JPWO2017154945A1 - 光学検査装置、レンズ、および光学検査方法 - Google Patents

光学検査装置、レンズ、および光学検査方法 Download PDF

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Abstract

光学検査装置（１００）は、ＬＥＤ（１０１）と、チャート（１０２）と、コリメータ（１０３）と、ミラー（１１１）とを備える。ＬＥＤ（１０１）は、チャート（１０２）に光を照射することによって、光をコリメータ（１０３）に対して軸上光線として照射する。これにより、チャート（１０２）の模様は、コリメータ（１０３）および被検光学系（１２０）を介して、画像センサ（１３０）の中心部に投影される。ミラー（１１１）は、その軸上光線のうち、コリメータ（１０３）を介してミラー（１１１）に照射される光を、反射する。これにより、ミラー（１１１）は、被検光学系（１２０）を介して画像センサ（１３０）の周辺部にチャート（１０２）の模様を投影する。

Description

本開示は、少なくとも１つのレンズを含む光学系の光学性能を検査する光学検査装置、その光学検査装置による検査を行って製造されたレンズ、および光学検査方法に関する。
従来、被検レンズの光学性能を検査する光学検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、光学検査装置である測定装置は、被検レンズの光軸上に配設されるチャートをミラーで反射し、この反射されたチャートを被検レンズで撮影することによって測定する。そして、測定装置は、その測定結果に基づいて、被検レンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）などを光学性能として演算する。
特開２００４−１８４１１８号公報
しかしながら、上記特許文献１の光学検査装置では、そのチャートを被検レンズで撮影するときの撮影距離が制限されるという問題がある。
そこで、本開示は、撮影距離の制限を抑えることができる光学検査装置を提供する。
本開示の一態様に係る光学検査装置は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査装置である。光学検査装置は、発光体と、チャートと、コリメートレンズと、ミラーとを備える。チャートには、発光体によって投影される模様が描かれている。コリメートレンズは、チャートと被検光学系との間に配設されている。ミラーは、コリメートレンズと被検光学系との間に配設されている。発光体は、チャートに光を照射することによって、光をコリメートレンズに対して軸上光線として照射する。チャートの模様は、コリメートレンズおよび被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影される。ミラーは、軸上光線のうち、コリメートレンズを介してミラーに照射される光を、反射する。これにより、被検光学系を介して画像センサの周辺部に投影する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の光学検査装置は、撮影距離の制限を抑えることができる。
図１は、実施の形態における光学検査装置の全体構成を示す図である。 図２Ａは、実施の形態における反射部の上面図である。 図２Ｂは、実施の形態における反射部の断面斜視図である。 図３は、実施の形態におけるミラーの傾斜角を示す図である。 図４は、実施の形態におけるチャートを示す図である。 図５は、実施の形態における撮影画像を示す図である。 図６は、実施の形態における撮影画像のうちの部分画像を示す図である。 図７は、実施の形態における制御装置によるＭＴＦの解析を説明するための図である。 図８は、実施の形態におけるフォーカス位置とＭＴＦの値との間の関係を示す図である。 図９Ａは、実施の形態における光学検査装置による検査方法を示すフローチャートである。 図９Ｂは、図９ＡのステップＳ１３０におけるＭＴＦの値の算出処理を詳細に示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態の変形例に係る光学検査装置の全体構成を示す図である。
（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した上記特許文献１に関し、以下の問題が生じることを見出した。
特許文献１の光学検査装置（測定装置）では、被検レンズの光軸上にあるチャートそのものを被検レンズでＣＣＤセンサに投影する。さらに、この光学検査装置では、そのチャートをミラーで反射して、反射されたチャートを被検レンズでＣＣＤセンサに投影する。このような光学検査装置では、ミラーによる反射を用いるため、被検レンズの光軸外のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）あるいはＰＴＦ（Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を検査することができる。つまり、広角の被検レンズを小さい装置で検査することができる。しかしながら、被検レンズの検査に必要とされる光の入射角に応じた撮影距離を設定しなければならない。つまり、撮影距離が制限されるという問題がある。
本開示の一態様に係る光学検査装置は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査装置である。本開示の一態様に係る光学検査装置は、発光体と、チャートと、コリメートレンズと、ミラーとを備える。チャートは、発光体によって投影される模様が描かれている。コリメートレンズは、チャートと被検光学系との間に配設されている。ミラーは、コリメートレンズと被検光学系との間に配設されている。発光体は、チャートに光を照射することによって、光をコリメートレンズに対して軸上光線として照射する。これにより、チャートの模様は、コリメートレンズおよび被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影される。ミラーは、軸上光線のうち、コリメートレンズを介してミラーに照射される光を、反射する。これにより、ミラーは、被検光学系を介して画像センサの周辺部にチャートの模様を投影する。
ミラーによって反射された光は、被検光学系の光軸に対して傾斜した方向からその被検光学系に入射する。これにより、チャートの模様が虚像として画像センサの周辺部に投影される。ミラーによって反射されない光は、被検光学系の光軸に沿ってその被検光学系に入射するこれにより、チャートの模様が画像センサの中心部に投影される。すなわち、画像センサの周辺部と中心部に同時にチャートの模様を投影できる。したがって、大きいチャートに広く描かれた模様を、広角の被検光学系を介して画像センサに一度に投影することと同様のことを、大きいチャートを用いることなく小さいチャートを用いて行うことができる。これにより、広角の被検光学系を検査する場合でも、光学検査装置を小型化することができる。さらに、大きいチャートを用いる場合には、被検光学系の種類ごとに、そのチャートに描かれる模様の範囲を変更して、被検光学系に対する光の入射角を調整する必要がある。つまり、被検光学系の種類ごとに、チャートを入れ替える必要がある。しかし、本開示の一態様に係る光学検査装置では、ミラーの角度によってその入射角を調整することができるため、各種類の被検光学系に対してチャートを統一化することができる。その結果、チャートの入れ替えの手間を省くことができる。
さらに、本開示の一態様に係る光学検査装置では、コリメートレンズから出射された光、つまり平行光がミラーに反射されて被検光学系に照射される。したがって、チャートとコリメートレンズまたはミラーとの間の距離に関わらず、ミラーによって反射される光の向きを一定に保つことができる。その結果、チャートと画像センサとの間の撮影距離の制限を受けることなく、例えば、撮影距離が無限であっても被検光学系の検査を行うことができる。つまり、撮影距離の制限を抑えることができる。
また、本開示の一態様に係る光学検査装置では、周辺光線ではなく、コリメートレンズの中心軸（つまり光軸）に沿った光である軸上光線がコリメートレンズに照射される。これにより、コリメートレンズの中心に光が照射されてその周辺には光は照射されないようにできる。これにより、コリメートレンズの歪曲の影響を受けることなく、被検光学系を検査することができる。これにより、被検光学系の検査精度を向上することができる。
例えば、光学検査装置は、複数のミラーを備え、複数のミラーは、コリメートレンズの中心軸と略同一の軸の周りに回転対称となるように配置され、被検光学系の検査に応じた角度だけ中心軸に対して傾斜してもよい。
これにより、被検光学系の光学性能として、被検光学系の光軸上とその周辺とにおける変調伝達関数（ＭＴＦ）などの解像度、片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバックを同時に検査することができる。
また、被検光学系は、被検光学系の光軸がコリメートレンズの中心軸と一致するように光学検査装置に配置され、被検光学系の検査に必要とされる光の入射角がθの場合、ミラーは、中心軸に対してθ／２だけ傾斜していてもよい。
これにより、ミラーによって反射された光は、被検光学系の検査に必要とされる光の入射角で、その被検光学系に入射するため、その入射角における被検光学系の光学性能を適切に検査することができる。
また、チャートの模様は略円形であり、チャートにおける模様の周辺は黒色であってもよい。
これにより、模様が略円形であるため、画像センサに投影される複数の像（模様とその模様の複数の虚像）のそれぞれも略円形となる。したがって、ミラーの配置に応じて、画像センサに投影される複数の像のそれぞれが傾いて見えることを抑えることができ、それらの像を同一パターンに揃えることができる。さらに、画像センサに投影される複数の像のエッジの形状は円弧となるため、そのエッジの検出において画像センサのセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。例えば、水平方向のエッジの検出であれば、複数の水平方向のエッジの検出を、垂直方向に位置をずらしながら行い、それらの検出結果の平均化を行えば、画像センサのセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。
また、チャートにおける模様の周辺が黒色であるため、例えばコリメートレンズを保持する鏡筒内部で反射する不要な光を抑えることができる。その結果、被検光学系の光学性能の検査精度を向上することができる。
また、光学検査装置は、さらに、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、画像センサは、ステージに配置されていてもよい。
