(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する固体撮像素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置され、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるための第２光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記第２光学系は、テレセントリック光学系であり、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記固体撮像素子のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項２】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する固体撮像素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置され、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるための第２光学系と、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くためのライトガイドと、
光路上で前記ライトガイドの出射端と前記テストチャートとの間に配置され、前記ライトガイドから出射した光を集光するための第１光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記固体撮像素子のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項３】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する固体撮像素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置され、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるための第２光学系と、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くための拡散板またはレンズアレイと、
光路上で前記拡散板またはレンズアレイと前記テストチャートとの間に配置され、前記拡散板またはレンズアレイから出射した光を集光するための第１光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記固体撮像素子のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項４】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置され、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるための第２光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記第２光学系は、テレセントリック光学系であり、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記第２光学系のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項５】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置され、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるための第２光学系と、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くためのライトガイドと、
光路上で前記ライトガイドの出射端と前記テストチャートとの間に配置され、前記ライトガイドから出射した光を集光するための第１光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記第２光学系のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項６】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、
光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、
前記テストチャートに光を照射するための光源と、
前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、
前記テストチャートから出射する光を光電変換する受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置と、
光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置され、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるための第２光学系と、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くための拡散板またはレンズアレイと、
光路上で前記拡散板またはレンズアレイと前記テストチャートとの間に配置され、前記拡散板またはレンズアレイから出射した光を集光するための第１光学系とを備え、
前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有し、
前記ＭＴＦ測定装置は、前記光学デバイスのＭＴＦとして、前記第２光学系のＭＴＦを測定する、
ＭＴＦ測定装置。
【請求項７】
前記第２光学系は、テレセントリック光学系である、
請求項２、３、５および６のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項８】
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くためのライトガイドと、
