JP2000261836A - 光学プローブアッセンブリを較正する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で、簡単な構造を有し、また、容
易に組立及び位置合せが可能である較正装置及び方法を
提供する。 【解決手段】 所定軸を備えた較正マウントとその外面
における基準面とを有する較正装置を設け、較正マウン
トの基準面から所定間隔で、該較正マウントの軸に実質
的に垂直に較正ターゲットを取り付け、該較正ターゲッ
トから較正マウントの基準面までの間隔ＬＲを決定し、
較正装置に光学プローブアッセンブリを取外し可能に取
り付け、較正マウントの基準面が、光学プローブアッセ
ンブリにおけるプローブ取付面に関係して所定方向を向
くように光学プローブアッセンブリを較正マウントに固
定し、光学的に透明な材料から較正ターゲットまでの間
隔ＰＲを決定するために、ノンコヒーレント光干渉計を
使用し、プローブ取付面から光学的に透明な材料までの
間隔ＬＰを、ＬＲ及びＰＲの値を用いて計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、光学
プローブ、例えば、ピントの合った画像を提供すべく位
置決めされるデジタルカメラ内のイメージセンサの位置
決めに使用される光学プローブに関する。より詳しく
は、本発明は、光学プローブを較正するための較正装置
及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】典型的なデジタルカメラでは、画像ビー
ムが、レンズを通じて、例えば検出素子のアレイから構
成されるＣＣＤ(電荷結合デバイス)等の、撮像素子又は
イメージセンサ上に指向させられる。レンズ及びＣＣＤ
は、焦点調節された画像を提供するために、デジタルカ
メラ内で互いに関して適切に位置決めされる必要があ
る。ＣＣＤを適切に位置決めするには、ＣＣＤの位置が
認識される必要がある。かかる位置は、デジタルカメラ
における基準面又は基準平面に関係して、認識され得
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第５７５７４
８５号(マーカス(Marcus)他，１９９８年５月２６日)及
び第５７５７４８６号(マーカス他，１９９８年５月２
６日)は、ノンコヒーレント光干渉計を有するデジタル
カメライメージセンサ位置決め装置及び方法に関係す
る。その装置及び方法は、取外し可能にデジタルカメラ
に取り付けできる光学プローブアッセンブリを伴うもの
である。ノンコヒーレント光干渉計は、基準面からイメ
ージ面及び光学プローブアッセンブリまでの深度(dept
h)を決定するために、光学プローブアッセンブリと連係
する。上記装置及び方法は、意図された目的に適するも
のであるが、光学プローブアッセンブリを較正する装置
及び方法についての必要性が残る。かかる装置及び方法
は、丈夫であり、簡単なアッセンブリから構成され、ま
た、容易に組立及び位置合せが可能で、製造環境におい
て、特に初心者のユーザにより使用可能であることが望
ましい。

【０００４】本発明の目的は、光学プローブアッセンブ
リを較正する装置及び方法を提供することである。ま
た、本発明の別の目的は、丈夫で、搬送可能で、使用が
簡単であるとともに、デジタルカメラと容易に使用可能
である、光学プローブ較正装置及び方法を提供すること
である。本発明のまた別の目的は、製造が容易で、簡単
な構造を有し、また、容易に組立及び位置合せが可能で
ある較正装置及び方法を提供することである。これらの
目的は、実例によってのみもたらされる。そのため、開
示された発明により本質的に実現される他の好適な目的
及び長所が存在し得る、若しくは、当業者には明らかに
なり得る。本発明は、特許請求の範囲により規定され
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの様相によ
れば、プローブ取付面と該プローブ取付面から隔てられ
た光学的に透明な材料とを有する光学プローブアッセン
ブリを較正する方法が提供される。この方法は、特に、
デジタルカメラ内のイメージセンサの位置決めに使用す
る光学プローブアッセンブリを較正するのに適してい
る。この方法は、所定の軸を備えた較正マウントと該較
正マウントの外面における基準面とを有する較正装置を
用意するステップを有する。較正ターゲットが、較正マ
ウントの基準面から所定の間隔において、較正マウント
軸に実質的に垂直に取り付けられる。その後、較正ター
ゲットから較正マウント基準面までの間隔ＬＲが決定さ
れる。上記光学プローブアッセンブリは、較正装置に対
して取外し可能に取り付けられ、較正マウント基準面
が、光学プローブアッセンブリ上のプローブ取付面に関
係して所定方向にあるように、較正マウントに固定され
る。ノンコヒーレント光干渉計を用いて、光学的に透明
な材料から較正ターゲットまでの間隔ＰＲが決定され
る。その後、上記プローブ取付面から光学的に透明な材
料までの間隔ＬＰが、ＬＲ及びＰＲの値を用いて算出さ
れる。

【０００６】本発明の他の様相によれば、プローブ取付
面と該プローブ取付面から隔てられた光学的に透明な材
料とを有する光学プローブアッセンブリを較正する較正
装置が提供される。この較正装置は、ベース部と、所定
の軸を備えた較正マウントと、該較正マウントの外面上
に設定された基準面と、上記較正マウントの基準面から
所定間隔において、較正マウントの軸に実質的に垂直に
配置された較正ターゲットと、上記較正マウント基準面
が、光学プローブアッセンブリ上のプローブ取付面に関
して所定の方向に保持されるように、上記光学プローブ
アッセンブリを較正装置に対して取外し可能に取り付
け、固定する取付部材とを有している。

【０００７】本発明のまた別の様相によれば、プローブ
取付面と該プローブ取付面から隔てられた光学的に透明
な材料とを有する光学プローブアッセンブリを較正する
装置が提供される。この装置は、較正装置と、光学プロ
ーブアッセンブリが較正装置に取り付けられていない場
合に、較正ターゲットから較正マウント基準面までの間
隔ＬＲを決定するのに適した測定装置と、上記光学プロ
ーブアッセンブリが較正装置に対して取り付けられ固定
される場合に、光学的に透明な材料から較正ターゲット
までの間隔ＰＲを決定するのに適したノンコヒーレント
光干渉計と、上記ＬＲ及びＰＲの値を用いて、プローブ
取付面から光学的に透明な材料までの間隔ＬＰを計算す
るコンピュータとを有している。

