JP2012058139A - レンズ検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画角が極めて大きい広角レンズであっても、レンズ性能を精度良く求めることができる。
【解決手段】被検レンズ１２をレンズマウント１８で保持する。テストチャート２９からの平行光を、被検レンズ１２の光軸外から入射させる。被検レンズ１２によって空中結像されたテストチャート２９の像を、撮像部２０によって所定のフレーム範囲で撮像する。撮像部２０からの撮像信号に基づき、テストチャート２９の像の中心とフレーム範囲内に予め設定された基準点とのズレ量を算出する。ズレ量に基づいて、テストチャート２９の像の中心またはフレーム範囲を相対的に移動させて両者間のズレを補正する。ズレ補正後に撮像部２０でテストチャート２９の像を撮像して得られた撮像信号に基づき、被検レンズ１２の結像性能を評価するＭＴＦを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、カプセル内視鏡などに搭載される超広画角レンズの性能を測定するレンズ検査装置及び方法に関する。

デジタルカメラや電子内視鏡などの撮像装置に設けられるレンズは、使用時において所望の機能を確実に発揮することができるように、装置搭載前に各種の性能検査が行なわれている。レンズの性能検査では、ピンホールや十字図などのテストパターンを、検査対象のレンズを通して、ＣＣＤなどの撮像部で撮像する。そして撮像により得られた撮像画像から、各種レンズ性能値を算出する。例えば、レンズの性能値の一つであるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の場合であれば、撮像画像のうちテストパターン部分の輝度値を求め、その求めたテストパターンの輝度値に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transformation（高速フーリエ変換））を施すことによって、ＭＴＦを算出する。

また、レンズの性能検査では、レンズの光軸に対して、撮像部をレンズに近づく方向または離れる方向に一定の距離で少しずつずらすことによってテストパターンの像をぼかし（デフォーカス）、そのぼかし毎にMTFを算出している。これにより、ベストピント位置を検出することができる。さらには、レンズの性能検査では、レンズの光軸付近の性能だけでなく、光軸から離れた部分の性能をも測定するために、テストチャートをレンズの光軸に直交する面内で二次元的に移動させている（特許文献１参照）。

特開２００４−１６３２０７号公報

撮像装置に内蔵されるレンズの中でも魚眼レンズやカプセル内視鏡用のレンズなどは、画角が極めて大きい。したがって、このような広画角レンズの検査では、通常の画角のレンズの検査のとき以上に、光軸から離れた部分、特にレンズ周端部付近における性能測定を確実に行う必要がある。例えば、上述したように、デフォーカスさせながら、MTFを算出する場合には、主光線角度の影響により、テストチャートの像位置が変わってしまうことがある。この場合、主光線角度によってはチャート像がデフォーカス中にフレームアウトする場合があるため、デフォーカスレンジを広くとることができない。さらには、撮像画像においてチャート像が端部ギリギリにある場合には、MTFを正確に算出できないことがある。例えば、MTFの算出にLSF（Line Spread Function（線像強度分布関数））を用いる場合には、LSFが画面端部で途切れることによって、MTFの正確な算出の妨げになることがある。

このような問題に対しては、特許文献１のように、チャート像の中心部が画面中心に位置するように、テストチャートをチャート像に追従させることによって、チャート像が画面端部ギリギリにある場合であっても、チャート像が画面端部から途切れてしまうことがなくなる。

しかしながら、特許文献１のように、テストチャートを被検レンズの光軸に直交する面内で二次元的に移動させた場合には、被検レンズのうち低〜中画角部分に対しては、テストチャートからの光を平行にして入射させることができるものの、広画角部分に対しては、平行な光を入射させることが困難である。このように被検レンズに平行な光が入射しない場合には、テストチャートの像のエッジがボケたりするため、ＭＴＦを算出することができないおそれがある。さらには、特許文献１では、デフォーカス測定中に、テストパターンの像がフレームアウトする問題を考慮していない。そのため、フレームアウトによってテストチャートの像が撮像画像中に存在しない場合には、ＭＴＦを算出することができない。

本発明は、画角が極めて大きい広角レンズであっても、レンズ性能を精度良く求めることができるレンズ検査装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明のレンズ検査装置は、被検レンズを保持するレンズマウントと、レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵し、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸外から入射させる軸外コリメータと、前記被検レンズによって空中結像された前記テストパターンの像を所定のフレーム範囲で撮像する撮像部と、前記撮像部からの撮像信号に基づき、前記テストパターンの像の中心と前記フレーム範囲内に予め設定された基準点とのズレ量を算出するズレ量算出部と、前記ズレ量に基づいて前記テストパターンの像の中心または前記フレーム範囲を相対的に移動させて両者間のズレを補正するズレ補正手段と、前記ズレ補正手段によるズレ補正後に前記撮像部でテストパターンの像を撮像して得られた撮像信号に基づき、被検レンズの結像性能を評価する数値データを求める演算部とを備えることを特徴とする。

