JP2000214368A

JP2000214368A - レンズ系光軸調整方法およびレンズ系光軸調整装置

Info

Publication number: JP2000214368A
Application number: JP11016459A
Authority: JP
Inventors: Yozo Toho; 容三東方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ系の光軸調整を自動的に行なう。【解決手段】チャート２４の２方向の直線パターンを
被調整レンズであるレンズＦ₁ を含むレンズ系Ｆを経て
センサ５の撮像面に結像させ、２組の直線状のチャート
像の照度分布からレンズＦ₁ の偏心に起因するコマフレ
ア量を算出し、偏心補正量を求めてＸＹ微動ステージ１
２を駆動し、レンズＦ₁ を微動調整する。この微調工程
のまえに、レンズＦ₁ をステップ移動させ、最大輝度の
データ列から微調範囲を設定する粗調整の工程を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ用レンズや
８ミリビデオカメラ用レンズ等の光学エレメントの組立
時に用いられるレンズ系光軸調整方法およびレンズ系光
軸調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年では、カメラ用レンズや８ミリビデ
オ用レンズ等の光学エレメントのコンパクト化の要求が
高まるとともに、非球面レンズが多用されるようになっ
ている。このようなレンズ系では、１枚のレンズに許容
される偏心量は数ミクロン以内であり、部品（鏡筒、レ
ンズ）の加工精度だけではこのような光学性能の保証は
不可能であるため、レンズ系の組立時に光軸調整が必要
となっている。

【０００３】例えば４枚の単晶レンズを玉枠等に取付け
る際には、各単晶レンズの光軸を一致させる必要があ
り、特に、ＡＰＳカメラレンズの場合は、各レンズの光
軸を偏心量２〜３ミクロンの範囲内で同軸上に一致させ
ることが要求される。

【０００４】図１９は一従来例によるレンズ系光軸調整
装置を示すもので、この装置においては、光源１００の
下方に投影レンズ１０１と解像度チャート１０２を設置
し、チャート像は調整対象となるレンズ系Ｌによりコリ
メータレンズ１０３を経てＣＣＤカメラ１０４上に結像
される。レンズ系Ｌは組立中であって、単晶レンズＬ ₂
〜Ｌ₄ はすでに玉枠Ｔに固定ずみであり、最上端の単晶
レンズＬ₁ のみが固定していない状態にある。

【０００５】チャート像がレンズ系Ｌを通過した際、単
晶レンズＬ₂ 〜Ｌ₄ と単晶レンズＬ ₁ の光軸が一致して
いればカメラモニタ上のチャート像は解像されて観察さ
れる。チャート像が解像されずに観察された場合は、チ
ャート像が解像されるように単晶レンズＬ₁ をＸＹ方向
に微動調整し、調整が完了すれば単晶レンズＬ₁ を玉枠
Ｔに接着剤で固定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の例によれば、チャート像を作業者が目視で観察しなが
らレンズの微動調整を行なうものであるため、解像の判
断には熟練を必要とし、量産性に欠ける。また、調整結
果も個人差があり、５ミクロン以下の目視による判断は
難しく、疲労等による判断間違いも生じるため、信頼性
に乏しかった。

【０００７】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、レンズ系の偏心状態
を高速かつ高精度で検出し、レンズ系の光軸調整を自動
的に行なって、調整後のレンズをそのまま接着固定でき
る高性能なレンズ系光軸調整方法およびレンズ系光軸調
整装置を提供することを提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のレンズ系光軸調整装置は、被調整レンズ系
を光学系の光軸に対して垂直に２次元的に微動させる微
駆動ステージ手段と、前記光軸に垂直な２方向の直線パ
ターンを有するチャートと、前記チャートの前記２方向
の直線パターンを前記被調整レンズ系を経てセンサに投
影して２組の直線チャート像を得る投影光学系と、前記
２組の直線チャート像の照度分布を前記２方向にそれぞ
れ検出し、各照度分布からその最強照度点を中心とする
コマフレア量を算出する演算手段と、前記コマフレア量
から得られた偏心補正量に基づいて前記微駆動ステージ
手段を制御する制御手段と、前記被調整レンズ系を移動
させて複数のポジションのそれぞれにおいて前記２組の
直線チャート像の最大照度値を記憶する記憶手段を有す
ることを特徴とする。

