(57)【要約】【課題】レンズの解像度の検査を精度良く行う。【解決手段】テストチャート１４には解像度を評価するためのチャートパターンが設けられている。チャートパターンの中心部は測定光軸Ls上に位置している。この測定光軸Ls上に被検レンズ１２が位置決めされる。チャートパターンの像は、被検レンズ１２を通して、レチクルプレート１６で結像する。レチクルプレート１６には、測定光軸Lsが通る位置を示すレチクルが付されている。レチクルプレート１６上のチャートパターンの像及びレチクルの像は、投影レンズ１７により拡大されてスクリーン１８に写し出される。スクリーン１８に拡大投影されたチャートパターンの像及びレチクルの像によって、被検レンズ１２の解像度及び偏芯状態が評価される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
解像度評価用のテストチャートに表示されたチャート像を、チャート像の中心部を通る測定光軸上に位置決めした被検レンズを通して、前記測定光軸が通る位置にレチクルが付された透明プレート上に中間像として結像させ、前記中間像と前記レチクルの像とを投影レンズにより拡大してスクリーンに結像し、前記スクリーン上で拡大されたチャート像及びレチクルの像により前記被検レンズの解像度及び偏芯状態を評価することを特徴とするレンズ評価方法。
【請求項２】
前記スクリーン上で前記チャート像の中心部と前記レチクルの像とが重なり合っているか否かにより前記被検レンズの偏芯状態を判定することを特徴とする請求項１記載のレンズ評価方法。
【請求項３】
前記テストチャートが裏面側から照明されるネガタイプのテストチャートであることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ評価方法。
【請求項４】
前記投影レンズがズームレンズであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のレンズ評価方法。
【請求項５】
チャート像が表示された解像度評価用のテストチャートと、
前記チャート像の中心部を通る測定光軸上に被検レンズを位置決めして保持するレンズホルダと、
前記被検レンズの焦点面上に位置決めされ、前記測定光軸が通る位置にレチクルが付された透明プレートと、
前記被検レンズによって前記透明プレート上に中間結像された前記チャート像と前記レチクルの像とを拡大してスクリーン上に結像させる投影レンズとを備えることを特徴とするレンズ評価装置。
【請求項６】
前記レンズホルダを前記測定光軸と平行に移動させ、且つその移動量の測定が可能な調節機構を備えていることを特徴とする請求項５記載のレンズ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやプロジェクターなどの光学・電子機器に搭載される各種レンズの解像度の評価を行なうレンズ評価方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやプロジェクターなどの光学・電子機器には、光を集めたり拡げたりするための各種レンズが搭載されている。例えば、デジタルカメラには被写体からの光をＣＣＤに結像する結像レンズが搭載されている。また、近年市場が拡大してきている３Dプロジェクターの場合であれば、３Dプロジェクタの左右それぞれのチャンネルには個別にリレーレンズが用いられている。このリレーレンズは、原画像の表示面に表示される左右の画像をそれぞれ個別に投影光学系にリレーするため、結像性能に高い精度が要求される。
【０００３】
これら各種レンズは、光学・電子機器の製造工程において、解像度などの性能が所望の値を有しているか否かの検査が行なわれている。レンズの解像度の検査では、解像度評価用のテストチャートが用いられ、検査対象となる被検レンズがテストチャートから一定距離離して位置決めされる。被検レンズの結像面にはピントグラスが配置されており、このピントグラスにチャート像が結像される。そして、このチャート像をルーペで部分的に拡大して観察し、チャート像のエッジが鮮明か否かを目視で判断することによって、被検レンズの解像度を評価している。
【０００４】
