JP2008026048A

JP2008026048A - Flange focal distance measuring instrument

Info

Publication number: JP2008026048A
Application number: JP2006196463A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Shimada; 洋臣島田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-02-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flange focal distance measuring instrument for highly accurately and quantitatively measuring the deviation amount of a flange focal distance from a reference value. <P>SOLUTION: This flange focal distance measuring instrument 1 is used for measuring a deviation amount Δ of a flange focal distance of a camera lens from a reference distance L, with the camera lens comprising an inspecting lens 20 and a camera lens mount for holding this inspecting lens 20. This measuring instrument 1 comprises: a first collimator lens 9 for converting a light beam output from a point light source 10 into a parallel light flux; the inspecting lens 20 for condensing the light flux output from the collimator lens 9; a second collimator lens 12 disposed so that its focal point is positioned in the vicinity of the backside focal point of the inspecting lens 20; and a microlens array 13, an imaging element 14, and an analyzer 15, for detecting a parallel light flux into which a light beam is converted by the collimator lens 12 to calculate its deviation amount. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、カメラレンズのフランジ焦点距離の基準値からのずれ量を測定するためのフランジ焦点距離測定装置に関する。 The present invention relates to a flange focal length measuring device for measuring a deviation amount of a camera lens flange focal length from a reference value.

カメラレンズの製造工程において、カメラレンズマウントのフランジ面から後側焦点までの距離（これを「フランジ焦点距離」と呼ぶ）を調整する工程がある。従来は、コリメータと反射鏡を用い、コリメータから出射された平行光束を被検レンズに照射してこの被検レンズにより結像させ、結像位置近傍であって、その反射光が再び同じ光路を辿る位置に反射鏡を移動させ、マウント基準面と反射鏡の反射面との距離をフランジ焦点距離として測定するオートコリメーション法が一般的に用いられていた。このオートコリメーション法においては、目視によりコリメータで観測されるスリット像が最良になるように反射鏡の位置を調整し、そのずれ量をフランジ焦点距離のずれ量として測定している。また、最近では、反射鏡をＣＣＤ等の撮像素子に置き換えてフランジ焦点位置のずれ量を電気的に検出するように構成された装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。 In the manufacturing process of the camera lens, there is a step of adjusting the distance from the flange surface of the camera lens mount to the rear focal point (referred to as “flange focal length”). Conventionally, a collimator and a reflecting mirror are used to irradiate a test lens with a parallel light beam emitted from the collimator and form an image with the test lens. The reflected light passes through the same optical path again near the imaging position. In general, an autocollimation method is used in which a reflecting mirror is moved to a position to be traced, and a distance between the mount reference surface and the reflecting surface of the reflecting mirror is measured as a flange focal length. In this autocollimation method, the position of the reflecting mirror is adjusted so that the slit image observed by the collimator is the best visually, and the amount of deviation is measured as the amount of deviation of the flange focal length. Recently, there is also known an apparatus configured to replace a reflecting mirror with an image pickup device such as a CCD to electrically detect a shift amount of a flange focal position (see, for example, Patent Document 1).

特開２０００−９４２３号公報JP 2000-9423 A

しかしながら、目視による測定は、手動で反射鏡を移動させて、スリット像の色目を判定することによりピント位置を判断するように構成されているため、個人差が大きく、作業の標準化も困難であった。また、ＣＣＤ等による撮像素子を用いる測定方法においても、像のコントラストやＭＴＦのピーク位置をコンピュータによって算出させるが、Ｆ値の大きなレンズはデフォーカスに対するコントラスト（ＭＴＦ）の変化量が小さいためピーク位置の測定誤差が大きくなるという課題もある。 However, the visual measurement is configured to determine the focus position by manually moving the reflecting mirror and determining the color of the slit image. Therefore, individual differences are large, and standardization of operations is difficult. It was. Also, in a measurement method using an image pickup device such as a CCD, the image contrast and the peak position of MTF are calculated by a computer. However, a lens having a large F value has a small amount of change in contrast (MTF) with respect to defocus, so the peak position There is another problem that the measurement error increases.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、フランジ焦点距離の基準値からのずれ量を高精度かつ定量的に測定できるフランジ焦点距離測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a flange focal length measuring device capable of measuring a deviation amount from a reference value of the flange focal length with high accuracy and quantitatively.