【０００９】本発明のレンズ系光軸調整方法は、光学系
の光路に被調整レンズ系を保持する工程と、前記光路に
２方向の直線パターンを有するチャートを配設し、前記
被調整レンズ系を経て前記２方向の直線パターンをセン
サに投影する工程と、投影された２組の直線チャート像
の照度分布を前記２方向にそれぞれ検出し、最強照度点
を中心とするコマフレア量を算出する工程と、算出され
たコマフレア量から得られた偏心補正量に基づいて前記
被調整レンズ系を微動調整する工程を有し、前記被調整
レンズ系を移動させて複数のポジションのそれぞれにお
いて各直線チャート像の最大照度値を検出し、得られた
データ列に基づいて基準位置を定める粗調整を行なう工
程が付加されていることを特徴とする。

【００１０】

【作用】被調整レンズ系の光軸と鏡筒に固定された光学
系である固定レンズ系の光軸が不一致な偏心状態にある
と、投影光学系のセンサに投影される２組の直線チャー
ト像の少なくとも一方の照度分布が最強照度点を中心と
して左右に不均一となるため、この不均一をコマフレア
量として定量化し、これに基づいて偏心補正量を求めて
被調整レンズ系を微動調整する。

【００１１】すなわち、最強照度点の両側の照度分布の
近似勾配の比をコマフレア量として算出するもので、予
め、レンズ系の偏心量とコマフレア量との関係を測定し
て参照データを用意しておき、被調整レンズ系のコマフ
レア量を参照データと比較することで補正偏心量を求め
て微駆動ステージ手段を駆動し、被調整レンズ系を微動
させる。

【００１２】２組の直線チャート像を解析する簡単な演
算であるため、高速かつ高精度で偏心補正量を算出し、
自動的にレンズ系の光軸調整を行なうことができる。こ
れによって、カメラ用レンズ等の光学系の高精度化と組
立コストの低減等に大きく貢献できる。

【００１３】また、コマフレア量を用いて微調整を行な
うまえに、被調整レンズ系を複数のポジションに移動さ
せ、各ポジションにおける最大照度値を記憶手段に記憶
させて、得られたデータ列から、ほぼ偏心Ｏの基準位置
を定める粗調整の工程を設けることで、調整作業全体に
費す時間を短縮し、ひいてはコマフレア量に基づく微調
整の精度を大幅に向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１５】図１は一実施の形態によるレンズ系光軸調
整装置を示すもので、これは、レンズＦ₁ 〜Ｆ₄ からな
るレンズ系Ｆの鏡筒Ｋを支持する架台１と、その上方に
配設されたチャート投影ユニット２およびＵＶ照射ユニ
ット３を有する。チャート投影ユニット２は、光源２１
とその下方に配設された投影レンズ２２とチャート２４
を有し、チャート２４は、フォーカス軸２５を図示しな
いモータによって駆動することで、光源２１から発生さ
れる照明光の光軸方向に移動可能となっており、必要に
応じてチャート像のフォーカスを調整する。

【００１６】チャート投影ユニット２により投影された
チャート像は、レンズＦ₁ 〜Ｆ₄ からなるレンズ系Ｆと
投影レンズ２２とともに投影光学系を構成するコリメー
タレンズ４を経てセンサ５の撮像面に結像される。

【００１７】ここで、レンズＦ₂ 〜Ｆ₄ はすでに光軸調
整を終えて鏡筒Ｋに固定された光学系である固定レンズ
系であり、レンズＦ₁ が光軸調整される被調整レンズ系
であり、これは、１枚のレンズに限らず、複数のレンズ
によって構成されていてもよい。レンズＦ₁ は、フィン
ガ１１によって下向きに鏡筒Ｋに押えつけられており、
かつ、光軸（Ｚ軸）に垂直なＸＹ方向（２方向）に微駆
動ステージ手段であるＸＹ微動ステージ１２によって移
動（微動調節）できるように、レンズＦ₁ のコバを斜め
の角度を持って把持されている。なお、鏡筒Ｋは架台１
に固定保持されている。