光路上で前記ライトガイドの出射端と前記テストチャートとの間に配置され、前記ライトガイドから出射した光を集光するための第１光学系とをさらに備えた、
請求項１、３、４および６のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項９】
前記波長選択部から出射した特定波長の光を前記テストチャートに導くための拡散板またはレンズアレイと、
光路上で前記拡散板またはレンズアレイと前記テストチャートとの間に配置され、前記拡散板またはレンズアレイから出射した光を集光するための第１光学系とをさらに備えた、
請求項１、２、４および５のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項１０】
前記分光素子は、回折格子またはプリズムである、
請求項１から９のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項１１】
前記調節機構は、前記分光素子を前記光源に対して回転させるように構成された回転機構を有する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項１２】
前記分光素子および前記調節機構を有する第１の波長選択部との間で切り替え可能に設けられた第２の波長選択部をさらに備え、
前記第２の波長選択部は光学フィルタを有する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項１３】
前記テストチャートに形成されたテストパターンは、ピンホール、スリット、エッジ、および矩形波パターンから成る群から選択される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載のＭＴＦ測定装置。
【請求項１４】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
固体撮像素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記固体撮像素子の出力信号を用いて前記固体撮像素子のＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置されたテレセントリック光学系を用いて、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるステップを含む、
ＭＴＦ測定方法。
【請求項１５】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
固体撮像素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記固体撮像素子の出力信号を用いて前記固体撮像素子のＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記波長選択部から出射した光をテストチャートに入射させるステップは、
前記波長選択部から出射した特定波長の光をライトガイドの入射端に入射させ、前記ライトガイドの出射端に導くステップと、
光路上で前記ライトガイドの出射端と前記テストチャートとの間に配置された第１光学系を用いて、前記ライトガイドから出射した光を集光するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置された第２光学系を用いて、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるステップを含む、
ＭＴＦ測定方法。
【請求項１６】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
固体撮像素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記固体撮像素子の出力信号を用いて前記固体撮像素子のＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記波長選択部から出射した光をテストチャートに入射させるステップは、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を拡散板またはレンズアレイに入射させるステップと、
光路上で前記拡散板またはレンズアレイと前記テストチャートとの間に配置された第１光学系を用いて、前記拡散板またはレンズアレイから出射した光を集光するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記固体撮像素子との間に配置された第２光学系を用いて、前記テストパターンの光透過領域を通過した光を前記固体撮像素子の画素領域に結像させるステップを含む、
ＭＴＦ測定方法。
【請求項１７】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
受光素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置されたテレセントリック光学系を用いて、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるステップを含み、
前記ＭＴＦを算出するステップは、前記受光素子の出力信号を用いて前記テレセントリック光学系のＭＴＦを測定するステップである、
ＭＴＦ測定方法。
【請求項１８】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
受光素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記波長選択部から出射した光をテストチャートに入射させるステップは、
前記波長選択部から出射した特定波長の光をライトガイドの入射端に入射させ、前記ライトガイドの出射端に導くステップと、
光路上で前記ライトガイドの出射端と前記テストチャートとの間に配置された第１光学系を用いて、前記ライトガイドから出射した光を集光するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置された第２光学系を用いて、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるステップを含み、