これにより、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系の光学性能の検査を迅速に行うことができる。つまり、本開示の一態様に係る光学検査装置は、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、そのステージに画像センサが配置されている。これにより、画像センサを、光軸の方向における合焦点の前後を含む所定の範囲において、所定の間隔ごとに移動させることができる。その結果、それぞれのフォーカス位置におけるチャートの撮影を容易に行うことができる。つまり、フォーカス位置を変更しながらチャートの撮影を行う動作を簡単に行うことができる。なお、本開示では、このようなフォーカス位置を変更しながらチャートの撮像を行う動作をフォーカスブラケット撮影という。
また、光学検査装置は、さらに、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、チャートは、ステージに配置されていてもよい。
これにより、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系の光学性能の検査を迅速に行うことができる。さらに、ステージに配置されたチャートが移動するため、被検光学系と画像センサとを固定していてもフォーカスブラケット撮影を容易に行うことができる。つまり、被検光学系が画像センサに固定された鏡筒（いわゆる完成品）であっても、その被検光学系の検査を適切に行うことができる。
また、本開示の一態様に係るレンズは、上述の光学検査装置による検査を行って製造された被検光学系であるレンズである。
このレンズは、上述の光学検査装置によって検査されているため、その光学性能を保証することができる。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における光学検査装置の全体構成を示す図である。
本実施の形態における光学検査装置１００は、被検光学系１２０を検査する装置であって、発光体であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、反射部１１０と、画像センサ１３０と、ステージ１４１と、ステージ駆動機構１４２と、画像取込部１５１と、ステージ制御部１５２と、制御装置１５３とを備える。
被検光学系１２０は、少なくとも１つのレンズと、それらのレンズを保持する鏡筒とを備える。このような被検光学系１２０は、光学検査装置１００における反射部１１０と画像センサ１３０との間に設置される。
ＬＥＤ１０１は、チャート１０２に対して光を照射する。
チャート１０２は、例えばシート状に形成され、ＬＥＤ１０１により投影される模様が描かれている。つまり、チャート１０２における模様は、光の透過率が高く、チャート１０２における模様以外の部分は、光の透過率が低い。なお、この模様の詳細については、後述する。
コリメータ１０３は、少なくとも１つのコリメートレンズと、そのコリメートレンズを保持する鏡筒とを備える。このようなコリメータ１０３は、チャート１０２側から入射する光を平行光に変換し、その平行光をチャート１０２と反対側に出射する。なお、このコリメータ１０３の鏡筒の内径は例えば２５ｍｍである。また、コリメータ１０３の中心軸は、コリメートレンズの光軸と同一である。
反射部１１０は、複数（例えば４つ）のミラー１１１と、それらのミラー１１１を保持するミラーホルダ１１２とを備える。これらのミラー１１１は、コリメータ１０３から出射される平行光のうち、そのミラー１１１に照射される平行光を被検光学系１２０に向けて反射する。
画像センサ１３０は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどであって、第１の光と第２の光とを受ける。第１の光は、コリメータ１０３からミラー１１１に反射されることなく被検光学系１２０に入射して、その被検光学系１２０から出射される光である。つまり、第１の光は、被検光学系１２０の光軸に沿った光である。第２の光は、コリメータ１０３からミラー１１１に反射されて被検光学系１２０に入射して、その被検光学系１２０から出射される光である。つまり、第２の光は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向に沿った光である。
画像センサ１３０は、上述のような第１および第２の光を同時に受光する。具体的には、画像センサ１３０は、第１の光の受光によって、チャート１０２の模様を撮影する。画像センサ１３０は、さらに、第２の光の受光によって、チャート１０２の模様の虚像、つまり、ミラー１１１に映し出されたチャート１０２の模様を撮影する。これにより、画像センサ１３０は、ＬＥＤ１０１によって投影されるチャート１０２の模様と、その模様の複数の虚像とを同時に撮影する。
なお、チャート１０２の模様、コリメータ１０３、反射部１１０、被検光学系１２０、および画像センサ１３０は、それらの中心軸が被検光学系１２０の光軸に一致するように、その光軸に沿って配置されている。
ステージ１４１は、コリメータ１０３の中心軸に沿って移動可能なステージであって、画像センサ１３０を支持する台である。画像センサ１３０は、受光面を反射部１１０およびコリメータ１０３側に向けてこのステージ１４１に配置される。
ステージ駆動機構１４２は、例えばモータなどを備え、ステージ制御部１５２からの駆動信号に応じてそのモータの回転軸を回転させる。これにより、ステージ駆動機構１４２は、ステージ１４１を被検光学系１２０の光軸に沿って移動させる。つまり、その光軸の方向が鉛直方向であれば、ステージ駆動機構１４２は、ステージ１４１を鉛直方向に上下させる。
ステージ制御部１５２は、制御装置１５３からの制御信号に応じてステージ駆動機構１４２を制御するための駆動信号を生成して、その駆動信号をステージ駆動機構１４２に出力する。
画像取込部１５１は、画像センサ１３０から画像信号を取り込み、画像信号を制御装置１５３に出力する。この画像信号は、画像センサ１３０が撮影したチャート１０２の模様およびその虚像の画像である撮影画像を示す。
制御装置１５３は、例えばパーソナルコンピュータなどである。制御装置１５３は、ユーザによる操作に応じて上述の制御信号をステージ制御部１５２に出力する。また、制御装置１５３は、画像取込部１５１から出力された画像信号を取得する。制御装置１５３は、取得した画像信号を用いて、被検光学系１２０の光学性能を特定するための検査処理を実行する。
図２Ａは、反射部１１０の上面図である。図２Ｂは、反射部１１０の断面斜視図である。具体的には、図２Ａは、図１に示す光学検査装置１００において反射部１１０をコリメータ１０３側から見た外観図である。また、図２Ｂは、反射部１１０と、被検光学系１２０および画像センサ１３０との位置関係を示す。
反射部１１０のミラーホルダ１１２は、略円環状に形成され、その内側に４つのミラー１１１を保持する。また、これらの４つのミラー１１１は、コリメータ１０３の中心軸の周りに回転対称となるように配置され、被検光学系１２０の検査に応じた角度だけその中心軸に対して傾斜している。なお、回転対称となる軸は、コリメータ１０３の中心軸に限定されない。回転対称となる軸は、実質的に中心軸とされる程度だけずれている軸、すなわち、コリメータ１０３の中心軸と略同一の軸であってもよい。
ここで、コリメータ１０３から反射部１１０に照射される光は平行光である。そして、その平行光のうち、コリメータ１０３の中心軸の近傍の光は、反射部１１０のミラーホルダ１１２の中空部１１３を通り抜けて、被検光学系１２０に含まれる被検レンズ１２１に照射される。また、その平行光のうち、ミラー１１１に照射される光は、そのミラー１１１によって被検レンズ１２１に向けて反射される。
図３は、ミラー１１１の傾斜角を示す図である。
本実施の形態では、ＬＥＤ１０１によるチャート１０２への光の照射によって、チャート１０２からはコリメータ１０３に対して軸上光線が照射される。この軸上光線は、コリメータ１０３の中心軸（つまり光軸）に沿った光であって、コリメータ１０３に入射すると、平行光となって反射部１１０側に出射する。ここで、反射部１１０のミラー１１１は、コリメータ１０３の中心軸に対して傾斜している。具体的には、ミラー１１１の被検レンズ１２１側の端がコリメータ１０３の中心軸に近く、ミラー１１１のチャート１０２側の端がコリメータ１０３の中心軸から遠くなるように、ミラー１１１は傾斜している。
より具体的には、被検レンズ１２１に対して入射角θで入射する光における、その被検レンズ１２１の光学性能を検査する場合には、ミラー１１１の中心軸に対する傾斜角は、θ／２である。つまり、コリメータ１０３から出射された平行光がミラー１１１に入射する入射角ηは、θ／２に等しい。
このように、本実施の形態における光学検査装置１００は、４つのミラー１１１を備え、それらのミラー１１１は、被検光学系１２０の検査に応じた角度だけコリメータ１０３の中心軸に対して傾斜している。これにより、被検光学系１２０の光軸上とその周辺とにおける光学性能を同時に検査することができる。なお、被検光学系１２０の光学性能は、例えば、変調伝達関数（ＭＴＦ）などの解像度、片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバック等である。さらに、被検光学系１２０は、被検光学系１２０の光軸がコリメータ１０３の中心軸と一致するように光学検査装置１００に配置されている。被検光学系１２０の検査に必要とされる光の入射角がθの場合、ミラー１１１は、その中心軸に対してθ／２だけ傾斜して配置される。これにより、ミラー１１１によって反射された光は、被検光学系１２０の検査に必要とされる光の入射角θで、その被検光学系１２０に入射するため、その入射角θにおける被検光学系１２０の光学性能を適切に検査することができる。
図４は、本実施の形態におけるチャート１０２を示す図である。
チャート１０２の中央部には、ＬＥＤ１０１により投影される略円形の模様１０２ａが描かれている。チャート１０２における模様１０２ａの外部は全て黒色である。
なお、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径は、被検光学系１２０の水平画角またはコリメータ１０３の鏡筒の内径に応じて設定される。水平画角は、画面水平方向において写すことが可能な範囲である。例えば、被検光学系１２０の水平画角が１６０°の場合には、上述の入射角θは６１．９°であり、模様１０２ａの直径は、水平画角の５％（すなわち８°）に相当する３ｍｍが好ましい。また、被検光学系１２０の水平画角が５９．１°の場合には、上述の入射角θは２２．４°であり、模様１０２ａの直径は、水平画角の３％（すなわち約２°）に相当する０．８ｍｍが好ましい。また、模様１０２ａの直径は、コリメータ１０３の鏡筒の内径の１／３以下であることが好ましい。具体的には、コリメータ１０３の鏡筒の内径が約２５ｍｍの場合、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径を、上述のように３ｍｍとすることによって、コリメータ１０３の鏡筒の内径の１２％に抑えている。また、この場合、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径を、上述のように０．８ｍｍとすることによって、コリメータ１０３の鏡筒の内径の３．２％に抑えている。