【００１８】レンズ系Ｆの下方にはコリメータレンズ４
が設けられ、さらに下方に設けたセンサ５の撮像面にチ
ャート像を結像する。センサ５はＣＣＤカメラあるいは
ラインセンサカメラ等の光電変換できるものを用いる。
カメラ制御部５１はセンサ５のための電源、クロック等
を有し、画像処理装置６に時系列に変換されたチャート
像の信号を供給する。画像処理装置６は、時系列信号に
変換されたチャート像から後述するようにコマフレア量
とコントラスト値の算出を行なう演算手段を有する。

【００１９】ＵＶ照射ユニット３は、光軸調整作業の終
了後に、光軸上からチャート投影ユニット２が待避する
と同時に、レンズＦ₁ の真上に移動し、その外周部に接
着剤を塗布してＵＶ光を照射する。このようにして接着
剤を硬化させ、レンズＦ₁ を鏡筒Ｋに固定する。

【００２０】ＸＹ微動ステージ１２は、制御手段である
制御装置１３の指示によってＸ微動軸、Ｙ微動軸用のモ
ータを駆動してフィンガ１１をＸＹ方向に微動する。制
御装置１３は、画像処理装置６内の演算手段によって後
述するように算出されるコマフレア量の原因である偏心
量を解消するように、ＸＹ微動ステージ１２を動かす。

【００２１】この工程を繰返すことによりレンズＦ₁ の
光軸をレンズＦ₂ 〜Ｆ₄ の光軸に合致させたのち、前述
のように、ＵＶ照射ユニット３をレンズ系Ｆの真上に移
動し、接着剤の塗布、ＵＶ照射によってレンズＦ₁ の接
着固定を行なう。

【００２２】ところがレンズＦ₁ の偏心量が、例えば１
００ミクロンを越えていると、後述するように画像処理
装置６のチャート像の鮮明度が不充分となり、コマフレ
ア量の算出値に大きな誤差を生じる。そこで、予めＸＹ
微動ステージ１２を所定のピッチでステップ移動させ、
各ステップ移動のポジションごとにチャート像の照度分
布を得てその最大照度値である最大輝度を検出して制御
装置１３内の記憶手段である記憶回路に記憶させ、得ら
れたデータ列に基づいて、例えば１００ミクロン以下の
偏心量まで後述するような粗調整を行なう。

【００２３】図２は、図１の装置のチャート２４を示す
平面図である。これは、センサ５上に明るく投影される
２方向の直線パターンであるチャートパターンＰ_x ，Ｐ
_y を有し、残りの部分は光を透過しない部分である。各
チャートパターンＰ_x ，Ｐ_yは、コマフレア量を得るた
めの長尺な第１の直線部分と、コントラスト値を得るた
めの複数の短尺な第２の直線部分からなる。各チャート
パターンＰ_x ，Ｐ_y のサイズは被調整レンズ系の光学性
能によるが、カメラレンズの場合は、空間周波数で５０
本程度に相当する幅すなわち、短辺がそれぞれ１０ミク
ロン程度、長辺は５０ミクロン程度、特に長い部分は１
５０ミクロン程度である。

【００２４】なお、チャート２４のＸＹ方向と、ＸＹ微
動ステージ１２のＸＹ移動方向と、センサ５のＸＹ方向
は、ほぼ一致するように装置各部を予め調整しておく。

【００２５】図３は、センサ５に結像された２組の直線
チャート像であるチャート像Ｐ₁ ，Ｐ₂ を示す。これら
をカメラ制御部５１を介して画像処理装置６に取り込
み、その中でチャート像Ｐ₁ の測定ポイントＳ₁ ，Ｓ₃
におけるＹ方向の照度分布を計算すると、図４の（ａ）
と図５の（ａ）に示すグラフが得られる。同様に、チャ
ート像Ｐ₂ の測定ポイントＳ₂ ，Ｓ₄ におけるＸ方向の
照度分布を計算すると図４の（ｂ）と図５の（ｂ）に示
すグラフが得られる。これらの照度分布から次に述べる
コマフレア量とコントラスト値の計算を画像処理装置６
内の演算手段において行なう。