【０００８】本発明は、光学プローブアッセンブリを較
正するのに適した光学プローブ較正装置及び方法を提供
する。該装置及び方法は、丈夫で、搬送可能で、使用が
簡単であるとともに、容易に組立て及び位置合せ可能で
あり、更に、デジタルカメラと合せて簡単に使用可能で
ある。本発明の前述したまた他の目的，特徴及び長所
は、添付図面に示すような、以下のより詳しい本発明の
好適な実施の形態についての記載から明らかになるであ
ろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説
明では、各図において、同じ参照符号が、構造体の同じ
構成をあらわすものとする。図１から分かるように、レ
ンズ１２が、カメラレンズマウント１４によって、カメ
ラ本体１０へ取り付けられる。ｚ軸に沿って測定され
る、レンズ１２がカメラ本体内で光の焦点を合せる間隔
が、空気中のレンズの焦点深度Ｆ_depthと呼ばれる。該
焦点深度Ｆ_depthは、当業者に知られた手段により決定
され得る。イメージ媒体として写真フィルム１３を採用
する従来のカメラにおいて、フィルムは、レンズの焦点
深度に配置される。図１は、焦点を合せられたイメージ
を提供すべく、レンズの焦点深度に配置されたフィルム
１３を示している。焦点深度Ｆ_{de pth}にフィルム１３を
配置するには、フィルムレール(film rail)のような公
知の手段(不図示)が採用され得る。以下の説明では、用
語「イン−フォーカスポジション」は、イメージング媒
体がピントの合ったイメージを提供するように配置され
ている位置をあらわすものとする。

【００１０】図２から分かるように、デジタルカメラ本
体１５において、レンズ１２は、典型的には、カメラレ
ンズマウント１４によって、デジタルカメラに取り付け
られる。イメージング媒体として、イメージセンサ１６
が採用される。イメージセンサ１６は、イメージセンサ
の活性面をあらわす撮像素子平面１８を有する。また、
イメージセンサ１６は、一般に、屈折率ｎを有する光学
的に透明なプレート２０(以下、撮像素子カバープレー
ト２０という)を有する。撮像素子平面１８は、ギャッ
プつまり間隙２２が上記撮像素子平面とプレートとの間
に存在するように、撮像素子カバープレート２０から隔
てられる。典型的には、撮像素子平面及び透明プレート
は、一定の間隙２２をなして密閉される。

【００１１】従来のカメラについて前述したように、レ
ンズ１２が光の焦点を合せる間隔は、レンズの焦点深度
Ｆ_depthと呼ばれる。しかしながら、デジタルカメラに
おいて、(レンズとイメージセンサとの間に介在させら
れた)撮像素子カバープレート２０の存在は、イン−フ
ォーカスポジションに影響する。従って、撮像素子平面
１８についてのイン−フォーカスポジションＦ_Iは、撮
像素子カバープレート２０の存在を考慮すると、 Ｆ_I ＝ Ｆ_depth ＋ デルタ (数式１) によって決められる。ここで、 デルタ＝ ｔ（１−１／ｎ） (数式２) であり、また、ｔは、撮像素子カバープレート２０の厚
さ、ｎは、撮像素子カバープレート２０の屈折率であ
る。

【００１２】図３は、イメージセンサ１６の位置をデジ
タルカメラにおける基準面に関係して決定するための、
本発明によるノンコヒーレント光干渉測定装置２１の全
体図である。該装置によれば、ユーザは、撮像素子平面
１８の位置が所望の許容範囲内にあることを確かめるこ
とができる。もし撮像素子平面１８の位置が所望の許容
範囲から外れていれば、上記イメージセンサが、撮像素
子平面１８をイン−フォーカス位置Ｆ_Iのような所望の
位置へ移動させるために配置し直されてもよい。

【００１３】レンズ１２は、一般に、レンズマウント１
４によって、デジタルカメラ本体１５へ取り付けられ
る。カメラ本体へのレンズの取付けを容易化する従来の
手段(不図示)が知られている。かかる手段は、ねじ山が
カメラ本体へのレンズの取付けを可能とするねじレンズ
マウントと、レンズが、カメラ本体における嵌め合いフ
ランジ(mating flange)上に適合して接触するように配
置され、また、４５度の捩じりで回転させられるバヨネ
ットレンズマウント(bayonet lens mount)、若しくは、
その背面側のギザギザ付きの環状部が、カメラ本体にお
ける嵌め合いフランジ上に適合するブリーチロックレン
ズマウント(breechlock lens mount)とを有してもよ
い。取付けを固定するために、上記レンズマウントは、
レンズをレンズマウントに対して固定するロック手段を
備えていてもよい。同様に、レンズマウントからレンズ
を取り外すために、アンロック手段が含まれてもよい。

【００１４】本発明では、撮像素子平面１８の位置を決
定するために、レンズ１２が、デジタルカメラ本体１５
から取り外される。レンズ１２が取り外されるため、撮
像素子１８の位置は、デジタルカメラ本体１５における
基準面に関係して決定される。(これに限定されること
はないが、デジタルカメラ本体の構成要素を含む)様々
な面が基準面として用いられてもよいが、説明の容易さ
から、カメラレンズマウント１４が基準面を規定するも
のとする。これにより、撮像素子平面１８の位置を、カ
メラレンズマウント１４に関係して決定するように説明
する。