これにより、本実施の形態では、光をコリメータ１０３に対して、周辺光線として照射することなく、軸上光線として照射することができる。すなわち、チャート１０２の模様１０２ａの直径を抑えることにより、ＬＥＤ１０１からチャート１０２を透過する光を軸上光線とみなすことができる。
図５は、画像センサ１３０による撮影によって得られた画像を示す図である。
画像センサ１３０によって得られた画像である撮影画像Ｐの中心には、略円形の像Ｐａが現れる。また、撮影画像Ｐの周辺の４箇所には、略円形の像Ｐｂが現れている。像Ｐａは、チャート１０２の模様１０２ａがコリメータ１０３および被検光学系１２０を介して画像センサ１３０に投影された像である。すなわち、模様１０２ａがミラー１１１を介さずに投影された像である。周辺４箇所の像Ｐｂは、チャート１０２の模様１０２ａがミラー１１１によって反射されて画像センサ１３０に投影された像、すなわち模様１０２ａの虚像である。この周辺４箇所の像Ｐｂは、画像の中心から隅までの距離を１とする場合、その中心から例えば０．６の距離の位置に現れる。
このように、本実施の形態では、模様１０２ａが略円形であるため、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂ（模様とその模様の複数の虚像）のそれぞれも略円形となる。したがって、ミラー１１１の配置に応じて、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂのそれぞれが傾いて見えることを抑えることができる。これにより、像Ｐａと像Ｐｂとを同一のパターンに揃えることができる。また、チャート１０２における模様１０２ａの周辺が黒色であるため、被検光学系１２０の光学性能を検査する妨げとなる不要な光を抑えることができる。例えば、コリメータ１０３の鏡筒内部で反射する不要な光を抑えることができる。その結果、被検光学系１２０の光学性能の検査精度を向上することができる。
図６〜図９Ｂは、画像センサ１３０によって得られた撮影画像Ｐを用いて、被検光学系１２０の光学性能を検査するための検査処理を説明するための図である。
図６は、撮影画像Ｐの一部の画像を示す図である。
制御装置１５３は、検査処理を行うときには、それぞれ画像センサ１３０によって得られた撮影画像Ｐの一部の画像である、像Ｐａを含む部分画像と、像Ｐｂを含む部分画像とを特定する。そして、制御装置１５３は、その部分画像ごとに、その部分画像の中から、さらに、４つの領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２を特定する。領域Ｈ１およびＨ２は、それぞれ像ＰａまたはＰｂの水平方向のエッジを含む領域であり、領域Ｖ１およびＶ２は、それぞれ像ＰａまたはＰｂの垂直方向のエッジを含む領域である。制御装置１５３は、４つの領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２におけるエッジを解析することにより、被検光学系１２０のＭＴＦ、片ボケ、および光軸ずれを算出する。
図７は、制御装置１５３によるＭＴＦの算出を説明するための図である。
制御装置１５３は、図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば領域Ｈ１に含まれる水平ラインに沿って、画素位置の変化量に対する画素値の変化量の割合である微分値を、画素位置ごとに算出する。この微分値は、像Ｐａまたは像Ｐｂのエッジの強度を示す。つまり、上述の微分値の算出によって、像Ｐａまたは像Ｐｂのエッジが検出される。また、制御装置１５３は、このような微分値の算出を、領域Ｈ１に含まれる複数の水平ラインのそれぞれに対して行う。
さらに、制御装置１５３は、図７の（ｂ）に示す微分値の波形を周波数解析（例えばフーリエ変換）することによって、図７の（ｃ）に示すように、空間周波数とＭＴＦの値との関係を示すデータを生成する。なお、このデータによって示されるＭＴＦの値は、上述の水平ラインごとに得られるＭＴＦの値の平均値である。制御装置１５３は、このようなデータの生成を、領域Ｈ１だけでなく、領域Ｈ２、Ｖ１およびＶ２に対しても同様に行う。
さらに、制御装置１５３は、そのデータに基づいて、各領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２における、予め定められた検査周波数に対応するＭＴＦの値を特定する。
ここで本実施の形態では、チャート１０２の模様１０２ａが略円形であるため、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂのエッジの形状は円弧となる。そのため、エッジの検出において画像センサ１３０のセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。すなわち、上述のような複数の水平ラインのそれぞれにおけるエッジの検出では、像Ｐａ、Ｐｂのエッジの形状が円形であるため、水平方向にずれた位置にあるエッジが検出される。そして、それらのエッジの検出結果の平均値（ＭＴＦの値の平均値）が算出されるため、画像センサ１３０のセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。
図８は、フォーカス位置とＭＴＦの値との関係を示す図である。
制御装置１５３は、ステージ制御部１５２を介してステージ１４１を光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。つまり、制御装置１５３は、ステージ制御部１５２および画像取込部１５１を制御することによって、フォーカスブラケット撮影を行う。これにより、それぞれ互いにフォーカス位置が異なる複数の撮影画像Ｐが取得される。
制御装置１５３は、これらの撮影画像Ｐに対して、図６および図７に示す処理を行うことによって、図８に示すように、各フォーカス位置におけるＭＴＦの値、つまり、検査周波数に対応するＭＴＦの値を特定する。図８において、曲線ａ０は、光軸上の像Ｐａに対応するＭＴＦの値を示す。また、曲線ａ１は、撮影画像Ｐにおける左下にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。曲線ａ２は、撮影画像Ｐにおける左上にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。同様に、曲線ａ３は、撮影画像Ｐにおける右下にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。曲線ａ４は、撮影画像Ｐにおける右上にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。
制御装置１５３は、曲線ａ０において、つまり光軸上の像Ｐａにおいて、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＣＴを、被検光学系１２０における入射角＝０°のフランジバック（すなわち焦点距離）として算出する。さらに、制御装置１５３は、曲線ａ１において、つまり左下の像Ｐｂにおいて、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＬＤを、被検光学系１２０における左下の入射角＝θの合焦位置として算出する。同様に、制御装置１５３は、曲線ａ２〜４において、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＬＵ、ＲＤ、ＲＵを、被検光学系１２０における左上、右下、および右上の入射角＝θの合焦位置として算出する。
また、制御装置１５３は、フォーカス位置ＬＤ、ＬＵの平均値と、フォーカス位置ＲＤ、ＲＵの平均値との差を、被検光学系１２０における片ボケＸとして算出する。同様に、制御装置１５３は、フォーカス位置ＲＵ、ＬＵの平均値と、フォーカス位置ＲＤ、ＬＤの平均値との差を、被検光学系１２０における片ボケＹとして算出する。
図９Ａは、本実施の形態における光学検査装置１００による検査方法を示すフローチャートである。
まず、光学検査装置１００に、被検光学系１２０が設置される（ステップＳ１１０）。そして、制御装置１５３は、ステージ制御部１５２に対して制御信号を出力することによって、ステージ１４１を光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。これにより、フォーカスブラケット撮影が行われる（ステップＳ１２０）。さらに、制御装置１５３は、そのフォーカスブラケット撮影によって得られた複数の撮影画像Ｐに基づいて、ＭＴＦの値を算出する（ステップＳ１３０）。次に、制御装置１５３は、撮影画像Ｐに基づいて片ボケを算出する（ステップＳ１４０）。さらに制御装置１５３は、撮影画像Ｐに基づいてフランジバックを算出する（ステップＳ１５０）。さらに、制御装置１５３は、被検光学系１２０における光軸ずれを算出する（ステップＳ１６０）。以上のように、被検光学系１２０の光学性能であるＭＴＦの値、片ボケ、フランジバックおよび光軸ずれが算出される。そして、制御装置１５３は、上述のように算出された光学性能に基づいて、被検光学系１２０の良否を判定する（ステップＳ１７０）。このような判定が行われた後に、光学検査装置１００から、被検光学系１２０が取り出される（ステップＳ１８０）。
図９Ｂは、図９ＡのステップＳ１３０におけるＭＴＦの値の算出処理を詳細に示すフローチャートである。
まず、制御装置１５３は、撮影画像Ｐにおける部分画像を切り出す（ステップＳ１３１）。そして、制御装置１５３は、その部分画像に含まれる像Ｐａまたは像Ｐｂの重心を算出する。さらに、制御装置１５３は、エッジ検出を行う（ステップＳ１３２）。このエッジ検出では、制御装置１５３は、図６に示すように、算出された重心を中心にして左右および上下に配置される領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２を特定する。そして、制御装置１５３は、図７の（ａ）に示すように、それらの領域において水平方向または水平方向に沿って配列される複数の画素の画素値の読み出しを行う（ステップＳ１３２）。
次に、制御装置１５３は、図７の（ｂ）に示すように、その読み出された画素値に対して微分を行うことによって、各画素位置における微分値を算出する（ステップＳ１３３）。さらに、制御装置１５３はフーリエ変換を行うことによって、図７の（ｃ）に示すように、空間周波数とＭＴＦの値との間の関係を示すデータを生成する（ステップＳ１３４）。