前記ＭＴＦを算出するステップは、前記受光素子の出力信号を用いて前記第２光学系のＭＴＦを測定するステップである、
ＭＴＦ測定方法。
【請求項１９】
光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法であって、
波長選択部を用いて、光源から出射した光の波長を選択するステップと、
前記波長選択部から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートに入射させるステップと、
受光素子を用いて、前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップと、
前記受光素子の出力信号を用いてＭＴＦを算出するステップとを含み、
前記光の波長を選択するステップは、
前記波長選択部に含まれる分光素子を用いて、前記光源から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、
前記波長選択部に含まれる調節機構を用いて、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するステップとを含み、
前記波長選択部から出射した光をテストチャートに入射させるステップは、
前記波長選択部から出射した特定波長の光を拡散板またはレンズアレイに入射させるステップと、
光路上で前記拡散板またはレンズアレイと前記テストチャートとの間に配置された第１光学系を用いて、前記拡散板またはレンズアレイから出射した光を集光するステップとを含み、
前記テストチャートから出射した光を光電変換するステップは、光路上で前記テストチャートと前記受光素子との間に配置された第２光学系を用いて、前記テストパターンを前記受光素子の受光面に結像させるステップを含み、
前記ＭＴＦを算出するステップは、前記受光素子の出力信号を用いて前記第２光学系のＭＴＦを測定するステップである、
ＭＴＦ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置およびＭＴＦ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、固体撮像素子、レンズなどの光学デバイスの性能を評価する指標として、ＯＴＦ（Optical Transfer Function：光学的伝達関数）が知られている。ＯＴＦの実数部であるＭＴＦ（Modulation Transfer Function：変調伝達関数）は、空間周波数特性として画像の鮮鋭度を定量化したものであり、ＭＴＦの値が大きいほど、光学デバイスの性能が高い。【０００３】  このＭＴＦを測定するための装置として、特許文献１には、光源と、テストパターンが形成されたテストチャートと、を備えたＭＴＦ測定装置が開示されている。光源、テストチャートおよび撮像装置は、光路上でこの順に並べて配置されている。光源から出射し、テストパターンを通過した光により生成されるチャート像が撮像素子により撮影され、その出力を基に撮像素子のＭＴＦが算出される。【０００４】  また、特許文献２には、光源と、テストパターンが形成されたテストチャートと、受光装置と、を備えたＭＴＦ測定装置が開示されている。光源とテストチャートとの間には、異なる波長選択性を有する２枚の光学フィルタが配置され、光路上でテストチャートと受光装置との間にはロッドレンズが配置されている。２枚の光学フィルタは、所定の制御プログラムに応じて切り替えられる。光源から出射し、光学フィルタ、テストチャートおよびロッドレンズを通過して受光素子に入射した光の強度を基に、ＭＴＦが算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１６４５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ここで、一般に、光学デバイスは光の波長に応じて異なるＭＴＦを有する。したがって、ＭＴＦ測定装置に対しては、あらゆる波長の光に対してＭＴＦの測定に対するニーズがある。しかしながら、特許文献１には、複数の波長の光に対してＭＴＦを測定するための構成が開示されていない。また、特許文献２に開示されたＭＴＦ測定装置において、複数の波長（または波長域）の光に対してＭＴＦを測定するためには、複数の光学フィルタを用いる必要がある。したがって、同装置を用いてあらゆる波長の光に対してＭＴＦを測定するのは、実質的に不可能であるか、少なくとも多くの光学フィルタを用いる必要がある。【０００７】  本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、あらゆる波長の光に対して光学デバイスのＭＴＦを測定可能なＭＴＦ測定装置およびＭＴＦ測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明の一態様では、  光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置であって、  光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャートと、  前記テストチャートに光を照射するための光源と、  前記光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部と、  前記テストチャートから出射する光を光電変換する変換器の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置とを備え、  前記波長選択部は、前記光源から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、前記分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有する、  ＭＴＦ測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】  本発明の一態様によれば、ＭＴＦ測定装置が、分光素子と、分光素子に入射する光の入射角を調節するための調節機構とを有する波長選択部を備えていることにより、あらゆる波長の光に対して光学デバイスのＭＴＦを測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＭＴＦ測定装置を示す図である。
