JPWO2012011406A1 - 絞り位置測定方法、絞り位置測定装置、絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置 - Google Patents

Abstract

光学絞りの中心と光軸とのズレ量を精度よく測定できる絞り位置測定方法及び絞り位置測定装置を開示する。また、レンズユニットに光学絞りを精度よく配設することのできる絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置を開示する。ガラス板に支持されたレンズユニットのレンズに平行光を入射して集光スポットを形成し、その集光スポットの位置を顕微鏡で検出すれば、これを、光学絞りを位置決めする為の基準点として用いることができる。集光スポットの位置と、顕微鏡で求めた光学絞りの中心位置とのズレ量を、中央演算装置で求めることができ、その結果を用いてレンズユニットの検査を有効に行うことができる。これにより、誤差±３μｍ以内で光学絞りの中心位置のズレ量を検出できる。

Description

本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサ或いはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適な絞り位置測定方法、絞り位置測定装置、絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置に関する。

近年、ＣＣＤ型イメージセンサ或いはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置を備えた携帯電話や携帯情報端末が普及しつつある。最近では、これらの撮像装置に使用される固体撮像素子の更なる小型化が進み、ＶＧＡのイメージフォーマット（有効画素数６４０×４８０）のセンサでは、１／１０インチサイズ（画素ピッチ２．２μｍ）や１／１２インチサイズ（画素ピッチ１．７５μｍ）の固体撮像素子が製品化されている。それに伴い、撮像装置に搭載される撮像レンズにも更なる小型化、低コスト化への要求が高まっている。

ところで、このような撮像装置向けのレンズユニットにおいては、不要光の入射を遮るために光学絞りを取り付けている。従来から、予めレンズ光軸と光学絞り中心とがほぼ一致するように設計された取り付け部を鏡枠に設けておき、鏡枠にレンズ及び光学絞りを装着することでレンズ光軸と光学絞り中心とをほぼ一致させることが行われている。かかる従来の位置決め方法でも、ある程度の精度で光軸と光学絞りの中心とを近付けることができるから、固体撮像素子の画素数が比較的少ない従来の撮像装置においては、特に問題にならなかった。

ところが、固体撮像素子の高画質化に伴い、より正確な位置決めが求められるようになると、部品の寸法精度や取付けの精度等に起因する、光学絞りの中心位置と実際の光軸とのズレ量が無視できなくなった。このため、両者のズレ量が大きすぎるものを判別したり、製造条件の調整に反映させたりするために、レンズ光軸と光学絞り中心との偏芯量を測定する必要が新たに生じた。

特開２００５−５５３９７号公報

特許文献１には、絞りに向けて光照射を行い、絞り値ごとに分光特性データを得るようにしたレンズ測定装置が開示されている。しかしながら特許文献１には、上述の観点からレンズ光軸と光学絞り中心との偏芯量を測定すること、或いはズレをなくすように組み付ける方法について何らの記載もない。尚、偏芯量の測定法として、例えば、レンズ外径や鏡枠外径から仮想光軸を算出し実測した光学絞り中心との偏芯量を測定することが考えられるが、レンズの外径と光軸とのズレ、レンズの外径精度、鏡枠部品精度などの要因により、真のレンズ光軸と光学絞り中心との偏芯量に対する誤差が大きくなる（例えば±２０μｍ以上）という問題がある。

そこで本発明は、光学絞りの中心と光軸とのズレ量を精度よく測定できる絞り位置測定方法、絞り位置測定装置を提供することを目的とする。また、レンズユニットに光学絞りを精度よく配設することのできる絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の絞り位置測定方法は、光学絞りと、レンズと、前記光学絞り及び前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットにおける前記光学絞りの位置の測定方法において、
前記レンズユニットのレンズに該レンズの光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成するステップと、
前記集光スポットの位置を検出するステップと、
前記光学絞りの中心位置を検出するステップと、
前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量を求めるステップとを有することを特徴とする。

本発明者は、レンズに光軸に平行な平行光を入射させた場合、光軸上の所定位置（例えばレンズユニットとともに用いられる撮像素子の撮像面）で集光スポットが形成されることを利用して、光学絞りを位置決めする基準となる光軸の位置を精度良く推定できることを見出した。即ち、レンズユニットのレンズに平行光を入射して集光スポットを形成し、その集光スポットの位置を検出すれば、これを、光学絞りを位置決めする為の基準点として用いることができる。これにより、集光スポットの位置と、別途求めた光学絞りの中心位置とのズレ量を求め、その結果を用いてレンズユニットの検査を有効に行うことができるのである。本発明によれば、誤差±３μｍ以内で光学絞りの中心位置のズレ量を検出できる。