【００１５】図３から分かるように、光学プローブアッ
センブリ２４は、光学プローブアッセンブリ２４をデジ
タルカメラ本体１５に対して固定式であるが一時的に取
り付けるために、取外し可能にカメラレンズマウント１
４へ取り付けられる。好ましくは、光学プローブアッセ
ンブリ２４は、バイオネットレンズマウントによって、
該アッセンブリをデジタルカメラ本体１５に取付可能と
する手段を組み込む。この場合には、上記アッセンブリ
が、４５度の旋回をもって、カメラ本体における嵌め合
いフランジ上で滑らせられる。取付けを一時的に固定す
るために、例えばバネ荷重ロックピンなどのロック手段
２３が、光学プローブアッセンブリ２４をカメラレンズ
マウント１４に対して固定する。光学プローブアッセン
ブリ２４をカメラレンズマウント１４から取り外すため
に、バネ荷重解放ピンなどのアンロック手段２５が採用
され、これによって、光学プローブアッセンブリ２４が
デジタルカメラ本体１５から容易に取り外される。な
お、かかるロック手段２３およびアンロック手段２５
は、それぞれ、カメラレンズマウント１４に対してレン
ズ１２を固定したり、取り外したりするために、任意に
採用可能である。

【００１６】光学プローブアッセンブリ２４は、単一モ
ードの光学ファイバケーブル２６により、１×２の光結
合器２８に結合される。好ましくは、コネクタ及び種々
の長さのパッチコード(好ましくは、ＦＣコネクタのよ
うな低後方反射のコネクタで末端をなすパッチコード)
が、装置を可搬とするために、また、遠隔での取付けを
可能とするために、光結合器２８と光学プローブアッセ
ンブリ２４との間に配置されている。ＬＥＤ(発光ダイ
オード)のようなノンコヒーレント光源３０が、単一モ
ードファイバ３２へ結合され、１×２の光結合器２８を
通過する。適切なノンコヒーレント光源は、５-１００
マイクロワット(microwatts)の結合電力を有する高域
(４０-１２０ｎｍ)の１３００ｎｍセンタ波長のＬＥＤ
である。

【００１７】ノンコヒーレント光源３０からの光は、通
常、光ファイバケーブル２６に沿って伝わり、光学プロ
ーブアッセンブリ２４を透過して、イメージセンサ１６
へ入射する。光は、イメージセンサ１６の各表面から反
射され、再度光学プローブアッセンブリ２４を通過し、
光学ファイバケーブル２６へ入る。反射光は、その後、
１×２の光結合器２８を通過して光ファイバ３４へ入
り、ノンコヒーレント光干渉計３６内へ導かれる。干渉
計３６は、好ましくは、マイケルソン型の構造のもので
あるが、これに限定されることなく、各種干渉計が適用
可能であることが知られている。ノンコヒーレント光干
渉計３６は、データを制御したり、収集したり、処理し
たり、解析したり、また、保存したりするコンピュータ
などの計算手段３８に連結されている。

【００１８】光学プローブアッセンブリ２４の第１の態
様(光学ファイバなしに示される)が、図４〜図６に示さ
れている。光学プローブアッセンブリ２４は、プローブ
把持部４４を有するプローブハウジング４２と、光ファ
イバ(不図示)を受けるための少なくとも１つのファイバ
レセプタクル４６と、光ファイバを位置決めするための
少なくとも１つの傾斜プレート４８と、レンズ(不図示)
を受けるための複数の開口部５２を有する取付プレート
５０と、ペリクル５８がプローブ取付面６０から所定の
間隔Ｐ_depthに置かれるペリクル取付部５６を有するプ
ローブ差込み部５４とを有している。例えばＯリングな
どのプラスチック製の止め輪５７が、ペリクル５８を固
定する。プローブ差込み部５４は、また、プローブ取付
面６０に近接するプローブ取付及びロック部５１を有し
ている。ファイバ変形緩和部材４３が、プローブハウジ
ング４２に任意に取り付けられてもよい。

【００１９】光学プローブアッセンブリ２４を組み立て
るために、一般には、ＧＲＩＮレンズ(Gradient Index
lens)(不図示)が取付プレート５０の開口部５２に固定
される。傾斜プレート４８は、ファイバレセプタクル４
６と機械的に連結されるように配置され、取付プレート
５０に対して固定される。このサブアッセンブリは、続
いて、プローブ差込み部５４に固定される。

【００２０】より詳細には、光学プローブアッセンブリ
２４を組み立てるために、傾斜プレート４８が、傾斜フ
ァイバの光軸がプローブの光軸に対して平行になるよう
に用いられる。ファイバレセプタクル４６は、好ましく
は、ＡＰＣ／ＦＣ結合された(APC/FC connectorized)光
ファイバに対して結合するために用いられるモディファ
イド・リフォクス(modified Rifocs)ＤＡＫ−１３／Ｆ
Ｃレセプタクルである。好適な実施の形態では、日本シ
ートガラス(ＮＳＧ)の直径４ミリメートルのＧＲＩＮレ
ンズ(Ｐ／Ｎ Ｗ４０−Ｓ１１１１−０７８ Ｎ／Ｃ)
が、取付プレート５０における直径０．１５９インチの
５つの孔部の各々に差し込まれ、２−５６の止めねじ
で、所定位置に固定される。上記ＧＲＩＮレンズは、所
定の軸に沿って、光ビームの焦点を合せるように配置さ
れる。より明確には、上記ＧＲＩＮレンズは、プローブ
取付面６０と配置されているオブジェクト(例えば撮像
素子)との間の物理的な間隔を測定するのに十分な焦点
深度を有する。レンズと光ファイバとの間隔は、５５ミ
リメートルの焦点距離について７．０ミリメートルであ
る。これらのレンズは、４．２ミリメートルの長さを有
し、また、取付プレート５０におけるレンズの第１の凹
部は、適切な焦点距離に設定される。最終的な焦点距離
の調整は、必要であれば、後で行われる。傾斜プレート
４８及びモディファイド・リフォクス(modified Rifoc
s)ＤＡＫ−１３／ＦＣレセプタクル４６は、その後、互
いに差し込まれて、上記ＦＣコネクタのカットアウト(c
utout)が、傾斜プレートのより薄い部分に方向付けら
れ、また、図８に示されるように方向付けられる。上記
ＤＡＫ−１３／ＦＣコネクタキーが、プローブのヘッド
に対するファイバの接続が互いに干渉しないように、同
じ方向に向けられる。適切に方向付けられた後、組み合
わせられたレセプタクル及び傾斜プレートが、１０個の
１−７２取付ねじによって、上記取付プレートに取り付
けられる。組み立てられた取付プレートは、その後、２
つのピンと１−７２のねじが切られた５つの取付ねじ孔
とが適切に位置合せされるように、プローブ差込み部５
４に差し込まれる。その組立品は、５つの１−７２のね
じで所定位置に固定され、また、プローブ取付及びロッ
ク部材５１は、プローブ差込み部５４に固定される。光
学プローブアッセンブリを位置合せするために、また、
正確な焦点距離を得るために、光学プローブがテストさ
れる。ダイアモンドのＦＣ／ＡＰＣレセプタクル内で末
端をなす単一モードの光ファイバケーブルが、５つのモ
ディファイド・ファイバレセプタクルの各々に接続さ
れ、キーを用いて所定位置に固定されている。ファイバ
ケーブルの他端部は、プローブのテスト用のノンコヒー
レント光干渉計器具に延びている。光学プローブは、カ
メラプローブ差込み部が、プローブ差込み部の光軸に沿
って方向付けられて堅固に保持されるように、オプティ
カルベンチ上に据え付けられる。

