JP4828737B2 - Ｍｔｆ測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば銀塩フィルムを用いたカメラや固体撮像素子を用いたカメラ等に用いられるレンズのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；伝達関数）値を測定するＭＴＦ測定装置に関するものである。
【従来の技術】
従来、ＭＴＦ測定装置として、被検レンズの結像面に置かれた基準チャートの拡大投影像をＣＣＤラインセンサで撮像し、光電変換した後、演算処理を施し被検レンズのＭＴＦ値を求めるＭＴＦ測定装置が知られている。
【０００２】
図４に従来のＭＴＦ測定装置の一例を示す。図４に示すＭＴＦ測定装置において、１０２は基準チャートで、スリット開口パターンを有している。１０１は光源で、基準チャート１０２を均一に昭明するために置かれたもので、拡散板や照明光学系を含んだ構成でもよい。１０３は被検レンズで、被検レンズ保持機構１０４によって基準チャート１０２が焦点位置近傍に置かれるよう保持されており、必要により被検レンズ１０３自体のピント調節機構、又は、保持機構１０４のピント調整機構でピント調整が行われる。
【０００３】
図４中、１０５は撮像素子であるＣＣＤラインセンサであり、位置的光強度分布を時系列的電気信号に変換する。１０６は演算装置で、ＣＣＤラインセンサ１０５から得られた電気信号を演算しＭＴＦ値を算出する機能、算出したＭＴＦ値、又は、ＭＴＦ値に基づく検査結果を表示する機能等を備えている。
【０００４】
図４において、被検レンズ１０３は、基準チャート１０２からの光束を収斂し、ＣＣＤラインセンサ１０５上に基準チャート１０２の拡大像を生成する。ＣＣＤラインセンサ１０５は、基準チャート１０２の像の光強度分布を電気信号に変換し、演算装置１０６はＣＣＤラインセンサ１０５から得られた基準チャート１０２の像の光強度分布を演算し、ＭＴＦ値を算出する。
【０００５】
このようなＭＴＦ測定装置では、光学系の性能を定量的に評価できるため被検レンズ１０３の良否判定を自動化することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＭＴＦ測定装置を用いて、カメラレンズ等の被検レンズ１０３の所望の空間周波数ｕのＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を測定する場合、下記数１に示すように、基準チャート１０２のスリット幅をｗとすれば、πｕｗ＜＜πの条件下でＣＣＤラインセンサ１０５から得た光強度分布をデジタルフーリエ変換して求めた測定値Ｒ’（ｕ）をスリット補正係数ｋで除さなければならない。
【０００７】
【数１】
【０００８】
数１より明らかなように、スリット補正係数ｋ＝０となれば計算上ＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を得ることができないため、実用的にはｋ≧０．５となるように設定される。例えば、空間周波数ｕの上限として１００本／ｍｍを測定する場合、スリット幅ｗはわずか０．００６ｍｍ以下にしなければならず、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の単位面積当たりの光強度はごく小さなものとなってしまう。
【０００９】
このように、上述したＭＴＦ測定装置では、被検レンズ１０３の高周波領域のＭＴＦ値を検査しようとした場合、ごくわずかの幅のスリットを利用する他なく、スリットの作成が困難となるばかりでなく、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の光強度が小さく、Ｆナンバーが大きい被検レンズを測定できない、若しくは、測定誤差が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
また、上述したＭＴＦ測定装置で、ＭＴＦ−デフォーカス特性を検査する場合や、ＭＴＦ値が最良となる像面で検査するためにピント調整を行う際に、被検レンズ１０３を光軸方向に移動させる必要があり、被検レンズ１０３として多群構成のズームレンズ等を用いる場合、この被検レンズ１０３を移動する際に振動が生じ正確なＭＴＦ値が得られないという問題点があった。
【００１１】
さらに、上述したＭＴＦ測定装置で複数の像位置のＭＴＦ値を検査する場合は、複数の固体撮像素子が必要になる、若しくは、像位置に応じてＣＣＤラインセンサ１０５を移動させる必要がある、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被検レンズを動かすことなく、十分な光強度を得て、且つ、高精度に高周波領域をも含むＭＴＦ値を算出することができ、また、１つの固体撮像素子で複数の像位置を検査できる構造が簡略なるＭＴＦ測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被検レンズに対して、光源により照明される物点である円形開口からの光束を入射する基準チャートと、被検レンズにより結像する縮小像を拡大し観察像を生成する拡大光学系と、該拡大光学系による観察像を撮像し、前記縮小像における光強度分布を電気信号に変換する多数の画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する演算装置とを有するＭＴＦ測定装置であって、前記拡大光学系は、前記被検レンズの光軸と同軸に配置された無限遠補正型対物レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を固体撮像素子面に結像する無限遠補正型結像レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を、前記被検レンズによる縮小像の結像面と平行な方向に屈曲して無限遠補正型結像レンズに入射する少なくとも１つの光路屈曲部材と、前記無限遠補正型対物レンズ及び前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動可能な駆動機構と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