前記課題を解決するために、本発明に係るフランジ焦点距離測定装置は、被検レンズおよびこの被検レンズを保持するカメラレンズマウントからなるカメラレンズのフランジ焦点距離の基準値（例えば、実施形態における基準距離Ｌ）からのずれ量を測定するものであり、点光源（例えば、実施形態における点光源装置１０）から出射した光線を平行光束に変換する第１のコリメータレンズと、この第１のコリメータレンズから出射した平行光束を集光する被検レンズと、被検レンズの後側焦点近傍に焦点が位置するように配置された第２のコリメータレンズと、この第２のコリメータレンズにより平行光束に変換された光線を検出し、ずれ量を算出する検出装置とから構成される。 In order to solve the above-mentioned problem, a flange focal length measuring device according to the present invention provides a reference value (for example, in the embodiment) of a flange focal length of a camera lens including a test lens and a camera lens mount that holds the test lens. A first collimator lens that measures a deviation amount from a reference distance L), converts a light beam emitted from a point light source (for example, the point light source device 10 in the embodiment) into a parallel light beam, and the first collimator. A test lens that condenses the parallel light beam emitted from the lens, a second collimator lens arranged so that the focal point is located in the vicinity of the rear focal point of the test lens, and the second collimator lens. It comprises a detection device that detects the converted light and calculates the amount of deviation.

なお、このような本発明に係る焦点距離測定装置において、検出装置が、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、複数のマイクロレンズの各々で結像された点像を検出する撮像素子と、撮像素子で検出された点像の位置から、被検レンズの波面収差を算出し、この波面収差のデフォーカス成分からズレ量を算出する解析装置とから構成されることが好ましい。 In such a focal length measuring device according to the present invention, the detection device is a microlens array having a plurality of microlenses arranged two-dimensionally, and a point image formed by each of the plurality of microlenses. And an analyzer that calculates the wavefront aberration of the lens under test from the position of the point image detected by the image sensor and calculates the amount of deviation from the defocus component of the wavefront aberration. Is preferred.

本発明に係るフランジ焦点距離測定装置を以上のように構成すると、フランジ焦点距離の基準値からのずれ量を、高精度かつ定量的に測定することができる。なお、これらのフランジ焦点距離測定装置の検出装置にマイクロレンズアレイ撮像素子、および、解析装置を用いて、シャック−ハルトマンの原理より被検レンズの波面収差を求めるように構成することにより、被検レンズの波面収差およびずれ量を高精度に、かつ、容易に求めることができる。 When the flange focal length measuring device according to the present invention is configured as described above, the deviation amount of the flange focal length from the reference value can be measured with high accuracy and quantitatively. By using a microlens array imaging device and an analysis device as the detection device of these flange focal length measurement devices, the wavefront aberration of the test lens is determined based on the Shack-Hartmann principle. The wavefront aberration and shift amount of the lens can be easily obtained with high accuracy.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るフランジ焦点距離測定装置（以下、「焦点距離測定装置」と称する）は、被検レンズを透過した波面（透過波面）の波面収差を測定し、そのデフォーカス成分を算出することにより、被検レンズのフランジ焦点距離の基準値からのずれ量を測定するものである。まず、図１を用いて本実施例に係る焦点距離測定装置の構成を説明する。この焦点距離測定装置１は、図１において左右方向に延びる照明光学系２と測定光学系３とから構成される。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The flange focal length measuring device according to the present invention (hereinafter referred to as “focal length measuring device”) measures the wavefront aberration of the wavefront (transmitted wavefront) that has passed through the lens to be measured and calculates its defocus component. The amount of deviation from the reference value of the flange focal length of the lens to be tested is measured. First, the configuration of the focal length measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This focal length measuring device 1 is composed of an illumination optical system 2 and a measurement optical system 3 extending in the left-right direction in FIG.