請求項２に記載の絞り位置測定方法は、請求項１に記載の絞り位置測定方法において、前記光学絞りの中心位置を検出するステップは、前記光学絞りの内径形状から幾何学的に中心位置を求めることを特徴とする。光学絞りの形状は一般的に円形であるので、その内径形状から幾何学的に比較的容易に精度良く求めることができる。例えば、内径上の任意の２点（但し直径を除く）を結ぶ線分における垂直二等分線を、互いに交差させて２本ひくことで、その交点が円の中心となるから、これを光学的絞りの中心位置とすればよい。但し、求め方はこの方法に限られず、例えば特表２００７−５２４８０５号公報に記載の方法を用いても良い。

請求項３に記載の絞り位置測定装置は、光学絞りと、レンズと、前記光学絞り及び前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットにおける前記光学絞りの位置の測定装置において、
少なくとも一部が光を透過可能な透過部とされ、前記レンズユニットを該透過部に重ねて支持する支持台と、
前記レンズユニットに向けて該レンズユニットのレンズ光軸に平行な平行光を照射する光照射装置と、
前記平行光が前記レンズユニットのレンズを透過したときに形成される集光スポットの位置を検出する第１検出手段と、
前記光学絞りの中心位置を検出する第２検出手段と、
検出された前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量を求める演算手段とを有することを特徴とする。

支持台に支持されたレンズユニットのレンズに平行光を入射して集光スポットを形成し、その集光スポットの位置を前記第１検出手段で検出すれば、これを、光学絞りを位置決めする為の基準点として用いることができる。本発明によれば、集光スポットの位置と、前記第２検出手段で求めた光学絞りの中心位置とのズレ量を、前記演算手段で求めることができ、その結果を用いてレンズユニットの検査を有効に行うことができる。本発明によれば、誤差±３μｍ以内で光学絞りの中心位置のズレ量を検出できる。

請求項４に記載の絞り位置測定装置は、請求項３に記載の絞り位置測定装置において、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に相対的に移動させるＺ方向移動ステージを有することを特徴とする。これにより、前記レンズにより集光される集光スポットにピントを合わせることができる。

請求項５に記載の絞り位置測定装置は、請求項３又は４に記載の絞り位置測定装置において、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させるＸＹ方向移動ステージと、前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出する移動量検出手段とを有することを特徴とする。前記ＸＹ方向移動ステージにより、前記第１検出手段又は前記第２検出手段と前記支持台とを前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させることにより、前記レンズにより集光される集光スポットを捕捉することができ、また前記光学絞りの中心位置を検出することができ、その際に前記移動量検出手段にて前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出することで、前記集光スポットや前記光学絞りの中心位置の座標を検出できる。

請求項６に記載の絞り位置測定装置は、請求項３乃至５のいずれかに記載の絞り位置測定装置において、前記平行光の出射方向に対して、前記光照射装置と前記支持台とを相対的に傾けるチルトステージを有することを特徴とする。これにより、前記光源から出射される平行光を、前記レンズの光軸に沿って入射させることができる。

請求項７に記載の絞り位置測定装置は、請求項６に記載の絞り位置測定装置において、前記平行光と前記支持台との相対的な傾きを検出する傾き検出手段を有することを特徴とする。その検出により、前記光源から出射される平行光を、前記レンズの光軸に沿って入射させることができる。

請求項８に記載の絞り位置測定装置は、請求項３乃至７のいずれかに記載の絞り位置測定装置において、前記第１検出手段と前記支持台との間に減光部材を挿入したことを特徴とする。これにより、平行光としてレーザ光等の高強度の光を用いた場合など、前記減光部材を介して実用レベルまで減光することができる。

請求項９に記載の絞り位置測定装置は、請求項３乃至８のいずれかに記載の絞り位置測定装置において、前記第１検出手段が前記第２検出手段を兼ねていることを特徴とする。例えば顕微鏡を、前記第１検出手段と前記第２検出手段として共通に用いることができる。