次に、制御装置１５３は、生成された領域Ｈ１および領域Ｈ２のデータに基づいて、水平成分（Ｈ成分）におけるＭＴＦの平均値を算出する。同様に、制御装置１５３は、生成された領域Ｖ１およびＶ２のデータに基づいて、垂直成分（Ｖ成分）におけるＭＴＦの平均値を算出する（ステップＳ１３５）。
（効果等）
このように、本実施の形態における光学検査装置１００は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系１２０を検査する光学検査装置である。光学検査装置１００は、ＬＥＤ１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、ミラー１１１とを備える。ＬＥＤ１０１は、発光体である。チャート１０２は、ＬＥＤ１０１によって投影される模様１０２ａが描かれている。コリメータ１０３は、チャート１０２と被検光学系１２０との間に配設されている。ミラー１１１は、コリメータ１０３と被検光学系１２０との間に配設されている。ＬＥＤ１０１は、チャート１０２に光を照射することによって、光をコリメータ１０３に対して軸上光線として照射する。この光は、コリメータ１０３および被検光学系１２０を介して、画像センサ１３０の中心部にチャート１０２の模様１０２ａを投影する。ミラー１１１は、上述の軸上光線のうち、コリメータ１０３を介してそのミラー１１１に照射される光を、反射する。反射された光は、被検光学系１２０を介して画像センサ１３０の周辺部に投影される。
ミラー１１１によって反射された光は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向からその被検光学系１２０に入射する。これにより、チャート１０２の模様１０２ａが虚像として画像センサ１３０の周辺部に投影される。ミラー１１１によって反射されない光は、被検光学系１２０の光軸に沿ってその被検光学系１２０に入射する。これにより、チャート１０２の模様１０２ａが画像センサ１３０の中心部に投影される。したがって、画像センサ１３０は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向から投影された光と、光軸に沿って投影された光とを同時に取得できる。これにより、大きいチャートに広く描かれた模様を、広角の被検光学系を介して画像センサに一度に投影することと同様のことを、大きいチャートを用いることなく小さいチャート１０２を用いて行うことができる。これにより、広角の被検光学系１２０を検査する場合でも、光学検査装置１００を小型化することができる。さらに、大きいチャートを用いる場合には、被検光学系の種類ごとに、そのチャートに描かれる模様の範囲を変更して、被検光学系に対する光の入射角を調整する必要がある。つまり、被検光学系の種類ごとに、チャートを入れ替える必要がある。しかし、本実施の形態における光学検査装置１００では、ミラー１１１の角度によってその入射角を調整することができるため、各種類の被検光学系１２０に対してチャート１０２を統一化することができる。その結果、チャート１０２の入れ替えの手間を省くことができる。
さらに、本実施の形態における光学検査装置１００では、コリメータ１０３から出射された光、つまり平行光がミラー１１１に反射されて被検光学系１２０に照射される。したがって、チャート１０２とコリメータ１０３またはミラー１１１との間の距離に関わらず、ミラー１１１によって反射される光の向きを一定に保つことができる。その結果、チャート１０２と画像センサ１３０との間の撮影距離の制限を受けることなく検査を行うことができる。例えば、撮影距離が無限であっても被検光学系１２０の検査を行うことができる。つまり、撮影距離の制限を抑えることができる。
また、本実施の形態における光学検査装置１００では、周辺光線ではなく、コリメータ１０３の中心軸（つまり光軸）に沿った光である軸上光線がコリメータ１０３に照射される。これにより、コリメータ１０３の中心に光が照射されてその周辺には光は照射されることがないようにできる。これにより、コリメータ１０３に備えられているコリメートレンズの歪曲の影響を受けることなく、被検光学系１２０を検査することができる。これにより、被検光学系１２０の検査精度を向上することができる。
（変形例）
上記実施の形態では、フォーカスブラケット撮影において、チャート１０２と画像センサ１３０との間の撮影距離を、画像センサ１３０を移動させることによって変更した。本変形では、チャート１０２を移動させることによって、その撮影距離を変更する。
図１０は、上記実施の形態の変形例に係る光学検査装置の全体構成を示す図である。
本変形例に係る光学検査装置１００Ａは、上記実施の形態における光学検査装置１００と同様に、ＬＥＤ１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、反射部１１０と、画像取込部１５１と、ステージ制御部１５２と、制御装置１５３とを備える。また、本変形例に係る光学検査装置１００Ａは、上記実施の形態におけるステージ１４１およびステージ駆動機構１４２の代わりに、ステージ１４１ａおよびステージ駆動機構１４２ａを備える。また、本実施の形態では、光学検査装置１００Ａは、画像センサ１３０を備えていても備えていなくてもよい。光学検査装置１００Ａが画像センサ１３０を備えていない場合には、被検光学系１２０に固定されている画像センサ１３０が、その被検光学系１２０とともに光学検査装置１００Ａに設置される。
ステージ１４１ａは、コリメータ１０３の中心軸に沿って移動可能なステージであって、チャート１０２を支持する台である。チャート１０２は、そのチャート１０２に描かれている模様１０２ａが光軸上に配置されるように、このステージ１４１ａに載置される。
ステージ駆動機構１４２ａは、例えばモータなどを備え、ステージ制御部１５２からの駆動信号に応じてそのモータの回転軸を回転させる。これにより、ステージ１４１ａを被検光学系１２０の光軸に沿って移動させる。つまり、その光軸の方向が鉛直方向であれば、ステージ駆動機構１４２ａは、ステージ１４１ａを鉛直方向に上下させる。
制御装置１５３は、フォーカスブラケット撮影を行うときには、ステージ制御部１５２を介してステージ１４１ａを光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。
これにより、本変形例では、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系１２０の光学性能の検査を迅速に行うことができる。さらに、ステージ１４１ａに配置されたチャートが移動するため、被検光学系１２０と画像センサ１３０とを固定していてもフォーカスブラケット撮影を容易に行うことができる。つまり、被検光学系１２０が画像センサ１３０に固定された鏡筒（いわゆる完成品）であっても、その被検光学系１２０の検査を適切に行うことができる。
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態およびその変形例を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態およびその変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
上記実施の形態およびその変形例において、画像取込部１５１、ステージ制御部１５２および制御装置１５３などの各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態およびその変形例における光学検査装置などを実現するソフトウェアは、図９Ａに示すステップＳ１２０〜Ｓ１７０の各処理、または、図９Ｂのフローチャートに含まれる各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
また、本実施の形態およびその変形例では、被検光学系を検査する光学検査方法および光学検査装置について例をあげて説明した。本開示の一態様は、その光学検査方法によって被検光学系を検査するモジュールを組み込んだ、レンズ鏡筒生産装置であってもよい。具体的には、このレンズ鏡筒生産装置は、光学検査装置を用いて計測した片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバックに基づいて、被検光学系１２０と画像センサ１３０の相対位置を調整して固定する。
また、本実施の形態およびその変形例では、光学検査装置は、４個のミラー１１１を備えているが、光学検査装置に備えられるミラー１１１の個数は、４個に限らず、１個以上であれば、何個であってもよい。
以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る光学検査装置について、実施の形態とその変形例に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態またはその変形例に施したものや、上記実施の形態およびその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
本開示は、撮影距離の制限を受けることなく被検光学系の光学性能を適切に検査することができるという効果を奏する。カメラ、車載カメラ、携帯電話またはスマートフォンなどに搭載されているカメラ、あるいは、ドアホンなどに搭載されているカメラなどのレンズを検査する装置などに適用可能である。
１００，１００Ａ 光学検査装置
１０１ ＬＥＤ（発光体）
１０２ チャート
１０２ａ 模様
１０３ コリメータ（コリメートレンズ）
１１０ 反射部
１１１ ミラー
１１２ ミラーホルダ
１２０ 被検光学系
１２１ 被検レンズ
１３０ 画像センサ
１４１，１４１ａ ステージ
１４２，１４２ａ ステージ駆動機構
１５１ 画像取込部
１５２ ステージ制御部
１５３ 制御装置
本開示は、少なくとも１つのレンズを含む光学系の光学性能を検査する光学検査装置、その光学検査装置による検査を行って製造されたレンズ、および光学検査方法に関する。
従来、被検レンズの光学性能を検査する光学検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、光学検査装置である測定装置は、被検レンズの光軸上に配設されるチャートをミラーで反射し、この反射されたチャートを被検レンズで撮影することによって測定する。そして、測定装置は、その測定結果に基づいて、被検レンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）などを光学性能として演算する。
特開２００４−１８４１１８号公報
しかしながら、上記特許文献１の光学検査装置では、そのチャートを被検レンズで撮影するときの撮影距離が制限されるという問題がある。