照明光学系２は、光軸上に並んで配置された反射鏡４、光源５、拡散板６、コンデンサレンズ７、レチクルチャート８、および、第１のコリメータレンズ９から構成される。また、測定光学系３は、光軸上に並んで配置された被検レンズ２０、ハーフミラー１１、第２のコリメータレンズ１２、マイクロレンズアレイ１３、および、撮像素子１４から構成される。なお、本実施例においては、反射鏡４、光源５、拡散板６、コンデンサレンズ７、および、レチクルチャート８は、点光源装置１０として一体に構成されている。また、被検レンズ２０は、前側（対物側）が第１のコリメータレンズ９に正対し、この被検レンズ２０の後側焦点と第２のコリメータレンズ１２の焦点とがほぼ一致するように配置されている。 The illumination optical system 2 includes a reflecting mirror 4, a light source 5, a diffusion plate 6, a condenser lens 7, a reticle chart 8, and a first collimator lens 9 arranged side by side on the optical axis. The measurement optical system 3 includes a test lens 20, a half mirror 11, a second collimator lens 12, a microlens array 13, and an image sensor 14 that are arranged side by side on the optical axis. In this embodiment, the reflecting mirror 4, the light source 5, the diffusion plate 6, the condenser lens 7, and the reticle chart 8 are integrally configured as a point light source device 10. The test lens 20 is arranged so that the front side (object side) faces the first collimator lens 9 so that the rear focus of the test lens 20 and the focus of the second collimator lens 12 substantially coincide. Has been.

光源５から放射された光線は直接、または、反射鏡４で反射されて拡散板６に照射され、この拡散板６を透過して均一な照度の光線となる。そして、コンデンサレンズ７で集光されてレチクルチャート８に照射される。このレチクルチャート８には光軸を含むようにピンホールが形成されており、このピンホールから出射した光線が第１のコリメータレンズ９で平行光束に変換されて被検レンズ２０の前側から入射する。上述のように、被検レンズ２０の後側焦点は、第２のコリメータレンズ１２の焦点とほぼ一致しているため、被検レンズ２０の後側から出射した光線がハーフミラー１１を透過して第２のコリメータレンズ１２により平行光束に変換される。そしてこの平行光束は、マイクロレンズアレイ１３に入射する。マイクロレンズアレイ１３は、微細な複数のレンズ（マイクロレンズ）を二次元的に配列したレンズ集合体であり、各々のマイクロレンズを透過した光線は各々のマイクロレンズの焦点面に配置された撮像素子１４に各点像として結像する。この撮像素子１４から出力される画像信号は解析装置（ＰＣ）１５で解析される。 The light beam emitted from the light source 5 is directly or reflected by the reflecting mirror 4 and applied to the diffusion plate 6, and passes through the diffusion plate 6 to be a light beam with uniform illuminance. Then, the light is condensed by the condenser lens 7 and irradiated onto the reticle chart 8. A pinhole is formed in the reticle chart 8 so as to include the optical axis, and a light beam emitted from the pinhole is converted into a parallel light beam by the first collimator lens 9 and enters from the front side of the lens 20 to be measured. . As described above, since the rear focal point of the test lens 20 substantially coincides with the focal point of the second collimator lens 12, the light beam emitted from the rear side of the test lens 20 is transmitted through the half mirror 11. It is converted into a parallel light beam by the second collimator lens 12. This parallel light beam enters the microlens array 13. The microlens array 13 is a lens assembly in which a plurality of fine lenses (microlenses) are two-dimensionally arrayed, and light beams that have passed through each microlens are image pickup devices arranged on the focal plane of each microlens. 14 is imaged as each point image. An image signal output from the image sensor 14 is analyzed by an analysis device (PC) 15.

