(57)【要約】【課題】本発明では片ボケについての適正な評価を可能にし、その評価結果を元にレンズ系の製造方法を実現することで、レンズ系の生産性を高めることを目的とする。【解決手段】ＭＴＦの空間周波数特性と、レンズ系を通過した光束のラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差、レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物像側それぞれに光軸に平行移動したときの最大値と最小値の差、からレンズ系の評価を行い、その結果を元にレンズ系の位置決めを行うことにより、片ボケのないレンズ系製造を行う。【選択図】図１
2007212214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを配設したチャートの後方に設置した光源からの光束を、レンズ系の像側から前記レンズ系に入射させ、前記レンズ系を通過した光束の像を、前記レンズ系の物側に設置した光検出器で受光し、前記光束の像の光強度分布をフーリエ変換してＭＴＦ（Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計算し、次いで光軸上を通過した前記光束のＭＴＦが略最大値となるときの、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性を計算し、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差を、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの、ＭＴＦのピーク値から計算し、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を計算し、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性と、前記レンズのレンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差と、前記ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差とからレンズ系を構成する各レンズの位置決めを行うことを特徴とするレンズ系の製造方法。
【請求項２】
ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差と、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を、光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向で計算することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ系の製造方法。
【請求項３】
レンズ系と光検出器の間に、レンズ系を通過した光束の像を取り込んで、その画像を拡大するリレーレンズを配設し、前記リレーレンズを介して前記レンズ系の物側で受光することを特徴とする請求項１に記載のレンズ系の製造方法。
【請求項４】
リレーレンズに無限遠補正機能を付加したことを特徴とする、請求項３に記載のレンズ系の製造方法。
【請求項５】
光軸を回転軸としてレンズ系を回転させる機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレンズ系の製造方法。
【請求項６】
レンズ系の像側に設置した照明と、その物側に設置したパターンを配設したチャートと、前記レンズ系の物側に設置した前記レンズ系による像を受光する光検出器と、前記レンズ系を物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動させるレンズステージとを有し、前記光検出器で受光したチャートに配設されたパターンの像の点像強度分布または線像強度分布を求める手段と、前記点像強度分布または線像強度分布をフーリエ変換してＭＴＦを求める手段と、前記レンズ系のラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差を、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときのＭＴＦのピーク値から計算する手段と、レンズ系のラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を計算する手段とを設けたことを特徴とするレンズ系の評価装置。
【請求項７】
チャートに配設されたパターンを、光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向に配設したことを特徴とする請求項６に記載のレンズ系の評価装置。
【請求項８】