請求項１０に記載の絞り位置決め方法は、レンズと、前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットに対して、光学絞りを位置決めする光学絞りの位置決め方法において、
前記レンズユニットのレンズに該レンズの光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成するステップと、
前記レンズユニットに対して、前記光学絞りを仮決めするように保持するステップと、
前記光学絞りの中心位置を検出するステップと、
前記集光スポットの位置に対して、前記光学絞りの中心位置が合致するように、前記光学絞りを変位させるステップと、
前記集光スポットの位置に対して、前記光学絞りの中心位置が合致したら、前記光学絞りを前記レンズユニットに固定するステップと、を有することを特徴とする。

レンズユニットのレンズに光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成し、その集光スポットの位置を検出すれば、これを、光学絞りを位置決めする為の基準点として用いることができる。そこで本発明によれば、集光スポットの位置に、仮決めした光学絞りの中心位置が合致するように、光学絞りを変位させて、その後固定することで、光学絞りの位置が精度良く位置決めされたレンズユニットを得ることができる。本発明によれば、光軸に対し誤差±３μｍ以内で光学絞りを組み付けることができる。

請求項１１に記載の絞り位置決め方法は、請求項１０に記載の絞り位置決め方法において、前記光学絞りの中心位置を検出するステップは、前記光学絞りの内径形状から幾何学的に中心位置を求めることを特徴とする。

請求項１２に記載の絞り位置決め装置は、レンズと、前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットに対して、光学絞りを位置決めする光学絞りの位置決め装置において、
少なくとも一部が光を透過可能な素材からなり、前記レンズユニットを支持する支持台と、
前記レンズユニットに対して、前記光学絞りを仮決めするように保持する保持部材と、
前記レンズユニットに向けて該レンズユニットのレンズ光軸に平行な平行光を照射する光照射装置と、
前記平行光が前記レンズユニットのレンズを透過したときに形成される集光スポットの位置を検出する第１検出手段と、
前記光学絞りの中心位置を検出する第２検出手段と、
検出された前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量が小さくなるように、前記光学絞りと共に前記保持部材を変位させる駆動装置と、を有することを特徴とする。

支持台に支持されたレンズユニットのレンズに光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成し、その集光スポットの位置を前記第１検出手段で検出すれば、これを、光学絞りを位置決めする為の基準点として用いることができる。本発明によれば、検出された集光スポットの位置に、前記第２検出手段で検出された仮決めした光学絞りの中心位置が近づくように、前記駆動装置により光学絞りを変位させ、両者が合致した後固定することで、光学絞りの位置が精度良く位置決めされたレンズユニットを得ることができる。本発明によれば、光軸に対し誤差±３μｍ以内で光学絞りを組み付けることができる。

請求項１３に記載の絞り位置決め装置は、請求項１２に記載の絞り位置決め装置において、前記第１検出手段又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に相対的に移動させるＺ方向移動ステージを有することを特徴とする。これにより、前記レンズにより集光される集光スポットにピントを合わせることができる。

請求項１４に記載の絞り位置決め装置は、請求項１２又は１３に記載の絞り位置決め装置において、前記第１検出手段又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させるＸＹ方向移動ステージと、前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出する移動量検出手段とを有することを特徴とする。前記ＸＹ方向移動ステージにより、前記第１検出手段と前記支持台を前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させることにより、前記レンズにより集光される集光スポットを捕捉することができ、また前記光学絞りの中心位置を検出することができ、その際に前記移動量検出手段にて前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出することで、前記集光スポットや前記光学絞りの中心位置の座標を検出できる。

請求項１５に記載の絞り位置決め装置は、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の絞り位置決め装置において、前記平行光の出射方向に対して、前記光源と前記支持台とを相対的に傾けるチルトステージを有することを特徴とする。これにより、前記光源から出射される平行光を、前記レンズの光軸に沿って入射させることができる。

請求項１６に記載の絞り位置決め装置は、請求項１５に記載の絞り位置決め装置において、前記平行光と前記支持台との相対的な傾きを検出する傾き検出手段を有することを特徴とする。その検出により、前記光源から出射される平行光を、前記レンズの光軸に沿って入射させることができる。

請求項１７に記載の絞り位置決め装置は、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の絞り位置決め装置において、前記第１検出手段と前記支持台との間に減光部材を挿入したことを特徴とする。これにより、平行光としてレーザ光等の高強度の光を用いた場合など、前記減光部材を介して実用レベルまで減光することができる。

請求項１８に記載の絞り位置決め装置は、請求項１２乃至１７のいずれかに記載の絞り位置決め装置において、前記第１検出手段と前記第２検出手段は共通であることを特徴とする。例えば顕微鏡を、前記第１検出手段が前記第２検出手段を兼ねていることができる。