そこで、本開示は、撮影距離の制限を抑えることができる光学検査装置を提供する。
本開示の一態様に係る光学検査装置は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査装置である。光学検査装置は、発光体と、チャートと、コリメートレンズと、ミラーとを備える。チャートには、発光体によって投影される模様が描かれている。コリメートレンズは、チャートと被検光学系との間に配設されている。ミラーは、コリメートレンズと被検光学系との間に配設されている。発光体は、チャートに光を照射することによって、光をコリメートレンズに対して軸上光線として照射する。チャートの模様は、コリメートレンズおよび被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影される。ミラーは、軸上光線のうち、コリメートレンズを介してミラーに照射される光を、反射する。これにより、被検光学系を介して画像センサの周辺部に投影する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の光学検査装置は、撮影距離の制限を抑えることができる。
図１は、実施の形態における光学検査装置の全体構成を示す図である。 図２Ａは、実施の形態における反射部の上面図である。 図２Ｂは、実施の形態における反射部の断面斜視図である。 図３は、実施の形態におけるミラーの傾斜角を示す図である。 図４は、実施の形態におけるチャートを示す図である。 図５は、実施の形態における撮影画像を示す図である。 図６は、実施の形態における撮影画像のうちの部分画像を示す図である。 図７は、実施の形態における制御装置によるＭＴＦの解析を説明するための図である。 図８は、実施の形態におけるフォーカス位置とＭＴＦの値との間の関係を示す図である。 図９Ａは、実施の形態における光学検査装置による検査方法を示すフローチャートである。 図９Ｂは、図９ＡのステップＳ１３０におけるＭＴＦの値の算出処理を詳細に示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態の変形例に係る光学検査装置の全体構成を示す図である。
（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した上記特許文献１に関し、以下の問題が生じることを見出した。
特許文献１の光学検査装置（測定装置）では、被検レンズの光軸上にあるチャートそのものを被検レンズでＣＣＤセンサに投影する。さらに、この光学検査装置では、そのチャートをミラーで反射して、反射されたチャートを被検レンズでＣＣＤセンサに投影する。このような光学検査装置では、ミラーによる反射を用いるため、被検レンズの光軸外のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）あるいはＰＴＦ（Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を検査することができる。つまり、広角の被検レンズを小さい装置で検査することができる。しかしながら、被検レンズの検査に必要とされる光の入射角に応じた撮影距離を設定しなければならない。つまり、撮影距離が制限されるという問題がある。
本開示の一態様に係る光学検査装置は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査装置である。本開示の一態様に係る光学検査装置は、発光体と、チャートと、コリメートレンズと、ミラーとを備える。チャートは、発光体によって投影される模様が描かれている。コリメートレンズは、チャートと被検光学系との間に配設されている。ミラーは、コリメートレンズと被検光学系との間に配設されている。発光体は、チャートに光を照射することによって、光をコリメートレンズに対して軸上光線として照射する。これにより、チャートの模様は、コリメートレンズおよび被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影される。ミラーは、軸上光線のうち、コリメートレンズを介してミラーに照射される光を、反射する。これにより、ミラーは、被検光学系を介して画像センサの周辺部にチャートの模様を投影する。
ミラーによって反射された光は、被検光学系の光軸に対して傾斜した方向からその被検光学系に入射する。これにより、チャートの模様が虚像として画像センサの周辺部に投影される。ミラーによって反射されない光は、被検光学系の光軸に沿ってその被検光学系に入射するこれにより、チャートの模様が画像センサの中心部に投影される。すなわち、画像センサの周辺部と中心部に同時にチャートの模様を投影できる。したがって、大きいチャートに広く描かれた模様を、広角の被検光学系を介して画像センサに一度に投影することと同様のことを、大きいチャートを用いることなく小さいチャートを用いて行うことができる。これにより、広角の被検光学系を検査する場合でも、光学検査装置を小型化することができる。さらに、大きいチャートを用いる場合には、被検光学系の種類ごとに、そのチャートに描かれる模様の範囲を変更して、被検光学系に対する光の入射角を調整する必要がある。つまり、被検光学系の種類ごとに、チャートを入れ替える必要がある。しかし、本開示の一態様に係る光学検査装置では、ミラーの角度によってその入射角を調整することができるため、各種類の被検光学系に対してチャートを統一化することができる。その結果、チャートの入れ替えの手間を省くことができる。
さらに、本開示の一態様に係る光学検査装置では、コリメートレンズから出射された光、つまり平行光がミラーに反射されて被検光学系に照射される。したがって、チャートとコリメートレンズまたはミラーとの間の距離に関わらず、ミラーによって反射される光の向きを一定に保つことができる。その結果、チャートと画像センサとの間の撮影距離の制限を受けることなく、例えば、撮影距離が無限であっても被検光学系の検査を行うことができる。つまり、撮影距離の制限を抑えることができる。
また、本開示の一態様に係る光学検査装置では、周辺光線ではなく、コリメートレンズの中心軸（つまり光軸）に沿った光である軸上光線がコリメートレンズに照射される。これにより、コリメートレンズの中心に光が照射されてその周辺には光は照射されないようにできる。これにより、コリメートレンズの歪曲の影響を受けることなく、被検光学系を検査することができる。これにより、被検光学系の検査精度を向上することができる。
例えば、光学検査装置は、複数のミラーを備え、複数のミラーは、コリメートレンズの中心軸と略同一の軸の周りに回転対称となるように配置され、被検光学系の検査に応じた角度だけ中心軸に対して傾斜してもよい。
これにより、被検光学系の光学性能として、被検光学系の光軸上とその周辺とにおける変調伝達関数（ＭＴＦ）などの解像度、片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバックを同時に検査することができる。
また、被検光学系は、被検光学系の光軸がコリメートレンズの中心軸と一致するように光学検査装置に配置され、被検光学系の検査に必要とされる光の入射角がθの場合、ミラーは、中心軸に対してθ／２だけ傾斜していてもよい。
これにより、ミラーによって反射された光は、被検光学系の検査に必要とされる光の入射角で、その被検光学系に入射するため、その入射角における被検光学系の光学性能を適切に検査することができる。
また、チャートの模様は略円形であり、チャートにおける模様の周辺は黒色であってもよい。
これにより、模様が略円形であるため、画像センサに投影される複数の像（模様とその模様の複数の虚像）のそれぞれも略円形となる。したがって、ミラーの配置に応じて、画像センサに投影される複数の像のそれぞれが傾いて見えることを抑えることができ、それらの像を同一パターンに揃えることができる。さらに、画像センサに投影される複数の像のエッジの形状は円弧となるため、そのエッジの検出において画像センサのセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。例えば、水平方向のエッジの検出であれば、複数の水平方向のエッジの検出を、垂直方向に位置をずらしながら行い、それらの検出結果の平均化を行えば、画像センサのセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。
また、チャートにおける模様の周辺が黒色であるため、例えばコリメートレンズを保持する鏡筒内部で反射する不要な光を抑えることができる。その結果、被検光学系の光学性能の検査精度を向上することができる。
また、光学検査装置は、さらに、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、画像センサは、ステージに配置されていてもよい。
これにより、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系の光学性能の検査を迅速に行うことができる。つまり、本開示の一態様に係る光学検査装置は、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、そのステージに画像センサが配置されている。これにより、画像センサを、光軸の方向における合焦点の前後を含む所定の範囲において、所定の間隔ごとに移動させることができる。その結果、それぞれのフォーカス位置におけるチャートの撮影を容易に行うことができる。つまり、フォーカス位置を変更しながらチャートの撮影を行う動作を簡単に行うことができる。なお、本開示では、このようなフォーカス位置を変更しながらチャートの撮像を行う動作をフォーカスブラケット撮影という。
また、光学検査装置は、さらに、コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、チャートは、ステージに配置されていてもよい。
これにより、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系の光学性能の検査を迅速に行うことができる。さらに、ステージに配置されたチャートが移動するため、被検光学系と画像センサとを固定していてもフォーカスブラケット撮影を容易に行うことができる。つまり、被検光学系が画像センサに固定された鏡筒（いわゆる完成品）であっても、その被検光学系の検査を適切に行うことができる。
また、本開示の一態様に係るレンズは、上述の光学検査装置による検査を行って製造された被検光学系であるレンズである。
このレンズは、上述の光学検査装置によって検査されているため、その光学性能を保証することができる。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における光学検査装置の全体構成を示す図である。