【００２６】測定ポイントＳ₁ の照度分布からはＹ方向
の光軸ずれ（偏心）によるコマフレア量が算出され、測
定ポイントＳ₂ の照度分布からはＸ方向の光軸ずれ（偏
心）によるコマフレア量が算出される。

【００２７】図６は、コマフレア量の算出方法を原理的
に説明するもので、図４の測定ポイントＳ₁ における照
度分布から以下のような手順でＹ方向のコマフレア量を
算出する。まず、照度分布のなかから最強照度点である
最大輝度点Ａを探し出す。次に、予め設定された方法、
例えば最大照度値×０．９を求めて、これをスライスレ
ベル大の値とする。次に、例えば最大照度値×０．２を
求めて、これをスライスレベル小の値とする。

【００２８】次に、大小２つのスライスレベルを表わす
２本の直線Ｂ₁ ，Ｂ₂ と照度分布との交点Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，
Ｃ₃ ，Ｃ₄ を探し出す。最大輝度点Ａを境に、便宜上照
度分布を左右両側に分割し、左側の交点Ｃ₁ ，Ｃ₂ を結
ぶ直線Ｄ₁ を定める。同様に、右側の交点Ｃ₃ ，Ｃ₄ を
結ぶ直線Ｄ₂ を定める。次に、直線Ｄ₁ および直線Ｄ ₂
とスライスレベル小の直線Ｂ₂ とがなす角度をθ₁ ，θ
₂ として、直線Ｄ₁ ，Ｄ₂ の勾配の比（ｔａｎθ₁ ／ｔ
ａｎθ₂ ）を計算し、この値Ｑ_y をＹ方向のコマフレア
量の数値とする。

【００２９】測定ポイントＳ₂ を用いて上記と同様の処
理を行なうことで、Ｘ方向のコマフレア量Ｑ_x を表わす
数値が得られる。

【００３０】レンズ系ＦのレンズＦ₁ 〜Ｆ₄ の光軸が一
致したとき、コマフレア量Ｑ_y ，Ｑ _x の値は１．０とな
る。

【００３１】図７は、レンズの偏心量と照度分布の関係
を説明するもので、同図の（ａ）は偏心量＋３０ミクロ
ン、（ｂ）は偏心量０ミクロン、（ｃ）は偏心量−３０
ミクロンであるときの各照度分布を示す。図７の（ａ）
ではθ₁ ＜θ₂ 、（ｂ）ではθ₁ ＝θ₂ 、（ｃ）ではθ
₁ ＞θ₂ となり、コマフレア量を表わす数値Ｑ＝（ｔａ
ｎθ₁ ／ｔａｎθ₂ ）は、図７の（ａ）ではＱ＜１．
０、（ｂ）ではＱ＝１．０、（ｃ）ではＱ＞１．０とな
り、予め偏心量とコマフレア量を表わす数値Ｑの関係を
調べてプロットすると図８に示すグラフが得られる。コ
マフレア量を表わす数値Ｑが１．０より大きいか、小さ
いかによって光軸調整の方向が決まり、１．０にどれだ
け近い値かを判断して、偏心補正量を求めてＸＹ微動ス
テージ１２を駆動する。この作業を繰返して光軸調整の
完了を判断することにより、自動的に光軸調整を行なう
ことができる。

【００３２】このような光軸調整を完了したうえで、前
述のようにＵＶ照射ユニット３による接着剤の塗布とＵ
Ｖ光による硬化処理を行なうものであるが、レンズＦ₁
自体がレンズ性能が良好でない欠陥品である場合には、
そのまま鏡筒Ｋに固定してしまうのは好ましくない。そ
こで、各チャート像Ｐ₁ ，Ｐ₂ の第２の測定ポイントＳ
₃ ，Ｓ₄ から得られる図５の（ａ），（ｂ）に示す照度
分布を用いてコントラスト値Ｗを算出し、これによって
レンズ性能の評価を行なう。すなわち、コントラスト値
Ｗが所定の水準以下であるときは、レンズＦ₁ が解像度
不足の不良品であると判定し、図示しない表示手段にレ
ンズ不良信号であるエラー信号を表示して、レンズＦ₁
を接着固定することなく工程を終了する。