以下に本発明について詳述する。本発明のＭＴＦ測定装置によれば、光源から発した光束の一部は、基準チャートに設けられた円形開口を通過し、被検レンズに入射する。該被検レンズの結像作用により、前記基準チャートに設けられた円形開口の縮小像が生成され、この縮小像は拡大光学系により拡大されて観察像となり、固体撮像素子により撮像され、前記縮小像における光強度分布が電気信号に変換される。演算装置は固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する。
【００１９】
このような本発明において、前記縮小像は、例えば被検レンズにより０．０１倍以下に縮小した像とすることにより光強度分布が大きく、且つ、円形開口の大きさを０．２ｍｍとすることで縮小像の大きさは０．００２ｍｍ以下となり、３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含むことになる。
【００２０】
前記縮小像による光束は拡大光学系に入射し、拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子上に拡大された観察像として生成される。
【００２１】
該観察像は、拡大光学系の拡大倍率を５０倍以上とすることにより、０．１ｍｍ以上の大きさを有することになり、固体撮像素子の画素ピッチを０．００８ｍｍ以上とした場合、精度良く演算処理を行うための１２画素分の画素データの取り込みが可能となる。
【００２２】
前記前記縮小像に基づく観察像の光強度分布は、前記固体撮像素子により電気信号に変換され、演算装置は前記固体撮像素子から送られた電気信号を基にＭＴＦ値を算出することができる。
【００２３】
また、上記ＭＴＦ測定装置において、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、所望の空間周波数成分をｕ、前記円形開口の寸法をｄとすれば、該円形開口の寸法ｄは、ｄ＝０．６／（ｕ×βｔ）で与えられ、所望の空間周波数ｕを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より大きい円形開口の寸法が適用可能で、前記被検レンズのＦナンバーが大きい場合でも十分な光量を得ることができる。さらに、前記円形開口の寸法ｄを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より高い空間周波数のＭＴＦ値を得ることができる。
【００２４】
また、上記ＭＴＦ測定装置においては、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、前記拡大光学系の倍率をβｍ、前記円形開口の寸法をｄ、前記固体撮像素子の画素ピッチをｐとすれば、前記固体撮像素子のデータ取込み画素数ｎは、ｎ＝（ｄ×βｔ×βｍ）／ｐで与えられる。
【００２５】
従って、前記ＭＴＦ演算装置による演算精度を確保するために必要なデータ取込み画素数ｎは、前記結像倍率βｔ、円形開口の寸法ｄが変化した場合でも、拡大光学系の倍率βｍを変更することにより、所望の値に保ことができ、安定した演算精度を得ることができる。
【００２７】
更に、請求項1記載の発明によれば、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を参考例とともに詳細に説明する。
【００２９】
（参考例１）
図１は、本発明のＭＴＦ測定装置の参考例１を示す概略構成図である。図１中、１３は被検レンズ、１２は中央に直径０．１ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ１３により０．０６倍の縮小像が生成される位置に置かれている。１１はハロゲンランプや蛍光ランプ等の光源で、基準チャート１２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。
【００３０】
１６は拡大光学系で、被検レンズ１３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされた倍率１０倍の対物レンズからなり、被検レンズ１３により生成された基準チャート１２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ１３の光軸に臨ませて置かれている。
【００３１】
１４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００５ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ１３と拡大光学系１６とにより生成された基準チャート１２の像位置に置かれている。１５は演算装置で、固体撮像素子１４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００３２】
次に、本参考例１におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源１１から発した光束の一部は、基準チャート１２に設けられた円形開口（大きさ０．１ｍｍ）を通過し、被検レンズ１３に入射し、被検レンズ１３の結像作用により、基準チャート１２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０６倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００６ｍｍとなるため、１００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００３３】