本実施の形態における光学検査装置１００は、被検光学系１２０を検査する装置であって、発光体であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、反射部１１０と、画像センサ１３０と、ステージ１４１と、ステージ駆動機構１４２と、画像取込部１５１と、ステージ制御部１５２と、制御装置１５３とを備える。
被検光学系１２０は、少なくとも１つのレンズと、それらのレンズを保持する鏡筒とを備える。このような被検光学系１２０は、光学検査装置１００における反射部１１０と画像センサ１３０との間に設置される。
ＬＥＤ１０１は、チャート１０２に対して光を照射する。
チャート１０２は、例えばシート状に形成され、ＬＥＤ１０１により投影される模様が描かれている。つまり、チャート１０２における模様は、光の透過率が高く、チャート１０２における模様以外の部分は、光の透過率が低い。なお、この模様の詳細については、後述する。
コリメータ１０３は、少なくとも１つのコリメートレンズと、そのコリメートレンズを保持する鏡筒とを備える。このようなコリメータ１０３は、チャート１０２側から入射する光を平行光に変換し、その平行光をチャート１０２と反対側に出射する。なお、このコリメータ１０３の鏡筒の内径は例えば２５ｍｍである。また、コリメータ１０３の中心軸は、コリメートレンズの光軸と同一である。
反射部１１０は、複数（例えば４つ）のミラー１１１と、それらのミラー１１１を保持するミラーホルダ１１２とを備える。これらのミラー１１１は、コリメータ１０３から出射される平行光のうち、そのミラー１１１に照射される平行光を被検光学系１２０に向けて反射する。
画像センサ１３０は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどであって、第１の光と第２の光とを受ける。第１の光は、コリメータ１０３からミラー１１１に反射されることなく被検光学系１２０に入射して、その被検光学系１２０から出射される光である。つまり、第１の光は、被検光学系１２０の光軸に沿った光である。第２の光は、コリメータ１０３からミラー１１１に反射されて被検光学系１２０に入射して、その被検光学系１２０から出射される光である。つまり、第２の光は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向に沿った光である。
画像センサ１３０は、上述のような第１および第２の光を同時に受光する。具体的には、画像センサ１３０は、第１の光の受光によって、チャート１０２の模様を撮影する。画像センサ１３０は、さらに、第２の光の受光によって、チャート１０２の模様の虚像、つまり、ミラー１１１に映し出されたチャート１０２の模様を撮影する。これにより、画像センサ１３０は、ＬＥＤ１０１によって投影されるチャート１０２の模様と、その模様の複数の虚像とを同時に撮影する。
なお、チャート１０２の模様、コリメータ１０３、反射部１１０、被検光学系１２０、および画像センサ１３０は、それらの中心軸が被検光学系１２０の光軸に一致するように、その光軸に沿って配置されている。
ステージ１４１は、コリメータ１０３の中心軸に沿って移動可能なステージであって、画像センサ１３０を支持する台である。画像センサ１３０は、受光面を反射部１１０およびコリメータ１０３側に向けてこのステージ１４１に配置される。
ステージ駆動機構１４２は、例えばモータなどを備え、ステージ制御部１５２からの駆動信号に応じてそのモータの回転軸を回転させる。これにより、ステージ駆動機構１４２は、ステージ１４１を被検光学系１２０の光軸に沿って移動させる。つまり、その光軸の方向が鉛直方向であれば、ステージ駆動機構１４２は、ステージ１４１を鉛直方向に上下させる。
ステージ制御部１５２は、制御装置１５３からの制御信号に応じてステージ駆動機構１４２を制御するための駆動信号を生成して、その駆動信号をステージ駆動機構１４２に出力する。
画像取込部１５１は、画像センサ１３０から画像信号を取り込み、画像信号を制御装置１５３に出力する。この画像信号は、画像センサ１３０が撮影したチャート１０２の模様およびその虚像の画像である撮影画像を示す。
制御装置１５３は、例えばパーソナルコンピュータなどである。制御装置１５３は、ユーザによる操作に応じて上述の制御信号をステージ制御部１５２に出力する。また、制御装置１５３は、画像取込部１５１から出力された画像信号を取得する。制御装置１５３は、取得した画像信号を用いて、被検光学系１２０の光学性能を特定するための検査処理を実行する。
図２Ａは、反射部１１０の上面図である。図２Ｂは、反射部１１０の断面斜視図である。具体的には、図２Ａは、図１に示す光学検査装置１００において反射部１１０をコリメータ１０３側から見た外観図である。また、図２Ｂは、反射部１１０と、被検光学系１２０および画像センサ１３０との位置関係を示す。
反射部１１０のミラーホルダ１１２は、略円環状に形成され、その内側に４つのミラー１１１を保持する。また、これらの４つのミラー１１１は、コリメータ１０３の中心軸の周りに回転対称となるように配置され、被検光学系１２０の検査に応じた角度だけその中心軸に対して傾斜している。なお、回転対称となる軸は、コリメータ１０３の中心軸に限定されない。回転対称となる軸は、実質的に中心軸とされる程度だけずれている軸、すなわち、コリメータ１０３の中心軸と略同一の軸であってもよい。
ここで、コリメータ１０３から反射部１１０に照射される光は平行光である。そして、その平行光のうち、コリメータ１０３の中心軸の近傍の光は、反射部１１０のミラーホルダ１１２の中空部１１３を通り抜けて、被検光学系１２０に含まれる被検レンズ１２１に照射される。また、その平行光のうち、ミラー１１１に照射される光は、そのミラー１１１によって被検レンズ１２１に向けて反射される。
図３は、ミラー１１１の傾斜角を示す図である。
本実施の形態では、ＬＥＤ１０１によるチャート１０２への光の照射によって、チャート１０２からはコリメータ１０３に対して軸上光線が照射される。この軸上光線は、コリメータ１０３の中心軸（つまり光軸）に沿った光であって、コリメータ１０３に入射すると、平行光となって反射部１１０側に出射する。ここで、反射部１１０のミラー１１１は、コリメータ１０３の中心軸に対して傾斜している。具体的には、ミラー１１１の被検レンズ１２１側の端がコリメータ１０３の中心軸に近く、ミラー１１１のチャート１０２側の端がコリメータ１０３の中心軸から遠くなるように、ミラー１１１は傾斜している。
より具体的には、被検レンズ１２１に対して入射角θで入射する光における、その被検レンズ１２１の光学性能を検査する場合には、ミラー１１１の中心軸に対する傾斜角は、θ／２である。つまり、コリメータ１０３から出射された平行光がミラー１１１に入射する入射角ηは、θ／２に等しい。
このように、本実施の形態における光学検査装置１００は、４つのミラー１１１を備え、それらのミラー１１１は、被検光学系１２０の検査に応じた角度だけコリメータ１０３の中心軸に対して傾斜している。これにより、被検光学系１２０の光軸上とその周辺とにおける光学性能を同時に検査することができる。なお、被検光学系１２０の光学性能は、例えば、変調伝達関数（ＭＴＦ）などの解像度、片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバック等である。さらに、被検光学系１２０は、被検光学系１２０の光軸がコリメータ１０３の中心軸と一致するように光学検査装置１００に配置されている。被検光学系１２０の検査に必要とされる光の入射角がθの場合、ミラー１１１は、その中心軸に対してθ／２だけ傾斜して配置される。これにより、ミラー１１１によって反射された光は、被検光学系１２０の検査に必要とされる光の入射角θで、その被検光学系１２０に入射するため、その入射角θにおける被検光学系１２０の光学性能を適切に検査することができる。
図４は、本実施の形態におけるチャート１０２を示す図である。
チャート１０２の中央部には、ＬＥＤ１０１により投影される略円形の模様１０２ａが描かれている。チャート１０２における模様１０２ａの外部は全て黒色である。
なお、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径は、被検光学系１２０の水平画角またはコリメータ１０３の鏡筒の内径に応じて設定される。水平画角は、画面水平方向において写すことが可能な範囲である。例えば、被検光学系１２０の水平画角が１６０°の場合には、上述の入射角θは６１．９°であり、模様１０２ａの直径は、水平画角の５％（すなわち８°）に相当する３ｍｍが好ましい。また、被検光学系１２０の水平画角が５９．１°の場合には、上述の入射角θは２２．４°であり、模様１０２ａの直径は、水平画角の３％（すなわち約２°）に相当する０．８ｍｍが好ましい。また、模様１０２ａの直径は、コリメータ１０３の鏡筒の内径の１／３以下であることが好ましい。具体的には、コリメータ１０３の鏡筒の内径が約２５ｍｍの場合、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径を、上述のように３ｍｍとすることによって、コリメータ１０３の鏡筒の内径の１２％に抑えている。また、この場合、チャート１０２の略円形の模様１０２ａの直径を、上述のように０．８ｍｍとすることによって、コリメータ１０３の鏡筒の内径の３．２％に抑えている。
これにより、本実施の形態では、光をコリメータ１０３に対して、周辺光線として照射することなく、軸上光線として照射することができる。すなわち、チャート１０２の模様１０２ａの直径を抑えることにより、ＬＥＤ１０１からチャート１０２を透過する光を軸上光線とみなすことができる。
図５は、画像センサ１３０による撮影によって得られた画像を示す図である。
画像センサ１３０によって得られた画像である撮影画像Ｐの中心には、略円形の像Ｐａが現れる。また、撮影画像Ｐの周辺の４箇所には、略円形の像Ｐｂが現れている。像Ｐａは、チャート１０２の模様１０２ａがコリメータ１０３および被検光学系１２０を介して画像センサ１３０に投影された像である。すなわち、模様１０２ａがミラー１１１を介さずに投影された像である。周辺４箇所の像Ｐｂは、チャート１０２の模様１０２ａがミラー１１１によって反射されて画像センサ１３０に投影された像、すなわち模様１０２ａの虚像である。この周辺４箇所の像Ｐｂは、画像の中心から隅までの距離を１とする場合、その中心から例えば０．６の距離の位置に現れる。
このように、本実施の形態では、模様１０２ａが略円形であるため、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂ（模様とその模様の複数の虚像）のそれぞれも略円形となる。したがって、ミラー１１１の配置に応じて、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂのそれぞれが傾いて見えることを抑えることができる。これにより、像Ｐａと像Ｐｂとを同一のパターンに揃えることができる。また、チャート１０２における模様１０２ａの周辺が黒色であるため、被検光学系１２０の光学性能を検査する妨げとなる不要な光を抑えることができる。例えば、コリメータ１０３の鏡筒内部で反射する不要な光を抑えることができる。その結果、被検光学系１２０の光学性能の検査精度を向上することができる。