【００３３】このようにして、不良品のレンズの組付け
を阻止することで、カメラ等最終製品の品質管理を効率
化し、生産性を向上させることができる。

【００３４】コントラスト値Ｗは以下のように算出され
る。

【００３５】図９に示すように、照度分布の最高照度値
ａと最低照度値ｂを求めて、コントラスト値Ｗ＝１００
×（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）（パーセント）を算出する。

【００３６】図１１はコマフレア量Ｑおよびコントラス
ト値Ｗの測定に用いるチャート像の測定ポイントＳ₁ 〜
Ｓ₄ を設定する方法を示す図である。図１１の（ａ）は
センサ５に結像されたチャート像であり、画像処理装置
６によって得られた図１１の（ｂ）のＹ方向の照度分布
から以下のように測定ポイントＳ₂ ，Ｓ₄ を定める。ま
ずチャート像Ｐ₂ の照度値のＸ方向の総和をとり、Ｙ方
向の分布を計算する。その結果は図１１の（ｂ）に示す
ようにＹ方向の照度分布として得られる。

【００３７】次に、予め定められたスライスレベルにな
るポイントｙ₀ をサーチする。ｙ₀がみつかったら、予
め定められたチャート像Ｐ₂ の距離ｈ₁ ，ｈ₂ より測定
ポイントｙ₁ ＝ｙ₀ ＋ｈ₁ ，ｙ₂ ＝ｙ₀ ＋ｈ₂ を算出す
れば、測定ポイントＳ₂ ，Ｓ ₄ をそれぞれ求めることが
できる。Ｘ方向の測定ポイントＳ₁ ，Ｓ₃ も同様の手順
で求めることができる。

【００３８】このようにチャートごとに各測定ポイント
を設定し、常にチャートの同一箇所を測定ポイントに用
いることにより、チャート製造時に生じる光学チャート
性能（エッジの先鋭度、透過率）のチャート部位による
ばらつき等による測定再現性の劣化を回避できる。

【００３９】次に、コマフレア量による光軸調整のまえ
に行なう粗調整の工程を説明する。

【００４０】前述のように、レンズＦ₁ の偏心量が１０
０ミクロン程度になると、チャート像の山の高さが、図
１２の（ａ）と（ｃ）に示すように低くなり、コマフレ
ア量を表わす正接の左右比の誤差が大きくなって正しい
値を検出できず、従ってレンズＦ₁ の光軸調整が難しく
なり、さらに大きく偏心すると、チャート像そのものが
検出されなくなる。

【００４１】図１３は粗調整の範囲と微調整の範囲の関
係を表わす図である。この場合は、直径６００ミクロン
の円形内の範囲が調整しろとして設けられているが、チ
ャート像からセンサで調整方向を高精度で検出できるの
は±５０ミクロン程度の範囲である。そこでまず、粗調
整として１００ミクロンピッチでレンズＦ₁ をステップ
移動させ、各ポジションにおいてセンサ出力の有無を調
べて最大輝度を記憶回路に記憶させ、１００ミクロン以
内での微調整の範囲を定めて基準位置を設定することが
必要である。

【００４２】図１４および図１５は一実施の形態による
光軸調整の工程を示すフローチャートである。まず、ス
テップ１で演算に用いるパラメータの初期化を行ない、
機構部を初期位置に設定し、被調整物であるレンズ系Ｆ
をセットし、フィンガ１１でレンズＦ₁ を下向きに鏡筒
Ｋに押し付けて把持し、ＸＹ微動ステージ１２を動かし
てレンズＦ₁ を調整しろのほぼ中央に位置決めする。

【００４３】ステップ２においては、ＸＹ微動ステージ
１２を図１３のポジション１へ移動させ、ループが繰り
返すときはポジション２、ポジション３、ポジション４
・・・ポジション２４と位置決めを繰り返す。ステップ
００１ではチャート像を画像処理装置６に取り込み、画
像のなかの最大輝度を記憶回路にポジションナンバーと
対で記憶する。

