(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源又は線光源である光源の像を被検レンズの焦平面上に投影する投影光学系と、
前記被検レンズを透過した前記光源の像からの光を反射して、前記被検レンズにより前記焦平面上の前記光源の像と略同一の位置に再度結像させる回転ミラーと、
前記被検レンズにより再度結像された前記光源の像を撮像素子上にリレーするリレー光学系と、を有し、
前記投影光学系及び前記リレー光学系を一体にしたユニットとし、前記被検レンズの光軸と直交する面内で当該ユニットをシフトすることにより、前記光源の像を前記被検レンズの前記焦平面内で移動させるように構成し、
前記回転ミラーは、当該回転ミラー上の前記被検レンズの光軸から、当該光軸と前記ユニットのシフト方向とを含む面に直交するように延びる回転軸を中心に回転されることにより、前記光源の像からの光を反射して、前記被検レンズにより前記焦平面上の前記光源の像と略同一の位置に再度結像させるように構成された検査装置。
【請求項２】
前記ユニットは、前記被検レンズの光軸に対して直交する方向に移動可能に構成され、且つ、前記ユニットと前記被検レンズとを前記被検レンズの前記光軸を中心に相対回転可能に構成された請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記回転ミラーは、前記ユニットのシフトに応じて、前記被検レンズに対して相対回転するように構成された請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記投影光学系及び前記リレー光学系の各々は、コリメートレンズ及びデコリメートレンズの少なくとも２群を有して構成され、前記コリメートレンズと前記デコリメートレンズとの間に、前記被検レンズに対する前記投影光学系及び前記リレー光学系の光路を分割する光路分割素子を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記投影光学系のデコリメートレンズと前記リレー光学系のコリメートレンズとを一つのデコリメート・コリメートレンズで構成した請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
前記デコリメート・コリメートレンズを前記撮像光学系及び前記リレー光学系の光軸に沿って移動させることにより、前記光源の像をデフォーカス可能に構成された請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記投影光学系の投影倍率をβｔとしたとき、次式
（−βｔ）  ≦  ２．０
の条件を満足する請求項１〜６のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記リレー光学系の横倍率をβｒとしたとき、次式
１  ≦  βｒ  ＜  ２０
の条件を満足する請求項１〜７のいずれか一項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフ用交換レンズはデジタルカメラが全盛となり、銀塩フイルム時代に比べてより高い性能が求められている。ユーザーの多くはパソコン画面で等倍のサイズで画像データ（デジタル写真）を鑑賞するので、写真レンズにとって従来より性能の良し悪しやピントの甘さがはっきりと現れるようになった。これに対し、ＤＣモーターや超音波モーターを搭載したオートフォーカスの写真レンズが主流となり、手振れ補正を行う為に角速度をモニターして、光学系の一部のレンズあるいはレンズ群を光軸に垂直な面内での位置を検出し発生した角速度を打ち消すように制動させる防振レンズも増えてきている。従来、長い焦点距離のレンズに要望の多かったこの機能は、標準系レンズ、広角系レンズにも求める声が大きくなっている。さらに、アマチュア層ではワイドからテレまでカバーするズーム比１０倍強のレンズが人気を博しており、光学設計、機構設計の難易度が高くなってきている。
【０００３】