前記撮像部が被検レンズの光軸と平行に、かつ前記光軸と直交する面内を移動自在に支持され、前記ズレ補正手段は撮像部を被検レンズの光軸に直交する二方向に移動させることにより、テストパターンの像の中心に向かって前記フレーム範囲の基準点を移動してズレ補正を行うことが好ましい。前記撮像部を前記被検レンズの光軸方向に複数回移動させることによってデフォーカスさせる軸方向移動部と、前記撮像部の移動毎に前記数値データに基づいて、ベストピント位置を求めるベストピント位置算出部とを備えることが好ましい。前記演算部は、仮ベストピント位置で性能値を算出した後に、前記仮ベストピント位置から所定距離だけ被検レンズに近づいた位置または離れた位置で、数値データを求めることが好ましい。

前記軸方向移動部は、前記仮ベストピント位置から被検レンズに近づく方向または離れる方向のいずれかの方向に、複数のステップ数で段階的に撮像部を移動させる第１工程と、この第１工程の後に、前記仮ベストピント位置から前記第１工程における移動方向と反対の方向に、複数のステップ数で段階的に撮像部を移動させる第２工程とを行い、前記演算部は、第１工程及び第２工程において、各ステップ毎に性能値を算出することが好ましい。前記軸方向移動部は、前記仮ベストピント位置から被検レンズに近づいた位置と前記仮ベストピント位置から離れた位置との間で撮像部を交互に移動させる一連の動作を繰り返し行なう工程であって、この一連の動作を行なう毎に、前記仮ベストピント位置から移動させるステップ幅を段階的に大きくする第３工程を行い、前記演算部は、第３工程おいて、撮像部を移動させる毎に性能値を算出することが好ましい。

レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵し、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸上に沿って入射させる軸上コリメータを備えることが好ましい。

本発明のレンズ検査方法は、被検レンズをレンズマウントで保持し、レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵した軸外コリメータから、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸外から入射させ、前記被検レンズによって空中結像された前記テストパターンの像を撮像部によって所定のフレーム範囲で撮像し、前記撮像部からの撮像信号に基づき、前記テストパターンの像の中心と前記フレーム範囲内に予め設定された基準点とのズレ量を算出し、前記ズレ量に基づいて前記テストパターンの像の中心または前記フレーム範囲を相対的に移動させて両者間のズレを補正し、前記ズレ補正手段によるズレ補正後に前記撮像部でテストパターンの像を撮像して得られた撮像信号に基づき、被検レンズの結像性能を評価する数値データを求めることを特徴とする。

本発明によれば、テストチャート及びコリメータレンズを内蔵した軸外コリメータから、前記テストチャートからの平行光を被検レンズの光軸外から入射させているため、被検レンズのうち広画角部分にも、平行光を入射させることができる。したがって、被検レンズによって空中結像されたテストチャートの像のエッジなどがボケたりすることがないため、被検レンズの性能を精度良く求めることができる。

レンズ検査装置の平面図である。 レンズ検査装置のうち左軸外および右軸外コリメータを省略した正面図である。 テストチャートの概略図である。 左軸外コリメータが一定の角度で回転することを説明するための説明図である。 モニタ上のテストパターンを示す画像図である。 テストパターンのズレ量の算出方法を説明するための説明図である。 MTFの算出方法を説明するための説明図である。 デフォーカスする順序を説明するための説明図である。 図８と異なる順序でデフォーカスすることを説明するための説明図である。 図８、９と異なる順序でデフォーカスすることを説明するための説明図である。 ベストピント位置の求め方を説明するための説明図である。 本発明の作用のうち被検レンズの左周辺部におけるＭＴＦを算出するまでのフローを示すフローチャートである。 本発明の作用のうち被検レンズの右周辺部におけるＭＴＦを算出するフローを示すフローチャートである。

図１及び図２に示すように、レンズ検査装置１０は、被検レンズ１２の中心部に対してMTF（Modulation Transfer Function）測定用のテストパターン（以下単に「テストパターン」という）を投写する軸上コリメータ１４と、被検レンズ１２の左周辺部に対してテストパターンを投写する左軸外コリメータ１５と、被検レンズ１２の右周辺部に対してテストパターンを投写する右軸外コリメータ１６と、被検レンズ１２を保持するレンズマウント１８と、被検レンズ１２によって空中結像されたテストパターンの像を撮像する撮像部２０と、撮像部２０における各部の制御を行なうコントローラ２２とを備えている。