なお、目視による検査の他、検査対象のレンズを通して写し出されるチャートパターンの像をＣＣＤ等により撮像し、その撮像により得られた画像をコンピュータで解析することによって、レンズの解像度を評価することも行なわれている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の目視による検査の場合、ピントグラスには平面擦りガラスが用いられ、擦り面に結像されたチャート像はルーペで部分的に拡大して観察されるが、擦り面の粗さが粗すぎると像のエッジが乱れて観察されるため解像度の評価がしにくくなり、逆に擦り面の粗さが細かすぎると拡散能が低下して像のエッジの識別が観察しにくくなる。また、コンピュータによる解像度評価の場合であれば、設備費用が膨大となる。
【０００７】
本発明は、レンズの解像度の検査を精度良く行うことができるレンズ評価方法及び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】
上記目的を達成するために、本発明のレンズ評価方法は、解像度評価用のテストチャートに表示されたチャート像を、チャート像の中心部を通る測定光軸上に位置決めした被検レンズを通して、前記測定光軸が通る位置にレチクルが付された透明プレート上に中間像として結像させ、前記中間像と前記レチクルの像とを投影レンズにより拡大してスクリーンに結像し、前記スクリーン上で拡大されたチャート像及びレチクルの像により前記被検レンズの解像度及び偏芯状態を評価することを特徴とする。
【０００９】
前記スクリーン上で前記チャート像の中心部と前記レチクルの像とが重なり合っているか否かにより前記被検レンズの偏芯状態を判定しているため、煩雑な操作を行わなくとも、偏芯状態を検査することができる。
【００１０】
本発明で用いる前記テストチャートは、裏面側から照明されるネガタイプのテストチャートである。また、本発明では、前記投影レンズにズームレンズを用いることによって、チャート像のエッジの鮮明度を目視可能な程度にまで拡大することができる。
【００１１】
本発明のレンズ評価装置は、チャート像が表示された解像度評価用のテストチャートと、前記チャート像の中心部を通る測定光軸上に被検レンズを位置決めして保持するレンズホルダと、前記被検レンズの焦点面上に位置決めされ、前記測定光軸が通る位置にレチクルが付された透明プレートと、前記被検レンズによって前記透明プレート上に中間結像された前記チャート像と前記レチクルの像とを拡大してスクリーン上に結像させる投影レンズとを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記レンズホルダを前記測定光軸と平行に移動させ、且つその移動量の測定が可能な調節機構を備えているため、１回の解像度の評価で所望の結果が得られなかった場合でも、レンズホルダを測定光軸方向に一定の移動量の範囲内で移動させることにより、再度解像度の評価を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、チャート像を透明プレート上に結像させ、その透明プレート上のチャート像を投影レンズで拡大してスクリーンに結像することによって、チャートの像のエッジの鮮明度等を目視で確実に判断することができるため、被検レンズの解像度の検査を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のレンズ評価装置の正面図である。
【図２】テストチャートの側面図である。
【図３】（A）は検査台の正面図であり、（B）は検査台の左側面図である。
【図４】（A）はレンズホルダの正面図であり、（B）はレンズホルダの側面図である。
【図５】レチクルプレートの側面図である。
【図６】スクリーンの側面図である。
【図７】レチクルプレートのレチクルを投影レンズの光軸上に合わせること説明するために用いられる説明図である。
【図８】チャートパターンの中心部を校正用レンズの光軸及び投影レンズの光軸上に合わせることを説明するために用いられる説明図である。
【図９】被検レンズの解像度及び偏芯状態の評価方法を説明するために用いられる説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、レンズ評価装置１０はレンズホルダ１１内の被検レンズ１２の解像度を評価する。レンズ評価装置１０は、光源１３、テストチャート１４、検査台１５、レチクルプレート１６、投影レンズ１７、スクリーン１８を備えている。レンズ評価装置１０では、偏芯が無い被検レンズ１２を検査台１５にセットした場合に、被検レンズ１２の光軸L１と投影レンズ１７の光軸L２とが測定光軸Ls上に位置するように、光源１３、テストチャート１４、検査台１５、レチクルプレート１６、投影レンズ１７、スクリーン１８が定盤２０の上に載置されている。なお、被検レンズの一例として、プロジェクターに搭載されるリレーレンズなどが挙げられる。