【図２】テストパターンとしてピンホールが形成されたテストチャートを示す平面図である。
【図３】テストパターンとしてスリットが形成されたテストチャートを示す平面図である。
【図４】テストパターンとしてエッジが形成されたテストチャートを示す平面図である。
【図５】テストパターンとして矩形波パターンが形成されたテストチャートを示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るＭＴＦ測定装置を用いた固体撮像素子のＭＴＦ測定方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２に係るＭＴＦ測定装置を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るＭＴＦ測定装置を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るＭＴＦ測定装置を用いた第２光学系のＭＴＦ測定方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るＭＴＦ測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  本発明の実施形態に係るＭＴＦ測定装置について、図面を参照しながら以下に説明する。各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。また、説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、既に知られた事項の詳細説明と、実質的に同一の構成に対する重複の説明を省略することがある。また、以下の説明および添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１２】実施の形態１．（ＭＴＦ測定装置１００）  図１は、本発明の実施の形態１に係るＭＴＦ測定装置１００を示す。ＭＴＦ測定装置１００は、光源１０１と、波長選択部１０２と、ライトガイド１０３と、第１光学系１０４と、テストチャート１０５と、第２光学系１０６とを備えている。実施形態１では、ＭＴＦ測定装置１００を用いて、第２光学系１０６から出射する光が入射する固体撮像素子１０のＭＴＦが測定される。第２光学系１０６のＭＴＦの値は、別の装置を用いて予め測定されており、既知の値であるとする。部品（光源、受光素子等）１０１〜１０６は、同じベース部材（図示せず）の上に固定されていてもよいし、それぞれ分離可能に配置されていてもよい。
【００１３】  固体撮像素子１０は、フォトダイオードを備えたＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などであってよい。固体撮像素子１０は、第１光学系１０４、テストチャート１０５および第２光学系１０６の中心点を結ぶ投影中心線に対して、固体撮像素子１０の結像面が法平面となるように配置されている。固体撮像素子１０は、テストチャート１０５を撮影する。本実施形態１では、固体撮像素子１０が、テストチャート１０５から出射する光を光電変換する変換器として機能する。固体撮像素子１０は、固体撮像素子１０を駆動する駆動装置１０ａ、および、信号を送受信可能な演算装置１０７に接続されている。
【００１４】  光源１０１は光１１を照射する。光源１０１は、任意の光源であってよいが、例えば白色光源である。
【００１５】  波長選択部１０２は、回折格子１０８と回転機構１０９とを有する。回折格子１０８は、分光素子の一例であり、光源１０１から出射する光１１を分光して特定波長の光１２を取り出して出射させる機能を有する。図面では、回折格子１０８として反射型回折格子を図示しているが、透過型回折格子であってもよい。回転機構１０９は、回折格子１０８に固定されており、回折格子１０８と一体に光源１０１に対して回転するように構成されている。回転機構１０９は、回折格子１０８が載置されるテーブルと、当該テーブルが取り付けられた出力軸を有するモータであってもよい。当該モータは、テーブルの（したがって回折格子１０８の）回転角度を制御できるモータ（例えばステッピングモータ、サーボモータ）であってもよい。このように、回折格子１０８が回転することにより、回折格子１０８に入射する光の入射角が変更および調節され、出射する光１２の波長が変更される。
【００１６】  ライトガイド１０３は、波長選択部１０２の回折格子１０８から出射した特定波長の光１２をテストチャート１０５に導く機能を有する。ライトガイド１０３は、入射端１０３ａと出射端１０３ｂとを有する。実施形態では、ライトガイド１０３は、コアとクラッドを有する光ファイバである。ライトガイド１０３を用いることにより、回折格子１０８から出射した光１２の進行方向を制御できる。また、ライトガイド１０３に入射した光はコア内を進み、クラッドとの界面で多重に全反射する。これにより、ライトガイド１０３の入射端１０３ａに入射する光１２の均一性を向上させた状態で、光１３として出射端１０３ｂから出射させることができる。これにより、測定されるＭＴＦの精度が向上する。
【００１７】  第１光学系１０４は、光路上でライトガイド１０３の出射端１０３ｂとテストチャート１０５との間に配置されている。第１光学系１０４は、ライトガイド１０３から出射した光１３を集光してテストチャート１０５に入射させる機能を有する。図面では第１光学系１０４として１つのレンズを示しているが、本発明はこれに限定されることなく、第１光学系１０４は例えば複数のレンズにより構成されていてもよい。第１光学系１０４を複数のレンズで構成することにより、収差の補正および焦点距離の調節が可能になるという利点がある。