軸上コリメータ１４は、LEDなどからなる投光器２５と、投光器２５からの光のうち特定帯域の光の光量を低減させるノッチフィルター２６と、ノッチフィルター２６を経た光を集光する集光レンズ２７と、サジタル方向とタンジェンタル方向のＭＴＦを同時に測定するための、十字状のスリットが形成されたテストパターン２８を有するテストチャート２９（図３参照）と、集光レンズ２７からの光のうちテストパターン２８を透過した光を平行にするとともに、平行にした光を被検レンズ１２に向けて出射するコリメータレンズ３０とを備えている。

投光器２５はケーシング３１の一端に取り付けられており、コリメータレンズ３０はその他端に取り付けられている。ノッチフィルター２６、集光レンズ２７、テストチャート２９は、ケーシング３１内に投光器２５側から順に取り付けられている。ケーシング３１は、アーム３３を介して、固定ステージ３４に取り付けられている。

図３に示すように、テストチャート２９には、円状プレート３６の周方向に沿って、太さが異なる４つのテストパターン２８ａ〜２８ｄが９０°ピッチで設けられている。また、テストチャート２９は、円状プレート３６の回転軸３６ａを中心として回転可能であり、テストパターン２８ａ〜２８ｄのいずれかが、集光レンズ２７とコリメータレンズ３０との間を結ぶ光路上に、選択的にセットされるようになっている。また、前記光路上にセットされたテストパターンの中心部は、コリメータレンズ３０の光軸上に位置している。

図１および図２に示すように、左軸外コリメータ１５は、軸上コリメータ１４とほぼ同様の構成を備えているが、コリメータレンズ３０から出射されるテストパターン２８が、被検レンズ１２の中心部ではなく、左周辺部に写るように設置されている点と、ケーシング３１が１段の固定ステージ３４ではなく、上段可動ステージ４０及び下段可動ステージ４１からなる２段の可動ステージに、アーム４２を介して取り付けられている点とが異なっている。なお、右軸外コリメータ１６は被検レンズ１２の右周辺部にテストパターン２８を写し込むものであり、左軸外コリメータ１５と同様の構成を有するので、説明を省略する。

図４に示すように、上段可動ステージ４０はアーム４２を中心として一定の角度θの範囲内で回転可能となっている。この上段可動ステージ４０が回転することで、被検レンズ１２に対する左軸外コリメータ１５の向きが変更される。また、下段可動ステージ４１は、シフト機構に４４よって、軸上コリメータ１４に対して斜めに配置された一対のレール４５上を移動する。したがって、下段可動ステージ４１が移動することで、左軸外コリメータ１５は、被検レンズ１２に対して近づく方向または離れる方向に移動する。

このように、上段可動ステージ及び下段可動ステージ４０，４１を用いることによって、左軸外コリメータ１５の向きや、右軸外コリメータ１６と被検レンズ１２との間隔を調整することができる。さらには、集光レンズ２７とコリメータレンズ３０との間を結ぶ光路上にセットされたテストパターン２８の中心部は、コリメータレンズ３０の光軸上に位置しているため、テストパターン２８からの光は、コリメータレンズ３０の光軸に平行な状態で、被検レンズ１２に入射する。したがって、被検レンズ１２のうち画角が例えば１５０度を超えるような超広角部分に、テストパターン２８からの光を入射させる場合であっても、テストパターン２８の像はコリメータレンズ３０の光軸外性能の影響によりボケたりすることがないため、MTFを精度良く算出することができる。

図１および図２に示すように、レンズマウント１８は、被検レンズ１２を保持する中空状の本体部５０と、この本体部５０の側面を回転自在に保持する回転保持部５１と、回転保持部５１が取り付けられる基台５２とを備えている。本体部５０を回転保持部５１内で回転させることによって、被検レンズ１２の光軸と軸上コリメータ１４内の集光レンズ２７およびコリメータレンズ３０の光軸との光軸調整を行なうことができる。