レンズ系と光検出器の間に、レンズ系を通過したパターンの像を取り込んで、その画像を拡大するリレーレンズを配設したことを特徴とする請求項６に記載のレンズ系の評価装置。
【請求項９】
リレーレンズに無限遠補正機能を付加したことを特徴とする請求項８に記載のレンズ系の評価装置。
【請求項１０】
リレーレンズおよび光検出器を少なくとも１つ以上設けたことを特徴とする請求項８に記載のレンズ系の評価装置。
【請求項１１】
光軸を回転軸としてレンズ系を回転させる機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載のレンズ系の評価装置。
【請求項１２】
光源からの光束を、レンズ系の像側から前記レンズ系に入射させる工程と、前記レンズ系を通過した光束の像を、前記レンズ系の物側に設置した光検出器で受光する工程と、前記光束の像の光強度分布をフーリエ変換してＭＴＦ（Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を計算する工程と、光軸上を通過した前記光束のＭＴＦが略最大値となるときの、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性を計算する工程と、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差を、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときのＭＴＦのピーク値から計算する工程と、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を計算する工程とを有することを特徴とするレンズ系の評価方法。
【請求項１３】
ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差と、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を、光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向で評価することを特徴とする請求項１２に記載のレンズ系の評価方法。
【請求項１４】
所定の空間周波数で所定のＭＴＦ以上であることを第１の条件とし、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差が所定の基準以下であること、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差が所定の基準以上であることを第２の条件とし、前記第１の条件および第２の条件を共に満たした場合に、前記レンズ系を適正と判断することを特徴とする請求項１２に記載のレンズ系の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に撮像用に用いられるレンズ系の製造方法と、その特性を評価するために用いられる評価装置、および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像系のレンズ系の評価手法の一つとして、逆投影式の解像度検査手法が用いられてきた。逆投影式の解像度検査手法について図１０を用いて説明する。図１０において、３１は逆投影検査装置、３２はスクリーン、３３はチャート、３４は光源、３５は拡散板を、３６はレンズホルダを、３７はフォーカス調整ツマミを、３８はレンズ系を表している。
【０００３】
レンズホルダ３６に設置されたレンズ系３８の像側に、任意の空間周波数に対応した複数の平行なスリットパターンが描かれたチャート３３を設置し、その後方に設置した光源３４と、光源３４から出射された光束を拡散する拡散板３５により、レンズ系３８を通してスクリーン３２にチャート像を投影する。チャート３３には例えば図１１に示すようなものが用いられる。そして、フォーカス調整ツマミ３７により、光軸上のスリットパターンにフォーカスを合わせた後に、この投影された複数のスリットパターンが解像できているかを、作業者が目視により検査する方法である。
【０００４】
また、本評価手法を用いたレンズ系の製造方法としては、投影された複数のスリットパターンを目視で確認しながら、レンズ系の位置決めを行っていき、スリットパターンの像が最も良く解像できる位置でレンズを固定する方法が用いられてきた（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、撮像系のレンズ系の評価のパラメータとして、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）がある。これはレンズ系によるピンホール像やスリット像の光強度分布をフーリエ変換することにより、空間周波数毎のＭＴＦ値を得ることができるものであり、空間周波数を横軸にとったときの、各像高におけるＭＴＦ値の変化を読み取ることにより、レンズ系の評価を行う。
