(57)【要約】      （修正有）【課題】任意の波長の光を用いて複数の空間周波数に関するＭＴＦを精度良く測定することができる、安価なＭＴＦ測定装置を提供する。【解決手段】ＭＴＦ測定装置１０は、白色ＬＥＤ１３２、トロイダル回折格子１３３で出力する分光器と、分光器の出力波長を切り替える波長切替手段とを有する照明装置１３、レンズ保持機構１２、白色ＬＥＤが発する光を強度が高い第１状態と低い第２状態に切り替える光強度切替手段、照明装置１３から発せられる光をレンズ１１に入射させる光ファイバ１４、光ファイバ１４からレンズ１１への光の入射位置を移動させる昇降機構１８、レンズ保持機構１２に保持されたレンズ１１を透過した光を受光する受光装置１５、光強度切替手段により照明装置の光を第１状態と第２状態に切り替えつつ移動手段で入射位置を移動させながら、受光装置で受光した光の強度変化に基づいてレンズ１１のＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部１６を備える。【選択図】図１
2017096889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)白色ＬＥＤと、該白色ＬＥＤが発した光をトロイダル回折格子で分光して所定の波長の光を出力する分光器と、該分光器の出力波長を切り替える波長切替手段とを有する照明装置と、
b)測定対象のレンズを保持するレンズ保持機構と、
c)前記白色ＬＥＤが発する光を、その強度が高い第１状態と低い第２状態に、所定の時間間隔で切り替える光強度切替手段と、
d)前記照明装置から発せられる光を前記レンズ保持機構に保持されたレンズに入射させる入射光学系と、
e)前記入射光学系から前記レンズへの光の入射位置を移動させる移動手段と、
f)前記レンズ保持機構に保持された前記レンズを透過した光を受光する受光装置と、
g)前記光強度切替手段により前記照明装置が発する光を前記第１状態と前記第２状態に切り替えつつ、前記移動手段で入射位置を移動させながら、前記受光装置で受光した光の強度変化に基づいて前記レンズのＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部と、
を備えることを特徴とするＭＴＦ測定装置。
【請求項２】
前記入射光学系が、前記照明装置の光出射部に入射端が接続された光ファイバから構成されており、
前記移動手段が、前記光ファイバの出射端を移動させることを特徴とする請求項１に記載のＭＴＦ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの性能を評価する指標の一つであるＭＴＦ（Modulation Transfer Function、変調伝達関数）を測定するＭＴＦ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＴＦは、被写体の持つコントラストをどの程度忠実に再現できるか（解像力）を空間周波数特性として表現したものである。
【０００３】
ＭＴＦは、例えば図４に示すようなＭＴＦ測定装置を用いて測定される（特許文献１）。この装置は、白色ＬＥＤを備えた照明装置１０１と、ＭＴＦ測定用格子１０２と、レンズ１０３を保持する保持部１０４と、レンズ１０３を通過した光を受光する受光装置１０５と、受光装置１０５の受光信号に基づいてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部１０６とを備えている。ＭＴＦ測定用格子１０２は、例えばガラス板に透光部と遮光部から成る格子パターンを形成したもので、１ｍｍ当たりの透光部又は遮光部の数が空間周波数を表す。
【０００４】