【００１８】  テストチャート１０５には、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されている。テストパターンは、任意の形状を有していてよいが、例えば、ピンホール（図２）、スリット（図３）、エッジ（図４）、および矩形波パターン（図５）から成る群から選択される。テストチャート１０５のテストパターンは、光透過部材の上に光不透過材料を設けることにより形成される。光透過部材は、例えば透明フィルムまたは透明ガラスであってもよく、矩形、平板状であってもよい。光不透過材料は、例えば酸化クロムなど任意の材料で作られていてよく、例えばペイント、印刷、蒸着など任意の方法を用いて設けてよい。
【００１９】  第２光学系１０６は、光路上でテストチャート１０５と固体撮像素子１０との間に配置されている。第２光学系１０６は、テストチャート１０５に形成されたテストパターンの光透過領域を通過した光１４を、固体撮像素子１０の画素領域に結像させる機能を有する。第２光学系１０６は、好ましくは、主光線が焦点を通るように配列されたテレセントリック光学系である。第２光学系１０６としてテレセントリック光学系を用いることにより、テストチャート１０５から出射する主光線が焦点を通るため、焦点がずれても像中心の大きさが変わらす、視野全域に均一な照度が得られるという利点がある。図面では第２光学系１０６として１つのレンズを示しているが、本発明はこれに限定されることなく、第２光学系１０６は例えば複数のレンズにより構成されていてもよい。第２光学系１０６を複数のレンズで構成することにより、収差の補正および焦点距離の調節が可能になるという利点がある。
【００２０】  演算装置１０７は、ＣＰＵ（中央処理装置）と、所定のプログラムを記憶したメモリとを有するマイクロコンピュータであってよく、固体撮像素子１０から出力される画素信号に対して所定の演算を行うことにより、ＭＴＦを算出できるように構成されている。ＭＴＦの具体的な算出方法については後述する。
【００２１】（ＭＴＦの測定方法）  次に、図６を用いて、本実施形態１に係るＭＴＦ測定装置１００を用いた固体撮像素子１０のＭＴＦの測定方法を説明する。
【００２２】  ステップ１１１では、光源１０１から出射した光１１が、波長選択部１０２の回折格子１０８、ライトガイド１０３および第１光学系１０４を介してテストチャート１０５に照射される。このとき、回転機構１０９の回転角により、光源１０１から出射した光１１の入射角が所定の角度に設定されている。これにより、回折格子１０８により取り出される光の波長が決定される。テストチャート１０５に照射された光１３の一部は、テストチャート１０５のテストパターンにおける光非透過領域により遮断され、また別の一部は光透過領域を透過する。これにより、テストチャート１０５のテストパターンが第２光学系１０６を介して固体撮像素子１０の画素領域に投影される（つまり、固体撮像素子１０により、テストチャート１０５のチャート像が撮影される）。
【００２３】  ステップ１１２では、固体撮像素子１０により、投影されたテストパターンの光（つまり、光透過領域を透過した光）が光電変換されてテストパターンが撮影され、画素信号として出力され、演算装置１０７に入力される。
【００２４】  ステップ１１３では、固体撮像素子１０から出力された画素信号が演算装置１０７により処理され、ＭＴＦが算出される。ここで、ＭＴＦは、任意の方法で算出してよく、例えば公知のフーリエ変換法を用いて算出してもよいし、公知のコントラスト法を用いて算出してもよい。
【００２５】  フーリエ変換法では、まず、局所的な光の入力に対する出力分布を測定して、出力の広がり関数ＳＦ（Spread Function）を求める。図２から図４に示す、テストパターンとしてピンホール、スリット、エッジが形成されたテストチャート１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの光透過領域を通って光が固体撮像素子１０へ入射するときに得られる広がり関数は、それぞれＰＳＦ（Point Spread Function）、ＬＳＦ（Line Spread Function）、ＥＳＦ（Edge Spread Function）と称される。広がり関数ＳＦをフーリエ変換することにより、ＯＴＦが得られる。得られるＯＴＦは複素関数であり、その実数部がＭＴＦである。なお、ＥＳＦを微分することにより、ＬＳＦを求めることもできる。
【００２６】  コントラスト法では、さまざまな周波数を有する正弦波の入力に対する出力を測定して、入出力のコントラスト比から応答関数を求め、この応答関数からＭＴＦを算出する。図５に示す矩形波パターンが形成されたテストチャート１０５Ｄの光透過領域を通って光が固体撮像素子１０へ入射するときに得られる矩形波応答関数は、ＳＷＲＦ（Square Wave Response Function）と称される。ＳＷＲＦを正弦波応答関数に補正することにより、ＭＴＦが得られる。
【００２７】  測定で得られるＭＴＦは、第２光学系１０６のＭＴＦと固体撮像素子１０のＭＴＦとを足し合わせた値である。測定されたＭＴＦから、既知である第２光学系１０６のＭＴＦを差し引くことにより、固体撮像素子１０のみのＭＴＦが算出される。
【００２８】  次に、回転機構１１９を所望の角度、回転させ、回折格子１０８に入射する光の入射角を変更することにより、回折格子１０８から出射する光１２の波長が変更される。そして、図６に示すステップ１１１〜１１３を再度実施することにより、変更後の波長について固体撮像素子１０のＭＴＦを測定できる。この作業を繰り返すことにより、あらゆる波長の光に対して固体撮像素子１０のＭＴＦを測定できる。
【００２９】  ここで、固体撮像素子１０では、あらゆる波長の光に対してＭＴＦを測定することが好ましい。本実施形態１では、１つのＭＴＦ測定装置１００を用いて、固体撮像素子１０のＭＴＦ測定を完了することができる。また、ある種類の固体撮像素子では、ある波長の光についてのＭＴＦ測定が必要であり、別の種類の固体撮像素子では、別の波長の光についてＭＴＦ測定が必要であることがある。本実施形態１では、このような状況でも、１つのＭＴＦ測定装置１００を用いて複数種の固体撮像素子のＭＴＦを測定できる。
