(57)【要約】【課題】焦点位置測定をより容易にするとともに、精度の向上を実現するカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置および焦点位置測定方法を提供する。【解決手段】カメラ用交換レンズの焦点位置測定装置１を、スリットが形成されたスリット板１０と、光源７から出射した光線をスリット板１０に照射し、色収差を有し、スリット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１２と、このコリメータレンズ１２で変換された平行光束を被検レンズ３に入射させて集光させ、この被検レンズ３の焦点位置近傍に配置され、光軸に沿って焦点位置の前後を移動して被検レンズ３により集光された光線を反射するミラー４とから構成する。そして、このミラー４で反射された光線を被検レンズ３に入射させて再び平行光束に変換し、コリメータレンズ１２で集光させてスリットの像を形成し、ミラー４の移動に対応するスリットの像の色変化から被検レンズ３の焦点位置を測定する。【選択図】図１
2008014657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットが形成されたスリット板と、
色収差を有し、光源から出射した光線を前記スリット板に照射して前記スリット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で変換された平行光束を被検レンズに入射させて集光させ、前記被検レンズの焦点位置近傍に配置され、光軸に沿って前記焦点位置の前後を移動して前記被検レンズにより集光された光線を反射するミラーとを有し、
前記ミラーで反射された光線を前記被検レンズに入射させて再び平行光束に変換し、前記コリメータレンズで集光させて前記スリットの像を形成し、前記ミラーの移動に対応する前記スリットの像の色変化から前記被検レンズの焦点位置を測定するように構成されたカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置。
【請求項２】
前記コリメータレンズを、色収差補正がされていないレンズで構成した請求項１に記載のカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置。
【請求項３】
前記コリメータレンズを、単レンズで構成した請求項１または２に記載のカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置。
【請求項４】
スリットが形成されたスリット板と、
光源から出射した光線を前記スリット板に照射して前記スリット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、
平行状態を維持したまま前記コリメータレンズで変換された前記平行光束に色収差を発生させる補助レンズと、
前記補助レンズから出射した平行光束を被検レンズに入射させて集光させ、前記被検レンズの焦点位置近傍に配置され、光軸に沿って前記焦点位置の前後を移動して前記被検レンズにより集光された光線を反射するミラーとを有し、
前記ミラーで反射された光線を前記被検レンズに入射させて再び平行光束に変換し、前記補助レンズを透過させた後、前記コリメータレンズで集光させて前記スリットの像を形成し、前記ミラーの移動に対応する前記スリットの像の色変化から前記被検レンズの焦点位置を測定するように構成されたカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置により被検レンズの焦点位置を測定するカメラ用交換レンズの焦点位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ用交換レンズの焦点位置測定装置および焦点位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ用交換レンズにおいては、カメラ本体に対して互換性を確保するため、交換レンズのカメラ本体への取り付け面からカメラ本体のフィルム面（ディジタルスチルカメラの場合はＣＣＤ面）までの距離が定められている。光学的にはカメラ用交換レンズの焦点位置がフィルム面（ＣＣＤ面）上に合致するよう調整する必要がある。そのため、基準となる交換レンズ（マスターレンズ）とコリメータを使用して基準となる焦点位置（基準位置）を設定した後、マスターレンズを未調整の交換レンズに置き換えて焦点位置を測定し、基準位置との誤差分を取り付け位置の機械的な調整により補正する。焦点位置の測定は、交換レンズとコリメータの有する色収差による焦点位置の前後に発生する色の変化を目視で読み取ることで行われている。なお、分光して焦点位置を測定する方法としては、例えば特許文献１のような装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７１７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カメラ用交換レンズの焦点位置の測定は上述のように、交換レンズとコリメータの有する色収差による焦点位置の前後に発生する色の変化を感知しなければならないが、通常、交換レンズもコリメータも色消しが高いレベルで行われた設計となっており、焦点位置前後の色の変化は非常に微妙なものとなる。