【００１６】
図２に示すように、テストチャート１４は、光源１３からの光をほとんど遮断する略黒色の遮光部２２上に、被検レンズ１２の解像度を評価するための光透過性のチャートパターン２３を備えている。テストチャート１４は、その背後から光源１３により照明されることで、略黒色の遮光部２２を背景にして、チャートパターン２３が明るく表示されるネガタイプのテストチャートである。テストチャート１４は、チャートパターン２３の中心部２３ａが測定光軸Ls上に位置するように、設置されている。
【００１７】
チャートパターン２３は、中心エリア２６及び４隅のエリア２７〜３０に、それぞれ一定間隔で縦方向に配列された３つの横スリット３２〜３６と、これら横スリット３２〜３６の右側に位置し、一定間隔で横方向に配列された３つの縦スリット３７〜４１が設けられている。なお、スリットの数は３以外でもよく、また中心エリア及び４隅のエリアに設けるのはスリットではなく、その他の各種模様であってもよい。
【００１８】
図３（A），（B）に示すように、検査台１５は、レンズホルダ１１を保持するためのマウント台４５と、マウント台４５にセットされたレンズホルダ１１の位置を固定する位置固定部４６と、マウント台４５を光軸L1方向に移動させる調節機構４７とを備えている。図４（A），（B）に示すように、マウント台４５にセットされるレンズホルダ１１は、被検レンズ１２と、被検レンズ１２を保持する円筒部５０と、円筒部５０の外周部であって光軸L１方向中央部に取り付けられたフランジ部５１とを備えている。フランジ部５１には、マウント台４５との位置関係を決めるための位置決め穴５１ａが形成されている。
【００１９】
図３（A），（B）に示すように、マウント台４５は略直方体状を有しており、レンズホルダ１１を保持する保持部５３を備えている。保持部５３は、マウント台４５の上面から一定の深さまでレンズホルダの円筒部５０の直径Dより若干大きく切りかかれており、加えて、その一定の深さよりも更に下方が円筒部５０の外周形状に合わせて略半円状に切り欠かれれた切欠面となっている。また、マウント台４５には、フランジ部の位置決め穴５１ａに挿入される位置決めピン４５ａが設けられている。
【００２０】
位置固定部４６は、クランプ板５５と、スライド機構５６と、操作レバー５７とを備えている。クランプ板５５は略Ｃ字形状に形成されており、両端部にはそれぞれレンズホルダのフランジ部５１を押圧するための押圧部材５５ａが設けられている。スライド機構５６は、押圧部材５５ａがフランジ部５１を押圧する押圧位置と、この押圧位置から退避してレンズホルダ１１の取り付け及び取り外しを可能にする退避位置との間で、クランプ板５５をスライドさせる。操作レバー５７は、回転操作可能にスライド機構５６に取り付けられており、この操作レバー５７の回転操作によってスライド機構５６が作動する。
【００２１】
調節機構４７は、マウント台４５が載置された可動ステージ６０と、可動ステージ６０が測定光軸Ls方向に移動自在に取り付けられた固定ステージ６１と、マイクロネジ６２ａの回転に従って可動ステージ６０を方向に移動させるマイクロメータ６２とを備えている。マイクロメータ６２の操作により可動ステージ６０が移動することによって、マウント台４５にセットされたレンズホルダ１１が測定光軸Ls方向に移動する。レンズホルダ１１の移動量は、固定ステージ６１に取り付けられた移動量表示部６１ａに表示される。
【００２２】
図５に示すように、レチクルプレート１６は、被検レンズ１２の焦点面上に位置決めされており、被検レンズ１２からの光はレチクルプレート１６上で結像する。したがって、レチクルプレート１６上には、チャートパターンの像（図示省略）が中間像として結像する。
【００２３】