光学設計はモーターユニットや防振レンズユニットのようなアクチュエータを搭載する為にフォーカス群の小型軽量化および移動量の縮小化、防振レンズ群の小型軽量化を求められている。そのため、機構設計もより複雑な構造で剛性を保たなければならず樹脂部品の多用がさらに厳しい状況にしている。様々な制約を受けながらも、非球面の面数の増加や形状の自由度拡大、異常分散ガラスの多用でそれなりの設計性能を達成でき、効果的な光学調整のルーチンや操作性の良い調整機構、詳細な光学性能評価手段により品質の良いレンズの量産が可能となっている。このように量産で安定した光学性能を達成する為には、被検レンズの光学性能を短時間かつ高精度で測定できる量産検査装置が必須となる。また、最終的な光学性能の判断だけでなく組み立て調整時のレンズ群の調芯においてもこの種の測定器が必要である。
【０００４】
こうして一般的に使われる焦点域の撮影レンズの量産性能は銀塩時代に比べてかなり向上してきたが、焦点距離の長い撮影レンズにおいては評価装置が大型になる為に従来の解像力チャートを用いて判定しているのが現状であるが、人為的な判断となるので読み取る人の体調や疲労度、読み取る人夫々で結果にばらつきが多かった。デジタルカメラの高画素化が急速に進む中、目視による解像力判定は製品検査能力が低いと言わざるを得ない。そのため、ＭＴＦ等を測定して光学性能を最終判定する測定器を導入することでこうしたばらつきを減少させている（例えば、特許文献１参照）。なお、この特許文献１に開示されている逆投影タイプの検査装置が量産では多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９３２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら長焦点域の撮影レンズ（例えば６００ｍｍ）で横倍率β＝−１／３０〜−１／５０の拡大投影を行うと、検査距離は１８ｍ〜３０ｍとなり非現実的になる。仮に１５ｍ程度の検査距離で評価を行うと焦点距離が長いために至近距離に近い評価となってしまう。超望遠レンズはその用途目的から無限での光学性能が高いことが求められるので、至近距離に近い検査距離での評価は望ましくない。一方、無限での評価を実現する為に逆投影でデコリメータを用いるとすると、デコリメータの残存収差が無視できる大きさにするためには少なくとも被検レンズの５倍以上の焦点距離が必要とされ、例えば被検レンズの焦点距離が６００ｍｍとすれば、デコリメータの焦点距離は３０００ｍｍ以上となってしまう。このような超望遠レンズの最大径φは１４０ｍｍ以上あり、デコリメータレンズの径もこれより大きくしなければならなくなる。さらに、軸上と少なくとも４つの軸外を同時に測定するには５本のデコリメータを配置しなければならないが３０００ｍｍのデコリメータを５本配置すること自体現実性に欠ける。仮に実現しようとするとデコリメータの径が大きい為に被検レンズよりかなり離さないと５本のデコリメータが干渉してしまう。有限系として被検レンズから収束光を射出させたとしてもβ＝−１／３０程度では光束は殆ど細くならず、デコリメータ５本を被検レンズより遠く離すことを避けられない。そのため、画角が小さく前玉径の大きい望遠レンズの軸上と軸外の光学性能を同時に測定するには、巨大な空間が必須である。また軸外のデコリメータの位置合わせは困難を極める。有限であれば光軸方向にずれれば横倍率に影響し、デコリメータの焦平面に置かれたセンサーの座標の原点より乖離した方向と量を読み取りデコリメータの角度を調整するのだが、そもそもセンサーの基準をどこまでとれるかで測定像高の精度が変わってしまう。さらに正投影にしても装置の巨大化、軸外のコリメータの位置合わせの難易度の問題は解決されない。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、被検レンズの光学性能を高精度に検査することができる検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係る検査装置は、点光源又は線光源である光源の像を被検レンズの焦平面上に投影する投影光学系と、被検レンズを透過した光源の像からの光を反射して、この被検レンズにより焦平面上の光源の像と略同一の位置に再度結像させる回転ミラーと、被検レンズにより再度結像された光源の像を撮像素子上にリレーするリレー光学系と、を有する。