前記被検レンズ１３からの光束は縮小像となった後、拡大光学系１６に入射する。該拡大光学系１６の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子１４上に観察像として結像される。該観察像は、拡大光学系１６により１０倍に拡大され、０．０６ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００５ｍｍの固体撮像素子１４においても、精度良く演算処理を行い得る１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００３４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子１４により電気信号に変換され、演算装置１５は固体撮像素子１４から送られた１２画素データ分の電気信号を基に空間周波数１００本／ｍｍまでＭＴＦ値を算出することができる。
【００３５】
本参考例１によれば、十分な光量が得られない微細幅のスリットや微小径のピンホールを使用しなくても、高周波領域のＭＴＦ値を求めることができるため、Ｆナンバーが大きな被検レンズ１３のＭＴＦ値も測定可能なＭＴＦ測定装置の提供することが可能となる。
【００３６】
（参考例２）
図２は、参考例２を示す構成図である。図２中、２３は被検レンズ、２２は中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ２３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００３７】
２１はハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる光源で、基準チャート２２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。２７は無限補正型対物レンズ、２８は無限補正型結像レンズ２８であり、これらにより倍率５０倍の拡大光学系を構成しており、前記被検レンズ２３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００３８】
無限補正型対物レンズ２７、無限補正型結像レンズ２８は、被検レンズ２３により生成された基準チャート２２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ２３の光軸と水平となるように置かれており、また無限補正型対物レンズ２７は、ボールネジ付きステージ等の移動機構２９で光軸方向に移動することが可能である。図２中、２４は、多数の画素が面上に配置（画素ピッチ０．００８ｍｍ）された固体撮像素子としての２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ２３と、無限補正型対物レンズ２７及び無限補正型結像レンズ２８からなる拡大光学系とにより生成される基準チャート２２の像の結像位置に置かれている。
【００３９】
２５は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ２４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００４０】
次に、本参考例２におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源２１から発した光束の一部は、基準チャート２２に設けられた円形開口を通過し、被検レンズ２３に入射し、被検レンズ２３の結像作用により、基準チャート２２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００４１】
前記被検レンズ２３からの光束は、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とからなる拡大光学系に入射し、該拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は拡大され２次元ＣＣＤセンサ２４上で観察像として結像される。
【００４２】
該観察像は、拡大光学系により５０倍に拡大され０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ２４においても、精度よく演算処理を行える１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００４３】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子２４により電気信号に変換され、演算装置２５は２次元ＣＣＤセンサ２４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００４４】
また、移動機構２９により無限補正型対物レンズ２７を光軸方向に動作させ、ＭＴＦ値を算出する動作を繰り返せば、デフォーカスとＭＴＦ値の関連が測定できる。
【００４５】
本参考例２によれば、近年普及し始めた高密度な、いわゆるメガピクセルＣＣＤを利用したデジタルカメラ用の高解像度レンズに対しても、高周波領域のＭＴＦ値を測定できるとともに、無限補正型対物レンズ２７のみを光軸方向に移動させる簡略な構成で、ＭＴＦ値を基にしたピント位置の検出が可能なＭＴＦ測定装置を提供することができる。
【００４６】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１を示す構成図である。図３中、３３は被検レンズ、３２ａ，３２ｂは中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた一対の基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ３３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００４７】