【０００６】
本評価手法を用いたレンズ系の製造方法としては、任意像高における、所定の空間周波数において、ある一定値以上のＭＴＦ値になるようにレンズ系の位置決めを行っていく方法が用いられてきた（特許文献１参照）。
【非特許文献１】小倉敏布著「写真レンズの基礎と発展」（株）朝日ソノラマ発行、１９９５年８月３１日、Ｐ．２３２
【特許文献１】特開２００２−３５０２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した解像度検査手法およびそれを用いたレンズ系の製造方法では、作業者による目視検査であるため、作業者による検査結果のばらつきが大きく、安定した結果が得られないという問題点があった。
【０００８】
また、近年のカメラ付き携帯電話に代表されるような小型のレンズ系では、光学設計の段階では撮像素子の持つ最大空間周波数を解像し得るレベルのＭＴＦが求められるため、小型化と高解像度の両方を実現する高次の非球面レンズが多数使用されている。実際の量産製品においては、レンズ系の任意像高において、撮像素子の最大空間周波数よりも低い空間周波数で、ＭＴＦがある一定値を超えているか否かで量産検査が行われている。本評価手法では、十分な解像度力が得られ良品と判断したレンズについて、片ボケ（撮影画角内の一部だけがぼけている現象）が発生していることがあり、ＭＴＦの空間周波数特性のみでは適正なレンズ系の評価ができない。さらに、任意像高における所定の空間周波数において、ある一定値以上のＭＴＦ値になるようにレンズ系の位置決めを行っていく製造方法においても、上述した理由から片ボケが発生したレンズ系を製造してしまうという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題点を解決し、レンズ系の片ボケの自動評価を実現するとともに、本評価により片ボケのない、かつ作業者によるバラツキがないレンズ系の製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、ピンホールまたはスリットまたはエッジを有するパターンを配設したチャートの後方に設置した光源からの光束を、レンズ系の像側から前記レンズ系に入射させ、前記レンズ系を通過した光束の像を、前記レンズ系の物側の光検出器で受光し、前記光束の像の光強度分布をフーリエ変換してＭＴＦを計算し、次いで光軸上を通過した前記光束のＭＴＦが略最大値となるときの、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性を計算し、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差を、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの、ＭＴＦのピーク値から計算し、前記レンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差を計算し、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性と、前記レンズのレンズ系を通過した光束の、ラジアル方向の光軸上および光軸外の焦点位置の差と、および／または前記ラジアル方向の光軸上および光軸外のＭＴＦの、光軸上での合焦位置から物側および像側のそれぞれに光軸方向に移動したときの最大値と最小値の差と、からレンズ系を構成する各レンズの位置決めを行うことを特徴とするレンズ系の製造方法であり、これにより、作業者によるばらつきがなく、かつ従来のＭＴＦの空間周波数特性のみでは評価できなかったレンズ系の片ボケについても適正な評価を行った上で、レンズ系の製造を行うことができるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、従来のＭＴＦの空間周波数特性だけでは評価ができなかった、片ボケについての適正な評価が可能になり、また、作業者によるばらつきのない評価が可能になるため、レンズ系の評価精度の向上を実現しつつ、レンズ系の生産性を向上できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の請求項１から請求項５の発明について説明する。
【００１４】
図１は本発明のレンズ系の製造方法に用いられる評価装置の概略図である。
【００１５】
レンズ系１は、それを構成するレンズ１０が仮固定された状態でレンズステージ２上に配設されている。その像側にはピンホールまたはスリットまたはエッジを有するパターンを配設したチャート３を設置し、さらに後方に光源４が設置されている。そして、レンズ系１の物側には像を受光する光検出器としてリレーレンズ５が結合されたＣＣＤ６が設置され、得られた光信号を電気信号に変換し、ＣＣＤ６に接続された情報処理部７に伝送され分析された評価結果がモニタ８に表示される構成となっている。なお、リレーレンズ５とＣＣＤ６は光軸が一致した状態で固定されている。