本発明によれば、光学絞りの中心と光軸とのズレ量を精度よく測定できる絞り位置測定方法及び絞り位置測定装置を提供することができ、また、レンズユニットに光学絞りを精度よく配設することのできる絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置を提供することができる。

レンズユニットの断面図である。 本実施の形態にかかる絞り位置測定装置の概略斜視図である。 絞り位置測定装置にて測定されるレンズユニットの断面図である。 絞り位置測定装置の動作を示すフローチャートである。 集光スポットの例を示す図である。 光学絞りの像の例を示す図であり、矢印で直径を示している。 本実施の形態にかかる絞り位置決め装置の概略斜視図である。 絞り位置決め装置にて光学絞りが組み付けられるレンズユニットの断面図であり、治具と共に示している。 絞り位置測定装置の動作を示すフローチャートである。 変形例にかかるレンズユニットの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態で用いるレンズユニットの断面図である。図１において、不図示の固体撮像素子を像側に組み付けることで撮像装置を構成するレンズユニットＬＵは、筐体ＣＳ内に挿入された鏡枠ＭＦ内において、物体側から順に、光学絞りＳ、レンズＬＳ１，レンズＬＳ２，レンズＬＳ３，レンズＬＳ４が固定された構成である。光学絞りＳは、中央に円形開口を有する板部材からなり、図１に示すように光軸方向最も外側にある態様に限らず、色々な位置、例えば図１０に示すように、光学絞りＳを内部（この変形例ではレンズＬＳ２，ＬＳ３の間）に設けることもできる。光学絞りＳが最も外側にある場合は光学絞りＳの位置決めを行いやすいが、光学絞りＳが内側にあるレンズユニットの場合も、光学絞りＳが最も外側にある場合と同様に、後述する本実施の形態によって不良品検査などを行える。ここで、レンズユニットＬＵに対し、物体側からレンズ光軸に平行な平行光を入射すると、所定位置Ｐ（ここでは固体撮像素子を組み合わせたときの固体撮像素子の撮像面に相当する位置）上に集光スポットを形成する。尚、筐体ＣＳの像側及び物体側の端面は、レンズの光軸に対して精度良く直交しているものとする。又、筐体と鏡枠とを一体として、鏡枠と呼ぶこともある。

図２は、本実施の形態にかかる絞り位置測定装置の概略斜視図である。図２において、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。定盤Ｇ上にはオートコリメータＡＣとチルトステージＴＳが設置されている。チルトステージＴＳは、保持したガラス板ＧＬをチルト可能な構成である。支持台であるガラス板ＧＬの透過部上には、被測定対象であるレンズユニットＬＵが、物体側をオートコリメータＡＣ側に向けて載置されている（図３参照）。尚、可視光波長のレーザ光源を含むオートコリメータＡＣは、傾き検出手段を構成し、上方に向けて平行光であるレーザ光Ｌを出射し、その反射像を検出して、モニタＭＮ上に映し出すようになっている。オートコリメータＡＣとガラス板ＧＬとの間に、アパーチャ（測定用絞り）を設けることで、不要光をカットでき、測定精度が向上する場合がある。ガラス板ＧＬの代わりに樹脂板を用いても良い。

レンズユニットＬＵの上方には、減光部材としてのＮＤフィルタＮＤが配置され、その上方には顕微鏡ＭＳが配置されている。ＮＤフィルタＮＤは、レンズユニットＬＵの物体側に設けても良い。顕微鏡ＭＳは、Ｚ方向ステージＺＳによりＺ方向に移動可能となっており、Ｘ方向ステージＸＳによりＸ方向に移動可能となっており、Ｙ方向ステージＹＳによりＹ方向に移動可能となっている。尚、各ステージには、不図示の駆動源と移動量を検出するセンサ（移動量検出手段）が設けられており、Ｚ方向移動量、Ｘ方向移動量、Ｙ方向移動量を検出して、演算手段である中央演算装置ＣＯＮＴに入力するようになっている。

第１検出手段及び第２検出手段を兼ねる顕微鏡ＭＳは、光学系ＯＳと、撮像素子ＣＣＤとを有し、光学系ＯＳを通過した光を撮像素子ＣＣＤで撮像して、モニタＭＴに画像を映し出すようになっている。