【００４４】ステップ００２で、ポジション２４まで終
了するか、あるいは最大輝度が予め定められた値より大
きいかのどちらかなら、ループを終了してステップ００
３へ進む。終了でなければステップ２へ戻る。

【００４５】ステップ００３において最大輝度エリヤを
計算する。

【００４６】すなわち、ポジション２４まで測定して、
最大輝度が一つのポジションで検出された場合は、その
ポジションを次のステップでの微調範囲とする。

【００４７】ポジション２４までスキャンしない間に最
大輝度が予め定められた値より大きいポジションがあっ
た場合は、そのときのポジションでの測定値から調整範
囲を決めることができるので、そのポジションを次のス
テップでの微調範囲とする。

【００４８】また、例えば、図１３の（イ）の位置に偏
心Ｏのポジションがあった場合は、ポジション２４まで
測定したとき、最大輝度の等しいポジションが１４，１
５，２２，２１の４箇所になる。このようなときは、ポ
ジション１３〜１８およびポジション２〜２３のように
サンプリングデータが多くなるデータ列をＸ方向とＹ方
向に採用し、これらのデータ列を多項式で曲線近似し
て、得られた近似曲線上での輝度が最大となる部位をＸ
方向、Ｙ方向の微調範囲の中央すなわち基準位置とす
る。

【００４９】図１６はＸ方向の基準位置を検出する場合
を説明するもので、ポジション２３、ポジション２１、
ポジション１５、ポジション１０、ポジション４、ポジ
ション２の最大輝度のデータ列をプロットしたのが実線
で示すグラフＡであり、その多項式近似曲線として６次
の多項式近似で近似したものが破線で示す曲線Ｂであ
る。曲線Ｂの最大輝度を示す位置、すなわちポジション
２１とポジション１５のほぼ中央が微調範囲の中心すな
わちＸ方向の基準位置として検出される。

【００５０】図１７は偏心Ｏのポジションが（イ）の場
合のＹ方向の基準位置を検出する場合を示す。Ｘ方向と
同様にデータ列のグラフＡから６次の近似曲線Ｂを得
て、微調範囲の中心を求める。

【００５１】図１３の（ロ）の場所に偏心Ｏの点があっ
た場合は、図１８に示すように、Ｘ方向のデータ列はポ
ジション２３、ポジション２１、ポジション１５、ポジ
ション１０、ポジション４、ポジション２である。この
データ列のグラフＡから２〜６次の多項式近似曲線を求
めるとグラフＢ₁ 〜Ｂ₄ が得られる。この図から解るよ
うに、４次以上の多項式近似を用いないと正しい基準位
置を得ることはできない。従って、４次以上、できれば
６次の多項式近似を用いるのが望ましい。このようにし
て基準位置を求めたらステップ３でＸ軸、Ｙ軸を動かし
てレンズＦ₁ を基準位置に位置決めする。

【００５２】ステップ４でチャート像を用いて前述した
手順によってコマフレア量を表わす値（ｔａｎθ₁ ／ｔ
ａｎθ₂ ）を画像処理装置６において計算する。得られ
た値をＱ_y とする。

【００５３】ステップ５において、コマフレア量Ｑ_y が
許容値以内かどうかを比較する。この許容値は装置固有
の値となるため予め測定しておく。すなわち、手動にて
モニタ等を用いて光軸合わせを行なったのち、Ｘ方向あ
るいはＹ方向にＸＹ微動ステージ１２を定量ずつ微動
し、コマフレア量を表わす値（ｔａｎθ₁ ／ｔａｎ
θ₂）を検出し、得られた値とステージ移動量をプロッ
トして図８に示すグラフを得る。このグラフから許容値
を定める。例えば、許容値の幅を±５ミクロンとするな
ら許容値はほぼ０．８０＜Ｑ_y ＜１．３０、許容値の幅
を±２ミクロンとするなら、０．９＜Ｑ_y ＜１．１と決
められる。

【００５４】ステップ５でＱ_y が許容値以内でなければ
Ｑ_y から偏心補正量を求めることができる。すなわち、
Ｑ_y ＝ｔａｎθ₁ ／ｔａｎθ₂ であるから、Ｙ方向の偏
心補正量は（１−Ｑ_y ）のｋ倍となる。