【００１６】
チャート３は面が光軸に対して垂直な状態で保持されており、チャート３の中心が光軸上に位置するように固定されている。レンズステージ２はレンズ系１を光軸方向に高精度にマイクロメートル単位で移動させる必要があるため、リニアモータステージ等を用いる。レンズ系１の直近にはレンズ位置決め部９が配設されており、情報処理部７による評価結果を元に、レンズ系１を構成するレンズ１０の位置決めを行っていく。
【００１７】
レンズ系１は光軸方向に高精度に移動可能なレンズステージ２に搭載されている。そして、レンズステージ２を、レンズ系１が光軸上で合焦した位置から、物側および像側それぞれに光軸方向に平行移動（デフォーカス）させる機構が設けられている。
【００１８】
本発明ではレンズ系１の像側にチャート３を設置することにより、チャート３を小型化することが可能になるため、評価装置をコンパクトにすることができる。また、あらかじめレンズ系１の保持部を固定しておくことにより、レンズ系１とチャート３の光軸出しが、レンズ系１を設置した時点で行われるため、作業者の作業性が向上し、レンズ系１の生産性を高めることが可能になる。
【００１９】
また、本発明では、チャート３のレンズ系１による像の光強度分布が、情報処理部７でフーリエ変換され、各空間周波数に対するＭＴＦ値が計算される構成となっている。チャート３のピンホールまたはスリットまたはエッジを有するパターンは、光軸を中心とする円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向に配置されており、これによりレンズ系１の多点評価を可能にする。
【００２０】
加えて、レンズステージ２に、光軸を回転軸としてレンズ系１を回転させる機構を設けることにより、レンズ系１の任意の位置の評価結果を基準に、レンズ系１の製造を行うことが可能になる。
【００２１】
また、リレーレンズ５に無限遠補正機能を付加することにより、レンズ系１とＣＣＤ６の光学間距離にかかわらず、無限長距離にある物体の像による評価結果を元にした、レンズ系１の製造を行うことが可能になるため、評価装置をコンパクトにすることができる。ひいては、作業者の作業性が向上し、レンズ系１の生産性を高めることが可能になる。
【００２２】
次に、本発明のレンズ系の製造方法について図２〜図５を用いて説明する。
【００２３】
図２は本発明の製造方法のフローチャートである。
【００２４】
まず、複数のレンズ１０を組み合わせてなるレンズ系１を仮固定し、レンズステージ２上に保持する。次に、レンズ系１の解像力に合わせてリレーレンズ５の倍率を設定する。リレーレンズ５は倍率が大きいほど空間周波数の測定限界が大きくなる。次に、チャート３およびＣＣＤ６と、レンズ系１の光軸調整を行う。チャート３とＣＣＤ６は光軸が一致した状態で固定されているため、レンズ系１によるチャート３の像が、ＣＣＤ６上で所定の位置に結像するようにレンズステージ２を調整する。光軸調整が完了した後に、ＣＣＤ６に入射する光束の光量調整を行う。ＣＣＤ６で受光したチャート３の像が、光量オーバーでＣＣＤ６のダイナミックレンジを超えて飽和した場合には、光軸上にＮＤフィルタ（図示せず）を設置することで、入射光量を小さくすることが可能である。ＮＤフィルタは光源４とチャート３の間に設置することが望ましいが、光軸上の他の位置に設置しても良い。
【００２５】
次に、レンズ系１を保持したレンズステージ２を光軸方向に移動させて、フォーカス調整を行う。レンズステージ２を光軸方向に移動させている間、光軸上のチャート３のレンズ系１による像をリレーレンズ５を通してＣＣＤ６に取り込み、その光強度分布を情報処理部７でフーリエ変換処理をすることで得られるＭＴＦをモニタリングしておき、ＭＴＦ値が最も高い値を示すところを合焦位置とし、その位置でレンズステージ２を固定する。そして、この位置での光軸上および光軸外のチャート３のレンズ系１による像をリレーレンズ５を通してＣＣＤ６で取り込み、その光強度分布を情報処理部７でフーリエ変換処理を行い、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性を得る。チャート３は、レンズ系１のラジアル方向（半径方向）およびタンジェンシャル方向（円周方向）のそれぞれの方向にパターンが配設されているため、各像高において、ラジアル方向およびタンジェンシャル方向の両方向のＭＴＦを求めることが可能である。ＭＴＦの空間周波数特性の一例を図３に示す。図３では実線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ、破線がラジアル方向のＭＴＦを表している。図３に示すようなＭＴＦの空間周波数特性のグラフは、チャート３のピンホールまたはスリットまたはエッジを有するパターンを光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向に配設しているため、これらすべての方向から得られる。このそれぞれの方向のＭＴＦがすべて、任意像高における、所定の空間周波数において、ある一定値以上のＭＴＦ値になるように、レンズ系１を構成するレンズ１０を、レンズ位置決め部９により移動し、位置決めを行った後に、再びレンズ１０を仮固定する。