【００３０】実施の形態２．  図７は、本発明の実施の形態２に係るＭＴＦ測定装置２００を示す図である。ＭＴＦ測定装置２００の説明において、実施形態１に係るＭＴＦ測定装置１００と同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００３１】  ＭＴＦ測定装置２００は、実施形態１に係るＭＴＦ測定装置１００に加えて、第２の波長選択部２０２を備えている。第２の波長選択部２０２は、光学フィルタ２０３と反射板２０４とを有する。光学フィルタ２０３は、特定波長の光または特定波長域の光を選択的に透過させる機能を有する。例えば、光学フィルタ２０３は、ロングパスフィルタであっても、ショートパスフィルタであっても、所定波長域の光を透過させるバンドパスフィルタであってもよい。光学フィルタ２０３は、光の干渉効果により波長を選択する誘電体多層膜であってもよく、光の吸収により波長を選択するフィルタガラスであってもよい。反射板２０４は、光源１０１から出射する光１１の進行方向を変更する機能を有する。
【００３２】  第２の波長選択部２０２は、回折格子１０８と回転機構１０９とを有する波長選択部１０２（以下、第１の波長選択部と称す）との間で切り替え可能に設けられている。第１の波長選択部１０２と第２の波長選択部２０２との切替動作は、手動で行われてもよいし、図示しないアクチュエータにより自動で行われてもよい。例えば、スイッチが設けられたターンテーブルの上に波長選択部１０２，２０２を配置し、ユーザによるスイッチの押下によりターンテーブルが回転し、第１の波長選択部１０２と第２の波長選択部２０２とが切り替えられてもよい。
【００３３】  本実施形態２に係るＭＴＦ測定装置２００を用いて、実施形態１で説明した固体撮像素子１０のＭＴＦ測定方法を実施できる。なお、第１、第２の波長選択部１０２，２０２のうち第１の波長選択部１０２が選択されているときには、回転機構１０９の回転角により選択され、回折格子１０８により取り出された特定波長の光がテストチャート１０５に入射する。一方、第１、第２の波長選択部１０２，２０２のうち第２の波長選択部２０２が選択されているときには、光源１０１から出射して反射板２０４で反射された光のうち、光学フィルタ２０３により取り出された、例えば特定波長域の光がテストチャート１０５に入射する。
【００３４】  本実施形態２によれば、固体撮像素子１０の特性に応じて、つまり、固体撮像素子１０においてＭＴＦの測定が必要な波長（または波長域）に応じて、第１、第２の波長選択部１０２，２０２を必要に応じて切り替えて利用できる。例えば、ある種類の固体撮像素子では、ある特定の波長の光についてのＭＴＦ測定が必要であり、別の種類の固体撮像素子では、ある波長域の光についてＭＴＦ測定が必要であることがある。本実施形態２では、このような状況でも、１つのＭＴＦ測定装置１００を用いて複数種の固体撮像素子のＭＴＦを測定できる。
【００３５】実施の形態３．  図７は、本発明の実施の形態３に係るＭＴＦ測定装置３００を示す図である。ＭＴＦ測定装置３００の説明において、実施形態１に係るＭＴＦ測定装置１００，２００と同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】  ＭＴＦ測定装置３００は、実施形態１で説明した光源１０１と、波長選択部１０２と、ライトガイド１０３と、第１光学系１０４と、テストチャート１０５とに加えて、受光素子３１０を備えている。本実施形態３では、受光素子３１０が、テストチャート１０５から出射する光を光電変換する変換器として機能する。実施形態３では、ＭＴＦ測定装置３００を用いて、光路上でテストチャート１０５と受光素子３１０との間に配置される第２光学系３０のＭＴＦが測定される。受光素子３１０のＭＴＦの値は別の装置を用いて予め測定されており、既知の値であるとする。部品１０１〜１０５、３１０は、同じベース部材（図示せず）の上に固定されていてもよいし、それぞれ分離可能に配置されていてもよい。
【００３７】  受光素子３１０は、実施形態１で説明した固体撮像素子１０と同様に、受光素子３１０を駆動する駆動装置３１０ａ、および、信号を送受信可能な演算装置１０７に接続されている。演算装置１０７は、受光素子３１０から出力される画素信号に対して所定の演算を行うことにより、ＭＴＦを算出できるように構成されている。
【００３８】  次に、図９を用いて、本実施形態３に係るＭＴＦ測定装置３００を用いた第２光学系３０のＭＴＦの測定方法を説明する。
【００３９】  ステップ３１１では、光源１０１から出射した光１１が、波長選択部１０２の回折格子１０８、ライトガイド１０３および第１光学系１０４を介してテストチャート１０５に照射される。このとき、回転機構１０９の回転角により、光源１０１から出射した光１１の入射角が所定の角度に設定されている。これにより、回折格子１０８により取り出される光の波長が決定される。テストチャート１０５に照射された光１３の一部は、テストチャート１０５のテストパターンにおける光非透過領域により遮断され、また別の一部は光透過領域を透過する。これにより、テストチャート１０５のテストパターンが第２光学系３０を介して受光素子３１０の受光面に投影される。
【００４０】  ステップ３１２では、受光素子３１０により、投影されたテストパターンの光（つまり、光透過領域を透過した光）が光電変換され、出力信号が演算装置１０７に入力される。
【００４１】  ステップ１１３では、固体撮像素子１０の出力信号が演算装置１０７により処理され、ＭＴＦが算出される。ここで、ＭＴＦは、任意の方法で算出してよく、例えばフーリエ変換法を用いて算出してもよいし、コントラスト法を用いて算出してもよい。これらの方法については、既に説明した通りである。
【００４２】  回転機構１１９を所望の角度、回転させ、回折格子１０８に入射する光の入射角を変更することにより、回折格子１０８から出射する光１２の波長が変更される。そして、図９に示すステップ３１１〜３１３を再度実施することにより、変更後の波長について第２光学系３０のＭＴＦを測定できる。この作業を繰り返すことにより、あらゆる波長の光に対して第２光学系３０のＭＴＦを測定できる。
【００４３】実施の形態４．  図８は、本発明の実施の形態４に係るＭＴＦ測定装置４００を示す図である。ＭＴＦ測定装置４００の説明において、実施形態１から３に係るＭＴＦ測定装置１００，２００，３００と同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】  ＭＴＦ測定装置４００は、実施形態３に係るＭＴＦ測定装置３００に加えて、実施形態２で説明した第２の波長選択部２０２を備えている。第２の波長選択部２０２の構成については、既に説明したとおりである。
