンバータ２８でデイジタル化して入出力
ポート２９を介してランダムアクセスメモリ３０
に記憶する。マイクロ中央処理装置３１がこのメ
モリ３０に記憶された値をデイジタル計算して白
レベル領域L₃の極大値及び黒レベル領域L₄の極
小値を上記データーａ，ｂとして求める。ここで
は第１０図におけるデーターa₆，b₇が上記データ
ーａ，ｂとなる。なお、極大値及び極小値の検出
はサンプリングホールド回路、コンパレーターを
使用してアナログ信号のままで行なうことも可能
である。MTFの計算は一般に MTF＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）／（Ａ−Ｂ）
／（Ａ＋Ｂ）×100（％） で求められ、マイクロ中央処理装置３１により実
行される。ここで、ａ，ｂは必要チヤート部に対
応した極大値及び極小値であり、Ａ，ＢはＯ空間
周波数に近い透明部と不透明部に対応した白レベ
ル及び黒レベルである。このＡ，Ｂは演算回路２
４においてCCD１３の出力信号から得られて
Ａ／Ｄコンバータ２８、入出力ポート２９を介し
てメモリ３０に記憶され、上記MTF計算に用い
られる。CCDの感度むら及び異常感度等でMTF
の計算精度の低下が考えられるが、それぞれＡ，
Ｂ，ａ，ｂを複数ビツト検出して各平均値を求め
それを前記の式に代入してMTFを計算すれば計
算精度が向上する。なお、CCDの異常感度のフ
オトエレメントによる信号を含んだまま上記平均
値を求めると精度の低下はまぬがれないが、それ
を避けるためには複数の白レベル領域L₃から得
られた複数の極大値信号のうちの最大のものを捨
てて残りを平均化すればよい。黒レベル領域L₄
に対しても同様に複数個の極小値信号のうちの最
小のものを捨てて残りを平均化すればよい。この
ようにすることによつてMTF計算に用いる信号
の中に異常感度のフオトエレメントによる信号が
含まれる確率はほとんど零になる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば投影用チヤート
と、このチヤートを照明する照明手段と、被検素
子により投影された上記チヤートの像を光電変換
する多数のフオトエレメントを有しこれらのフオ
トエレメントの出力信号を時系列で出力する固体
走査素子とを備え、この固体走査素子の出力信号
の極大値と極小値を求めて被検素子のMTFを算
出するMTF測定装置において、上記固体走査素
子の出力信号を所定のレベルと比較して白側の複
数の連続したフオトエレメントの出力信号を含む
白レベル領域と、黒側の複数の連続したフオトエ
レメントの出力信号を含む黒レベル領域に区分す
る第１の手段と、この第１の手段で区分された白
レベル領域におけるフオトエレメント出力信号の
極大値と黒レベル領域におけるフオトエレメント
出力信号の極小値を前記極大値と極小値とし、こ
れらの値に基づいてMTFを算出する第２の手段
とを備えたので、固体走査素子の出力信号の極大
値及び極小値を明確に検出してMTF計算を正確
に行うことができる。

【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図はMTF測定原理を説明するための
図、第３図は本発明の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CCDの内部構成を示すブロツク図、第
７図はCCDの動作を示すタイミングチヤート、
第８図は上記実施例の電気回路を示すブロツク
図、第９図は同電気回路におけるCCDの出力信
号を示す波形図、第１０図は第９図の一部拡大
図、第１１図は上記電気回路の一部を示すブロツ
ク図である。 L₃……必要チヤート部の白レベル領域、L₄…
…必要チヤート部の黒レベル領域、２８……Ａ／
Ｄコンバーター、２９……入出力ポート、３０…
…ランダムアクセスメモリ、３１……マイクロ中
央処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 投影用チヤートと、このチヤートを照明する
   照明手段と、被検素子により投影された上記チヤ
   ートの像を光電変換する多数のフオトエレメント
   を有しこれらのフオトエレメントの出力信号を時
   系列で出力する固体走査素子とを備え、この固体
   走査素子の出力信号の極大値と極小値を求めて被
   検素子のMTFを算出するMTF測定装置におい
   て、上記固体走査素子の出力信号を所定のレベル
   と比較して白側の複数の連続したフオトエレメン
   トの出力信号を含む白レベル領域と、黒側の複数
   の連続したフオトエレメントの出力信号を含む黒
   レベル領域に区分する第１の手段と、この第１の
   手段で区分された白レベル領域におけるフオトエ
   レメント出力信号の極大値と黒レベル領域におけ
   るフオトエレメント出力信号の極小値を前記極大
   値と前記極小値とし、これらの値に基づいて
   MTFを算出する第２の手段とを備えたことを特
   徴とするMTF測定装置。