図４は、絞り位置測定装置の動作を示すフローチャートである。図４を参照して、絞り位置測定装置の動作を説明する。まず、被測定対象のレンズユニットＬＵは、図３に示すように物体側をガラス板ＧＬ側に向けて載置されるものとする。

ここで、ステップＳ１０１にてオートコリメータＡＣをプリ発光させる。プリ発光光は、被測定対象のレンズユニットＬＵが載置されたガラス板ＧＬで反射されてオートコリメータＡＣに戻る。それをモニタＭＮで観察しながら、ステップＳ１０２でチルト調整を行い、ガラス板ＧＬを水平にする。かかる状態では、レンズユニットＬＵのレンズＬＳ１〜ＬＳ４の光軸は、オートコリメータＡＣのメイン発光光であるレーザ光Ｌと平行になる。

更にステップＳ１０３で、オートコリメータＡＣより出射された平行光であるレーザ光Ｌを、ガラス板ＧＬを通過させ、光学絞りＳを介してレンズユニットＬＵのレンズＬＳ１〜ＬＳ４に入射させる。するとレーザ光Ｌは、上方の所定位置で集光スポットを形成する。かかる集光スポットの像を、ＮＤフィルタＮＤを介して顕微鏡ＭＳで観察する。より具体的には、ステップＳ１０４で、顕微鏡ＭＳをＺ方向に移動させて、集光スポットの直径が２０μｍ以下になるように調整する。なお、集光スポットが小さいほどスポット真円度が小さくなり、測定精度が上がり好ましい。実験結果では、スポット真円度は直径に対して３％以下レベルであった（集光スポット２０μｍに対し、０．６μｍ以下の真円度）。

このとき、集光スポットの像は、顕微鏡ＭＳの光学系ＯＳを通過して撮像素子ＣＣＤの受光面に結像するので、その画像をモニタＭＴに表示する（図５参照）。更に、ステップＳ１０５で、顕微鏡ＭＳをＸ方向及びＹ方向に移動させ、集光スポットの像が、モニタＭＴの基準位置（例えば中心）に合致するようにする。そしてステップＳ１０６で、中央演算装置ＣＯＮＴが、顕微鏡ＭＳの移動量から集光スポットのＸＹ座標を求める。

次いで、オートコリメータＡＣよりレーザ光Ｌの出射を中止し、ステップＳ１０７で、顕微鏡ＭＳをＺ方向に下降させて、光学絞りＳにピントが合う位置になるように調整する。このとき、照明光や室内光により照明された光学絞りＳの像は、顕微鏡ＭＳの光学系ＯＳを通過して撮像素子ＣＣＤの受光面に結像するので、その画像をモニタＭＴに表示する（図６参照）。光学絞りＳの像の内径より、その中心位置がわかるので、ステップＳ１０８で、顕微鏡ＭＳをＸ方向及びＹ方向に移動させ、光学絞りＳの像の中心が、モニタＭＴの基準位置（例えば中心）に合致するようにする。そしてステップＳ１０９で、中央演算装置ＣＯＮＴが、顕微鏡ＭＳの移動量から光学絞りＳの中心のＸＹ座標を求める。

更に、ステップＳ１１０で、中央演算装置ＣＯＮＴは、求めた集光スポットのＸＹ座標と、光学絞りＳの中心のＸＹ座標とから、そのズレ量を演算する。以上で、絞り位置測定装置の動作が終了する。

図７は、本実施の形態にかかる絞り位置決め装置の概略斜視図である。絞り位置決め装置は、レンズユニットＬＵの製造装置の一部を構成する。図７において、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。フレームＦＲに、傾き検出手段であるオートコリメータＡＣとチルトステージＴＳが設置されている。チルトステージＴＳは、オートコリメータＡＣをフレームＦＲに対してチルト可能な構成である。フレームＦＲに固定されたガラス板ＧＬ上には、被測定対象であるレンズユニットＬＵ（光学絞りＳは固定されていない）が、物体側をオートコリメータＡＣ側に向けて載置されている（図８参照）。尚、オートコリメータＡＣは、下方に向けて平行光であるレーザ光Ｌを出射し、その反射像を検出して、モニタＭＮ上に映し出すようになっている。オートコリメータＡＣとガラス板ＧＬとの間に、アパーチャ（測定用絞り）を設けることで、不要光をカットでき、測定精度が向上する場合がある。