【００２１】光ファイバが位置合せされた後、複数のフ
ァイバが束ねられ、保護のために共通のチューブ内に置
かれる。ファイバ変形緩和部材４３が、光学プローブア
ッセンブリに対する取付箇所においてファイバを保護す
るために、また、光学プローブアッセンブリに対する接
続箇所において、ファイバを真っ直ぐに保つために用い
られる。

【００２２】図７及び８は、光学プローブアッセンブリ
２４内の傾斜光ファイバ６２の取付けの態様を示してい
る。(傾斜光ファイバ２６が接続された場合、それは、
全体を通じて、光ファイバケーブル２６として表示され
る。)前述したように、ＧＲＩＮレンズ６４は、本発明
と合せて利用するのに適していることが分かっている。
レンズの焦点距離は、レンズから光ファイバまでの間隔
に依存している。傾斜光ファイバ６２は、その軸Ａに沿
って光ビームを放射するように配置されている。図７に
示されるように、出願人によって使用される光ファイバ
６２は、ファイバコアから構成され、９マイクロメート
ルの直径を有し、入ってくる垂線に対して約３．８度の
角度でファイバを出るファイバコアを有している。ＧＲ
ＩＮレンズ６４は、該レンズの平面に垂直な軸Ｂに沿っ
て光ビームを指向させるように、光ビームの経路中に配
置される。より明確には、軸Ｂに沿った光ビームは、カ
メラ内に配置されるイメージセンサ又はオブジェクトに
向かって指向させられる。なお、光ファイバからの光は
集光され、ＧＲＩＮレンズの軸に対して平行である。傾
斜プレート４８(図８に最もよく示される)は、上記光を
確実にＧＲＩＮレンズの軸Ｂに対して平行に入力させる
のに用いられる。適切な光ファイバ６２は、傾斜をなし
て分割され且つ結合された単一モードの光ファイバであ
る。傾斜をなした分割によって、上記単一モードファイ
バによる後方反射が最小限に抑制される。出願人は、フ
ァイバレセプタクル内に配置された場合に、ファイバ先
端のファイバ端部からの再現可能なずれに備えたタング
ステンカーバイドスチールから構成されるＡＰＣ／ＦＣ
コネクタをむしろ選ぶ。タングステンスチールコネクタ
は、また、光学プローブに取り付けられる光ファイバケ
ーブルの変更に際して、光学プローブで再現可能な焦点
距離を促進する。光ファイバの回転角が時計回りに３．
８度を合せられると、もし入ってくる光がレンズの光軸
に沿って出射すれば、出力光は、ＧＲＩＮレンズの平面
に対して垂直に出射する。なお、上記ＡＰＣ／ＦＣコネ
クタは、傾斜プレート４８が、上記ＧＲＩＮレンズの軸
に対して平行に出射するように光を指向させるべく適切
な方向に傾斜されるように調整される。

【００２３】ペリクル５８は、焦点深度測定に影響を及
ぼさないように十分に薄い、光学的に透明な材料からな
る。適切なペリクルは、約１−３マイクロメートル，好
ましくは１．５マイクロメートルの厚さのポリエステル
フィルム材料で作られる。ペリクルを光学プローブアッ
センブリ２４に固定する手段が提供される。例えば、溝
部内に保持されたプラスチック製の止め輪によれば、ペ
リクルマウントに対して堅固に取り付けることが可能に
なる。代わりとして、上記ペリクルは、適切な接着剤で
所定位置に据え付けられる。出願人の特定の出願に関し
ては、細い溝部(不図示)が、ペリクル取付部５６の一端
部側の内面に作られる。その溝部は、ペリクルが光学プ
ローブアッセンブリの軸に対して垂直になるように作ら
れる。上記ペリクルは、好ましくは、この薄い溝部内に
適合するように、僅かに引き伸ばされ、プラスチック製
の止め輪５７を用いて固定される。ペリクルの差込みの
間に、ペリクル取付部５６は、溝付きの端部が水平面に
位置し上向きになるように固定して配置される。上記ペ
リクルは、ペリクル取付部の端部に渡って引き伸ばさ
れ、プラスチック製の止め輪５７が上記溝部内に差し込
まれ、所定位置に嵌め込まれる。例えば熱線銃からの熱
が、上記ペリクルの張力を平衡させるために用いられて
もよい。