上記ＭＴＦ測定装置では、照明装置１０１をレンズ１０３の光軸と直交する方向に移動させながら該照明装置１０１から発せられた光をＭＴＦ測定用格子１０２を通してレンズ１０３に入射させる。ＭＴＦ測定用格子１０２は、照明装置１０１の移動方向に沿って透光部と遮光部が交互に位置するように配置されており、照明装置１０１の移動とともに、ＭＴＦ測定用格子１０２を通してレンズ１０３を透過する光の強度（光量）が変化するため、この光強度の変化からレンズ１０３のＭＴＦを算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-75315号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＴＦは空間周波数によって異なることから、レンズの性能を正確に評価するためには、空間周波数が異なる複数のＭＴＦ測定用格子を用意する必要がある。しかしながら、複数のＭＴＦ測定用格子を順にＭＴＦ測定装置にセットしてＭＴＦを求める構成では、ＭＴＦ測定用格子の交換に時間がかかる。また、ＭＴＦ測定用格子は、空間周波数に合わせて透光部と遮光部の形状や間隔が精密に設計された高価な光学部品であるため、ＭＴＦ測定用格子の数が増えると、その分、ＭＴＦ測定装置のコストが高くなってしまう。
【０００７】
さらに、レンズの性能を正確に評価するためには、色収差の影響を考慮する必要がある。しかし、上述したように、従来のＭＴＦ測定装置では照明装置１０１は白色ＬＥＤが発する光をレンズに照射していたため、色収差の影響を排除することができない。そこで、互いに異なる特定波長の光を発する複数の単色ＬＥＤから照明装置を構成することも考えられるが、この構成では、照明装置から発せられる光の波長は、照明装置を構成するＬＥＤの波長に限られてしまい、任意の波長の光をレンズに入射させることができない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、任意の波長の光を用いて、複数の空間周波数に関するＭＴＦを精度良く測定することができる、安価なＭＴＦ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係るＭＴＦ測定装置は、
a)白色ＬＥＤと、該白色ＬＥＤが発した光をトロイダル回折格子で分光して所定の波長の光を出力する分光器と、該分光器の出力波長を切り替える波長切替手段とを有する照明装置と、
b)測定対象のレンズを保持するレンズ保持機構と、
c)前記白色ＬＥＤが発する光を、その強度が高い第１状態と低い第２状態に、所定の時間間隔で切り替える光強度切替手段と、
d)前記照明装置から発せられる光を前記レンズ保持機構に保持されたレンズに入射させる入射光学系と、
e)前記入射光学系から前記レンズへの光の入射位置を移動させる移動手段と、
f)前記レンズ保持機構に保持された前記レンズを透過した光を受光する受光装置と、
g)前記光強度切替手段により前記照明装置が発する光を前記第１状態と前記第２状態に切り替えつつ、前記移動手段で入射位置を移動させながら、前記受光装置で受光した光の強度変化に基づいて前記レンズのＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成のＭＴＦ測定装置では、照明装置から出射された光は、レンズ保持機構が保持するレンズを透過した後、受光装置で受光される。照明装置では、白色ＬＥＤが発した白色光を分光器で分光して単色光を出射する。また、分光器の出力波長は波長切替手段によって任意の波長に切替えられる。さらに、分光器は、トロイダル回折格子により白色ＬＥＤの光を分光するようにしたため、白色ＬＥＤが発した略真円状のスポット光の形状をそのまま維持した単色光に分光することができる。このとき、光強度切替手段により白色ＬＥＤから発せられる光を第１状態と第２状態に切り替えるとともに、移動手段によって前記光のレンズへの入射位置を移動させる。これにより、照明装置から発せられた光は高強度の状態と低強度の状態を交互に繰り返しながらレンズに入射し、その後、レンズを透過した光が受光装置で受光される。ＭＴＦ算出部は、受光装置が受光した光の強度変化から最大強度と最小強度を求め、これらからレンズのＭＴＦを算出する。以上の構成により、上記ＭＴＦ測定装置ではレンズの色収差の影響を考慮したＭＴＦを求めることができる。また、光強度切替手段による第１状態と第２状態に切り替えるタイミングを調整することにより、様々な空間周波数を作り出すことができる。
【００１１】
上記のＭＴＦ測定装置において、光強度切替手段は、白色ＬＥＤが発する光の光路上にシャッターを設け、該シャッターを開閉することにより該白色ＬＥＤが発する光を第１状態と第２状態に切り替えるものとすることができる。また、光強度切替手段は、白色ＬＥＤの動作電圧をオン・オフ制御したりＰＷＭ制御したりすることにより、該白色ＬＥＤが発する光を第１状態と第２状態に切り替えるようにしても良い。