【００４５】  本実施形態４に係るＭＴＦ測定装置４００を用いて、実施形態３で説明した第２光学系３０のＭＴＦ測定方法を実施できる。
【００４６】  本実施形態４によれば、第２光学系３０の特性に応じて、つまり、第２光学系３０においてＭＴＦの測定が必要な波長（または波長域）に応じて、第１、第２の波長選択部１０２，２０２を必要に応じて切り替えて利用できる。例えば、ある種類の光学系では、ある特定の波長の光についてのＭＴＦ測定が必要であり、別の種類の光学系では、ある波長域の光についてＭＴＦ測定が必要であることがある。本実施形態４では、このような状況でも、１つのＭＴＦ測定装置４００を用いて複数種の第２光学系のＭＴＦを測定できる。
【００４７】（変形例）  以上、複数の実施形態を用いて本発明について説明したが、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、上述の実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよく、本発明にはさまざまな変形例が存在する。
【００４８】  例えば、上述の実施形態では、分光素子として回折格子１０８を利用する例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、プリズムなど他の分光素子を利用してもよい。
【００４９】  また、上述の実施形態では、回折格子１０８に入射する光の入射角を変更するための調節機構として回転機構１０９を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、光源１０１と回折格子１０８との間に設けられた回転可能なミラーを調節機構として用いてもよい。
【００５０】  また、上述の実施形態では、ライトガイド１０３と第１光学系１０４を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、これらの部品を省略し、波長選択部１０２，２０２からテストチャート１０５に直接に光が入射するようにしてもよい。
【００５１】  なお、上述の実施形態では、光の均一性を向上させる機構として、ライトガイド１０３を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、拡散板またはレンズアレイなどの、光の均一性を向上させる他の機構を利用してもよい。さらに、ライトガイド１０３と、拡散板またはレンズアレイを組み合わせて利用してもよい。
【００５２】  また、上述の実施形態では、固体撮像素子１０のＭＴＦを測定する例として実施形態１，２を説明し、第２光学系３０のＭＴＦを測定する例として実施形態３，４を説明した。例えば、ＭＴＦの値が既知の第２光学系を配置して固体撮像素子のＭＴＦを測定するＭＴＦ測定装置を構成し、その後、固体撮像素子をＭＴＦの値が既知である受光素子に交換し、第２光学系をＭＴＦが既知でないものに交換して、第２光学系のＭＴＦを測定するＭＴＦ測定装置を構成してもよい。
【００５３】（本発明の態様）  次に、上述の実施形態で付した符号を用いて、本発明の第１の態様に係るＭＴＦ測定装置および第２の態様に係るＭＴＦ測定方法について説明する。各構成要素に付している符号は、本発明の範囲を限定するものでないと理解すべきである。
【００５４】  本発明の第１の態様では、光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置１００，２００，３００，４００が提供される。ＭＴＦ測定装置は、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャート１０５と、テストチャート１０５に光を照射するための光源１０１と、光源１０１から出射する光の波長を選択するための波長選択部１０２と、テストチャート１０５から出射する光を光電変換する変換器の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置１０７とを備えている。波長選択部１０２，２０２は、光源１０１から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子と、分光素子に入射する光の入射角を変更するための調節機構とを有している。
【００５５】  本発明の第１の態様によれば、ＭＴＦ測定装置１００，２００，３００，４００が、分光素子と、分光素子に入射する光の入射角を変更するための調節機構とを有する波長選択部１０２を備えていることにより、あらゆる波長の光に対して光学デバイスのＭＴＦを測定できる。
【００５６】  本発明の第１の態様の一実施形態では、変換器として固体撮像素子１０が用いられる。また、ＭＴＦ測定装置１００，２００は、光路上でテストチャート１０５と固体撮像素子１０との間に配置され、テストパターンの光透過領域を通過した光を固体撮像素子１０の画素領域に結像させるための第２光学系１０６をさらに備えている。そして、ＭＴＦ測定装置１００，２００は、光学デバイスのＭＴＦとして、固体撮像素子１０のＭＴＦを測定する。
【００５７】  この実施形態によれば、光源１０１から出射した光は波長選択部１０２の分光素子に照射されるところ、分光素子からの出射光の一部はテストチャート１０５のテストパターンにおける光非透過領域により遮断され、また別の一部は光透過領域を透過する。これにより、テストチャート１０５のテストパターンが第２光学系１０６を介して固体撮像素子１０の画素領域に投影され、固体撮像素子１０の出力が演算装置１０７に送信される。これにより固体撮像素子１０のＭＴＦが算出される。このようにして、本発明の一態様により得られる作用効果が具体的に達成される。
【００５８】  本発明の第１の態様の一実施形態では、ＭＴＦ測定装置３００，４００は、変換器として受光素子３１０を備えている。また、ＭＴＦ測定装置３００，４００は、光学デバイスのＭＴＦとして、光路上でテストチャート１０５と受光素子３１０との間に配置され、テストパターンを受光素子３１０の受光面に結像させるための第２光学系３０のＭＴＦを測定する。