３１ａ，３１ｂはハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる一対の光源で、基準チャート３２ａ，３２ｂをそれぞれ照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合はそれぞれ拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。被検レンズ３３の後段には、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる倍率５０倍の拡大光学系が設けられ、被検レンズ３３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００４８】
無限補正型対物レンズ３７は、被検レンズ３３により生成された基準チャート３２ａの縮小像４１ａを観察しうる位置に、被検レンズ３３の光軸と水平となるように置かれている。前記アフォーカルな拡大光学系の光路中には、無限補正型対物レンズ３７の光軸を被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲せしめる反射プリズムである光路屈曲部材３９が配置されており、無限補正型対物レンズ３７と共にボールネジ付きステージ等の移動機構４２によって、被検レンズ３３が生成する縮小像４１ａ，４１ｂの像面と水平な方向に移動可能に構成している。
【００４９】
３４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ３３と前記拡大光学系とにより生成される基準チャート３２ａの像位置に置かれている。
【００５０】
４０は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ３４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００５１】
次に、本実施の形態1におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源３１ａ，３１ｂから発した光束の一部は、基準チャート３２ａ，３２ｂにそれぞれ設けられた円形開口を通過し、被検レンズ３３に入射し、被検レンズ３３の結像作用により、基準チャート３２ａ，３２ｂに設けられた円形開口のそれぞれの縮小像４１ａ，４１ｂが生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像４１ａ，４１ｂの大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００５２】
前記移動機構４２で、前記縮小像４１ａを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とを配置したとき、前記被検レンズ３３からの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８を経て、拡大光学系の結像作用により拡大され、２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５３】
該観察像は、前記拡大光学系により５０倍に拡大され、０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ３４においても、精度良く演算処理を行える１２画素データの取り込みが可能である。
【００５４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子３４により電気信号に変換され、演算装置４０は固体撮像素子３４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００５５】
また、前記移動機構４２で、前記縮小像４１ｂを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３３と光路屈曲部材３９とを移動配置すれば、前記縮小像４１ｂからの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８に入射した後、拡大光学系の結像作用により、前記２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５６】
このとき、拡大光学系は無限補正型の光学系であるため、移動機構４２により無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とが移動させられても、光学的に無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８との間隔が変化するだけで、観察像の結像点は前記縮小像４１ａを観察したときと同一点とすることができる。
【００５７】
本実施の形態１によれば、被検レンズ３３を動かしたり複数の固体撮像素子を使用したりする必要がなく、無限補正型対物レンズ３７、光路屈曲部材３９のみを動かす簡単な構成で、複数像高における被検レンズ３３のＭＴＦ値の測定が可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した請求項１記載の発明によれば、被検レンズにより基準チャートの円形開口の縮小像を生成し、前記縮小像を固体撮像素子の画素サイズに適した大きさに拡大して撮像し、演算処理してＭＴＦ値を求めるものであるから、十分な光強度を有し、かつ、高周波成分を多く含むＭＴＦ値を精度よく測定できるＭＴＦ測定装置を提供できる。また、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の参考例２のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図４】 従来のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば銀塩フィルムを用いたカメラや固体撮像素子を用いたカメラ等に用いられるレンズのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；伝達関数）値を測定するＭＴＦ測定装置に関するものである。