この焦点距離測定装置１において、第２のコリメータレンズ１２には、被検レンズ２０の開口数と同じか、若しくは、被検レンズ２０の開口数よりやや大きな開口数を有するレンズが用いられる。第２のコリメータレンズ１２の開口数が被検レンズ２０の開口数より小さいと、被検レンズ２０の全ての瞳径を入射することができず、この被検レンズ２０全体の波面収差を測定できないからである。なお、第２のコリメータレンズ１２の開口数が被検レンズ２０の開口数より大き過ぎると、瞳径が縮小されてしまい、有効なマイクロレンズの数が少なくなるため、測定精度が低くなる。そのため、第２のコリメータレンズ１２と被検レンズ２０の開口数は一致していることが望ましい。 In the focal length measuring apparatus 1, a lens having a numerical aperture that is the same as or slightly larger than the numerical aperture of the lens 20 to be tested is used as the second collimator lens 12. If the numerical aperture of the second collimator lens 12 is smaller than the numerical aperture of the test lens 20, all the pupil diameters of the test lens 20 cannot be incident, and the wavefront aberration of the entire test lens 20 cannot be measured. Because. If the numerical aperture of the second collimator lens 12 is too larger than the numerical aperture of the lens 20 to be measured, the pupil diameter is reduced, and the number of effective microlenses is reduced, so that the measurement accuracy is lowered. For this reason, it is desirable that the numerical apertures of the second collimator lens 12 and the lens 20 to be tested be the same.

ここで、簡単に、この焦点距離測定装置１における被検レンズ２０の波面収差の測定方法について説明する。照明光学系２および測定光学系３は、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系の一例である。レチクルチャート８のピンホールより出射した点光源装置１０からの光を第１のコリメータレンズ９で平行光束に変換して被検レンズ２０に照射して一旦結像させ、第２のコリメータレンズ１２で平行光束に再度変換する。そして、この平行光束をマイクロレンズアレイ１３によりマイクロレンズの焦点面にある撮像素子１４上に結像させて各点像の位置を検出し、この各点像の位置より被検レンズ２０の波面収差を解析装置１５で算出できるように構成されている。 Here, a method of measuring the wavefront aberration of the test lens 20 in the focal length measuring apparatus 1 will be briefly described. The illumination optical system 2 and the measurement optical system 3 are examples of a transmission wavefront measurement optical system based on the Shack-Hartmann principle. The light from the point light source device 10 emitted from the pinhole of the reticle chart 8 is converted into a parallel light beam by the first collimator lens 9 and irradiated to the lens 20 to be imaged once, and then the second collimator lens 12 forms an image. Convert again to parallel light flux. Then, this parallel light beam is imaged on the image sensor 14 in the focal plane of the microlens by the microlens array 13 to detect the position of each point image, and the wavefront aberration of the lens 20 to be measured is determined from the position of each point image. Can be calculated by the analysis device 15.

この解析装置１５は、求められた波面収差からデフォーカス成分を算出し、このデフォーカス成分から被検レンズ２０のフランジ焦点距離の基準値からのずれ量を測定する。上述のように、この焦点距離測定装置１において、被検レンズ２０の後側焦点は、第２のコリメータレンズ１２の焦点位置Ｏの近傍に位置するように配置されている。ここで第２のコリメータレンズ１２の焦点位置Ｏは既知であり、被検レンズ２０のフランジ面から第２のコリメータレンズ１２の焦点位置Ｏまでの距離（これを「基準距離Ｌ」と呼ぶ）が基準となるフランジ焦点距離（基準値）になるように被検レンズ２０を焦点距離測定装置１に固定することができる。そのため、解析装置１５によりデフォーカス成分からずれ量Δを算出し、このずれ量Δに応じてこの被検レンズ２０を保持するカメラマウントのフランジにマウントワッシャ等を着脱して厚みを調整することで、カメラレンズのフランジ焦点距離を所望の値（基準値）に調整することができる。 The analysis device 15 calculates a defocus component from the obtained wavefront aberration, and measures a deviation amount from the reference value of the flange focal length of the lens 20 to be tested from the defocus component. As described above, in the focal length measurement device 1, the rear focal point of the lens 20 to be examined is disposed so as to be located in the vicinity of the focal position O of the second collimator lens 12. Here, the focal position O of the second collimator lens 12 is known, and the distance from the flange surface of the lens 20 to be examined to the focal position O of the second collimator lens 12 (this is referred to as “reference distance L”). The lens 20 to be tested can be fixed to the focal length measuring device 1 so as to be a flange focal length (reference value) as a reference. Therefore, the analysis device 15 calculates the shift amount Δ from the defocus component, and adjusts the thickness by attaching and detaching a mount washer or the like to the flange of the camera mount that holds the lens 20 to be tested according to the shift amount Δ. The focal length of the flange of the camera lens can be adjusted to a desired value (reference value).