【０００９】
このような検査装置は、投影光学系及びリレー光学系を一体にしたユニットとし、被検レンズの光軸と直交する面内で当該ユニットをシフトすることにより、光源の像を被検レンズの焦平面内で移動させるように構成されている。
【００１０】
また、このような検査装置において、回転ミラーは、当該回転ミラー上の被検レンズの光軸から、当該光軸と上記ユニットのシフト方向とを含む面に直交するように延びる回転軸を中心に回転されることにより、光源の像からの光を反射して、被検レンズにより焦平面上の光源の像と略同一の位置に再度結像させるように構成されている。
【００１１】
また、このような検査装置において、上記ユニットは、被検レンズの光軸に対して直交する方向に移動可能に構成され、且つ、このユニットと被検レンズとをこの被検レンズの光軸を中心に相対回転可能に構成されることが好ましい。
【００１２】
このとき、回転ミラーは、上記ユニットのシフトに応じて、被検レンズに対して相対回転するように構成されることが好ましい。
【００１３】
また、このような検査装置において、投影光学系及びリレー光学系の各々は、コリメートレンズ及びデコリメートレンズの少なくとも２群を有して構成され、コリメートレンズとデコリメートレンズとの間に、被検レンズに対する投影光学系及びリレー光学系の光路を分割する光路分割素子を有することが好ましい。
【００１４】
このとき、投影光学系のデコリメートレンズとリレー光学系のコリメートレンズとを一つのデコリメート・コリメートレンズで構成することが好ましい。
【００１５】
さらにこのとき、デコリメート・コリメートレンズを撮像光学系及びリレー光学系の光軸に沿って移動させることにより、光源の像をデフォーカス可能に構成されることが好ましい。
【００１６】
またこのような検査装置は、投影光学系の投影倍率をβｔとしたとき、次式
（−βｔ）  ≦  ２．０
の条件を満足することが好ましい。
【００１７】
またこのような検査装置は、リレー光学系の横倍率をβｒとしたとき、次式
１  ≦  βｒ  ＜  ２０
の条件を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る検査装置を以上のように構成すると、小型でありながら、被検レンズの光学性能を高精度に検査することができる検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】検査装置の構成を示す説明図である。
【図２】上記検査装置において被検レンズの光軸方向の光学性能を測定するためにデフォーカスする場合の動作を示す説明である。
【図３】上記検査装置において被検レンズの軸外光に対する光学性能を測定する場合の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。まず、図１〜図３を用いて本実施形態に係る検査装置２０の構成について説明する。この検査装置２０は、被検レンズ３０に点光源又は線光源からの光を照射する投影光学系２１と、被検レンズ３０を透過した光を撮像素子９に集光するリレー光学系２２と、を有している。ここで、投影光学系２１は、光源１と被検レンズ３０との間に配置されており、光源１側から順に、コンデンサレンズ２と、ピンホール又はスリットからなる開口部３ａが形成された遮光板３と、投影光学系コリメートレンズ４と、ビームスプリッタ或いはハーフミラーからなる光路分割素子５と、デコリメート・コリメートレンズ（投影光学系デコリメートレンズ）６と、から構成される。また、リレー光学系２２は、被検レンズ３０と撮像素子９との間に配置され、投影光学系２１と光路分割素子５及びデコリメート・コリメートレンズ６を共用するものであり、被検レンズ３０側から順に、デコリメート・コリメートレンズ（リレー光学系コリメートレンズ）６と、光路分割素子５と、リレー光学系デコリメートレンズ８と、から構成される。なお、被検レンズ３０を挟んでデコリメート・コリメートレンズ６の反対側には、回転ミラー７が配置されている。また、デコリメート・コリメートレンズ６は、投影光学系２１においてデコリメートレンズとして機能し、リレー光学系２２においてコリメートレンズとして機能する。