撮像部２０は、被検レンズ１２によって空中結像されたテストパターン２８の像を拡大する顕微鏡部６０と、顕微鏡部６０で拡大されたテストパターン２８の像を、結像レンズ６１を介して撮像する撮像素子６３と、一端に顕微鏡部６０が、他端に撮像素子６３が取り付けられているとともに、内部に結像レンズ６１を収納した収納部６５と、この収納部６５を、アーム６６を介して支持するX方向可動ステージ６７と、このX方向可動ステージ６７の下方に設けられたY方向可動ステージ６８およびZ方向可動ステージ６９とを備えている。

顕微鏡部６０はテストパターン２８の像を倍率β倍で拡大する。また、顕微鏡部６０は、中心部と被検レンズ１２の光軸とを一致させた状態で、レンズマウント５０の中空部５０ａに入り込んでいる。撮像素子６３は、サイズがDである画素が複数配列された撮像面６３ａを有しており、この撮像面６３ａの中心部は被検レンズ１２の光軸上に位置している。テストパターン２８の像光は、撮像面６３ａで光電変換することによって、撮像信号に変換される。この撮像信号は、コントローラ２２に送られる。

X方向可動ステージ６７は、アーム６６に支持された収納部６５を水平方向のX方向に所定距離だけ微小移動させることによって、顕微鏡部６０などをX方向に所定距離だけ微小移動させる。Y方向可動ステージ６８は、収納部６５を垂直方向のY方向に所定距離だけ微小移動させることによって、顕微鏡部６０などをY方向に所定距離だけ微小移動させる。Z方向可動ステージはレール７２上を移動可能であり、収納部６５を被検レンズ１２の光軸方向のZ方向に所定距離だけ微小移動させる。これにより、顕微鏡部６０などをZ方向に所定距離だけ微小移動させる。これらX方向可動ステージ６７、Y方向可動ステージ６８、Z方向可動ステージ６９は、コントローラ２２によって駆動制御される。

コントローラ２２は、撮像素子６３で得られた撮像信号に対して各種処理を施すことによって撮像画像を生成する画像処理部７５と、撮像画像におけるテストパターン２８のズレ量を求めるズレ量算出部７６と、ズレ量に基づいて、X方向可動ステージ６７およびY方向可動ステージ６８を駆動する第１駆動制御部７７と、撮像画像上のテストパターン２８からMTFを算出するMTF算出部７８と、Z方向可動ステージ６９を駆動制御する第２駆動制御部７９と、算出したMTFを用いてベストピント位置を求めるベストピント位置算出部８０とを備えている。

画像処理部７５は、撮像信号から生成した撮像画像をコントローラ２２内の各部に送るとともに、図５に示すように、撮像画像をモニタ８２を表示させる。ズレ量算出部７６は、図６に示すように、撮像画像の所定フレーム範囲内に予め設定された基準点ＲＰとテストパターン２８の中心部２８ａとのズレ量を画素単位で求める。この場合であれば、テストパターン２８の中心部２８ａは、基準点ＲＰからX方向に＋ΔNx画素分だけ、Y方向に＋ΔNy画素分だけズレている。第１駆動制御部７７は、ズレ量を打ち消す方向に、X方向可動ステージ６７またはY方向可動ステージ６８を微小移動させる。即ち、X方向可動ステージ６７を移動量−ΔNx×D／βで移動させ、Y方向可動ステージ６８を移動量−ΔNy×D／βで移動させる。これにより、テストパターン２８の中心部２８ａは基準点ＲＰにセットされる。なお、以下の説明において、テストパターン２８の中心部２８ａを基準点ＲＰにセットすることをセンタリングという。

MTF算出部７８は、図７（A）に示すような、撮像画像８５のうち、予め設定された水平方向（Ｈ方向（Ｘ方向と同じ方向））の特定列Kに当たる部分の画像と同じく予め設定された垂直方向（Ｖ方向（Ｙ方向と同じ方向））の特定列Ｌに当たる部分の画像とを同時に切り取る。これにより、図７（B）に示すような、Ｖ方向に延びたテストパターン２８の一部８７が含まれる画像８５ａと、図（Ｃ）に示すような、Ｈ方向に延びたテストパターン２８の一部１００が含まれる画像８５ｂとが得られる。そして、画像８５ａから、図７（Ｄ）に示すような受光強度分布（LSFデータ）を得るとともに、画像８５ｂから、図７（Ｅ）に示すような受光強度分布を得る。そして、それぞれのLSFデータにFFTを施すことによって、図７（Ｆ）に示すようなＨ方向のMTFのグラフと、図７（Ｇ）に示すようなＶ方向のＭＴＦのグラフとが得られる。ここで、それぞれのMTFのグラフの横軸は空間周波数を、縦軸はMTF値を示している。