また、レチクルプレート１６は、光透過部６５上に光を遮光する略黒色の十字形状のレチクル６６を備えている。レチクルプレート１６は、被検レンズ１２からの光のうち、レチクル６６に当たる光を遮光し、それ以外、即ち光透過部６５で光を透過することから、透過光により明るく表示される光透過部６５を背景にして、レチクル６６が略黒色に表示されるポジタイプのテストチャートである。したがって、レチクルプレート１６上には、チャートパターンの像とともにレチクル６６の像が中間像として結像している。また、レチクルプレート１６は、レチクルの交差部分６６ａが投影レンズ１７の光軸L２（図１参照）上に位置するように、設置されている。
【００２４】
投影レンズ１７はズームレンズで構成され、レチクルプレート１６から出た光を一定の倍率で拡げるとともに、その拡げた光をスクリーン１８に向けて投射する。投影レンズ１７は、被検レンズ１２の解像度をかなり上回る高解像度を有しているため、投影レンズ１７の使用が被検レンズ１２の解像度の評価に影響を与えることはない。
【００２５】
図６に示すように、スクリーン１８は、投影レンズ１７から出た光によって、チャートパターンの像７０及びレチクルの像７１が写し出される。これら像７０，７１によって被検レンズ１２の解像度及び偏芯状態の検査が行なわれる。被検レンズ１２の解像度の評価に際しては、まず、中心エリア７２内のスリット像７２ａの中からエッジの鮮明度が高いものを目視でカウントする。同様にして、４隅のエリア７３〜７６内において、エッジの鮮明度が高いスリット像７３ａ〜７６ａを目視でカウントする。そして、中心エリア７２及び４隅のエリア７３〜７６のいずれにおいても、エッジの鮮明度が高いスリット像７２ａ〜７６ａが一定数以上確認された場合に、被検レンズ１２は所望の解像度を有していると判定される。
【００２６】
ここで、スクリーン１８上のチャートパターンの像７０は、投影レンズ１７によって、エッジの鮮明度を目視で確実に確認することができる程度にまで拡大されている。したがって、エッジの鮮明度の高いスリット像７２ａ〜７６ａを目視で確実にカウントすることができる。また、従来の解像度検査では、平面擦りガラスの表面粗さの程度によっては像のエッジの鮮明度が落ちることがあったが、スクリーン１８を用いることで、エッジが鮮明なチャートパターンの像７０を写し出すことができる。また、投影レンズ１７にズームレンズを使用しているため、投影距離と画面サイズについては、解像度検査の内容に従って任意に設定し又は検査毎に変更することができる。
【００２７】
また、レチクルの像７１が、チャートパターンの像７０の中心エリアにおけるスリット像７２ａに重なり合っているか否かにより、被検レンズ１２の偏芯状態を判断する。レチクルの像７１がスリット像７２ａに重なり合っており、且つチャートパターンの像７０の中心部７０ａにも重なり合っている場合には、被検レンズの光軸L１が測定光軸Lｓ上に位置し、被検レンズ１２は偏芯していないと判定される。一方、像７１がスリット像７２ａに重なり合っていない場合には、被検レンズの光軸L１が測定光軸Ls上に位置しておらず、被検レンズ１２は偏芯していると判定される。なお、本実施形態では、チャートパターンの像とスリット像の重なり合いにより被検レンズの偏芯状態を判断したが、その他、チャートパターンの像とスリット像を用いて様々な方法により被検レンズの偏芯状態を判断することができる。
【００２８】
次に、レンズ評価装置１０の作用を説明する。まず、図７に示すように、スクリーン１８、投影レンズ１７、レチクルプレート１６を定盤２０上に載置する。そして、レチクルプレート１６の背後に光源８０を設け、光源８０からレチクルプレート１６に対して光を当てる。これにより、光源８０からの光が、レチクルプレート１６及び投影レンズ１７を介して、スクリーン１８に投射され、レチクルの像７１がスクリーン１８に写し出される。そして、レチクルの像の交差部分７１ａが投影レンズの光軸L2上に位置するように、レチクルプレート１６を設置する。
【００２９】
そして、図８に示すように、光源８０を撤去した後、検査台１５、テストチャート１４、光源１３をレチクルプレート１６の背後に配置する。そして、偏芯していない校正用レンズ８２を搭載したレンズホルダ１１をマウント台４５の保持部５３に載せ、フランジ部の位置決め穴５１ａにマウント台の位置決めピン４５ａを挿入させる。これにより、レンズホルダ１１が保持部５３上で回転することが阻止される。そして、操作レバー５７でスライド機構５６を操作し、クランプ板５５を退避位置から押圧位置にスライドさせる。これにより、フランジ部５１がクランプ板５５の押圧部材５５ａにより押圧されるため、マウント台４５におけるレンズホルダ１１の位置が固定される。なお、校正用レンズと被検レンズとは同一のレンズ構成を備えている。
