JP2008026049A - フランジ焦点距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】被検レンズ２０およびこの被検レンズ２０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距離Ｌからのずれ量Δを測定するフランジ焦点距離測定装置１を、光源５およびレチクルチャート８を有する点光源と、この点光源から出射した光線を平行光束に変換するコリメータレンズ９と、このコリメータレンズ９から出射した平行光束を集光する集光レンズ１２と、この集光レンズ１２の焦点位置近傍に後側焦点が位置するように配置された被検レンズ２０と、集光レンズ１２により集光され、被検レンズ２０で平行光束に変換された光線を反射する反射鏡１１と、反射鏡１１で反射された光線を、被検レンズ２０および集光レンズ１２を透過させて、再び平行光束に変換して検出し、ずれ量を算出するマイクロレンズアレイ１３、撮像素子１４、および、解析装置１５とから構成する。
【選択図】図１

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。

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）。

特開２０００−９４２３号公報

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。

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。

前記課題を解決するために、第１の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、実施形態におけるレチクルチャート８）から出射した光線を平行光束に変換するコリメータレンズと、このコリメータレンズから出射した平行光束を集光する集光レンズと、この集光レンズの焦点近傍に後側焦点が位置するように配置された被検レンズと、集光レンズにより集光され、被検レンズで平行光束に変換された光線を反射する反射鏡と、反射鏡で反射された光線を、被検レンズおよび集光レンズを透過させて、再び平行光束に変換して検出し、ずれ量を算出する検出装置とから構成される。

また、第２の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からのずれ量を測定するものであり、点光源と、この点光源から出射した光線を平行光束に変換するコリメータレンズと、この平行光束を集光する被検レンズと、反射面および光軸の交点が被検レンズの後側焦点の近傍に配置された反射鏡と、反射鏡で反射された光線を、被検レンズを透過させて、再び平行光束に変換して検出し、ずれ量を算出する検出装置とから構成される。

なお、このような第１および第２の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。

第１および第２の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。

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を用いて焦点距離測定装置の第１実施例の構成を説明する。この焦点距離測定装置１は、図１において上下方向に延びる照明光学系２と、被検レンズ２０を挟んで左右方向に延びる測定光学系３とから構成される。

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、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反射鏡（平面鏡）１１、被検レンズ２０、集光レンズ１２、ハーフミラー（若しくは、ハーフプリズム）１０、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、照明光学系３の光軸上には測定光学系のハーフミラー１０が配置されており、それぞれの光軸はこのハーフミラー１０上で直交するように配置されている。また、被検レンズ２０は、後側（像側）が集光レンズ１２に正対し、集光レンズ１２の焦点と被検レンズ２０の後側焦点とがほぼ一致するように配置されている。また、反射鏡１１は、その反射面と光軸とが直交するように配置されている。

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コリメータレンズ９で平行光束に変換されてハーフミラー１０に入射し、被検レンズ２０に向かって反射される。そして、集光レンズ１２で一端結像されて、被検レンズ２０に後側から入射する。上述のように、集光レンズ１２の焦点と被検レンズ２０の後側焦点とはほぼ一致しているため、被検レンズ２０の前側（対物側）から出射した光線は略平行光束になって反射鏡１１に入射する。そして、この反射鏡１１で反射して、再び被検レンズ２０で集光され、集光レンズ１２で平行光束に変換されてハーフミラー１０に入射する。

ハーフミラー１０に入射した光線はこのハーフミラー１０を透過して平行光束の状態で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。

この焦点距離測定装置１において、集光レンズ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。集光レンズ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させることができず、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、集光レンズ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、集光レンズ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。

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からの光をコリメータレンズ９で平行光束に変換して照射し、集光レンズ１２で一旦集光させた後、被検レンズ２０を透過させ、さらに、被検レンズ２０を透過させて集光レンズ１２で再度変換された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。

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、集光レンズ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。ここで集光レンズ１２の焦点位置Ｏは既知であり、被検レンズ２０のフランジ面から集光レンズ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。

なお、この焦点距離測定装置１に被検レンズ２０を取り付けてその波面収差を測定する前に、図２に示すように、集光レンズ１２の焦点位置Ｏと焦点が一致する球面鏡１６を配置し、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照明光学系２および測定光学系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。

このように、この第１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。

上述の第１実施例においては、照明光を被検レンズ２０の後側から入射させて波面収差を測定するように構成した場合について説明したが、この第２実施例では、被検レンズ２０の前側から照明光を入射させて波面収差を測定するように構成した場合について説明する。なお、この第２実施例においては、第１実施例と同一の構成要素は同一の符号を付している。まず、図３を用いて焦点距離測定装置の第２実施例の構成を説明する。この焦点距離測定装置１′は、左右方向に延びる照明光学系２′と、Ｌ字型に配置された測定光学系３′とから構成される。