【００１２】
前記入射光学系は、照明装置から光が出射される部分である光出射部とレンズ保持機構に保持されるレンズとの間に配置された対物レンズや、照明装置の光出射部に入射端が接続された光ファイバから構成することができる。前者の場合、移動手段は、照明装置と対物レンズの両方を移動させ、後者の場合、移動手段は光ファイバの出射端を移動させることにより、レンズへの光の入射位置を移動させる。光ファイバの出射端を移動させる構成では、光ファイバの出射端という軽量な部材を移動させるため、移動機構を小形化できるというメリットがある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＭＴＦ測定装置では、照明装置を白色ＬＥＤと該白色ＬＥＤが発する光を分光するトロイダル回折格子を備えた分光器と、該分光器の出力波長を切り替える波長切替手段から構成したため、任意の波長の光を用いて、複数の空間周波数に関するＭＴＦを精度良く測定することができる。また、ＭＴＦ測定用格子を用いることなく様々な空間周波数におけるＭＴＦを求めることができるため、安価なＭＴＦ測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例に係るＭＴＦ測定装置の概略構成図。
【図２Ａ】白色ＬＥＤの動作電圧の制御を示す図。
【図２Ｂ】白色ＬＥＤの動作電圧の別の制御を示す図。
【図３】本発明の第２実施例に係るＭＴＦ測定装置の概略構成図。
【図４】従来のＭＴＦ測定装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るＭＴＦ測定装置について図１〜図２Ｂを参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
実施例１に係るＭＴＦ測定装置１０は、測定対象のレンズ１１を保持するレンズ保持機構１２と、照明装置１３と、該照明装置１３から出射された光をレンズ１１に導く光ファイバ１４と、レンズ１１を透過した光を受光する受光装置１５と、受光装置１５の受光信号に基づいてＭＴＦを算出するＭＴＦ算出部１６と、制御装置１７とを有する。制御装置１７は、所要のソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータから成り、入力部１７１や表示部１７２を備えている。詳しくは後述するように、制御装置１７が、照明装置１３から出射される光の波長や光の強度等を変化させる。
【００１７】
照明装置１３は、筐体１３１内に収容された白色ＬＥＤ１３２、トロイダル回折格子１３３、白色ＬＥＤ１３２が発する光をトロイダル回折格子１３３に入射させる凹面鏡１３４、トロイダル回折格子１３３を回転させることにより該トロイダル回折格子１３３で分光される光の波長を変化させる回転機構１３５を備えている。回転機構１３５は、制御装置１７からの指令に基づき、トロイダル回折格子１３３を基準位置から所定の角度、回転させる。従って、トロイダル回折格子１３３と回転機構１３５が本発明の分光器を構成し、回転機構１３５と制御装置１７が本発明の波長切替手段を構成する。
【００１８】
筐体１３１の壁面にはトロイダル回折格子１３３で分光された光を筐体１３１の外部に出射する窓部１３１ａが形成されており、該窓部１３１ａに光ファイバ１４の入射端１４ａが取り付けられている。また、光ファイバ１４の出射端１４ｂは、昇降機構１８のアーム１８ａに保持されており、該出射端１４ｂから出射した光をレンズ１１に対してその光軸方向から入射させる。昇降機構１８は、アーム１８ａを矢印Ａで示す方向に出没変位させることにより、光ファイバ１４の出射端１４ｂを上下動させる。以上により、光ファイバ１４の出射端１４ｂから出射した光のレンズ１１への入射位置が、光軸と直交する方向に移動される。
【００１９】
レンズ１１に入射し、該レンズ１１を透過した光は、受光装置１５に入射する。受光装置１５は、光ファイバ１４の出射端１４ｂの移動方向に沿って配置された複数の素子を備えたＣＣＤやＣＭＯＳ等のリニアイメージセンサであり、入射した光の強度を検出して、ＭＴＦ算出部１６に出力する。ＭＴＦ算出部１６では受信した光の強度信号からレンズ１１を透過した光の強度（光量レベル）の最大値（Lmax）と最小値（Lmin）を求め、次式（１）を用いてＭＴＦを算出する。