【００２４】図６に示されるように、本発明に関して、
ガラス板(ｎｔ)を通過する光路が干渉計を用いて走査さ
れた最大走査距離よりも大きい限りは、ペリクル５８
が、例えば約４−７ミリメートル厚のガラス板５９のよ
うな光学的に透明な材料に置き換えられてもよい。上記
ペリクル(又はガラス板)は、(レンズマウントである場
合について前述した)カメラにおける基準面と、カメラ
内に配置されたイメージセンサとの中間に配置される。
なお、上記ペリクルは、ただ１つの基準面を有するよう
に十分に薄い一方、ガラス板５９が用いられた場合に
は、その第２の面(すなわち上記撮像素子に隣接する面)
が、基準面として利用される。また、ガラス板５９が用
いられる場合には、上記レンズの空気中における効果的
な焦点距離が大きくなる。従って、ガラス板５９が採用
された場合には、より短い焦点距離が用いられる。例え
ば、約１．５の屈折率を有する６ミリメートル厚のガラ
ス板では、約２ミリメートルの焦点シフトが生じ得る。

【００２５】ペリクルを用いた場合には、ガラス板５９
を光学プローブアッセンブリ２４へ固定するための手段
が設けられる。出願人の特定の出願に関して、上記ガラ
ス板より薄い若しくは僅かに薄い溝部(不図示)が、ペリ
クル取付部５６の一端部側の内面に作られる。上記溝部
は、ガラス板が光学プローブアッセンブリの軸に垂直に
なるように作られる。ガラス板の直径は、溝付きの面に
おいて張りをもって適合するように調整される。溝部内
への差込み後、上記ガラス板は、例えば最良の光学セメ
ント(好ましくはｕｖキュアリング)を用いて、固定され
る。

【００２６】好ましくは、複数の光ファイバが採用され
る。図４に示されるように、傾斜プレート４８及びファ
イバレセプタクル４６が、５本の光ファイバ用の構造を
有している。デジタルカメラ内に設けられたイメージセ
ンサの平面性を判断し得るために、また、デジタルカメ
ラ内に設けられたイメージセンサが該デジタルカメラに
おける基準面に関して平行であるかどうかを判断し得る
ために、５本の光ファイバが好適である。５本の光ファ
イバは、５つの測定位置を規定する。典型的には、中央
の位置と上記撮像素子のコーナ部近傍の４つの位置が用
いられる。

【００２７】幾つかの例では、撮像素子の面において近
接して配置された異なる位置における点を測定するのが
好ましい場合に、結合されるファイバ装置が相応しくな
い可能性がある。このため、図９−１４に示された第２
の実施の形態に係る光学プローブアッセンブリ２４で
は、レセプタクル４６及び傾斜プレートが、プローブチ
ャック６１に置き換えられる。また、それに従って、連
結されたＡＰＣ／ＦＣファイバが、露出したＡＰＣ／Ｆ
Ｃのフェレール６３に置き換えられる。かかるプローブ
チャックの装置は、光ファイバの光軸が確実に光学プロ
ーブアッセンブリの光軸に垂直になるように、制約され
た取付けをもたらすものである。図９及び１０から分か
るように、好適な装置では、直径０．２５インチのファ
イバチャックが、その一端部で、２０ミリメートル長を
有する直径２ミリメートルの貫通孔部を有している。同
じ端部では、光フィイバのフェルール６３を受けるよう
に、垂線から約３．７８度傾斜した２．５ミリメートル
の孔部６５がねじを付けられる。図１２から最もよく分
かるように、ファイバチャック６１の他端部には、４ミ
リメートル，４．１２ミリメートルの長さのＧＲＩＮレ
ンズ６４を受けるために、直径４ミリメートルの孔部が
設けられる。ＡＰＣ／ＦＣフェルール６３は、プローブ
チャック６１内に光ファイバを取り付けるために用いら
れる。第１の実施の形態での場合のように、第２の実施
の形態では、傾斜光ファイバ６２が、上記基準面に垂直
な軸に沿って、オブジェクトへ光ビームを放射するよう
に、プローブチャック６１内で方向付けられている。

【００２８】第２の実施の形態では、プローブチャック
６１を保持する取付プレートが、取付プレート５０’と
して、図１１，１３及び１４に示される。図９−１３に
示されるように、プローブチャック６１は、取付プレー
ト５０’におけるプローブチャック６１の取付けを容易
化するために、その端部の一方において、直径が大きく
なっている。第２の実施の形態は、それ自体、プローブ
チャック６１が光ファイバ及びＧＲＩＮレンズ６４を支
持するという点で、第１の実施の形態と異なる。大きい
方の寸法を有するプローブチャック６１の寸法は、測定
に適切な焦点距離にＧＲＩＮレンズが配置されるような
長さにカットされる。

【００２９】この第２の実施の形態は、ペリクル及びガ
ラス板の両方と合せて用いられてもよい。第２の実施の
形態を組み立てるために、フェルール６３が孔部６５に
差込まれ、２−５６のアレンねじで固定される。上記フ
ェルールは、その向きが図８のそれを繰り返すように、
傾斜孔部６５へ差し込まれる。十分に差し込まれた後、
光は、プローブチャック６１の軸に平行に出射する。Ｇ
ＲＩＮレンズは、孔部６７(図８に示されるように)へ十
分に差し込まれ、２−５６のアレンねじで固定される。
プローブチャック６１の長さは、フェルール６３及びＧ
ＲＩＮレンズがそれぞれ各孔部内に十分に保持された場
合に、ファイバからレンズの間隔が適切な焦点距離に自
動的に設定されるようにするものである。プローブチャ
ック６１は、その後、取付プレート５０’の開口部５
２’へ十分に差し込まれる。十分に差し込まれた場合、
全体構造は、適切な焦点距離に置かれる。プローブ差込
み部５４に対する取付けがなされた後の、残りのアッセ
ンブリは第１の実施の形態のものと同様である。なお、
プローブチャック６１の正確な機械加工は、第２の実施
の形態の迅速で簡単な位置調整及び組立を促進する。