第２駆動制御部７９は、予め設定されたデフォーカス量DF（ｍｍ）及び移動ステップ数S（回）に基づきZ方向可動ステージ６９を駆動することによって、撮像部２０を、予め設定された第１測定位置P1から被検レンズ１２に近づく方向Z１または離れる方向Z２に微小移動させる。これによって、第１測定位置P１の前後で、デフォーカスさせる。ここで、第１測定位置P１は、設計データや光軸上のベストピント位置の実測値などから得られる仮のベストピント位置である。また、デフォーカス量とは、各移動ステップごとに、仮ベストピント位置である第１測定位置P1の前後でZ１方向またはZ２方向に移動する撮像部２０の移動量をいう。なお、デフォーカスレンジは（S−１）×DFで求められる。

本実施形態では、デフォーカス点数５点を例にとると、まず最初に、図８に示すように、撮像素子の撮像面６３ａが第１測定位置P１にくるように、撮像部２０を移動させる。そして、この第１測定位置P１において、センタリングした後に、MTFを算出する。この第１測定位置Ｐ１においてセンタリングした後のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向可動ステージ６７，６８，６９の座標をＸ０、Ｙ０、Ｚ０とする。

次に、撮像素子の撮像面６３ａを、第１測定位置P１からZ２方向にデフォーカス量DFだけ離れた第２測定位置P２に移動させる。そして、この第２測定位置P２において、センタリングした後に、MTFを算出する。そして、この第２測定位置Ｐ２においてセンタリングした後のＸ方向、Ｙ方向可動ステージ６７，６８の座標をＸｐ、Ｙｐとする。そして、Ｘ方向の光束傾きαｘを、αｘ＝（Ｘｐ−Ｘ０）／ＤＦの式から求めるとともに、Ｙ方向の光束傾きαｙを、αｙ＝（Ｙｐ−Ｙ０）／ＤＦの式から求める。そして、これ以降のステップでは、この光束傾きを学習させた状態で撮像面６３ａをＸ方向またはＹ方向移動させる。なお、光束傾きを学習させない場合には、αｘ＝０、αｙ＝０とする。

次に、撮像素子の撮像面６３ａを、第２測定位置P２からZ２方向にデフォーカス量DFだけ移動させるとともに、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。この移動後の測定位置を第３測定位置Ｐ３とする。そして、この第３測定位置P３において、センタリングした後に、MTFを算出する。

次に、撮像素子の撮像面６３ａを、第３測定位置P３からZ１方向にデフォーカス量DFの３倍分（３×DF）だけ移動させる。即ち、第１測定位置P１からZ１方向にデフォーカス量DFだけ移動させる。また、これと同時に、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。この移動後の測定位置を第４測定位置Ｐ４とする。そして、この第４測定位置P４において、センタリングした後に、MTFの算出を行なう。次に、撮像素子の撮像面６３ａを、第４測定位置P４からZ１方向にデフォーカス量DFだけ移動させるとともに、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。この移動後の測定位置を第５測定位置Ｐ５とする。そして、この第５測定位置P５において、センタリングした後に、MTFの算出を行なう。なお、本明細書においては、「測定位置」の前に付している「第１、第２」などの序数は、測定する順番を示している。

このように、撮像素子の撮像面６３ａを被検レンズ１２に近い位置から離れる方向または被検レンズ１２から離れた位置から近づく方向に順に移動させてデフォーカスするのではなく、仮のベストピント位置である第１測定位置P１から被検レンズ１２から離れる方向にデフォーカスさせ、その後に、第１測定位置P１から被検レンズ１２に近づく方向にデフォーカスさせることによって、テストパターン２８がフレームアウトすることがなくなる。したがって、撮像画像上にはテストパターン２８が確実に存在しているため、MTFの算出を確実に行なうことができる。

なお、本実施形態では、図８に示すように、まず、第１測定位置でＭＴＦを測定した後、この第１測定位置に対して被検レンズから離れる方向に２ステップ分撮像素子の撮像面６３ａを移動させ、各移動毎にＭＴＦを測定し（第２、第３測定位置）、その後に、第１測定位置に対して被検レンズに近づく方向に２ステップ分撮像面６３ａを移動させ、各移動毎にＭＴＦを測定している（第４、第５測定位置）が、これとは反対に、図９に示すように、第１測定位置でＭＴＦを測定した後、この第１測定位置に対して被検レンズに近づく方向に２ステップ分撮像面６３ａを移動させて各移動毎にＭＴＦを測定し（第２、第３測定位置）、その後に、第１測定位置に対して被検レンズに離れる方向に２ステップ分撮像面６３ａを移動させて各移動毎にＭＴＦを測定してもよい。