【００２６】
次に、レンズ系１を光軸上での合焦位置から物側および像側それぞれに、合焦位置から数十〜数百μｍ程度離れた位置までデフォーカスさせ、それぞれの位置で光軸上および光軸外のＭＴＦを測定する。光軸外のＭＴＦは、例えば光軸から最大像高までを１０分割した各分割点で測定していくことで、レンズ系１の面全体の焦点位置の変化を測定することが可能となる。その結果を元に、情報処理部７で各像高におけるラジアル方向およびタンジェンシャル方向の焦点位置を計算する。これは各像高において、図４に示すような、横軸をデフォーカス量、縦軸をＭＴＦ値としたときのグラフ（ＭＴＦのデフォーカス特性）を描き、そのピーク値を焦点位置とすれば良く、その結果から、図５に示すような横軸を像高、縦軸を焦点位置としたグラフを描くことができる。
【００２７】
上述した方法で得られた図４、図５を元に、さらにレンズ系１を構成するレンズの位置決めを行っていく。
【００２８】
まず、光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向から得られた図５に示すような各像高における焦点位置の変化のグラフを元に、同グラフの縦軸方向のラジアル方向およびタンジェンシャル方向の焦点位置の差が、それぞれの方向で所定の値より低くなる位置にレンズ系１を移動し、仮固定する。ラジアル方向およびタンジェンシャル方向の焦点位置の差の閾値は、光学基本設計等の種々の条件で異なってくるが、我々が設計を行ったレンズ系１を用いた場合には、６０μｍ以下とすることで、片ボケを抑えることが可能であった。
【００２９】
次に、光軸に対して円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向から得られた図４に示すような、横軸をデフォーカス量、縦軸をＭＴＦ値としたときのグラフを元に、任意像高におけるデフォーカス時のＭＴＦの変化量が、ある一定値よりも大きくなる位置でレンズ系１を構成するレンズ１０を仮固定する。デフォーカス時のＭＴＦの変化量が小さい場合は、合焦位置が存在しない場合と考えられるため、この場合にも片ボケが発生している可能性がある。片ボケが発生するＭＴＦの変化量は、光学基本設計等の種々の条件で異なってくるが、我々が設計を行ったレンズ系１を用いた場合には、０．３以下程度の変化量で顕著な片ボケが発生していた。この場合には、各像高において、ラジアル方向およびタンジェンシャル方向のＭＴＦのデフォーカス時の変化が０．３以上になる位置でレンズ１０を仮固定すれば良い。
【００３０】
この状態で、図３、図４に示した、ＭＴＦの空間周波数特性、ＭＴＦのデフォーカス特性を測定し、先の工程と同様の閾値を満たしているか確認する。満たしていればレンズ系１を構成するレンズを本固定してレンズ系１が完成する。閾値を満たしていない場合は、ＭＴＦの空間周波数特性、ＭＴＦのデフォーカス特性が閾値を満たすようにレンズ系１を構成するレンズ１０を、位置決め部９により移動し、レンズ１０の位置決めを行う。複数回のレンズ１０の移動を実施しても、閾値を満たさない場合は、レンズ系１からレンズ１０を取り出し、異なるレンズ１０の組み合わせで再度レンズ系１の製造を行っていく。
【００３１】
上述した方法により、片ボケのないレンズ系１の製造を行うことができる。
【００３２】
なお、本製造工程の生産性を高めるためには、レンズ系１をデフォーカスさせてＭＴＦを測定する際に、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみのラジアル方向とタンジェンシャル方向のＭＴＦ値の差、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみでの、デフォーカス時のＭＴＦ値の変化の最大値と最小値の差を評価し、レンズ系１の片ボケの有無または大小の検査を行えばよい。また、その場合にはチャート３に配置するパターンの位置も、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみに配置すれば良く、チャート３の製造コストを低減させる作用効果を有する。
【００３３】
なお、本発明ではレンズ系１をレンズステージ２上に設置して、光軸方向へのデフォーカスを実現したが、チャート３をステージ上に設置して光軸方向に移動させることにより、デフォーカスを行っても良い。
【００３４】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項６から請求項１４記載の発明について説明する。