そのため、目視による焦点位置の検出には熟練を要する。像のコントラストの変化で焦点位置を検出する方法と比べると優位性はあるものの、更に色収差の補正レベルが高い製品（交換レンズ）において、測定精度を維持することは困難である。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、焦点位置測定をより容易にするとともに、精度の向上を実現するカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置および焦点位置測定方法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】
【０００６】
前記課題を解決するために、第１の本発明に係るカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置は、スリットが形成されたスリット板と、色収差を有し、光源から出射した光線をスリット板に照射してスリット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で変換された平行光束を被検レンズに入射させて集光させ、この被検レンズの焦点位置近傍に配置され、光軸に沿って焦点位置の前後を移動して被検レンズにより集光された光線を反射するミラーとを有する。そして、このミラーで反射された光線を被検レンズに入射させて再び平行光束に変換し、コリメータレンズで集光させてスリットの像を形成し、ミラーの移動に対応するスリットの像の色変化から被検レンズの焦点位置を測定するように構成する。
【０００７】
このような第１の本発明に係るカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置において、コリメータレンズを、色収差が補正されていないレンズで構成することが好ましい。また、コリメータレンズを、単レンズで構成することが好ましい。
【０００８】
また、第２の本発明に係るカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置は、スリットが形成されたスリット板と、光源から出射した光線をスリット板に照射してスリット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、平行状態を維持したままコリメータレンズで変換された平行光束に色収差を発生させる補助レンズと、補助レンズから出射した平行光束を被検レンズに入射させて集光させ、被検レンズの焦点位置近傍に配置され、光軸に沿って焦点位置の前後を緯度して被検レンズにより集光された光線を反射するミラーとを有する。そして、ミラーで反射された光線を被検レンズに入射させて再び平行光束に変換し、補助レンズを透過させた後、コリメータレンズで集光させてスリットの像を形成し、ミラーの移動に対応するスリットの像の色変化から被検レンズの焦点位置を測定するように構成する。
【０００９】
また、本発明に係るカメラ用交換レンズの焦点位置測定方法は、上述の焦点位置測定装置により被検レンズの焦点位置を測定する。
【発明の効果】
【００１０】
第１の本発明に係るカメラ用交換レンズの焦点位置測定装置によれば、被検レンズの色収差の補正レベルが高いとしても、コリメータレンズで色収差が発生するため、焦点位置前後でのミラーの移動によりスリット像の色変化が明確になり、被検レンズの焦点位置の測定精度が向上するとともに、この測定が容易になる。このとき、コリメータレンズに色収差の補正されていない安価なレンズを用いるとこの焦点位置測定装置のコストを低減することができる。また、コリメータレンズに単レンズを用いるとレンズ枚数を少なくしてこの焦点位置測定装置のコストを低減することができる。
【００１１】
また、第２の本発明に係るカメラ交換レンズの焦点位置測定装置によれば、コリメータレンズに色収差の補正レベルが高いレンズが用いられていたとしても、補助レンズにより色収差を発生させることができるので、焦点位置前後でのミラーの移動によりスリット像の色変化が明確になり、被検査レンズの焦点位置の測定精度が向上するとともに、この測定が容易になる。
【００１２】
さらに、本発明に係るカメラ交換レンズの焦点位置測定方法によれば、被検レンズの焦点位置の測定が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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を用いて焦点位置測定装置１の構成について説明する。この焦点位置測定装置１は、オートコリメータ２、被検レンズ３、および、微動ステージ５に固定されたミラー４から構成される。オートコリメータ２は、光源側から順に、反射鏡６、光源７、フィルタ（拡散板）８、コンデンサレンズ９、チャート板１０、ハーフミラー（若しくはハーフプリズム）１１、および、コリメータレンズ１２から構成され、これらが光軸上に並んで配置されている。また、ハーフミラー１１から側方に指標１３、接眼レンズ１４、および、撮像素子１５を有し、これらが光軸上に並んで配置されている。この焦点位置測定装置１において、被検レンズ３は、その光軸をオートコリメータ２の光軸に一致させ、かつ、その対物側をコリメータレンズ１２に正対させて配置される。また、ミラー４はオートコリメータ２の光軸上に、反射面がこの光軸に直交するように配置される。なお、被検レンズ３は無限位置に設定された状態で焦点位置の測定が行われる。