【００３０】第１及び第２の実施の形態の両方に関し
て、光学プローブアッセンブリ２４がデジタルカメラ本
体１５に対して取外し可能に取り付けられた場合、プロ
ーブ取付面６０は、デジタルカメラ本体１５における基
準面に対して、所定の向きにある。前述したように、説
明の目的から、基準面はレンズマウント１４となる。従
って、出願人の装置では、プローブ取付面６０が、プロ
ーブ取付及びロック部剤５１が所定位置に固定された場
合に、カメラレンズマウント１４と隣接する。これによ
り、プローブ取付面６０は、０．０ユニットのデジタル
カメラ本体における基準面から所定の間隔にある。

【００３１】光学プローブアッセンブリ２４がデジタル
カメラ本体１５に取り付けられた場合、光ファイバ６
２、ＧＲＩＮレンズ６４及びイメージセンサ１６の向き
は、図１５に示される通りである。ペリクル５８(又は
ガラス板５９)は、プローブ取付面６０、すなわちレン
ズマウント１４(概して基準面Ｃに置かれた基準面とし
て図１５に示される)から所定の深度Ｐ_depthに配置され
る。撮像素子カバープレート２０の前面６６から後面６
８への物理的な間隔は、撮像素子カバープレートの厚さ
である。ペリクル５８から撮像素子カバープレート２０
までの深度はＰＧ_{de pth}と呼ばれ、また、一方、撮像素
子カバープレート２０の後面６８から撮像素子の平面１
８までの深度はＧＳ_depthと呼ばれる。従って、上記基
準面(すなわち基準面Ｃにおけるレンズマウント１４)に
関する撮像素子の平面１８の実際の深度Ｄ_actualは、 Ｄ_actual＝Ｐ_depth＋ＰＧ_depth＋ｔ＋ＧＳ_depth (数式３) である。ここで、ｔは、撮像素子カバープレート２０の
厚さである。

【００３２】それに対応する上記基準面(すなわち基準
面Ｃにおけるレンズマウント１４)に関したペリクル５
８(又はガラス板５９)からの総光学的深度Ｄが、次式に
よって与えられる。 Ｄ_actual＝Ｐ_depth＋ＰＧ_depth＋ｎｔ＋ＧＳ_depth (数式４) ここで、ｎは、撮像素子カバープレート２０の屈折率で
ある。数式３を数式４に取り替えた結果は、 Ｄ_actual＝Ｄ_optical−ｎｔ＋ｔ＝Ｄ_optical−ｔ(ｎ−１) (数式５) である。

【００３３】従って、撮像素子の平面１８が実際に配置
される場所と、所望の位置、例えば(数式１からの)イン
−フォーカスの位置Ｆ₁との間の差は、焦点Ｄ_F、 Ｄ_F ＝ Ｆ_I − Ｄ_actual (数式６) の差と呼ばれる。

【００３４】上記光学プローブアッセンブリがデジタル
カメラに対して所定の向きで固定されて、上記ペリクル
(又はガラス板)がデジタルカメラにおける基準面に関し
て公知の基準深度に配置される場合には、米国特許第５
７５７４８５号(マーカス他，１９９８年５月２６日)及
び５７５７４８６号(マーカス他，１９９８年５月２６
日)に開示されるように、(i)上記基準面から撮像素子カ
バープレートの前面までの深度，(ii)上記撮像素子カバ
ープレートの光学的な厚さ、及び、(iii)上記撮像素子
カバープレートの後面からイメージセンサまでの深度を
決定するために、ノンコヒーレント光干渉計が採用され
てもよい。この情報から、基準面に関した撮像素子の平
面１８の位置が決定され得る。

【００３５】なお、本発明については、５５ミリメート
ルの焦点距離が意図する焦点距離として選択された。テ
ーブルＩは、測定ジオメトリ用に選択された値のまわり
の焦点距離の範囲に関して、必要なファイバとレンズと
の間隔，結果の焦点直径，焦点深度および受入錐角を示
している。上記焦点距離が、カメラ内の撮像素子からレ
ンズマウントの間隔よりも大きい限りは、テーブルＩに
示されるように、他の焦点距離が用いられてもよい。上
記取付具におけるＧＲＩＮレンズからカメラ内の撮像素
子の平面までの間隔は、必要な焦点距離を決定する。

【００３６】また、テーブルＩには、焦点距離の作用と
して、レンズについての焦点深度及び受入角が示され
る。上記受入角は、０．１度よりも小さい受入角を有す
る視準式の設計に対して改良されることが観察される。
この改良された受入角は、カメラ本体に取り付けられた
場合に、適切に焦点調節しないであろう大きな傾斜角を
伴う撮像素子の測定に備えるものである。

【００３７】本発明に係る光学プローブ較正装置７０
が、図１６及び１７に示される。かかる光学プローブ較
正装置は、光学プローブアッセンブリ２４におけるペリ
クル５８又はガラス板５９の絶対位置を決定するのに用
いられる。光学プローブアッセンブリ７０は、また、ペ
リクル５８又はガラス板５９が、温度，圧力，湿度又は
時間の作用として位置を変化しているかどうかを確かめ
るのに用いられる。更に、光学プローブ較正装置７０
は、光学プローブアッセンブリ２４が使用されていない
場合、収納用取付部材として用いられてもよい。

【００３８】較正装置７０は、水平ベース部７１ａと垂
直ベース部７１ｂとを有している。較正マウント７２
は、軸Ｄを有する開口部６９及び較正基準面７４を有し
ている。較正マウント７２は、取付プレート７３と、較
正マウント７２の開口部６９と位置合せされる開口部７
７を有するスペーシング部材７５とによって、垂直ベー
ス部７１ｂに取り付けられている。取付プレート７３上
には、凹部８１が設けられ、該凹部８１内には、ターゲ
ット７６が配置される。