【００２１】
ここで、コンデンサレンズ２は、光源１からの光を遮光板３の開口部３ａに集光するように配置されており、また、この開口部３ａにその焦点が略一致するように投影光学系コリメートレンズ４が配置されている。さらに、リレー光学系デコリメートレンズ８の焦点上に撮像素子９の撮像面が略一致するように配置されている。また、本実施の形態に係る投影光学系２１は、光源１から放射された光を光路分割素子５の透過反射面５ａで反射させて被検レンズ３０に導くように配置されており、リレー光学系２２は、被検レンズ３０からの光を透過反射面５ａを透過させて撮像素子９に導くように配置されている。さらに、遮光板３の開口部３ａがピンホールの場合は、このピンホールの像を検出するために撮像素子９としてエリアセンサーを配置し、開口部３ａがスリットの場合は、このスリットの像を検出するために撮像素子９としてラインセンサーを配置することが望ましい（ラインセンサーの場合には、ラインセンサーの延びる方向をスリット状に延びる像と略直交するように配置することが望ましい）。
【００２２】
なお、投影光学系２１及びリレー光学系２２を構成する光学素子は、所定の精度内でその光軸が一致するように配置されており、図３に示すように、この光軸を以降の説明では「機構軸Ａ」と呼ぶ。ここで、この検査装置２０において、光源１、コンデンサレンズ２、遮光板３、投影光学系コリメートレンズ４、光路分割素子５、デコリメート・コリメートレンズ６、リレー光学系デコリメートレンズ８及び撮像素子９は、機構軸Ａと直交する方向に移動可能（シフト可能）な一つのユニット１０として構成されている。すなわち、図３に示すように、機構軸Ａの延びる方向をＸ軸とし、このＸ軸に直交する方向（例えば、光路分割素子５に対して光源１が位置する方向）をＹ軸とすると、このユニット１０は、Ｙ軸方向にシフト可能に構成されている。また、被検レンズ３０の光軸は、この機構軸Ａと同じ方向に（一致しているか、若しくは略平行に延びるように）配置されており、この光軸を以降の説明では「基準軸Ｂ」と呼ぶ。さらに、回転ミラー７は、上述のＸＹ平面に直交する方向をＺ′としたとき、この回転ミラー７上で、基準軸Ｂを通りＺ′軸方向に延びる回転軸を中心に回転可能に構成されている。
【００２３】
このような構成の検査装置２０において、光源１から放射された光はコンデンサレンズ２で遮光板３の開口部３ａに集光される。すなわち、遮光板３の開口部３ａがピンホールの場合は、この開口部３ａは点光源として機能し、スリットの場合は線光源として機能する。そして、この開口部３ａを透過した光は投影光学系コリメートレンズ４で集光されて略平行光に変換された後、光路分割素子５の透過反射面５ａで反射され、さらにデコリメート・コリメートレンズ６で集光されて遮光板３の開口部３ａの一次像ＩＭとして結像される。そして、この一次像ＩＭに像側焦点（焦平面）が略一致するように配置された被検レンズ３０（図１に示すように機構軸Ａと基準軸Ｂとは略一致している場合）に入射した光は、この被検レンズ３０で略平行光に変換されて回転ミラー７に入射して反射される（この場合、回転ミラー７の反射面は、機構軸Ａに略垂直に配置されている）。そして、この回転ミラー７で反射された光は、被検レンズ３０で集光されて一次像ＩＭの位置に開口部３ａの像を再度形成した後、デコリメート・コリメートレンズ６で略平行光に変換される。さらに、この略平行光は、光路分割素子５の透過反射面５ａを透過して、リレー光学系デコリメートレンズ８で撮像素子９の撮像面上に集光される。