【００１４】
光源７から出射した光線は、直接若しくは反射鏡６で反射してフィルタ８に照射され、このフィルタ８を透過してコンデンサレンズ９で集光されてチャート板１０に照射される。このチャート板１０には、例えば、十字型のスリットが形成されており（図示せず）、このスリットから出射した光線は、ハーフミラー１１を通過してコリメータレンズ１２により平行光束に変換されてオートコリメータ２から出射する。オートコリメータ２から出射した平行光束は、被検レンズ３に入射してこの被検レンズ３により集光される。被検レンズ３で集光された光線は、この被検レンズ３の焦点位置近傍に配置されたミラー４で反射し、被検レンズ３で再び平行光束に変換されてコリメータレンズ１２を透過し、ハーフミラー１１に入射して側方に反射される。指標１３は、チャート板１０と共役な位置に配置されており、ハーフミラー１１で反射した光線は、この指標１３上にチャート板１０のスリット像として結像する。そして、この指標１３の状態が接眼レンズ１４により撮像素子１５の撮像面に投影される。
【００１５】
ここで、被検レンズ３が色収差を有し、焦点位置の設定波長が黄色であるとすると、図２に示すように、この被検レンズ３の対物側から入射した平行光束のうち、黄色の光線はこの被検レンズ３の焦点位置Ｏに結像するが、黄色の光線より波長の短い青色の光線は焦点位置Ｏより前（被検レンズ３に近づく方向）に結像し、黄色の光線より波長の長い赤色の光線は焦点位置Ｏより後（被検レンズ３から離れる方向）に結像する。そのため、微動ステージ５をオートコリメータ２の光軸に沿って、被検レンズ３の焦点位置Ｏを含んだ近傍で前後に移動させると、ミラー４が焦点位置Ｏより前にあるときは、青色の光が指標１３に結像し、ミラー４が焦点位置Ｏより後にあるときは、赤色の光が指標１３に結像する。例えば、被検レンズ３に近い側から焦点位置Ｏを通るように微動ステージ５を移動させると、この焦点位置Ｏの付近で指標１３のコントラストが上がるとともに、焦点位置Ｏの前後で、指標７に沿って発生する色付きが青色から赤色に変化し、焦点位置を測定することができる。
【００１６】
ところで、色収差が精度良く補正された被検レンズ３の焦点位置を測定する場合、微動ステージ５を焦点位置近傍で移動させても色の変わり目が明確にならず、焦点位置の検出が難しくなる。そこで、本実施例においては、コリメータレンズ１２に色収差の大きいレンズ（例えば、図１に示すように単レンズ）を用いている。これにより、被検レンズ３の色収差が精度良く補正されていたとしても、オートコリメータ２のコリメータレンズ１２で色収差が発生するため、上述のように、被検レンズ３の焦点位置Ｏの近傍で微動ステージ５を移動することにより、色変化が明確となり焦点位置の測定精度が向上するとともに、測定が容易となる。
【００１７】
この焦点位置測定装置１においては、撮像素子１５の検出値は、制御部１６に入力される。そして、この制御部１６でステージ駆動部１７を制御して、微動ステージ５を被検レンズ３の焦点位置付近で前後に移動させながら、撮像素子１５の検出値を取得し、被検レンズ３の焦点位置を算出するように構成されている。具体的には、撮像素子１５の検出値から青色の光線の検出値と赤色の光線の検出値とを抽出すると、青色の光線の検出値Ｂおよび赤色の光線の検出値Ｒと微動ステージ５の位置との関係が図３に示すように求められ、それぞれの光線の検出値Ｂ，Ｒのピーク値におけるステージの位置Ｏb，Ｏrから被検レンズ３の焦点位置Ｏを算出することができる。
【００１８】
ここで、本実施例において使用したコリメータレンズ１２の実施例として、図４（ａ）に示す単レンズＬ１を用いた場合を示し、表１にこの単レンズＬ１の諸元を示す。なお、以下の諸元において、ｆはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）の焦点距離、ＦNOはＦナンバーを示している。また表１において、第１列ｍは物体側からのレンズの面番号であって、図４（ａ）に示した面番号１〜２に対応している。また、第２列ｒはレンズ面の曲率半径、第３列ｄはレンズ面間隔、第４列νｄは媒質のｄ線に対するアッベ数、第５列ｎｄは媒質のｄ線に対する屈折率をそれぞれ示している。また、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記の無い場合一般に単位として「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００１９】
（表１  実施例）
ｆ＝４０３．３４ｍｍ
ＦNO＝２０
ｍ        ｒ          ｄ          νｄ          ｎｄ