ＭＴＦ（％）＝[（Lmax-Lmin）／（Lmax+Lmin）]×100    （１）
【００２０】
制御装置１７は、回転機構１３５及び昇降機構１８の動作を制御する。また、制御装置１７は、白色ＬＥＤ１３２の電源装置１３６の出力電圧を制御する。例えば、矩形波状の格子パターンを作る場合は図２Ａに示すようにＯＮ／ＯＦＦ制御する。また、正弦波状の格子パターンを作る場合は図２Ｂに示すようにＰＷＭ制御する。これにより、受光装置１５の受光面には、矩形波状に強度が変化する光、あるいは正弦波状に強度が変化する光がレンズ１１を透過した後の光が入射する。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、出力電圧が高い状態のとき（ＯＮのとき）に白色ＬＥＤ１３２は第１状態に、低い状態のとき（ＯＦＦのとき）に白色ＬＥＤ１３２は第２状態となる。
【００２１】
本実施例に係るＭＴＦ測定装置１０の動作について説明する。まず、測定対象となるレンズ１１をレンズ保持機構１２にセットする。続いて、照明装置１３が出射する光の波長、及び、空間周波数を設定する。すると、制御装置１７は電源装置１３６の出力電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御して白色ＬＥＤ１３２が発する光を所定のタイミングで第１状態と第２状態に交互に切り替える。また、この状態で昇降機構１８を動作させて光ファイバ１４の出射端１４ｂをレンズ１１の光軸と直交する方向に移動させる。例えば受光装置１５が、１０μｍピッチで配列された１０２４個の素子から構成されている場合、制御装置１７は、昇降機構１８に光ファイバ１４の出射端１４ｂを１０μｍ／μｓの速度で移動させると共に、電源装置１３６の出力電圧を１回／１μｓのタイミングでオン・オフ切り替えて白色ＬＥＤ１３２を第１状態と第２状態に切り替える。
【００２２】
これにより、受光装置１５の１０２４個の素子には、第１状態及び第２状態の光であってレンズ１１を透過した後の光が交互に入射する。ＭＴＦ算出部１６は、受光装置１５の各素子が受光した光の強度信号からレンズ１１を透過した光強度の最大値（Lmax）と最小値（Lmin）を求め、上述した式（１）を用いてそのレンズ１１のＭＴＦを算出する。
【実施例２】
【００２３】
図３は本発明の実施例２に係るＭＴＦ測定装置２０の概略構成を示している。尚、実施例１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
実施例２に係るＭＴＦ測定装置２０は、実施例１のＭＴＦ測定装置１０が備える光ファイバ１４に代えて、コリメータレンズ３１を筐体１３１の窓部１３１ａの外側に配置している。このため、窓部１３１ａから出射された光は、コリメータレンズ３１によって平行光とされた後、レンズ保持機構１２が保持するレンズ１１に入射する。
【００２４】
また、本実施例では、照明装置１３及びコリメータレンズ３１をレンズの光軸と直交する方向に移動させる移動機構３２を備えている。
上記構成の本実施例においても、実施例１のＭＴＦ測定装置１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
尚、本発明は上記した実施例に限定されず、適宜の変更が可能である。
例えば、光強度切替手段は、照明装置１３の窓部１３１ａに設けたシャッターと、該シャッターを開閉動作させる駆動手段から構成しても良い。
また、移動機構は、レンズ及び受光装置１５を同期して移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０、２０…ＭＴＦ測定装置
１１…レンズ
１２…レンズ保持機構
１３…照明装置
１３１…筐体
１３２…白色ＬＥＤ
１３３…トロイダル回折格子
１３４…凹面鏡
１３５…回転機構
１４…光ファイバ
１５…受光装置
１６…ＭＴＦ算出部
１７…制御装置
１８…昇降機構
３１…コリメータレンズ
３２…移動機構
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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