さらには、図１０に示すような手順でＭＴＦの測定を行なってもよい。この図１０に示す手順によれば、まず、第１測定位置でＭＴＦを測定した後、この第１測定位置に対して被検レンズから離れる方向に１ステップ分撮像面６３ａを移動させてＭＴＦを測定し（第２測定位置）、その後に、第１測定位置に対して被検レンズに離れる方向に１ステップ分撮像面６３ａを移動させてＭＴＦを測定する（第３測定位置）。そして、第１測定位置に対して被検レンズから離れる方向に２ステップ分撮像面６３ａを移動させてＭＴＦを測定し（第４測定位置）、その後に、第１測定位置に対して被検レンズに離れる方向に１ステップ分撮像面６３ａを移動させてＭＴＦを測定する（第５測定位置）。なお、図１１では、第１測定位置に対して被検レンズに離れる方向に撮像面６３ａを移動させた後、被検レンズに近づく方向に撮像面６３ａを移動させる工程を２回行い、２回目の工程では１回目の工程よりもステップ数を増加させているが、これとは反対に、第１測定位置に対して被検レンズに近づく方向に撮像面６３ａを移動させた後、被検レンズに近づく方向に撮像面６３ａを移動させる工程を２回行なってもよい。

ベストピント位置算出部８０は、MTF算出部７８で算出した画面Ｈ方向、Ｖ方向それぞれのＭＴＦ測定結果に基づいて、ベストピント位置BPを算出する。本実施形態では、図１１に示すような、MTFを縦軸で、第１〜第５測定位置P１〜P５を横軸で表した座標系９０を用い、この座標系９０に対して、第１〜第５測定位置P１〜P５で算出したMTFをプロットする。そして、プロットした点を通る近似曲線９１を生成し、この生成された近似曲線のうちMTFが最も大きい点９１ａを特定する。そして、この点９１ａにおける横軸の値を、ベストピント位置BPとして特定する。

次に、本発明の作用を図１２及び図１３のフローチャートに沿って説明する。まず、軸上コリメータ１４から、被検レンズ１２の中心部に向けて、テストパターン２８を投写する。被検レンズ１２を介して形成されるテストパターン２８の像を、テストパターン２０撮像部内の撮像素子６３によって撮像する。そして、テストパターン２８の像が撮像素子の撮像面６３ａの中心に位置するように、Ｘ方向またはＹ方向可動ステージ６７，６８を移動させる。これにより、被検レンズ１２の光軸調整が完了する。

次に、撮像素子６３の撮像面６３ａが第１測定位置（仮ベストピント位置）P1に位置するように、撮像部２０をZ１方向またはZ２方向に移動させる。このとき、撮像素子６３で撮像した撮像画像内において、テストパターン２８の中心部２８ａが基準点ＲＰから一定画素以上ズレている場合には、ズレ量算出部７６でテストパターンのズレ量ΔNx、ΔNｙを算出する。そして、第１駆動制御部７７は、ズレ量ΔNx、ΔNyに基づいてX方向およびY方向可動ステージ６７，６８を駆動制御することによって、テストパターン２８のズレが解消されるように、撮像部２０を移動させる（センタリング）。テストパターン２８のズレが解消されたら、第１測定位置P１においてMTFの算出を行なう。なお、テストパターン２８のズレ量が一定画素以下の許容範囲内（不感帯以上ともいう）であれば、テストパターン２８のズレ補正を行わなくともよい。

次に、撮像素子６３の撮像面６３ａを第２測定位置P２にセットすることによって、デフォーカスさせる。そして、第１測定位置P１のときと同様に、テストパターン２８のズレを解消した上（センタリング）で、第２測定位置P２においてMTFの算出を行う。第２測定位置P２におけるMTFの算出が完了したら、第１測定位置Ｐ１におけるセンタリング後のＸ方向及びＹ方向可動ステージ６７，６８の座標X０，Y０と、第２測定位置P２におけるセンタリング後のＸ方向及びＹ方向可動ステージ６７，６８の座標Xｐ，Yｐとに基づいて、X方向の光束傾きαｘとY方向の光束傾きαｙとを求める。

そして、光束傾きαｘ、αｙを求めたら、上記と同様の手順で、第３〜第５測定位置P３〜P５においてデフォーカスさせるとともに、センタリングした状態で各測定位置P３〜P５においてMTFの算出を行なう。そして、第３〜第５測定位置P３〜P５においては、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。そして、光束傾きを考慮してセンタリングを行なった後、MTFの算出を行なう。第５測定位置P５におけるMTFの算出が完了したら、ベストピント位置算出部８０は、第１〜第５測定位置P１〜P５におけるMTFに基づいて、ベストピント位置BPを求める。ベストピント位置BPが求まったら、軸上コリメータ１４によるテストパターン２８の投写を停止する。