図６〜図９Ｂは、画像センサ１３０によって得られた撮影画像Ｐを用いて、被検光学系１２０の光学性能を検査するための検査処理を説明するための図である。
図６は、撮影画像Ｐの一部の画像を示す図である。
制御装置１５３は、検査処理を行うときには、それぞれ画像センサ１３０によって得られた撮影画像Ｐの一部の画像である、像Ｐａを含む部分画像と、像Ｐｂを含む部分画像とを特定する。そして、制御装置１５３は、その部分画像ごとに、その部分画像の中から、さらに、４つの領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２を特定する。領域Ｈ１およびＨ２は、それぞれ像ＰａまたはＰｂの水平方向のエッジを含む領域であり、領域Ｖ１およびＶ２は、それぞれ像ＰａまたはＰｂの垂直方向のエッジを含む領域である。制御装置１５３は、４つの領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２におけるエッジを解析することにより、被検光学系１２０のＭＴＦ、片ボケ、および光軸ずれを算出する。
図７は、制御装置１５３によるＭＴＦの算出を説明するための図である。
制御装置１５３は、図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば領域Ｈ１に含まれる水平ラインに沿って、画素位置の変化量に対する画素値の変化量の割合である微分値を、画素位置ごとに算出する。この微分値は、像Ｐａまたは像Ｐｂのエッジの強度を示す。つまり、上述の微分値の算出によって、像Ｐａまたは像Ｐｂのエッジが検出される。また、制御装置１５３は、このような微分値の算出を、領域Ｈ１に含まれる複数の水平ラインのそれぞれに対して行う。
さらに、制御装置１５３は、図７の（ｂ）に示す微分値の波形を周波数解析（例えばフーリエ変換）することによって、図７の（ｃ）に示すように、空間周波数とＭＴＦの値との関係を示すデータを生成する。なお、このデータによって示されるＭＴＦの値は、上述の水平ラインごとに得られるＭＴＦの値の平均値である。制御装置１５３は、このようなデータの生成を、領域Ｈ１だけでなく、領域Ｈ２、Ｖ１およびＶ２に対しても同様に行う。
さらに、制御装置１５３は、そのデータに基づいて、各領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２における、予め定められた検査周波数に対応するＭＴＦの値を特定する。
ここで本実施の形態では、チャート１０２の模様１０２ａが略円形であるため、画像センサ１３０に投影される像Ｐａ、Ｐｂのエッジの形状は円弧となる。そのため、エッジの検出において画像センサ１３０のセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。すなわち、上述のような複数の水平ラインのそれぞれにおけるエッジの検出では、像Ｐａ、Ｐｂのエッジの形状が円弧であるため、水平方向にずれた位置にあるエッジが検出される。そして、それらのエッジの検出結果の平均値（ＭＴＦの値の平均値）が算出されるため、画像センサ１３０のセルピッチのばらつきの影響を抑えることができる。
図８は、フォーカス位置とＭＴＦの値との関係を示す図である。
制御装置１５３は、ステージ制御部１５２を介してステージ１４１を光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。つまり、制御装置１５３は、ステージ制御部１５２および画像取込部１５１を制御することによって、フォーカスブラケット撮影を行う。これにより、それぞれ互いにフォーカス位置が異なる複数の撮影画像Ｐが取得される。
制御装置１５３は、これらの撮影画像Ｐに対して、図６および図７に示す処理を行うことによって、図８に示すように、各フォーカス位置におけるＭＴＦの値、つまり、検査周波数に対応するＭＴＦの値を特定する。図８において、曲線ａ０は、光軸上の像Ｐａに対応するＭＴＦの値を示す。また、曲線ａ１は、撮影画像Ｐにおける左下にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。曲線ａ２は、撮影画像Ｐにおける左上にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。同様に、曲線ａ３は、撮影画像Ｐにおける右下にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。曲線ａ４は、撮影画像Ｐにおける右上にある像Ｐｂに対応するＭＴＦの値を示す。
制御装置１５３は、曲線ａ０において、つまり光軸上の像Ｐａにおいて、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＣＴを、被検光学系１２０における入射角＝０°のフランジバック（すなわち焦点距離）として算出する。さらに、制御装置１５３は、曲線ａ１において、つまり左下の像Ｐｂにおいて、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＬＤを、被検光学系１２０における左下の入射角＝θの合焦位置として算出する。同様に、制御装置１５３は、曲線ａ２〜４において、ＭＴＦの値が最大になるフォーカス位置ＬＵ、ＲＤ、ＲＵを、被検光学系１２０における左上、右下、および右上の入射角＝θの合焦位置として算出する。
また、制御装置１５３は、フォーカス位置ＬＤ、ＬＵの平均値と、フォーカス位置ＲＤ、ＲＵの平均値との差を、被検光学系１２０における片ボケＸとして算出する。同様に、制御装置１５３は、フォーカス位置ＲＵ、ＬＵの平均値と、フォーカス位置ＲＤ、ＬＤの平均値との差を、被検光学系１２０における片ボケＹとして算出する。
図９Ａは、本実施の形態における光学検査装置１００による検査方法を示すフローチャートである。
まず、光学検査装置１００に、被検光学系１２０が設置される（ステップＳ１１０）。そして、制御装置１５３は、ステージ制御部１５２に対して制御信号を出力することによって、ステージ１４１を光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。これにより、フォーカスブラケット撮影が行われる（ステップＳ１２０）。さらに、制御装置１５３は、そのフォーカスブラケット撮影によって得られた複数の撮影画像Ｐに基づいて、ＭＴＦの値を算出する（ステップＳ１３０）。次に、制御装置１５３は、撮影画像Ｐに基づいて片ボケを算出する（ステップＳ１４０）。さらに制御装置１５３は、撮影画像Ｐに基づいてフランジバックを算出する（ステップＳ１５０）。さらに、制御装置１５３は、被検光学系１２０における光軸ずれを算出する（ステップＳ１６０）。以上のように、被検光学系１２０の光学性能であるＭＴＦの値、片ボケ、フランジバックおよび光軸ずれが算出される。そして、制御装置１５３は、上述のように算出された光学性能に基づいて、被検光学系１２０の良否を判定する（ステップＳ１７０）。このような判定が行われた後に、光学検査装置１００から、被検光学系１２０が取り出される（ステップＳ１８０）。
図９Ｂは、図９ＡのステップＳ１３０におけるＭＴＦの値の算出処理を詳細に示すフローチャートである。
まず、制御装置１５３は、撮影画像Ｐにおける部分画像を切り出す（ステップＳ１３１）。そして、制御装置１５３は、その部分画像に含まれる像Ｐａまたは像Ｐｂの重心を算出する。さらに、制御装置１５３は、エッジ検出を行う（ステップＳ１３２）。このエッジ検出では、制御装置１５３は、図６に示すように、算出された重心を中心にして左右および上下に配置される領域Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１およびＶ２を特定する。そして、制御装置１５３は、図７の（ａ）に示すように、それらの領域において水平方向または垂直方向に沿って配列される複数の画素の画素値の読み出しを行う（ステップＳ１３２）。
次に、制御装置１５３は、図７の（ｂ）に示すように、その読み出された画素値に対して微分を行うことによって、各画素位置における微分値を算出する（ステップＳ１３３）。さらに、制御装置１５３はフーリエ変換を行うことによって、図７の（ｃ）に示すように、空間周波数とＭＴＦの値との間の関係を示すデータを生成する（ステップＳ１３４）。
次に、制御装置１５３は、生成された領域Ｈ１および領域Ｈ２のデータに基づいて、水平成分（Ｈ成分）におけるＭＴＦの平均値を算出する。同様に、制御装置１５３は、生成された領域Ｖ１およびＶ２のデータに基づいて、垂直成分（Ｖ成分）におけるＭＴＦの平均値を算出する（ステップＳ１３５）。
（効果等）
このように、本実施の形態における光学検査装置１００は、少なくとも１つのレンズを含む被検光学系１２０を検査する光学検査装置である。光学検査装置１００は、ＬＥＤ１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、ミラー１１１とを備える。ＬＥＤ１０１は、発光体である。チャート１０２は、ＬＥＤ１０１によって投影される模様１０２ａが描かれている。コリメータ１０３は、チャート１０２と被検光学系１２０との間に配設されている。ミラー１１１は、コリメータ１０３と被検光学系１２０との間に配設されている。ＬＥＤ１０１は、チャート１０２に光を照射することによって、光をコリメータ１０３に対して軸上光線として照射する。この光は、コリメータ１０３および被検光学系１２０を介して、画像センサ１３０の中心部にチャート１０２の模様１０２ａを投影する。ミラー１１１は、上述の軸上光線のうち、コリメータ１０３を介してそのミラー１１１に照射される光を、反射する。反射された光は、被検光学系１２０を介して画像センサ１３０の周辺部に投影される。
ミラー１１１によって反射された光は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向からその被検光学系１２０に入射する。これにより、チャート１０２の模様１０２ａが虚像として画像センサ１３０の周辺部に投影される。ミラー１１１によって反射されない光は、被検光学系１２０の光軸に沿ってその被検光学系１２０に入射する。これにより、チャート１０２の模様１０２ａが画像センサ１３０の中心部に投影される。したがって、画像センサ１３０は、被検光学系１２０の光軸に対して傾斜した方向から投影された光と、光軸に沿って投影された光とを同時に取得できる。これにより、大きいチャートに広く描かれた模様を、広角の被検光学系を介して画像センサに一度に投影することと同様のことを、大きいチャートを用いることなく小さいチャート１０２を用いて行うことができる。これにより、広角の被検光学系１２０を検査する場合でも、光学検査装置１００を小型化することができる。さらに、大きいチャートを用いる場合には、被検光学系の種類ごとに、そのチャートに描かれる模様の範囲を変更して、被検光学系に対する光の入射角を調整する必要がある。つまり、被検光学系の種類ごとに、チャートを入れ替える必要がある。しかし、本実施の形態における光学検査装置１００では、ミラー１１１の角度によってその入射角を調整することができるため、各種類の被検光学系１２０に対してチャート１０２を統一化することができる。その結果、チャート１０２の入れ替えの手間を省くことができる。