【００３５】
図６は本発明のレンズ系の評価方法に用いられる評価装置の概略図である。
【００３６】
レンズ系１１はレンズステージ１２上に配設され、その像側にはチャート１３を設置し、さらに後方に光源１４が設置されている。そして、レンズ系１１の物側にはリレーレンズ１５が結合されたＣＣＤ１６が設置され、得られた光信号を電気信号に変換し、ＣＣＤ１６に接続された情報処理部１７に伝送され分析された評価結果がモニタ１８に表示される構成となっている。なお、リレーレンズ１５とＣＣＤ１６は光軸が一致した状態で固定されている。
【００３７】
チャート１３は面が光軸に対して垂直な状態で保持されており、チャート１３の中心が光軸上に位置するように固定されている。
【００３８】
レンズ系１１は光軸方向に高精度に移動可能なレンズステージ１２に搭載されている。そして、レンズステージ１２を、レンズ系１１が光軸上で合焦した位置から、物側および像側それぞれに光軸方向に平行移動（デフォーカス）させる機構が設けられている。レンズステージ１２はレンズ系１１を光軸方向に高精度にマイクロメートル単位で移動させる必要があるため、リニアモータステージ等を用いる。
【００３９】
本発明ではレンズ系１１の像側にチャート１３を設置することにより、チャート１３を小型化することが可能に成るため、評価装置をコンパクトにすることができる。また、あらかじめレンズ系１１の保持部を固定しておくことにより、レンズ系１１とチャート１３の光軸出しが、レンズ系１１を設置した時点で行われるため、作業者の作業性が向上し、レンズ系１１の生産性を高めることが可能になる。
【００４０】
また、本発明では、チャート１３のレンズ系１１による像の光強度分布が、情報処理部１７でフーリエ変換され、各空間周波数に対するＭＴＦ値が計算される構成となっている。チャート１３のピンホールまたはスリットまたはエッジを有するパターンは、光軸を中心とする円周方向に少なくとも４等配以上に分割した、それぞれの方向に配置されており、これによりレンズ系１１の多点評価を可能にする。
【００４１】
また、図７、図８にはチャート１３の一例を示してある。
【００４２】
本評価手法では、まずＭＴＦを求めるために、図７、図８に示すようなチャート１３が用いられる。図７はスリット像からＭＴＦを求めるためのチャートであり、レンズ系１１の評価位置に合わせて十字スリットパターン２１が配置されている。この十字スリットパターン２１はレンズ系１１のラジアル方向（半径方向）およびタンジェンシャル方向（円周方向）のそれぞれの方向のＭＴＦが求められるようになっている。十字スリットパターン２１は光軸を中心とする円周方向に少なくとも略４等配以上に分割したそれぞれの方向に配置し、最大像高までを１０分割した各分割点にパターンを配置することにより、レンズ系１１の面全体の評価が可能になる。求められるＭＴＦの最大空間周波数はスリットの幅、ＣＣＤ１６の画素ピッチおよびリレーレンズ１５の倍率に応じて変化する。
【００４３】
図８は点像からＭＴＦを求めるためのチャートであり、レンズ系１１の評価像高位置に合わせてピンホールパターン２２が設けてある。ピンホールパターン２２は光軸を中心とする円周方向に少なくとも略４等配以上に分割したそれぞれの方向に配置し、最大像高までを１０分割した各分割点にパターンを配置することにより、レンズ系１１の面全体の評価が可能になる。スリット像の場合と同様に、求められるＭＴＦの最大空間周波数は、ピンホールパターン２２の径、ＣＣＤ１６の画素ピッチおよびリレーレンズ１５の倍率に応じて変化する。
【００４４】
図７、図８に示すチャートに配置されたそれぞれのパターンのレンズ系１１による像はＣＣＤ１６で受光され、その光強度分布が情報処理部１７でフーリエ変換され、各空間周波数に対するＭＴＦ値が計算される構成となっている。
【００４５】
さらに、本発明ではレンズ系１１は光軸方向に高精度に移動可能なレンズステージ１２に搭載されている。そして、レンズステージ１２を、レンズ系１１が光軸上で合焦した位置から、物側および像側にそれぞれデフォーカスさせる機構が設けられている。
【００４６】
リレーレンズ１５およびＣＣＤ１６を、チャート１３のレンズ系１１による像の受光位置に合わせて複数個配置することにより、チャート１３上のすべてのパターンの取り込み時間を短縮することが可能になり、生産性を向上することができる。
【００４７】
また、リレーレンズ１５に無限遠補正機能を付加することにより、レンズ系１１とＣＣＤ１６の光学間距離にかかわらず、無限長距離にある物体の像による評価結果を元にした、レンズ系１１の評価を行うことが可能になるため、評価装置をコンパクトにすることができる。ひいては、作業者の作業性が向上し、レンズ系１１の生産性を高めることが可能になる。
【００４８】
加えて、レンズステージ１２に、光軸を回転軸としてレンズ系１１を回転させる機構を設けることにより、レンズ系の任意の位置の評価を行うことが可能になる。