【００３９】光学プローブアッセンブリ２４は、較正マ
ウント７２におけるロック及び取付部７９によって、該
光学プローブアッセンブリ２４を較正装置７０に固定式
であるが一時的に取り付けるために、光学プローブ較正
装置７０へ取外し可能に取り付けられ得る。かかるロッ
ク及び取付部は、好ましくは、カメラ本体１０又はデジ
タルカメラ本体１５のレンズマウント１４に関して前述
したようなレンズマウントと実質的に同様のものであ
る。従って、較正マウント７２と光学プローブアッセン
ブリ２４との間にある取付装置は、デジタルカメラ及び
光学プローブアッセンブリに関して前述したようなもの
と同様のものである。

【００４０】図１８に示されるように、光学プローブア
ッセンブリ２４は、取外し可能に較正装置７０に取り付
けられる。光ファイバ６２(この実施の形態では、５本
のファイバが示される)は、マルチプレクサ７８，変換
用エレクトロニクス８０及びノンコヒーレント光干渉計
８２と電気的に接続している。ケーブル布線８４がコン
ピュータ８６への接続をもたらす。

【００４１】前述したように、光学プローブアッセンブ
リ２４が、カメラ本体１０又はデジタルカメラ本体１５
に対して取外し可能に取り付けられた場合、プローブ取
付面６０は、デジタルカメラ本体１５における基準面
(すなわちカメラレンズマウント１４)に関して所定の向
きに置かれ、また、プローブ取付及びロック部材５１が
所定位置に固定される。同様に、光学プローブアッセン
ブリ２４が、光学プローブ較正装置７０に対して取外し
可能に取り付けられた場合には、プローブ取付面６０
(すなわち基準面)が、較正マウント７２における較正基
準面７４に関して所定の向きに置かれる。説明の容易さ
から、較正基準面７４は、較正マウント７２の面からな
るが、較正装置７０における異なる基準面が選択されて
もよい。従って、出願人の好適な装置では、プローブ取
付面６０が、較正マウントの基準面７４に隣接する。こ
のため、出願人の特定の装置に関しては、プローブ取付
面６０が、光学プローブ較正装置７０における較正基準
面７４から０．０ユニットの所定間隔にある。

【００４２】較正ターゲット７６が、較正基準面７４か
ら軸Ｄに沿って、所定間隔に配置される。この較正ター
ゲットは、較正基準面７４に平行になるように、軸Ｄに
実質的に垂直に配置される。出願人の特定の装置に関し
ては、較正ターゲット７６が、部分的に反射面を有する
磨きステンレススチールプレートのような光学活性の平
坦プレートである。

【００４３】座標測定機(ＣＭＭ)を用いて、出願人は、
較正基準面７４の一平面を規定するために、較正マウン
ト７２の周辺で、１０回の測定を行った。その結果、較
正ターゲット７６までの間隔が、図４に示されるような
ｉ本の光ファイバの位置により規定される５つの結果的
な測定位置の各々について測定された（ｉは１〜ｎに等
しく、ｎは、光学プローブアッセンブリ内の光ファイバ
の総数である。出願人の特定の出願については、５本の
光ファイバが図１１及び１２に示される）。この較正基
準面７４から較正ターゲット７６までの間隔は、予め決
められた間隔である。

【００４４】図１８及び１９では、光学プローブ較正装
置７０及び光学プローブアッセンブリ２４の相対的な関
係が示されている。ＬＲ_iの値は、較正基準面７４から
較正ターゲット７６までの間隔である。光学的なプロー
ブアッセンブリ２４が較正装置７０から取り外された／
分離された場合には、この間隔ＬＲ_iがＣＭＭによって
測定される。光学アッセンブリ２４が較正装置７０に取
り付けられた場合、光学的に透明な材料(例えばペリク
ル５８又はガラス板５９)から較正ターゲット７６まで
の間隔は、ＰＲ_iの値として測定される。ノンコヒーレ
ント光干渉計は、ＰＲ_iの値を決定するために、米国特
許第５７２７４８５号(マーカス他，１９９８年３月２
６日)及び５７５７４８６号(マーカス他，１９９８年３
月２６日)に開示されるように採用され得る。従って、
プローブ取付面６０から所定間隔にある較正基準面７４
を用いた場合、上記プローブ取付面６０からペリクル５
８までの間隔ＬＰが、次式により得られる。 ＬＰ_i ＝ ＬＲ_i − ＰＲ_i (数式７) ここで、ｉ＝１〜ｎであり、また、ｎは光ファイバの総
数に等しい。ＬＰ_iは、図１５に示されるようなＰ_depth
に同等である。光学プローブ較正装置７０は、それ自
体、ペリクル５８又はガラス板５９の位置を定期的に確
認する／較正するために、Ｐ_depthの値の代わりに用い
られる。

【００４５】なお、本発明は、例示された実施の形態に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良及び設計上の変更が可能であるこ
とは言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、丈夫で、搬送可能で、使用が簡単であるとと
もに、デジタルカメラと容易に使用可能である光学プロ
ーブ較正装置および方法を実現することができる。ま
た、本発明によれば、製造が容易で、簡単な構造を有
し、また、容易に組立及び位置合せが可能である較正装
置および方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カメラ本体内に取り付けられたレンズを示す
図である。