さらに、本実施の形態における光学検査装置１００では、コリメータ１０３から出射された光、つまり平行光がミラー１１１に反射されて被検光学系１２０に照射される。したがって、チャート１０２とコリメータ１０３またはミラー１１１との間の距離に関わらず、ミラー１１１によって反射される光の向きを一定に保つことができる。その結果、チャート１０２と画像センサ１３０との間の撮影距離の制限を受けることなく検査を行うことができる。例えば、撮影距離が無限であっても被検光学系１２０の検査を行うことができる。つまり、撮影距離の制限を抑えることができる。
また、本実施の形態における光学検査装置１００では、周辺光線ではなく、コリメータ１０３の中心軸（つまり光軸）に沿った光である軸上光線がコリメータ１０３に照射される。これにより、コリメータ１０３の中心に光が照射されてその周辺には光は照射されることがないようにできる。これにより、コリメータ１０３に備えられているコリメートレンズの歪曲の影響を受けることなく、被検光学系１２０を検査することができる。これにより、被検光学系１２０の検査精度を向上することができる。
（変形例）
上記実施の形態では、フォーカスブラケット撮影において、チャート１０２と画像センサ１３０との間の撮影距離を、画像センサ１３０を移動させることによって変更した。本変形では、チャート１０２を移動させることによって、その撮影距離を変更する。
図１０は、上記実施の形態の変形例に係る光学検査装置の全体構成を示す図である。
本変形例に係る光学検査装置１００Ａは、上記実施の形態における光学検査装置１００と同様に、ＬＥＤ１０１と、チャート１０２と、コリメータ１０３と、反射部１１０と、画像取込部１５１と、ステージ制御部１５２と、制御装置１５３とを備える。また、本変形例に係る光学検査装置１００Ａは、上記実施の形態におけるステージ１４１およびステージ駆動機構１４２の代わりに、ステージ１４１ａおよびステージ駆動機構１４２ａを備える。また、本変形例では、光学検査装置１００Ａは、画像センサ１３０を備えていても備えていなくてもよい。光学検査装置１００Ａが画像センサ１３０を備えていない場合には、被検光学系１２０に固定されている画像センサ１３０が、その被検光学系１２０とともに光学検査装置１００Ａに設置される。
ステージ１４１ａは、コリメータ１０３の中心軸に沿って移動可能なステージであって、チャート１０２を支持する台である。チャート１０２は、そのチャート１０２に描かれている模様１０２ａが光軸上に配置されるように、このステージ１４１ａに載置される。
ステージ駆動機構１４２ａは、例えばモータなどを備え、ステージ制御部１５２からの駆動信号に応じてそのモータの回転軸を回転させる。これにより、ステージ１４１ａを被検光学系１２０の光軸に沿って移動させる。つまり、その光軸の方向が鉛直方向であれば、ステージ駆動機構１４２ａは、ステージ１４１ａを鉛直方向に上下させる。
制御装置１５３は、フォーカスブラケット撮影を行うときには、ステージ制御部１５２を介してステージ１４１ａを光軸に沿って移動させながら、画像取込部１５１に対して撮影画像Ｐの取り込みを繰り返し実行させる。
これにより、本変形例では、フォーカスブラケット撮影を容易に行うことができ、その撮影の結果を用いて被検光学系１２０の光学性能の検査を迅速に行うことができる。さらに、ステージ１４１ａに配置されたチャートが移動するため、被検光学系１２０と画像センサ１３０とを固定していてもフォーカスブラケット撮影を容易に行うことができる。つまり、被検光学系１２０が画像センサ１３０に固定された鏡筒（いわゆる完成品）であっても、その被検光学系１２０の検査を適切に行うことができる。
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態およびその変形例を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態およびその変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
上記実施の形態およびその変形例において、画像取込部１５１、ステージ制御部１５２および制御装置１５３などの各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態およびその変形例における光学検査装置などを実現するソフトウェアは、図９Ａに示すステップＳ１２０〜Ｓ１７０の各処理、または、図９Ｂのフローチャートに含まれる各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
また、本実施の形態およびその変形例では、被検光学系を検査する光学検査方法および光学検査装置について例をあげて説明した。本開示の一態様は、その光学検査方法によって被検光学系を検査するモジュールを組み込んだ、レンズ鏡筒生産装置であってもよい。具体的には、このレンズ鏡筒生産装置は、光学検査装置を用いて計測した片ボケ、光軸ずれ、およびフランジバックに基づいて、被検光学系１２０と画像センサ１３０の相対位置を調整して固定する。
また、本実施の形態およびその変形例では、光学検査装置は、４個のミラー１１１を備えているが、光学検査装置に備えられるミラー１１１の個数は、４個に限らず、１個以上であれば、何個であってもよい。
以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る光学検査装置について、実施の形態とその変形例に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態またはその変形例に施したものや、上記実施の形態およびその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
本開示は、撮影距離の制限を受けることなく被検光学系の光学性能を適切に検査することができるという効果を奏する。カメラ、車載カメラ、携帯電話またはスマートフォンなどに搭載されているカメラ、あるいは、ドアホンなどに搭載されているカメラなどのレンズを検査する装置などに適用可能である。
１００、１００Ａ 光学検査装置
１０１ ＬＥＤ（発光体）
１０２ チャート
１０２ａ 模様
１０３ コリメータ（コリメートレンズ）
１１０ 反射部
１１１ ミラー
１１２ ミラーホルダ
１２０ 被検光学系
１２１ 被検レンズ
１３０ 画像センサ
１４１、１４１ａ ステージ
１４２、１４２ａ ステージ駆動機構
１５１ 画像取込部
１５２ ステージ制御部
１５３ 制御装置

Claims (8)

  1. 少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査装置であって、
    発光体と、
    前記発光体によって投影される模様が描かれたチャートと、
    前記チャートと前記被検光学系との間に配設されたコリメートレンズと、
    前記コリメートレンズと前記被検光学系との間に配設されたミラーとを備え、
    前記発光体は、
    前記チャートに光を照射することによって、光を前記コリメートレンズに対して軸上光線として照射するとともに、前記チャートの模様を、前記コリメートレンズおよび前記被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影し、
    前記ミラーは、
    前記軸上光線のうち、前記コリメートレンズを介して当該ミラーに照射される光を、反射することにより、前記被検光学系を介して前記画像センサの周辺部に投影する
    光学検査装置。
  2. 前記光学検査装置は、
    複数の前記ミラーを備え、
    前記複数のミラーは、前記コリメートレンズの中心軸と略同一の軸の周りに回転対称となるように配置され、前記被検光学系の検査に応じた角度だけ前記中心軸に対して傾斜している
    請求項１に記載の光学検査装置。
  3. 前記被検光学系は、前記被検光学系の光軸が前記コリメートレンズの中心軸と一致するように前記光学検査装置に配置され、
    前記被検光学系の検査に必要とされる光の入射角がθの場合、
    前記ミラーは、前記中心軸に対してθ／２だけ傾斜している
    請求項２に記載の光学検査装置。
  4. 前記チャートの模様は略円形であり、
    前記チャートにおける前記模様の周辺は黒色である
    請求項１〜３の何れか１項に記載の光学検査装置。
  5. 前記光学検査装置は、さらに、
    前記コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、
    前記画像センサは、前記ステージに配置されている
    請求項１〜４の何れか１項に記載の光学検査装置。
  6. 前記光学検査装置は、さらに、
    前記コリメートレンズの中心軸に沿って移動可能なステージを備え、
    前記チャートは、前記ステージに配置されている
    請求項１〜４の何れか１項に記載の光学検査装置。
  7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の光学検査装置による検査を行って製造された前記被検光学系である
    レンズ。
  8. 少なくとも１つのレンズを含む被検光学系を検査する光学検査方法であって、
    発光体と、
    前記発光体によって投影される模様が描かれたチャートと、
    前記チャートと前記被検光学系との間に配設されたコリメートレンズと、
    前記コリメートレンズと前記被検光学系との間に配設されたミラーとを用い、
    前記発光体が、
    前記チャートに光を照射することによって、光を前記コリメートレンズに対して軸上光線として照射するとともに、前記チャートの模様を、前記コリメートレンズおよび前記被検光学系を介して、画像センサの中心部に投影し、
    前記ミラーが、
    前記軸上光線のうち、前記コリメートレンズを介して当該ミラーに照射される光を、反射することにより、前記被検光学系を介して前記画像センサの周辺部に投影する
    光学検査方法。
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