1      412.09         8.0        64.2         1.51680
2     -419.02       400.67                    1.00000
【００２０】
図４（ｂ）にこの実施例に係る単レンズＬ１の球面収差を示す。この収差図において、ｄはｄ線を、ＣはＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）を、ＦはＦ線（λ＝４８６．１ｎｍ）を示し、横軸は球面収差を、縦軸は最大口径に対応するＦナンバーの値を示している。
【００２１】
また、比較例として、図５に示す従来の焦点位置測定装置１′に用いられているオートコリメータ２′におけるコリメータレンズ１２′の実施例として、図６（ａ）に示すアクロマティックレンズＬ１０を用いた場合について、その諸元を表２に示し、球面収差を図６（ｂ）に示す。この比較例において、アクロマティックレンズＬ１０は、光源側から凸レンズＬ１１と凹レンズＬ１２とが貼り合わされて構成されており、上述の図１に示した実施例と同一の構成要素は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なお、表２に示す面番号は図６（ａ）に示した面番号１〜３と一致しており、また、表２および図６における略号や単位については、上述の実施例と同様である。
【００２２】
（表２  比較例）
ｆ＝４００．０１ｍｍ
ＦNO＝２０
ｍ        ｒ          ｄ          νｄ          ｎｄ
1      257.16         8.5        64.2         1.51680
2     -169.03         4.0        32.2         1.67270
3     -473.08       394.46                    1.00000
【００２３】
このように、図４（ｂ）および図６（ｂ）から明らかなように、本実施例にかかるコリメータレンズ１２にこの単レンズＬ１を用いることにより、従来のアクロマティックレンズＬ１０と比較して大きな色収差が発生する。そのため、被検レンズ３の色収差の補正レベルが高いとしても、コリメータレンズ１２で色収差が発生するため、焦点位置前後での微動ステージ５の移動によりスリット像の色変化が明確になり、被検査レンズ３の焦点位置の測定精度が向上するとともに、この測定を容易に行うことができる。また、コリメータレンズ１２のレンズ構成を、上述のように貼り合わせレンズで構成するアクロマティックレンズＬ１０から単レンズＬ１とすることができるので、レンズの枚数が減ること、および、色収差が補正されていない安価なレンズを用いることによるコスト低減の効果も期待できる。
【００２４】
なお、図５に示す従来のオートコリメータ２′を用いた焦点位置測定装置１′に対して、図７に示すように、オートコリメータ２′と被検レンズ３との間に、平行光束を維持したまま色収差を発生させる補助レンズ１８を配置した焦点位置測定装置１″として構成することにより、コリメータレンズ１２′に色収差の補正レベルが高いレンズが用いられていたとしても、上述の焦点位置測定装置１と同様の効果を得ることができ、従来のオートコリメータ２′を用いても、被検レンズ３の焦点位置を精度良く、容易に測定することができる。
【００２５】
以上の実施例においては、オートコリメータ２，２′から出射した平行光束を被検レンズ３の対物側から入射させて焦点距離を測定するように構成した場合を示したが、この平行光束を被検レンズ３の像側から入射させて焦点距離を測定するように構成することも可能である。また、上記実施例は、スリット像の色変化を撮像素子１５で検出するように構成した場合を示したが、この像の色変化を目視で読み取るように構成することも可能である。この場合も、上述のように焦点位置付近でスリット像の色変化が明確になるため、測定者毎のばらつきを抑え測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る焦点位置測定装置の構成図である。
【図２】色収差と焦点位置との関係を示す説明図である。
【図３】撮像素子の検出値とステージ位置との関係を示す説明図である。
【図４】本実施例に係るコリメータレンズを示す図であり、（ａ）はレンズ構成図であり、（ｂ）は球面収差図である。
【図５】比較例として示す従来の焦点位置測定装置の構成図である。
【図６】比較例に係るコリメータレンズを示す図であり、（ａ）はレンズ構成図であり、（ｂ）は球面収差図である。
【図７】従来の装置に補助レンズを加えた焦点位置測定装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１″  焦点位置測定装置      ４  ミラー      ７  光源      １０  スリット板
１２  コリメータレンズ      １８  補助レンズ
【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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