オートコリメータＡＣとレンズユニットＬＵの間には、減光部材としてのＮＤフィルタＮＤが配置され、ガラス板ＧＬの下方には顕微鏡ＭＳが配置されている。ガラス板ＧＬをＮＤフィルタＮＤとしても良い。顕微鏡ＭＳは、Ｚ方向ステージＺＳによりＺ方向に移動可能となっており、Ｘ方向ステージＸＳによりＸ方向に移動可能となっており、Ｙ方向ステージＹＳによりＹ方向に移動可能となっている。尚、各ステージには、不図示の駆動源と移動量を検出するセンサ（移動量検出手段）が設けられており、Ｚ方向移動量、Ｘ方向移動量、Ｙ方向移動量を検出して、中央演算装置ＣＯＮＴに入力するようになっている。

顕微鏡ＭＳは、光学系ＯＳと、撮像素子ＣＣＤとを有し、光学系ＯＳを通過した光を撮像素子ＣＣＤで撮像して、モニタＭＴに画像を映し出すようになっている。

ここで、レンズユニットＬＵにおいては、図８に示すように、レンズＬＳ１〜ＬＳ４は鏡枠ＭＦに固定されているが、光学絞りＳは、鏡枠ＭＦに固定されておらず、治具ＪＧにより保持された状態にあるものとする。これを仮決め保持という。保持部材である治具ＪＧは、光学絞りＳに入射するレーザ光Ｌを阻害しないような寸法の開口ＪＧ１を含み、例えば真空吸着または静電吸着などにより光学絞りＳを下面に保持可能となっている。又、図７に示すように、治具ＪＧは、駆動装置ＤＲによりＸ方向及びＹ方向に移動可能となっている。

図９は、絞り位置決め装置の動作を示すフローチャートである。図９を参照して、絞り位置測定装置の動作を説明する。ステップＳ２０１にてオートコリメータＡＣをプリ発光させる。プリ発光光は、被測定対象のレンズユニットＬＵが載置されたガラス板ＧＬ（又はレンズＬＳ４の光軸に直交するフランジ等でも良い）で反射されてオートコリメータＡＣに戻る。それをモニタＭＮで観察しながら、ステップＳ２０２でチルト調整を行い、ガラス板ＧＬに対しオートコリメータＡＣをガラス板ＧＬに正対させる。かかる状態では、レンズユニットＬＵのレンズＬＳ１〜ＬＳ４の光軸は、オートコリメータＡＣのメイン発光光であるレーザ光Ｌと同軸になる。尚、この動作は、複数のレンズユニットＬＵに光学絞りＳを組み付ける場合、最初に行えば足りる。

更にステップＳ２０３で、オートコリメータＡＣより平行光であるレーザ光Ｌを出射して、ＮＤフィルタＮＤと、治具ＪＧで保持した光学絞りＳを介してレンズユニットＬＵのレンズＬＳ１〜ＬＳ４に入射させる。するとレーザ光Ｌは、ガラス板ＧＬ上で集光スポットを形成する。かかる集光スポットの像を、ガラス板ＧＬの下方の顕微鏡ＭＳで観察する。より具体的には、ステップＳ２０４で、顕微鏡ＭＳをＺ方向に移動させて、光学系ＯＳの焦点位置がガラス板ＧＬの集光スポットにピントが合う位置になるように調整する。

このとき、集光スポットの像は、顕微鏡ＭＳの光学系ＯＳを通過して撮像素子ＣＣＤの受光面に結像するので、その画像をモニタＭＴに表示する（図５参照）。更に、ステップＳ１０５で、顕微鏡ＭＳをＸ方向及びＹ方向に移動させ、集光スポットの像が、モニタＭＴの基準位置（例えば中心）に合致するようにする。そしてステップＳ２０６で、中央演算装置ＣＯＮＴが、この位置を光軸位置として決定する。

次いで、オートコリメータＡＣよりレーザ光Ｌの出射を中止し、ステップＳ２０７で、顕微鏡ＭＳをＺ方向に上昇させて、光学絞りＳにピントが合う位置になるように調整する。このとき、照明光や室内光により照明された光学絞りＳの像は、顕微鏡ＭＳの光学系ＯＳを通過して撮像素子ＣＣＤの受光面に結像するので、その画像をモニタＭＴに表示する（図６参照）。光学絞りＳの像の内径より、その中心位置がわかるので、ステップＳ２０８で、中央演算装置ＣＯＮＴが光学絞りＳの像の中心を求め、ステップＳ２０９で、モニタＭＴの基準位置（即ち光軸）に対してずれているか否かを判断する。