【図２】 カメラ本体に取り付けられたＣＣＤを示す図
である。

【図３】 本発明に係るノンコヒーレント光干渉測定装
置を示す図である。

【図４】 第１の実施の形態に係る、ペリクルを採用す
る図３の光学プローブアッセンブリの分解図である。

【図５】 図３の光学プローブアッセンブリの斜視図で
ある。

【図６】 第１の実施の形態に係る、ガラス等の透明な
材料を採用する図３の光学プローブアッセンブリの分解
図である。

【図７】 傾斜光ファイバを概略的に示す図である。

【図８】 上記光学プローブアッセンブリ内の傾斜光フ
ァイバの配列を概略的に示す図である。

【図９】 本発明の第２の実施の形態に係る光学プロー
ブアッセンブリに使用される、取付後の傾斜光ファイバ
を概略的に示す斜視図である。

【図１０】 第２の実施の形態に係る光学プローブアッ
センブリとともに使用するプローブチャックを概略的に
示す斜視図である。

【図１１】 第２の実施の形態に係る光学プローブアッ
センブリの分解斜視図である。

【図１２】 第２の実施の形態に係る光学プローブアッ
センブリの一部の分解斜視図である。

【図１３】 第２の実施の形態に係る光学プローブアッ
センブリの一部の斜視図である。

【図１４】 第２の実施の形態に係る光学プローブアッ
センブリの一部の斜視図である。

【図１５】 光学プローブアッセンブリがカメラ本体に
取り付けられた場合における光学プローブアッセンブリ
とＣＣＤとの関係を概略的に示す図である。

【図１６】 本発明に係る光学プローブ較正装置の斜視
図である。

【図１７】 本発明に係る光学プローブ較正装置の分解
斜視図である。

【図１８】 上記光学プローブアッセンブリが光学プロ
ーブ較正装置に取り付けられた場合における光学プロー
ブアッセンブリと光学プローブ較正装置との関係を概略
的に示す斜視図である。

【図１９】 光学プローブ較正装置の一部を概略的に示
す図である。

【符号の説明】

１０…カメラ本体 １２…レンズ １３…フィルム １４…レンズマウント １５…デジタルカメラ本体 １６…イメージセンサ １８…イメージセンサの撮像素子平面 ２０…光学的に透明なプレート ２１…ノンコヒーレント光干渉計測定装置 ２２…間隙 ２３…ロック手段 ２４…光学プローブアッセンブリ ２６…単一モードファイバ ２８…１×２光結合器 ３０…ノンコヒーレント光源 ３４…光ファイバ ３６…ノンコヒーレント光干渉計 ３８…コンピュータ ４６…ファイバレセプタクル ４８…傾斜プレート ５０…取付プレート ５８…ペリクル ５９…ガラス板 ６０…プローブ取付面 ６２…光ファイバ ６４…ＧＲＩＮレンズ ７０…光学プローブ較正装置 ７２…較正レンズマウント ７６…較正ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・エム・トレンブリー アメリカ合衆国14411ニューヨーク州アル ビオン、ウエスト・バー・ロード13694番

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ取付面と該プローブ取付面から
   間隔を置かれた光学的に透明な材料とを有する光学プロ
   ーブアッセンブリを較正する方法であって、 所定の軸を備えた較正マウントと該較正マウントの外面
   における基準面とを有する較正装置を設け、 上記較正マウントの基準面から所定の間隔で、該較正マ
   ウントの軸に実質的に垂直に較正ターゲットを取り付
   け、 上記較正ターゲットから較正マウントの基準面までの間
   隔ＬＲを決定し、 上記較正装置に光学プローブアッセンブリを取外し可能
   に取り付け、 上記較正マウントの基準面が、光学プローブアッセンブ
   リにおけるプローブ取付面に関係して所定の向きに位置
   するように、上記較正マウントに光学プローブアッセン
   ブリを固定し、 上記光学的に透明な材料から較正ターゲットまでの間隔
   ＰＲを決定するために、ノンコヒーレント光干渉計を使
   用し、 上記プローブ取付面から光学的に透明な材料までの間隔
   ＬＰを、ＬＲ及びＰＲの値を用いて計算するステップを
   有していることを特徴とする光学プローブアッセンブリ
   を較正する方法。
2. 【請求項２】 デジタルカメラにおけるイメージセンサ
   の位置を決定するのに利用するための、プローブ取付面
   と該プローブ取付面から間隔を置かれた光学的に透明な
   材料とを有する光学プローブアッセンブリを較正する方
   法であって、 所定の軸を備えた較正マウントと該較正マウントの外面
   における基準面とを有する較正装置を設け、 上記較正マウントの基準面から所定の間隔で、該較正マ
   ウントの軸に実質的に垂直に較正ターゲットを取り付
   け、 上記較正ターゲットから較正マウントの基準面までの間
   隔ＬＲを決定し、 上記較正装置に光学プローブアッセンブリを取外し可能
   に取り付け、 上記較正マウントの基準面が、光学プローブアッセンブ
   リにおけるプローブ取付面に関係して所定の向きに位置
   するように、上記較正マウントに光学プローブアッセン
   ブリを固定し、 上記光学的に透明な材料から較正ターゲットまでの間隔
   ＰＲを決定するために、ノンコヒーレント光干渉計を使
   用し、 上記プローブ取付面から光学的に透明な材料までの間隔
   ＬＰを、ＬＲ及びＰＲの値を用いて計算するステップを
   有していることを特徴とする光学プローブアッセンブリ
   を較正する方法。
3. 【請求項３】 プローブ取付面と該プローブ取付面から
   間隔を置かれた光学的に透明な材料とを有する光学プロ
   ーブアッセンブリを較正する較正装置であって、 ベース部と、 所定の軸を備えた較正マウントと、 上記較正マウントの外面に配置された基準面と、 上記較正マウントの基準面から所定の間隔で、該較正マ
   ウントの軸に実質的に垂直に配置された較正ターゲット
   と、 上記較正マウントの基準面が光学プローブアッセンブリ
   におけるプローブ取付面に関係して所定の向きに位置す
   るように、上記較正装置に対して、光学プローブアッセ
   ンブリを取外し可能に取り付けて固定する取付部材とを
   有していることを特徴とする較正装置。