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、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、その反射面が光軸と直交するように配置された反射鏡（平面鏡）１１、被検レンズ２０、ハーフミラー（若しくは、ハーフプリズム）１０、ビームコンプレッサ１７、マイクロレンズアレイ１３、および、撮像素子１４とから構成される。なお、照明光学系２′の光軸上に、測定光学系３′のハーフミラー１０、被検レンズ２０、および、反射鏡１１が配置され、ハーフミラー１０から上方に、照明光学系２′の光軸と直交するように、測定光学系３′のビームコンプレッサ１７、マイクロレンズアレイ１３、および、撮像素子１４が配置されている。また、被検レンズ２０は、前側がハーフミラー１０に正対するとともに、その後側焦点が反射鏡１１の反射面および光軸の交点Ｏ′とほぼ一致するように配置されている。

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にも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コリメータレンズ９で平行光束に変換されてハーフミラー１０に入射し、ハーフミラー１０を透過する。そして、平行光束の状態で被検レンズ２０に前側から入射する。上述のように、被検レンズ２０の後側焦点の位置は、反射鏡１１の反射面および光軸の交点Ｏ′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は集光されて反射鏡１１に入射する。そして、この反射鏡１１で反射して、再び被検レンズ２０で平行光束に変換されてハーフミラー１０に入射する。

ハーフミラー１０に入射した光線はこのハーフミラー１０により上方に反射され、平行光束の状態でビームコンプレッサ１７に入射する。ビームコンプレッサ１７は、例えば、図３に示すように２枚の凸レンズ１７ａ，１７ｂで構成されており、第１のレンズ１７ａで一旦結像させて、第２のレンズ１７ｂで平行光束に戻すことにより、平行光束の径を縮小するものである。上述のように、本第２実施例においては、被検レンズ２０の瞳径が撮像素子１４のサイズより大きいため、ビームコンプレッサ１７により入射する平行光束の径を縮小する。ビームコンプレッサ１７を出射した平行光束はマイクロレンズアレイ１３に入射し、各々のマイクロレンズを透過して撮像素子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。なお、マイクロレンズアレイ１３の点像から被検レンズ２０の波面収差を求める方法は、上述の第１実施例と同様であるので詳細な説明は省略する。

この第２実施例に係る焦点距離測定装置１′において、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することにより、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、反射鏡１１の反射面および光軸の交点Ｏ′の近傍に位置するように配置されている。交点Ｏ′の位置は既知であり、被検レンズ２０のフランジ面から交点Ｏ′の位置までの距離（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、第１実施例と同様にカメラレンズのフランジ焦点距離を消耗の値（基準値）に調整することができる。

なお、この焦点距離測定装置１′に被検レンズ２０を取り付けてその波面収差を測定する前に、図４に示すように、被検レンズ２０を取り外した状態で、ハーフミラー１０から出射した照明光を直接反射鏡１１で反射させて、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照明光学系２′および測定光学系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、高精度な測定を行うことができる。

このように、この第２実施例に係る焦点距離測定装置１′も、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、この焦点距離測定装置１′は、オートコリメーション法の装置構成を利用できるため、コスト面でのメリットも高い。

以上に説明した第１および第２実施例に係る焦点距離測定装置１，１′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２，２′および測定光学系３，３′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１，１′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１，１′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。

第１実施例に係る焦点距離測定装置の構成図である。 第１実施例において、装置の波面収差を測定するための構成図である。 第２実施例に係る焦点距離測定装置の構成図である。 第２実施例において、装置の波面収差を測定するための構成図である。

符号の説明

１，１′ 焦点距離測定装置 ８ レチクルチャート（点光源）
９ コリメータレンズ １１ 反射鏡 １２ 集光レンズ
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，Ｌ′ 基準距離（基準値） Δ，Δ′ ずれ量

Claims (3)

1. 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コリメータレンズと、
   前記コリメータレンズから出射した平行光束を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズの焦点近傍に後側焦点が位置するように配置された前記被検レンズと、
   前記集光レンズにより集光され、前記被検レンズで平行光束に変換された光線を反射する反射鏡と、
   前記反射鏡で反射された光線を、前記被検レンズおよび前記集光レンズを透過させて、再び平行光束に変換して検出し、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。
2. 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、
   点光源と、
   前記点光源から出射した光線を平行光束に変換するコリメータレンズと、
   前記平行光束を集光する前記被検レンズと、
   反射面および光軸の交点が前記被検レンズの後側焦点の近傍に配置された反射鏡と、
   前記反射鏡で反射された光線を、前記被検レンズを透過させて、再び平行光束に変換して検出し、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。
3. 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または２に記載のフランジ焦点距離測定装置。

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