光学絞りＳの像の中心がモニタＭＴの基準位置からずれていると、中央演算装置ＣＯＮＴが判断すれば、ステップＳ２１０で治具ＪＧと共に光学絞りＳをＸ方向又はＹ方向に移動させ、サイドステップＳ２０８で光学絞りＳの像の中心を求め、ステップＳ２０９で、モニタＭＴの基準位置（即ち光軸）に対してずれているか否かを判断する。これを両者が合致するまで繰り返す。

一方、光学絞りＳの像の中心がモニタＭＴの基準位置に一致したと、中央演算装置ＣＯＮＴが判断すれば、ステップＳ２１１で、治具ＪＧの隙間から不図示のＵＶ系接着剤を吐出して光学絞りＳを、鏡枠ＭＦに固着する。その後、ステップＳ２１２で、治具ＪＧが光学絞りＳを開放する。以上で、絞り位置決め装置の動作が終了する。

以下、本発明者が行った実施例を説明する。本発明者は、光学絞りＳを組み付けたレンズユニットＡ、Ｂを用意し、各レンズユニットに対して、ＸＹステージを有する顕微鏡にて予め光学絞りＳの中心位置を測定しておき、顕微鏡でスポット結像位置を測定し、光学絞り中心位置からのずれを算出した値を、測定結果１（実施例）とし、レンズ鏡枠外径から算出した仮想光軸位置と光学絞り中心位置からのずれを算出した値を、測定結果２（比較例）とし、レンズユニットを形成する像側のレンズの光学面中心（レンズ光軸上）に金型転写マークを付け、物理的に特定した光軸の位置を顕微鏡で測定し、光学絞り中心位置からのずれを算出した値を、測定結果３とした。ズレ量は、スカラー量√（ｘ²＋ｙ²）で比較する。尚、図１を参照してＸＡが光学絞りの中心であり、ＸＢが鏡枠外径から算出した仮想光軸であるが、理解しやすいようにずらせている。ここでは、真の光軸位置が不明であるので、測定結果３のズレ量を仮に真の値（リファランス）とし、測定結果１，２と比較した。測定結果１〜３を表１に示す。

表１によれば、レンズユニットＡでは、リファランスである測定結果３に対し、比較例である測定結果２では、１４．９μｍの誤差が生じるが、実施例である測定結果１では、２．３μｍの誤差に収まった。一方、レンズユニットＢでは、リファランスである測定結果３に対し、比較例である測定結果２では、２０．７μｍの誤差が生じるが、実施例である測定結果１では、２．４μｍの誤差に収まった。これにより本発明の効果が確認された。

なお、本発明は、本明細書に記載の実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、他の実施の形態や変形例を含むことは、本明細書に記載された実施の形態や技術的思想から本分野の当業者にとって明らかである。

本発明の絞り位置測定方法及び絞り位置測定装置によれば、光学絞りの中心と光軸とのズレ量を精度よく測定することができる。また、本発明の絞り位置決め方法及び絞り位置決め装置レンズユニットによれば、光学絞りを精度よく配設することができる。このため、例えば、固体撮像素子を用いた精度のよい撮像装置を実現できる。

ＡＣ オートコリメータ
ＣＣＤ 撮像素子
ＣＯＮＴ 中央演算装置
ＣＳ 筐体
ＤＲ 駆動装置
ＦＲ フレーム
Ｇ 定盤
ＧＬ ガラス板
ＪＧ 治具
ＪＧ１ 開口
Ｌ レーザ光
ＬＳ１〜ＬＳ４ レンズ
ＬＵ レンズユニット
ＭＦ 鏡枠
ＭＮ モニタ
ＭＳ 顕微鏡
ＭＴ モニタ
ＮＤ ＮＤフィルタ
ＯＳ 光学系
Ｐ 所定位置
Ｓ 光学絞り
ＴＳ チルトステージ
ＸＳ Ｘ方向ステージ
ＹＳ Ｙ方向ステージ
ＺＳ Ｚ方向ステージ

Claims (18)