【００３０】
そして、光源１３からテストチャート１４に対して光を当てる。これにより、光源１３からの光が、テストチャート１４、校正用レンズ８２、レチクルプレート１６、及び投影レンズ１７を介して、スクリーン１８に投射され、チャートパターンの像７０及びレチクルの像７１がスクリーン１８に写し出される。そして、チャートパターン２３の中心部２３ａが校正用レンズ８２の光軸L３及び投影レンズの光軸L２上が同一の測定光軸Ls上に位置するように、テストチャート１４を設置する。また、校正用レンズ８２の焦点面上にレチクルプレート１６が位置するように、検査台１５を設置する。テストチャート１４及び検査台１５の設置が完了したら、校正用レンズ８２を搭載したレンズホルダ１１を取り外す。
【００３１】
そして、図９に示すように、検査対象となる被検レンズ１２を搭載したレンズホルダ１１をマウント台４５にセットし、校正用レンズ８２を搭載したレンズホルダ１１の場合と同様にして、マウント台４５におけるレンズホルダ１１の位置を固定する。そして、光源１３からテストチャート１４に対して光を当てる。これにより、光源１３からの光が、テストチャート１４、被検レンズ１２、レチクルプレート１６、及び投影レンズ１７を介して、スクリーン１８に投射され、チャートパターンの像７０及びレチクルの像７１がスクリーン１８に写し出される。
【００３２】
そして、スクリーン１８上に写し出されたスリット像７２ａ〜７６ａの中で、エッジの鮮明度が高いものをカウントする。中心エリア７２及び４隅のエリア７３〜７６内のいずれにおいても、エッジの鮮明度が高いスリット像７２ａ〜７６ａが一定数以上確認された場合に、被検レンズ１２が所望の解像度を有していると判定される。
【００３３】
また、エッジの鮮明度が高いスリット像が一定数以上確認できなかった場合には、マイクロネジ６２ａを操作し、被検レンズ１２を光軸L1方向に一定の移動量で移動させる。このとき、一定の移動量の範囲内で被検レンズ１２を移動させることによって、中心エリア７２及び４隅のエリア７３〜７６内のいずれにおいても、エッジの鮮明度が高いスリット像７２ａ〜７６ａが一定数以上確認された場合には、被検レンズ１２が所望の解像度を有していると判定される。これに対して、一定の移動量の範囲を超えて被検レンズ１２を移動させたとしても、エッジの鮮明度が高いスリット像７２ａ〜７６ａが一定数以上確認できなかった場合には、被検レンズ１２が所望の解像度を有していないと判定される。
【００３４】
さらに、スクリーン１８上において、レチクルの像７１がスリット像７２ａに重なり合っており、且つチャートパターンの像７０の中心部７０ａにも重なり合っている場合には、被検レンズの光軸L１が測定光軸Ls上に位置し、被検レンズ１２は偏芯していないと判断される。これに対して、像７１がスリット像７２ａに重なり合っていない場合には、被検レンズの光軸L１が測定光軸Lｓ上に位置しておらず、被検レンズ１２は偏芯していると判断される。
【００３５】
なお、本実施形態では、光を透過するチャートパターンが付されたネガタイプのテストチャートを用い、そのテストチャートの背後から照明することによって、黒色の遮光部を背景にしてチャートパターンの像を明るく表示したが、これに代えて、白と黒が一定間隔で交互に配列されたチャートパターンを有する光反射型のテストチャートを用い、そのテストチャートの左右前方から照明することによって、チャートパターンの像を表示してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  レンズ評価装置
１１  レンズホルダ
１２  被検レンズ
１３  光源
１４  テストチャート
１６  レチクルプレート
１７  投影レンズ
１８  スクリーン
２３  チャートパターン
４７  調節機構
６６  レチクル
７０  （チャートパターンの）像
７１  （レチクルの）像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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