なお、この焦点距離測定装置１には、ハーフミラー１１の下方に、キャリブレーション用照明装置１０′が配置されている。このキャリブレーション用照明装置１０′は、測定光学系３の光軸と直交するように並んで配置された反射鏡４′、光源５′、拡散板６′、コンデンサレンズ７′、および、レチクルチャート８′から構成され、被検レンズ２０のフランジ焦点位置とレチクルチャート８′に形成されたピンホールの位置とが共役関係になるように配置されている。そのため、被検レンズ２０を取り付けてその波面収差を測定する前に、キャリブレーション用照明装置１０′から照射した照明光をハーフミラー１１で反射させて第２のコリメータレンズ１２で平行光束に変換し、上述のように撮像素子１４でマイクロレンズアレイ１３の点像を検出し、解析装置１５でその点像の位置から測定光学系３の波面収差（これを「装置の波面収差」と呼ぶ）を算出して記憶させておく。これにより、解析装置１５において、被検レンズ２０の測定された波面収差から装置の波面収差を除去することができ、被検レンズ２０の真のデフォーカス成分を算出できるため、フランジ焦点距離の基準値からのずれ量を高精度に測定することができる。 In the focal length measuring device 1, a calibration illumination device 10 'is disposed below the half mirror 11. The calibration illumination device 10 'includes a reflecting mirror 4', a light source 5 ', a diffusion plate 6', a condenser lens 7 ', and a reticle chart which are arranged side by side so as to be orthogonal to the optical axis of the measurement optical system 3. 8 'and arranged so that the flange focal position of the lens 20 to be examined and the position of the pinhole formed in the reticle chart 8' are in a conjugate relationship. Therefore, before attaching the lens 20 to be measured and measuring the wavefront aberration, the illumination light irradiated from the calibration illumination device 10 ′ is reflected by the half mirror 11 and converted into a parallel light beam by the second collimator lens 12. As described above, the image sensor 14 detects a point image of the microlens array 13, and the analysis device 15 determines the wavefront aberration of the measurement optical system 3 from the position of the point image (this is called “device wavefront aberration”). Calculate and store. Thereby, in the analysis device 15, the wavefront aberration of the device can be removed from the measured wavefront aberration of the lens to be examined 20, and the true defocus component of the lens to be examined 20 can be calculated. The amount of deviation from the value can be measured with high accuracy.

このように、本実施例に係る焦点距離測定装置１は、可動部分がないため、被検レンズ２０のフランジ焦点距離の基準値からのずれ量Δを、高精度かつ定量的に測定することができ、また、計測が簡単であるため、短時間で行うことができる。また、キャリブレーション用照明装置１０′を設けることにより、測定光学系３を変更せずにキャリブレーション（装置の波面収差を解析装置１５に記憶させる操作）が可能となり、作業が簡便となる。そのため、キャリブレーションが要求されない場合は、ハーフミラー１１およびキャリブレーション用照明装置１０′は無くてもよい。 Thus, since the focal length measuring apparatus 1 according to the present embodiment has no movable part, it is possible to measure the deviation Δ from the reference value of the flange focal length of the lens 20 to be measured with high accuracy and quantitatively. Moreover, since measurement is simple, it can be performed in a short time. Further, by providing the calibration illumination device 10 ′, calibration (operation for storing the wavefront aberration of the device in the analysis device 15) can be performed without changing the measurement optical system 3, and the work is simplified. Therefore, when the calibration is not required, the half mirror 11 and the calibration illumination device 10 ′ may be omitted.