【従来の技術】
従来、ＭＴＦ測定装置として、被検レンズの結像面に置かれた基準チャートの拡大投影像をＣＣＤラインセンサで撮像し、光電変換した後、演算処理を施し被検レンズのＭＴＦ値を求めるＭＴＦ測定装置が知られている。
【０００２】
図４に従来のＭＴＦ測定装置の一例を示す。図４に示すＭＴＦ測定装置において、１０２は基準チャートで、スリット開口パターンを有している。１０１は光源で、基準チャート１０２を均一に昭明するために置かれたもので、拡散板や照明光学系を含んだ構成でもよい。１０３は被検レンズで、被検レンズ保持機構１０４によって基準チャート１０２が焦点位置近傍に置かれるよう保持されており、必要により被検レンズ１０３自体のピント調節機構、又は、保持機構１０４のピント調整機構でピント調整が行われる。
【０００３】
図４中、１０５は撮像素子であるＣＣＤラインセンサであり、位置的光強度分布を時系列的電気信号に変換する。１０６は演算装置で、ＣＣＤラインセンサ１０５から得られた電気信号を演算しＭＴＦ値を算出する機能、算出したＭＴＦ値、又は、ＭＴＦ値に基づく検査結果を表示する機能等を備えている。
【０００４】
図４において、被検レンズ１０３は、基準チャート１０２からの光束を収斂し、ＣＣＤラインセンサ１０５上に基準チャート１０２の拡大像を生成する。ＣＣＤラインセンサ１０５は、基準チャート１０２の像の光強度分布を電気信号に変換し、演算装置１０６はＣＣＤラインセンサ１０５から得られた基準チャート１０２の像の光強度分布を演算し、ＭＴＦ値を算出する。
【０００５】
このようなＭＴＦ測定装置では、光学系の性能を定量的に評価できるため被検レンズ１０３の良否判定を自動化することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＭＴＦ測定装置を用いて、カメラレンズ等の被検レンズ１０３の所望の空間周波数ｕのＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を測定する場合、下記数１に示すように、基準チャート１０２のスリット幅をｗとすれば、πｕｗ＜＜πの条件下でＣＣＤラインセンサ１０５から得た光強度分布をデジタルフーリエ変換して求めた測定値Ｒ’（ｕ）をスリット補正係数ｋで除さなければならない。
【０００７】
【数１】
数１より明らかなように、スリット補正係数ｋ＝０となれば計算上ＭＴＦ値Ｒ（ｕ）を得ることができないため、実用的にはｋ≧０．５となるように設定される。例えば、空間周波数ｕの上限として１００本／ｍｍを測定する場合、スリット幅ｗはわずか０．００６ｍｍ以下にしなければならず、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の単位面積当たりの光強度はごく小さなものとなってしまう。
【０００９】
このように、上述したＭＴＦ測定装置では、被検レンズ１０３の高周波領域のＭＴＦ値を検査しようとした場合、ごくわずかの幅のスリットを利用する他なく、スリットの作成が困難となるばかりでなく、ＣＣＤラインセンサ１０５に結像するスリット像の光強度が小さく、Ｆナンバーが大きい被検レンズを測定できない、若しくは、測定誤差が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
また、上述したＭＴＦ測定装置で、ＭＴＦ−デフォーカス特性を検査する場合や、ＭＴＦ値が最良となる像面で検査するためにピント調整を行う際に、被検レンズ１０３を光軸方向に移動させる必要があり、被検レンズ１０３として多群構成のズームレンズ等を用いる場合、この被検レンズ１０３を移動する際に振動が生じ正確なＭＴＦ値が得られないという問題点があった。
【００１１】
さらに、上述したＭＴＦ測定装置で複数の像位置のＭＴＦ値を検査する場合は、複数の固体撮像素子が必要になる、若しくは、像位置に応じてＣＣＤラインセンサ１０５を移動させる必要がある、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被検レンズを動かすことなく、十分な光強度を得て、且つ、高精度に高周波領域をも含むＭＴＦ値を算出することができ、また、１つの固体撮像素子で複数の像位置を検査できる構造が簡略なるＭＴＦ測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被検レンズに対して、光源により照明される物点である円形開口からの光束を入射する基準チャートと、被検レンズにより結像する縮小像を拡大し観察像を生成する拡大光学系と、該拡大光学系による観察像を撮像し、前記縮小像における光強度分布を電気信号に変換する多数の画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する演算装置とを有するＭＴＦ測定装置であって、前記拡大光学系は、前記被検レンズの光軸と同軸に配置された無限遠補正型対物レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を固体撮像素子面に結像する無限遠補正型結像レンズと、前記無限遠補正型対物レンズからの光束を、前記被検レンズによる縮小像の結像面と平行な方向に屈曲して無限遠補正型結像レンズに入射する少なくとも１つの光路屈曲部材と、前記無限遠補正型対物レンズ及び前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動可能な駆動機構と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
以下に本発明について詳述する。本発明のＭＴＦ測定装置によれば、光源から発した光束の一部は、基準チャートに設けられた円形開口を通過し、被検レンズに入射する。該被検レンズの結像作用により、前記基準チャートに設けられた円形開口の縮小像が生成され、この縮小像は拡大光学系により拡大されて観察像となり、固体撮像素子により撮像され、前記縮小像における光強度分布が電気信号に変換される。演算装置は固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する。