以上のようにして撮像素子９で取得された点像分布関数（ＰＳＦ）若しくは線像分布関数（ＬＳＦ）から、被検レンズ３０の光学性能（ＯＴＦ、ＭＴＰ及びＰＴＦ）を算出することができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態に係る検査装置２０は、古くから簡易的に回折像を観察する方法であるオートコリメーション法を用いている。この方法はコリメーターが不要であるので装置の小型化につながる。また、被検レンズ３０を２度光が通過する（ダブルパスである）ので収差量が２倍となって現れ、収差の少ない超望遠レンズの評価には適している検査法と言える。また高価なコリメータを使用しないのでコスト面でも有利になる。また、図１に示すように、焦点距離の長い被検レンズ３０の場合は、焦平面と共役な位置にピンホール或いはスリットの像（一次像ＩＭ）を投影し、被検レンズ３０を通過させ、さらに回転ミラー７で反射させて焦平面（一次像ＩＭの位置）に戻った光をリレー光学系２２で撮像素子９に導くことにより、被検レンズ３０の光学性能を測定することができるので、測定感度の高さ及び省空間化につながる。
【００２５】
ところで、この検査装置２０を用いて被検レンズ３０の光軸方向の光学性能を測定するには、図２に示すように、デコリメート・コリメートレンズ６を光軸方向に（機構軸Ａに沿って）動かす構造とすることが望ましい。図２のごとく、デフォーカスによる光軸方向の像変位をその直後のデコリメート・コリメートレンズ６のデフォーカスの変位で１対１でキャンセルすることができる。
【００２６】
また、この検査装置２０を用いて被検レンズ３０の軸上の光学性能を測定するには、機構軸Ａと基準軸Ｂとを略一致させて測定行う。一方、被検レンズ３０の軸外の光学性能を測定するには、上述のユニット１０を機構軸Ａに垂直な平面内（ＸＹ平面内）でシフトさせることにより行われる。ここで、被検レンズ３０の焦点距離をｆ、画角をθ、像高をｙとして、ｙ＝ｆtanθの関係が成り立つ。すなわち、ユニット１０をシフトしたことにより、基準軸Ｂに対して機構軸Ａが平行移動する。このとき、被検レンズ３０の焦平面内における移動した一次像ＩＭの基準軸Ｂからの距離を像高ｙとすると、回転ミラー７を回転軸Ｚ′を中心にθ／２だけ機構軸Ａと測定像高を含む平面内（ＸＹ平面内）で回転させることにより、図３に示すように、この回転ミラー７で反射した光が被検レンズ３０で集光されて、上述の像高ｙの位置に再度集光される。さらに、リレー光学系２２により撮像素子９上に集光されるため、ＰＳＦ又はＬＳＦを取得して軸外像高の光学性能を測定することができる。例えば、被検レンズ３０の焦点距離を３００ｍｍとし、像高１５．１ｍｍの光学性能を測定する場合、被検レンズ３０の半画角はθ＝２．９°となり、このとき回転ミラー７は１/２×θ＝１．４５°だけ傾け、図３のユニット１０全体をｙ＝１５．１ｍｍシフトさせる。このように、ユニット１０全体を機構軸Ａに垂直な平面（ＸＹ平面）でシフト可能に構成することにより、被検レンズ３０の軸上及び軸外の光学性能を測定することが可能となる。
【００２７】
なお、基準軸Ｂを中心軸として、被検レンズ３０とユニット１０及び回転ミラー７の組とを相対的に回転させる（例えば、基準軸Ｂを中心に被検レンズ３０を回転させるか、若しくは、被検レンズ３０に対してユニット１０及び回転ミラー７を一体に基準軸Ｂを中心に回転させる）ことにより、基準軸Ｂの回りの任意の像高からの軸外光による被検レンズ３０の光学性能を測定することができる。ここで、軸外から被検レンズ３０に遮光板３の開口部３ａの像を入射させる焦平面上の位置は、基準軸Ｂを中心として少なくとも４方向であることが望ましい。さらに、この焦平面内において、これら４つの方向は、基準軸Ｂに対して対称に配置されていることが望ましい。
【００２８】
このような検査装置２０において、投影光学系コリメートレンズ４の焦点距離をＦtdとし、投影光学系デコリメートレンズ（デコリメート・コリメートレンズ６）の焦点距離をFtcとして定義される投影光学系２１の投影倍率βｔは、等倍近辺か縮小倍率、すなわち、次式（１）を満足することが望ましい。
【００２９】