次に、被検レンズ１２の左周辺部のうち、画角が比較的小さいまたは中くらいの部分のMTFを測定する。そこで、左軸外コリメータ１５を被検レンズ１２から比較的離れるように、下段可動ステージ４１を移動させるとともに、左軸外コリメータ１５内のコリメータレンズ３０の光軸が被検レンズ１２の低画角または中画角の範囲内に入るように、上段可動ステージ４０を回転させる。そして、左軸外コリメータ１５から、被検レンズ１２の左周辺部に向けて、テストパターン２８を投写する。そして、被検レンズ１２の中心部にテストパターン２８を投写したときと同様に、撮像面６３ａを第１〜第５測定位置P１〜P５間で移動させることによってデフォーカスさせる。その際、第３〜第５測定位置P３〜P５においては、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。そして、光束傾きを考慮してセンタリングを行なった後、MTFの算出を行なう。そして、デフォーカス時に撮像画像上のテストパターン２８にズレが生じた場合には、そのズレを補正した上で、各測定位置P１〜P５におけるMTFを算出する。各測定位置P１〜P５におけるMTFが全て求まったら、求めたMTFに基づいてベストピント位置BPを求める。

次に、被検レンズ１２の左周辺部のうち、画角が比較的大きいの部分のMTFを測定する。そこで、左軸外コリメータ１５を被検レンズ１２から比較的近づくように、下段可動ステージ４１を移動させるとともに、左軸外コリメータ１５内のコリメータレンズ３０の光軸が被検レンズ１２の高画角の範囲内に入るように、上段可動ステージ４０を回転させる。そして、上述と同様に、第１〜第５測定位置P１〜P５においてセンタリングした状態でMTFを算出し、第３〜第５測定位置P３〜P５においては、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。そして、光束傾きを考慮してセンタリングを行なった後、MTFの算出を行なう。そして、算出したMTFに基づいてベストピント位置BPを求める。ベストピント位置BPが求まったら、左軸外コリメータ１５によるテストパターン２８の投写を停止する。

次に、被検レンズ１２の右周辺部のうち、画角が比較的小さいまたは中くらいの部分のMTFを測定する。そこで、右軸外コリメータ１６を被検レンズ１２から比較的離れるように、下段可動ステージ４１を移動させるとともに、右軸外コリメータ１６内のコリメータレンズ３０の光軸が被検レンズ１２の低画角または中画角の範囲内に入るように、上段可動ステージ４０を回転させる。そして、右軸外コリメータ１６から、被検レンズ１２の右周辺部に向けて、テストパターン２８を投写する。そして、被検レンズ１２の中心部や右周辺部にテストパターン２８を投写したときと同様に、第１〜第５測定位置P１〜P５においてセンタリングした状態でMTFを算出し、第３〜第５測定位置P３〜P５においては、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。そして、光束傾きを考慮してセンタリングを行なった後、MTFの算出を行なう。そして、算出したMTFに基づいてベストピント位置BPを求める。

次に、被検レンズ１２の右周辺部のうち、画角が比較的大きいの部分のMTFを測定する。そこで、右軸外コリメータ１６を被検レンズ１２から比較的近づくように、下段可動ステージ４１を移動させるとともに、左軸外コリメータ１５内のコリメータレンズ３０の光軸が被検レンズ１２の高画角の範囲内に入るように、上段可動ステージ４０を回転させる。そして、上述と同様に、第１〜第５測定位置P１〜P５においてセンタリングした状態でMTFを算出し、第３〜第５測定位置P３〜P５においては、Ｘ方向にαｘ×ＤＦだけ移動させ、Ｙ方向にαｙ×ＤＦだけ移動させる。そして、光束傾きを考慮してセンタリングを行なった後、MTFの算出を行なう。そして、算出したMTFに基づいてベストピント位置BPを求める。ベストピント位置BPが求まったら、右軸外コリメータ１６によるテストパターン２８の投写を停止する。

なお、本実施形態では、テストパターンの中心部を撮像画像の所定フレーム内の基準点にセンタリングさせるために、撮像部をXY方向に移動させたが、これに代えて、テストチャートや被検レンズをXY方向に移動させてもよい。また、テストパターンのズレ補正を、撮像部をZ１方向またZ２方向にステップ（移動）させる毎に行ったが、ステップ毎ではなく、数回ステップ単位でテストパターンのズレ補正を行なってもよい。