【００１９】
このような本発明において、前記縮小像は、例えば被検レンズにより０．０１倍以下に縮小した像とすることにより光強度分布が大きく、且つ、円形開口の大きさを０．２ｍｍとすることで縮小像の大きさは０．００２ｍｍ以下となり、３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含むことになる。
【００２０】
前記縮小像による光束は拡大光学系に入射し、拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子上に拡大された観察像として生成される。
【００２１】
該観察像は、拡大光学系の拡大倍率を５０倍以上とすることにより、０．１ｍｍ以上の大きさを有することになり、固体撮像素子の画素ピッチを０．００８ｍｍ以上とした場合、精度良く演算処理を行うための１２画素分の画素データの取り込みが可能となる。
【００２２】
前記前記縮小像に基づく観察像の光強度分布は、前記固体撮像素子により電気信号に変換され、演算装置は前記固体撮像素子から送られた電気信号を基にＭＴＦ値を算出することができる。
【００２３】
また、上記ＭＴＦ測定装置において、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、所望の空間周波数成分をｕ、前記円形開口の寸法をｄとすれば、該円形開口の寸法ｄは、ｄ＝０．６／（ｕ×βｔ）で与えられ、所望の空間周波数ｕを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より大きい円形開口の寸法が適用可能で、前記被検レンズのＦナンバーが大きい場合でも十分な光量を得ることができる。さらに、前記円形開口の寸法ｄを一定として、前記結像倍率βｔを小さくすれば、より高い空間周波数のＭＴＦ値を得ることができる。
【００２４】
また、上記ＭＴＦ測定装置においては、前記被検レンズと前記基準チャートとの相対距離で決まる結像倍率をβｔ、前記拡大光学系の倍率をβｍ、前記円形開口の寸法をｄ、前記固体撮像素子の画素ピッチをｐとすれば、前記固体撮像素子のデータ取込み画素数ｎは、ｎ＝（ｄ×βｔ×βｍ）／ｐで与えられる。
【００２５】
従って、前記ＭＴＦ演算装置による演算精度を確保するために必要なデータ取込み画素数ｎは、前記結像倍率βｔ、円形開口の寸法ｄが変化した場合でも、拡大光学系の倍率βｍを変更することにより、所望の値に保ことができ、安定した演算精度を得ることができる。
【００２７】
更に、請求項1記載の発明によれば、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を参考例とともに詳細に説明する。
【００２９】
（参考例１）
図１は、本発明のＭＴＦ測定装置の参考例１を示す概略構成図である。図１中、１３は被検レンズ、１２は中央に直径０．１ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ１３により０．０６倍の縮小像が生成される位置に置かれている。１１はハロゲンランプや蛍光ランプ等の光源で、基準チャート１２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。
【００３０】
１６は拡大光学系で、被検レンズ１３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされた倍率１０倍の対物レンズからなり、被検レンズ１３により生成された基準チャート１２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ１３の光軸に臨ませて置かれている。
【００３１】
１４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００５ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ１３と拡大光学系１６とにより生成された基準チャート１２の像位置に置かれている。１５は演算装置で、固体撮像素子１４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００３２】
次に、本参考例１におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源１１から発した光束の一部は、基準チャート１２に設けられた円形開口（大きさ０．１ｍｍ）を通過し、被検レンズ１３に入射し、被検レンズ１３の結像作用により、基準チャート１２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０６倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００６ｍｍとなるため、１００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００３３】
前記被検レンズ１３からの光束は縮小像となった後、拡大光学系１６に入射する。該拡大光学系１６の結像作用により、前記縮小像は固体撮像素子１４上に観察像として結像される。該観察像は、拡大光学系１６により１０倍に拡大され、０．０６ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００５ｍｍの固体撮像素子１４においても、精度良く演算処理を行い得る１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００３４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子１４により電気信号に変換され、演算装置１５は固体撮像素子１４から送られた１２画素データ分の電気信号を基に空間周波数１００本／ｍｍまでＭＴＦ値を算出することができる。
【００３５】