以上に説明した本実施例に係る焦点距離測定装置１は、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の照明光学系２および測定光学系３を用いることにより、レーザ光等の特殊な光源を用いる必要がなく、ハロゲンランプやタングステンランプ等の白色光源（光源５）により測定することができるため、被検レンズ２０（カメラレンズ）の使用状態と同一の波長（白色光）の照明光を用いた検査を可能にするとともに、高精度で安価な焦点距離測定装置１を提供することができる。さらに、シャック−ハルトマンの原理を用いることにより、この焦点距離測定装置１には可動部分が無いことや、光線のゆらぎ等の影響を受けないため、耐環境性能を向上させることができる。 The focal length measurement apparatus 1 according to the present embodiment described above needs to use a special light source such as a laser beam by using the illumination optical system 2 and the measurement optical system 3 of the transmitted wavefront based on the Shack-Hartmann principle. And can be measured by a white light source (light source 5) such as a halogen lamp or a tungsten lamp, so that an inspection using illumination light having the same wavelength (white light) as that of the lens 20 (camera lens) in use can be performed. In addition, it is possible to provide a highly accurate and inexpensive focal length measuring device 1. Furthermore, by using the Shack-Hartmann principle, the focal length measuring apparatus 1 has no movable parts and is not affected by fluctuations in light rays, and therefore, environmental resistance can be improved.

本実施例に係る焦点距離測定装置の構成図である。It is a block diagram of the focal distance measuring apparatus which concerns on a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

１焦点距離測定装置９第１のコリメータレンズ
１０点光源装置（点光源）１２第２のコリメータレンズ
１３マイクロレンズアレイ１４撮像素子１５解析装置
２０被検レンズＬ基準距離（基準値） Δ ずれ量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focal length measuring device 9 1st collimator lens 10 Point light source device (point light source) 12 2nd collimator lens 13 Micro lens array 14 Image sensor 15 Analyzing device 20 Test lens L Reference distance (reference value) Δ Deviation amount

Claims

被検レンズおよび前記被検レンズを保持するカメラレンズマウントからなるカメラレンズのフランジ焦点距離の基準値からのずれ量を測定するフランジ焦点距離測定装置であって、
点光源から出射した光線を平行光束に変換する第１のコリメータレンズと、
前記第１のコリメータレンズから出射した平行光束を集光する前記被検レンズと、
前記被検レンズの後側焦点近傍に焦点が位置するように配置された第２のコリメータレンズと、
前記第２のコリメータレンズにより平行光束に変換された光線を検出し、前記ずれ量を算出する検出装置とから構成されるフランジ焦点距離測定装置。 A flange focal length measuring device for measuring a deviation amount from a reference value of a flange focal length of a camera lens comprising a test lens and a camera lens mount holding the test lens,
A first collimator lens that converts a light beam emitted from a point light source into a parallel light beam;
The test lens for condensing the parallel light beam emitted from the first collimator lens;
A second collimator lens arranged so that the focal point is located in the vicinity of the rear focal point of the test lens;
A flange focal length measurement device comprising: a detection device that detects a light beam converted into a parallel light beam by the second collimator lens and calculates the shift amount.

前記検出装置が、
二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズの各々で結像された点像を検出する撮像素子と、
前記撮像素子で検出された前記点像の位置から、前記被検レンズの波面収差を算出し、前記波面収差のデフォーカス成分から前記ずれ量を算出する解析装置とから構成された請求項１に記載のフランジ焦点距離測定装置。 The detection device is
A microlens array having a plurality of microlenses arranged two-dimensionally;
An image sensor for detecting a point image formed by each of the plurality of microlenses;
2. The analyzer according to claim 1, further comprising: an analysis device that calculates a wavefront aberration of the lens to be measured from a position of the point image detected by the image sensor and calculates the shift amount from a defocus component of the wavefront aberration. The flange focal length measuring device described.