１０ レンズ検査装置
１２ 被検レンズ
１４ 軸上コリメータ
１５ 左軸外コリメータ
１６ 右軸外コリメータ
２０ 撮像部
２２ コントローラー
２８ テストパターン
６３ 撮像素子
６３ａ 撮像面
６７ Ｘ方向可動ステージ
６８ Ｙ方向可動ステージ
６９ Ｚ方向可動ステージ
７６ ズレ量算出部
７７ 第１駆動制御部
７８ ＭＴＦ算出部
７９ 第２駆動制御部
８０ ベストピント位置算出部

Claims (8)

1. 被検レンズを保持するレンズマウントと、
   レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵し、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸外から入射させる軸外コリメータと、
   前記被検レンズによって空中結像された前記テストパターンの像を所定のフレーム範囲で撮像する撮像部と、
   前記撮像部からの撮像信号に基づき、前記テストパターンの像の中心と前記フレーム範囲内に予め設定された基準点とのズレ量を算出するズレ量算出部と、
   前記ズレ量に基づいて前記テストパターンの像の中心または前記フレーム範囲を相対的に移動させて両者間のズレを補正するズレ補正手段と、
   前記ズレ補正手段によるズレ補正後に前記撮像部でテストパターンの像を撮像して得られた撮像信号に基づき、被検レンズの結像性能を評価する数値データを求める演算部とを備えることを特徴とするレンズ検査装置。
2. 前記撮像部が被検レンズの光軸と平行に、かつ前記光軸と直交する面内を移動自在に支持され、前記ズレ補正手段は撮像部を被検レンズの光軸に直交する二方向に移動させることにより、テストパターンの像の中心に向かって前記フレーム範囲の基準点を移動してズレ補正を行うことを特徴とする請求項１記載のレンズ検査装置。
3. 前記撮像部を前記被検レンズの光軸方向に複数回移動させることによってデフォーカスさせる軸方向移動部と、
   前記撮像部の移動毎に前記数値データに基づいて、ベストピント位置を求めるベストピント位置算出部とを備えることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ検査装置。
4. 前記演算部は、仮ベストピント位置で性能値を算出した後に、前記仮ベストピント位置から所定距離だけ被検レンズに近づいた位置または離れた位置で、数値データを求めることを特徴とする請求項３記載のレンズ検査装置。
5. 前記軸方向移動部は、前記仮ベストピント位置から被検レンズに近づく方向または離れる方向のいずれかの方向に、複数のステップ数で段階的に撮像部を移動させる第１工程と、この第１工程の後に、前記仮ベストピント位置から前記第１工程における移動方向と反対の方向に、複数のステップ数で段階的に撮像部を移動させる第２工程とを行い、
   前記演算部は、第１工程及び第２工程において、撮像部を移動させる毎に性能値を算出することを特徴とする請求項４記載のレンズ検査装置。
6. 前記軸方向移動部は、前記仮ベストピント位置から被検レンズに近づいた位置と前記仮ベストピント位置から離れた位置との間で撮像部を交互に移動させる一連の動作を繰り返し行なう工程であって、この一連の動作を行なう毎に、前記仮ベストピント位置から移動させるステップ幅を段階的に大きくする第３工程を行い、
   前記演算部は、第３工程おいて、撮像部を移動させる毎に性能値を算出することを特徴とする請求項４記載のレンズ検査装置。
7. レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵し、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸上に沿って入射させる軸上コリメータを備えることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のレンズ検査装置。
8. 被検レンズをレンズマウントで保持し、
   レンズ性能測定用のテストパターンが設けられたテストチャート及びコリメータレンズを内蔵した軸外コリメータから、前記テストパターンからの平行光を前記被検レンズの光軸外から入射させ、
   前記被検レンズによって空中結像された前記テストパターンの像を撮像部によって所定のフレーム範囲で撮像し、
   前記撮像部からの撮像信号に基づき、前記テストパターンの像の中心と前記フレーム範囲内に予め設定された基準点とのズレ量を算出し、
   前記ズレ量に基づいて前記テストパターンの像の中心または前記フレーム範囲を相対的に移動させて両者間のズレを補正し、
   前記ズレ補正手段によるズレ補正後に前記撮像部でテストパターンの像を撮像して得られた撮像信号に基づき、被検レンズの結像性能を評価する数値データを求めることを特徴とするレンズ検査方法。

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