本参考例１によれば、十分な光量が得られない微細幅のスリットや微小径のピンホールを使用しなくても、高周波領域のＭＴＦ値を求めることができるため、Ｆナンバーが大きな被検レンズ１３のＭＴＦ値も測定可能なＭＴＦ測定装置の提供することが可能となる。
【００３６】
（参考例２）
図２は、参考例２を示す構成図である。図２中、２３は被検レンズ、２２は中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ２３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００３７】
２１はハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる光源で、基準チャート２２を照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合は拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。２７は無限補正型対物レンズ、２８は無限補正型結像レンズ２８であり、これらにより倍率５０倍の拡大光学系を構成しており、前記被検レンズ２３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００３８】
無限補正型対物レンズ２７、無限補正型結像レンズ２８は、被検レンズ２３により生成された基準チャート２２の縮小像を観察しうる位置に、被検レンズ２３の光軸と水平となるように置かれており、また無限補正型対物レンズ２７は、ボールネジ付きステージ等の移動機構２９で光軸方向に移動することが可能である。図２中、２４は、多数の画素が面上に配置（画素ピッチ０．００８ｍｍ）された固体撮像素子としての２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ２３と、無限補正型対物レンズ２７及び無限補正型結像レンズ２８からなる拡大光学系とにより生成される基準チャート２２の像の結像位置に置かれている。
【００３９】
２５は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ２４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００４０】
次に、本参考例２におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源２１から発した光束の一部は、基準チャート２２に設けられた円形開口を通過し、被検レンズ２３に入射し、被検レンズ２３の結像作用により、基準チャート２２に設けられた円形開口の縮小像が生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像の大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００４１】
前記被検レンズ２３からの光束は、無限補正型対物レンズ２７と無限補正型結像レンズ２８とからなる拡大光学系に入射し、該拡大光学系の結像作用により、前記縮小像は拡大され２次元ＣＣＤセンサ２４上で観察像として結像される。
【００４２】
該観察像は、拡大光学系により５０倍に拡大され０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ２４においても、精度よく演算処理を行える１２画素データ分の取り込みが可能である。
【００４３】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子２４により電気信号に変換され、演算装置２５は２次元ＣＣＤセンサ２４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００４４】
また、移動機構２９により無限補正型対物レンズ２７を光軸方向に動作させ、ＭＴＦ値を算出する動作を繰り返せば、デフォーカスとＭＴＦ値の関連が測定できる。
【００４５】
本参考例２によれば、近年普及し始めた高密度な、いわゆるメガピクセルＣＣＤを利用したデジタルカメラ用の高解像度レンズに対しても、高周波領域のＭＴＦ値を測定できるとともに、無限補正型対物レンズ２７のみを光軸方向に移動させる簡略な構成で、ＭＴＦ値を基にしたピント位置の検出が可能なＭＴＦ測定装置を提供することができる。
【００４６】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１を示す構成図である。図３中、３３は被検レンズ、３２ａ，３２ｂは中央に直径０．２ｍｍの円形開口が設けられた一対の基準チャートで、ごく薄い金属にエッチングを施したり、ガラス基板にクロムコートを施す等して作製されており、被検レンズ３３により０．０１倍の縮小像が生成される位置に置かれている。
【００４７】
３１ａ，３１ｂはハロゲンランプや蛍光ランプ等からなる一対の光源で、基準チャート３２ａ，３２ｂをそれぞれ照明しており、著しく不均一な配光特性をもつ場合はそれぞれ拡散板や照明光学系を含めた構成とする必要がある。被検レンズ３３の後段には、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる倍率５０倍の拡大光学系が設けられ、被検レンズ３３の持つ収差に比べ、はるかに良好に収差補正がなされると共に、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とのレンズ間隔が変化しても収差が良好に保たれ、且つ、拡大倍率が変化しないアフォーカルな拡大光学系となっている。
【００４８】
無限補正型対物レンズ３７は、被検レンズ３３により生成された基準チャート３２ａの縮小像４１ａを観察しうる位置に、被検レンズ３３の光軸と水平となるように置かれている。前記アフォーカルな拡大光学系の光路中には、無限補正型対物レンズ３７の光軸を被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲せしめる反射プリズムである光路屈曲部材３９が配置されており、無限補正型対物レンズ３７と共にボールネジ付きステージ等の移動機構４２によって、被検レンズ３３が生成する縮小像４１ａ，４１ｂの像面と水平な方向に移動可能に構成している。