【００４９】
次に、本発明のレンズ系の評価手法について図９および図３〜図５を用いて説明する。
【００５０】
図９は本発明の評価手法のフローチャートである。
【００５１】
まず、レンズ系１１の解像力に合わせてリレーレンズ１５の倍率を設定する。リレーレンズ１５は倍率が大きいほど空間周波数の測定限界が大きくなる。次に、チャート１３およびＣＣＤ１６と、レンズ系１１の光軸調整を行う。チャート１３とＣＣＤ１６は光軸が一致した状態で固定されているため、レンズ系１１によるチャート１３の像が、ＣＣＤ１６上で所定の位置に結像するようにレンズステージ１２を調整する。光軸調整が完了した後に、ＣＣＤ１６に入射する光束の光量調整を行う。ＣＣＤ１６で受光したチャート１３の像が、光量オーバーでＣＣＤ１６のダイナミックレンジを超えて飽和した場合には、光軸上にＮＤフィルタ（図示せず）を設置することで、入射光量を小さくすることが可能である。ＮＤフィルタは光源１４とチャート１３の間に設置することが望ましいが、光軸上の他の位置に設置しても良い。
【００５２】
次に、レンズ系１１を光軸方向に移動させて、フォーカス調整を行う。レンズ系１１を光軸方向に移動させている間、光軸上のチャート１３のレンズ系１１による像をリレーレンズ１５を通してＣＣＤ１６に取り込み、その光強度分布を情報処理部１７でフーリエ変換処理をすることで得られるＭＴＦをモニタリングしておき、ＭＴＦ値が最も高い値を示すところを合焦位置とし、その位置でレンズ系１１を固定する。そして、この位置での光軸上および光軸外のチャート１３のレンズ系１１による像をリレーレンズ１５を通してＣＣＤ１６で取り込み、その光強度分布を情報処理部１７でフーリエ変換処理を行い、光軸上および光軸外のＭＴＦの空間周波数特性を得る。チャート１３は、レンズ系１１のラジアル方向（半径方向）およびタンジェンシャル方向（円周方向）のそれぞれの方向にパターンが配設されているため、各像高において、ラジアル方向およびタンジェンシャル方向の両方向のＭＴＦを求めることが可能である。ＭＴＦの空間周波数特性の一例を図３に示す。図３では実線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ、破線がラジアル方向のＭＴＦを表している。横軸に空間周波数、縦軸にそのときのＭＴＦの値をとることにより、各空間周波数におけるコントラストの高さを表している。このＭＴＦ値が０．１〜０．２を下回ると、その空間周波数のパターンを解像できなくなる。レンズ系１１の一部の方向だけ、ある空間周波数におけるＭＴＦ値が低くなっている場合は、解像度劣化による片ボケが発生していると考えられる。
【００５３】
次に、レンズ系１１を光軸上での合焦位置から物側および像側それぞれに、１０μｍ間隔で合焦位置から２００μｍ離れた位置までデフォーカスさせ、それぞれの位置で光軸上および光軸外のＭＴＦを測定する。光軸外のＭＴＦは最大像高までを１０分割した各分割点で測定していくことにより、レンズ系１１の面全体の焦点位置の変化を測定することが可能となるため、その方が望ましい。その結果を元に、情報処理部１７で各像高におけるラジアル方向およびタンジェンシャル方向の焦点位置を計算する。これは各像高において、図４に示すような、横軸をデフォーカス量、縦軸をＭＴＦ値としたときのグラフを描き、そのピーク値を焦点位置とすれば良く、その結果から、図５に示すような横軸を像高、縦軸を焦点位置としたグラフを描くことができる。また、各像高における合焦位置は、光軸上の合焦位置から物側、像側それぞれ２００μｍの範囲に入るため、デフォーカス量を１０μｍ間隔で物側、像側それぞれに２００μｍとすることで正確な測定を行うことができる。
【００５４】
上記評価結果を元に、レンズ系１１の片ボケの評価を行っていく。
【００５５】
レンズ系１１のある方向で、解像力が不十分で片ボケが発生している場合には、光軸上合焦位置でのＭＴＦの空間周波数特性から評価を行えばよい。光軸に対して円周方向に少なくとも略４等配以上に分割したそれぞれの方向でＭＴＦ評価を行っているため、各方向での任意の空間周波数におけるＭＴＦの閾値を決定し、それを下回っているものはＮＧと判断すれば良い。
【００５６】
対して、十分な解像力が得られている場合の片ボケの原因の一つとしては、非点収差が考えられる。非点収差とは、レンズ系１１のラジアル方向とタンジェンシャル方向の焦点位置が異なる現象であり、図５に示すような各像高における焦点位置の変化のグラフの、縦軸方向の差が非点収差量となる。例えば、図５においては、５割像高で３０μｍ程度の非点収差が発生している。片ボケが顕著に発生する非点収差量は、光学基本設計等の種々の条件で異なってくるが、我々が設計を行ったレンズ系を用いた場合には、６０μｍ以上の非点収差で顕著な片ボケが発生していた。この場合には、評価の閾値として、各像高において、ラジアル方向とタンジェンシャル方向の焦点位置の差が６０μｍ以内であることとし、６０μｍ以上のものはＮＧ品と判断すれば良い。