【００５９】  この実施形態によれば、光源１０１から出射した光は波長選択部１０２の分光素子に照射されるところ、分光素子からの出射光の一部はテストチャート１０５のテストパターンにおける光非透過領域により遮断され、また別の一部は光透過領域を透過する。これにより、テストチャート１０５のテストパターンが第２光学系３０を介して受光素子３１０の受光面に投影され、受光素子３１０の出力が演算装置１０７に送信され、これにより、第２光学系３０のＭＴＦが算出される。このようにして、本発明の第１の態様により得られる作用効果が具体的に達成される。
【００６０】  ここで、第２光学系１０６は、テレセントリック光学系であってもよい。テレセントリック光学系とすることにより、主光線が焦点を通るため、焦点がずれても像中心の大きさが変わらす、視野全域に均一な照度が得られる。
【００６１】  本発明の第１の態様において、分光素子は、回折格子１０８またはプリズムであってもよい。
【００６２】  本発明の第１の態様において、調節機構は、分光素子を光源に対して回転させるように構成された回転機構１０９を有していてもよい。
【００６３】  本発明の第１の態様の一実施形態では、ＭＴＦ測定装置２００，４００は、分光素子および調節機構を有する波長選択部（第１の波長選択部と称す）１０２に加えて、第２の波長選択部２０２をさらに備えている。第２の波長選択部２０２は、第１の波長選択部１０２との間で切り替え可能に設けられている。第２の波長選択部２０２は、光学フィルタ２０３を有している。
【００６４】  この実施形態によれば、ＭＴＦ測定対象の光学デバイスにおいて、ＭＴＦの測定が必要な波長（または波長域）に応じて、第１、第２の波長選択部１０２，２０２を任意に切り替えて利用できる。
【００６５】  本発明の第１の態様の一実施形態では、ＭＴＦ測定装置１００，２００，３００，４００は、波長選択部１０２，２０２から出射した特定波長の光をテストチャート１０５に導くためのライトガイド１０３と、光路上でライトガイド１０３の出射端１０３ｂとテストチャート１０５との間に配置され、ライトガイド１０３から出射した光を集光するための第１光学系１０４とをさらに備えている。
【００６６】  この実施形態によれば、ライトガイド１０３を用いることにより、分光素子から出射した光の進行方向を制御できる。また、ライトガイド１０３に入射した光はコア内を進み、クラッドとの界面で多重に全反射する。これにより、ライトガイド１０３の入射端１０４ａに入射する光の均一性を向上させた状態で出射端１０４ｂから出射させることができる。これにより、測定されるＭＴＦの精度が向上する。
【００６７】  本発明の第１の態様において、テストチャート１０５に形成されたテストパターンは、ピンホール、スリット、エッジ、および矩形波パターンから成る群から選択されてもよい。
【００６８】  本発明の第２の態様では、光学デバイス（固体撮像素子１０、第２光学系３０等）のＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定方法が提供される。ＭＴＦ測定方法は、波長選択部１０２を用いて、光源１０１から出射した光の波長を選択するステップと、波長選択部１０２から出射した光を、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャート１０５に入射させるステップと、変換器（固体撮像素子１０、受光素子３１０等）を用いて、テストチャート１０５から出射した光を光電変換するステップと、変換器１０，３１０の出力信号を用いてＭＴＦを算出するステップとを含んでいる。光の波長を選択するステップは、波長選択部１０２に含まれる分光素子（回折格子１０８等）を用いて、光源１０１から出射した光を分光して特定波長の光を取り出すステップと、波長選択部１０２に含まれる調節機構（回転機構１０９等）を用いて、分光素子１０８に入射する光の入射角を調節するステップとを含む。
【００６９】  本発明の第２の態様によれば、光源１０１から出射した光は分光素子１０８を用いて分光され、特定波長の光が取り出される。このとき、分光素子１０８に入射する光の入射角は、調節機構１０９を用いて調節される。このようにして、あらゆる波長の光に対して光学デバイス１０，３０のＭＴＦを測定できる。
【符号の説明】
【００７０】１０  固体撮像素子、  １０ａ  駆動装置、  １１〜１４  光、  ３０  第２光学系、  １００，２００，３００，４００  ＭＴＦ測定装置、  １０１  光源、  １０２，２０２  波長選択部、  １０３  ライトガイド、  １０４  第１光学系、  １０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ  テストチャート、  １０６  第２光学系、  １０７  演算装置、  １０８  回折格子、  １０９  回転機構、  ３１０  受光素子、  ３１０ａ  駆動装置
【要約】  本発明は、あらゆる波長の光に対して光学デバイスのＭＴＦを測定できるＭＴＦ測定装置およびＭＴＦ測定方法を提供することを目的とする。光学デバイスのＭＴＦを測定するためのＭＴＦ測定装置（１００）は、光非透過領域と光透過領域とを有するテストパターンが形成されたテストチャート（１０５）と、テストチャートに光を照射するための光源（１０１）と、光源から出射する光の波長を選択するための波長選択部（１０２）と、テストチャートから出射する光を光電変換する変換器（固体撮像素子１０）の出力信号を用いてＭＴＦを算出するための演算装置（１０７）とを備えている。波長選択部（１０２）は、光源（１０１）から出射する光を分光して特定波長の光を取り出すための分光素子（回折格子１０８）と、分光素子（回折格子１０８）に入射する光の入射角を変更するための調節機構（回転機構１０９）とを有する。【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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【図１０】
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