（−βｔ）＝Ｆｔｄ／Ｆｔｃ  ≦  ２．０                （１）
【００３０】
投影光学系２１の投影倍率βｔを、条件式（１）を満足するように構成することにより、遮光板３の開口部（ピンホール若しくはスリット）３ａの製造精度が緩和される方向になる。小径の穴の真円度、又は、小さいスリットでエッジの連続性を求めることは難しく、かといって大きいピンホール、スリット幅では高い空間周波数が得られない。１００ｌｐ／ｍｍの空間周波数を得るには、被検レンズ３０の焦平面に０．００５ｍｍ相当のピンホール或いはスリットの像を投影しなければならない。これをβｔ＜−２．０で投影しようとすると、遮光板３（チャートやメカスリット）の製作が非常に困難である。なお、条件式（１）の上限値を１．０とするとより好ましく、上限値を０．５とするとさらに好ましい。
【００３１】
また、リレー光学系デコリメートレンズ８の焦点距離をＦｒｃとし、リレー光学系コリメートレンズ（デコリメート・コリメートレンズ６）の焦点距離をＦｒｄとして定義されるリレー光学系２２の横倍率βｒは、等倍か拡大倍率、すなわち、次式（２）を満足することが望ましい。
【００３２】
１  ≦  βｒ＝Ｆｒｃ／Ｆｒｄ  ＜  ２０                （２）
【００３３】
リレー光学系２２の横倍率βｒを、条件式（２）を満足するように構成することにより、要望される高周波数を光学系で拡大リレーする為、撮像素子９上での空間周波数を低く設定でき、撮像素子９として、ダイナミックレンジの広いセンサーを選択することができる。なお、撮像素子９での照度は、横倍率βｒの二乗に反比例する。そのため、条件式（２）の上限を超えると、撮像素子９上での照度が、βｒ＝−１のときの１/２０2になってしまうので像面照度が低下し、それに応じてこの撮像素子９での光の蓄積時間が長くなりすぎて実用的でなくなる。
【００３４】
さらに投影光学系２１の光路分割素子（ビームスプリッターあるいはハーフミラー）５における透過反射面５ａの透過及び反射の比は、ほぼ半分である事が望ましい。但し、光源１の輝度と撮像素子９上での照度が一番大きく寄与するので、光源１の投影倍率と撮像素子９へのリレー倍率の設定によっても最適な比率は変わってくる。
【００３５】
なお、被検レンズ３０が超望遠系の場合、その半画角は６度程度以下であり、被検レンズ３０の前方に配置する回転ミラー７の設定角度は上述の通り少なくともその半分以下は必要となる。そのため、半画角が小さい為に、この回転ミラー７として、軸上用ミラーと軸外用ミラーを同時に配置するのは困難である。よって軸上と軸外の測定を同時ではなく個別に行うことが望ましい。さらに、デフォーカスする際に光軸方向の位置を読み取る手段を持ち、軸上と軸外数箇所を個別にスキャンして、軸上のある空間周波数のベストとなる位置をスプライン関数等で補間して求め、その光軸方向の位置を基準として軸外像高の光学性能（ＭＴＦ等）を判定することが望ましい。
【００３６】
また、以上の実施形態では、光源１から出た光を光路分割素子５で反射させて被検レンズ３０に導き、この被検レンズ３０を透過した光を光路分割素子５を透過させて撮像素子９に導くように構成した場合について説明したが、光源１から出た光は光路分割素子５を透過させ、被検レンズ３０を透過した光は光路分割素子５で反射させるように、投影光学系２１及びリレー光学系２２を配置しても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源    ３  遮光板    ３ａ  開口部（点光源又は線光源）
４  投影光学系コリメートレンズ    ５  光路分割素子
６  デコリメート・コリメートレンズ    ７  回転ミラー
８  リレー光学系デコリメートレンズ    ９  撮像素子    １０  ユニット
２０  検査装置    ２１  投影光学系    ２２  リレー光学系    ３０  被検レンズ
【図１】
0005641278.tif 000002
【図２】
0005641278.tif 000003
【図３】
0005641278.tif 000004