【００５７】
また、片ボケの他の原因としては、コマ収差等が考えられる。コマ収差は非点収差と異なり、レンズステージ１２を光軸方向にデフォーカスさせても、合焦位置が存在しない。したがって、コマ収差等が要因となる片ボケの評価には図４に示すようなＭＴＦのデフォーカス特性を用いればよく、任意像高におけるデフォーカス時のＭＴＦの変化量が小さく、かつそのＭＴＦが低いものが、片ボケになっていると考えられる。例えば、図４においては、タンジェンシャル方向では、物側および像側それぞれ９０μｍのデフォーカス量の範囲で、ＭＴＦの変化は０．６程度となっている。片ボケが顕著に発生する際のＭＴＦの変化量は、光学基本設計等の種々の条件で異なってくるが、我々が設計を行ったレンズ系を用いた場合には、０．３以下程度の変化量で顕著な片ボケが発生していた。この場合には、評価の閾値として、各像高において、ラジアル方向およびタンジェンシャル方向のＭＴＦのデフォーカス時の変化が０．３以上であることとし、０．３以下のものはＮＧ品と判断すれば良い。
【００５８】
以上のことから、ＭＴＦの空間周波数特性に加えて、レンズ系１１の各像高における焦点位置の変化、ＭＴＦのデフォーカス特性を評価することにより、片ボケの評価を行うことができる。
【００５９】
なお、本評価手法をレンズ系１１の量産検査に応用する場合には、レンズ系１１をデフォーカスさせてＭＴＦを測定する際に、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみのラジアル方向とタンジェンシャル方向のＭＴＦ値の差、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみでの、デフォーカス時のＭＴＦ値の変化の最大値と最小値の差のみを評価することで、レンズ系１１の片ボケの有無または大小の検査が可能になるため、生産性を高めることが可能になる。また、その場合にはチャート１３に配置するパターンの位置も、片ボケが顕著に発生すると想定される像高のみに配置すれば良く、チャート１３の製造コストを低減させる作用効果を有する。
【００６０】
なお、本発明ではレンズ系１１をレンズステージ１２上に設置して、光軸方向へのデフォーカスを実現したが、チャート１３をステージ上に設置して光軸方向に移動させることにより、デフォーカスを行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように本発明のレンズ系の評価手法は、従来の評価手法では評価できなかった片ボケの評価を行うことができるという効果を有し、小型高性能なコンパクトデジタルカメラやモバイルカメラ等に用いられる小型のレンズユニットの評価手法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレンズ系の評価装置を示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるレンズ系の製造方法を示すフローチャート
【図３】ＭＴＦの空間周波数特性の一例を示すグラフ
【図４】ＭＴＦのデフォーカスの一例を示すグラフ
【図５】各像高における焦点位置の変化の一例を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態２におけるレンズ系の評価装置を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態２におけるレンズ系の評価装置に用いられるチャートの概略図
【図８】本発明の実施の形態２におけるレンズ系の評価装置に用いられる他のチャートの概略図
【図９】本発明の実施の形態２におけるレンズ系の評価手法のフローチャート
【図１０】従来のレンズ系の評価手法を示す概略図
【図１１】従来のレンズ系の評価手法に用いられるチャートの概略図
【符号の説明】
【００６３】
１  レンズ系
２  レンズステージ
３  チャート
４  光源
５  リレーレンズ
６  ＣＣＤ
７  情報処理部
８  モニタ
９  レンズ位置決め部
１０  レンズ
１１  レンズ系
１２  レンズステージ
１３  チャート
１４  光源
１５  リレーレンズ
１６  ＣＣＤ
１７  情報処理部
１８  モニタ
２１  十字スリットパターン
２２  ピンホールパターン
３１  逆投影検査装置
３２  スクリーン
３３  チャート
３４  光源
３５  拡散板
３６  レンズホルダ
３７  フォーカス調整ツマミ
３８  レンズ系
【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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【図１１】
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