【００４９】
３４は、画素が面上に配置された固体撮像素子としての画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサで、被検レンズ３３と前記拡大光学系とにより生成される基準チャート３２ａの像位置に置かれている。
【００５０】
４０は演算装置で、２次元ＣＣＤセンサ３４から得られる電気信号を演算処理し、ＭＴＦ値を算出する例えばパーソナルコンピュータにより構成している。
【００５１】
次に、本実施の形態1におけるＭＴＦ測定装置の作用を説明する。光源３１ａ，３１ｂから発した光束の一部は、基準チャート３２ａ，３２ｂにそれぞれ設けられた円形開口を通過し、被検レンズ３３に入射し、被検レンズ３３の結像作用により、基準チャート３２ａ，３２ｂに設けられた円形開口のそれぞれの縮小像４１ａ，４１ｂが生成される。該縮小像は、０．０１倍に縮小された像であるため光強度分布が大きく、且つ、前記縮小像４１ａ，４１ｂの大きさは０．００２ｍｍとなるため３００本／ｍｍを超える高周波成分をも含んでいる。
【００５２】
前記移動機構４２で、前記縮小像４１ａを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とを配置したとき、前記被検レンズ３３からの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８を経て、拡大光学系の結像作用により拡大され、２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５３】
該観察像は、前記拡大光学系により５０倍に拡大され、０．１ｍｍの大きさを有するため、画素ピッチ０．００８ｍｍの２次元ＣＣＤセンサ３４においても、精度良く演算処理を行える１２画素データの取り込みが可能である。
【００５４】
前記観察像の光強度分布は、固体撮像素子３４により電気信号に変換され、演算装置４０は固体撮像素子３４から送られた１２画素データの電気信号をもとにＭＴＦ値を算出することができる。
【００５５】
また、前記移動機構４２で、前記縮小像４１ｂを観察しうる位置に無限補正型対物レンズ３３と光路屈曲部材３９とを移動配置すれば、前記縮小像４１ｂからの光束は、無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８とからなる拡大光学系に入射し、アフォーカルな光路途中で光路屈曲部材３９により被検レンズ３３の像面と水平な方向に屈曲され、無限補正型結像レンズ３８に入射した後、拡大光学系の結像作用により、前記２次元ＣＣＤセンサ３４上に観察像として結像される。
【００５６】
このとき、拡大光学系は無限補正型の光学系であるため、移動機構４２により無限補正型対物レンズ３７と光路屈曲部材３９とが移動させられても、光学的に無限補正型対物レンズ３７と無限補正型結像レンズ３８との間隔が変化するだけで、観察像の結像点は前記縮小像４１ａを観察したときと同一点とすることができる。
【００５７】
本実施の形態１によれば、被検レンズ３３を動かしたり複数の固体撮像素子を使用したりする必要がなく、無限補正型対物レンズ３７、光路屈曲部材３９のみを動かす簡単な構成で、複数像高における被検レンズ３３のＭＴＦ値の測定が可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した請求項１記載の発明によれば、被検レンズにより基準チャートの円形開口の縮小像を生成し、前記縮小像を固体撮像素子の画素サイズに適した大きさに拡大して撮像し、演算処理してＭＴＦ値を求めるものであるから、十分な光強度を有し、かつ、高周波成分を多く含むＭＴＦ値を精度よく測定できるＭＴＦ測定装置を提供できる。また、前記駆動機構により、前記無限遠補正型対物レンズ、及び、前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動させることで、被検レンズを移動することなく、かつ、１つの固体撮像素子を用いた構成にて複数の像位置での円形開口の縮小像に基づいてＭＴＦ値を算出することが可能なＭＴＦ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の参考例２のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態１のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
【図４】 従来のＭＴＦ測定装置の概略構成図である。
Claims (1)
- 被検レンズに対して、光源により照明される物点である円形開口からの光束を入射する基準チャートと、
被検レンズにより結像する縮小像を拡大し観察像を生成する拡大光学系と、
該拡大光学系による観察像を撮像し、前記縮小像における光強度分布を電気信号に変換する多数の画素を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子から得られた電気信号を演算処理しＭＴＦ値を算出する演算装置とを有するＭＴＦ測定装置であって、
前記拡大光学系は、
前記被検レンズの光軸と同軸に配置された無限遠補正型対物レンズと、
前記無限遠補正型対物レンズからの光束を固体撮像素子面に結像する無限遠補正型結像レンズと、
前記無限遠補正型対物レンズからの光束を、前記被検レンズによる縮小像の結像面と平行な方向に屈曲して無限遠補正型結像レンズに入射する少なくとも１つの光路屈曲部材と、
前記無限遠補正型対物レンズ及び前記光路屈曲部材を、前記被検レンズの光軸と直交する方向に移動可能な駆動機構と、
を備えたことを特徴とするＭＴＦ測定装置。
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