1. 光学絞りと、レンズと、前記光学絞り及び前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットにおける前記光学絞りの位置の測定方法において、
   前記レンズユニットのレンズに該レンズの光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成するステップと、
   前記集光スポットの位置を検出するステップと、
   前記光学絞りの中心位置を検出するステップと、
   前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量を求めるステップとを有することを特徴とする絞り位置測定方法。
2. 前記光学絞りの中心位置を検出するステップは、前記光学絞りの内径形状から幾何学的に中心位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の絞り位置測定方法。
3. 光学絞りと、レンズと、前記光学絞り及び前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットにおける前記光学絞りの位置の測定装置において、
   少なくとも一部が光を透過可能な透過部とされ、前記レンズユニットを該透過部に重ねて支持する支持台と、
   前記レンズユニットに向けて該レンズユニットのレンズ光軸に平行な平行光を照射する光照射装置と、
   前記平行光が前記レンズユニットのレンズを透過したときに形成される集光スポットの位置を検出する第１検出手段と、
   前記光学絞りの中心位置を検出する第２検出手段と、
   検出された前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量を求める演算手段と、を有することを特徴とする絞り位置測定装置。
4. 前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に相対的に移動させるＺ方向移動ステージを有することを特徴とする請求項３に記載の絞り位置測定装置。
5. 前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させるＸＹ方向移動ステージと、前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出する移動量検出手段とを有することを特徴とする請求項３又は４に記載の絞り位置測定装置。
6. 前記平行光の出射方向に対して、前記光照射装置と前記支持台とを相対的に傾けるチルトステージを有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の絞り位置測定装置。
7. 前記平行光と前記支持台との相対的な傾きを検出する傾き検出手段を有することを特徴とする請求項６に記載の絞り位置測定装置。
8. 前記第１検出手段と前記支持台との間に減光部材を挿入したことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の絞り位置測定装置。
9. 前記第１検出手段が前記第２検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の絞り位置測定装置。
10. レンズと、前記レンズを保持する鏡枠と、を有するレンズユニットに対して、光学絞りを位置決めする光学絞りの位置決め方法において、
    前記レンズユニットのレンズに該レンズの光軸に平行な平行光を入射して集光スポットを形成するステップと、
    前記レンズユニットに対して、前記光学絞りを仮決めするように保持するステップと、
    前記光学絞りの中心位置を検出するステップと、
    前記集光スポットの位置に対して、前記光学絞りの中心位置が合致するように、前記光学絞りを変位させるステップと、
    前記集光スポットの位置に対して、前記光学絞りの中心位置が合致したら、前記光学絞りを前記レンズユニットに固定するステップと、を有することを特徴とする絞り位置決め方法。
11. 前記光学絞りの中心位置を検出するステップは、前記光学絞りの内径形状から幾何学的に中心位置を求めることを特徴とする請求項１０に記載の絞り位置決め方法。
12. レンズと、前記レンズを保持する鏡枠とを有するレンズユニットに対して、光学絞りを位置決めする光学絞りの位置決め装置において、
    少なくとも一部が光を透過可能な素材からなり、前記レンズユニットを支持する支持台と、
    前記レンズユニットに対して、前記光学絞りを仮決めするように保持する保持部材と、
    前記レンズユニットに向けて該レンズユニットのレンズ光軸に平行な平行光を照射する光照射装置と、
    前記平行光が前記レンズユニットのレンズを透過したときに形成される集光スポットの位置を検出する第１検出手段と、
    前記光学絞りの中心位置を検出する第２検出手段と、
    検出された前記集光スポットの位置と前記光学絞りの中心位置とのズレ量が小さくなるように、前記光学絞りと共に前記保持部材を変位させる駆動装置と、を有することを特徴とする絞り位置決め装置。
13. 前記第１検出手段又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に相対的に移動させるＺ方向移動ステージを有することを特徴とする請求項１２に記載の絞り位置決め装置。
14. 前記第１検出手段又は前記第２検出手段と前記支持台とを、前記平行光の出射方向に直交する方向に相対的に移動させるＸＹ方向移動ステージと、前記ＸＹ方向移動ステージの移動量を検出する移動量検出手段とを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の絞り位置決め装置。
15. 前記平行光の出射方向に対して、前記光源と前記支持台とを相対的に傾けるチルトステージを有することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の絞り位置決め装置。
16. 前記平行光と前記支持台との相対的な傾きを検出する傾き検出手段を有することを特徴とする請求項１５に記載の絞り位置決め装置。
17. 前記第１検出手段と前記支持台との間に減光部材を挿入したことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の絞り位置決め装置。
18. 前記第１検出手段が前記第２検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の絞り位置決め装置。

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