【００５５】ｋは装置固有の定数であり、予め測定して
おいた図８のグラフから決定することができる。すなわ
ち、図８のグラフを直線とみなしたときの傾きをｋとし
て用いることができる。ステップ６で（１−Ｑ_y ）のｋ
倍だけＸＹ微動ステージ１２のＹ軸を微動させてステッ
プ４へもどる。

【００５６】ステップ５でＱ_y が許容値以内ならステッ
プ７へ進み、ステップ８，ステップ９でチャート像を使
って上記と同様にＸ方向の偏心を調整する。

【００５７】調整が終了してステップ１０へ来ると、Ｙ
方向のコマフレア量の測定を確認のために行なう。通
常、Ｘ方向の調整とＹ方向の調整はレンズの性質上干渉
しないが、確認のためにＹ方向のコマフレア量の測定を
行なう。レンズＦ₁ の製作誤差、組込み誤差等の原因で
Ｙ方向のコマフレア量が許容値以内でなければ、ステッ
プ４へもどり再調整を行なう。ステップ１１でＹ方向の
コマフレア量が許容値以内ならステップ１３０でＸ，Ｙ
方向のコントラスト値Ｗを測定する。すなわち、ステッ
プ１０で画像処理装置６に入力した最後のチャート像か
ら前述の方法でコントラスト値Ｗを計算する。コントラ
スト値Ｗが算出されたら、ステップ１３１で予め定めら
れた工程規格（例えばＸ，Ｙともコントラスト値７０パ
ーセント以上）を満たしているかを調べて、工程規格を
満たしていなければ、表示手段に不良の表示をして終了
する。工程規格を満たしていれば、ステップ１２でチャ
ート投影ユニット２が光軸上から待避し、ステップ１３
でＵＶ照射ユニット３が光軸上に移動し、接着剤の塗
布、ＵＶ光の照射を行ないレンズＦ₁ を接着固定する。

【００５８】なお、フローチャート上では、３箇所の繰
り返しループが無限のループの如く表記されているが、
通常行なわれるループ回数制限のソフトウエアカウンタ
の使用については、特に表記していないが用いられてい
ることは言うまでもない。

【００５９】本実施の形態によれば、２組の直線チャー
ト像のそれぞれの照度分布からＸ，Ｙ方向のコマフレア
量を検出し、レンズ（レンズ系）の偏心を自動的に解消
して接着固定を行なうことができる。コマフレア量の検
出は、チャート像の照度分布に対して２つのスライスレ
ベルを設け、離散データの大小比較により交点を求め
て、最大輝度点を中心に左右２本の直線を設け、その正
接の比を求めるものであり、コマフレア量を短時間に定
量的に計測することができ、しかも計測誤差が少ないと
いう特筆すべき長所がある。

【００６０】加えて、光軸調整終了後にチャート像のコ
ントラスト値を求めてレンズ性能の評価を行なうこと
で、偏心以外の原因で解像度の不足する性能不良なレン
ズの組付けを阻止することができる。

【００６１】光軸調整とレンズ性能評価に使うチャート
パターンを個別に設ける替わりに、図１０に示すよう
に、コマフレア量とコントラスト値の算出に用いるチャ
ート解像度が共用できる場合には、コントラスト値の算
出に用いるチャートパターンを用いてコマフレア量の検
出を行なってもよい。

【００６２】なお、図１の装置は、コリメータレンズ４
を用いているが、これは、装置をコンパクトにすること
と、チャート位置をレンズ系Ｆの焦点距離位置におくた
めである。この条件が無視できる場合は、コリメータレ
ンズ４を省略してもよい。

【００６３】また、レンズ系の性質によっては、スプラ
イン近似等の多項式近似を用いて交点を求め、コマフレ
ア量を算出してもよい。

【００６４】これらはレンズ系のコマフレアの性質、計
算時間、生産タクト、要求精度に応じて、最適なものを
選択すればよい。

【００６５】なお、Ｘ方向およびＹ方向の基準位置を設
定する粗調整の工程において最大輝度を検出する場合
に、工業用カメラを用いると、通常得られるチャート画
像は５１２画素×５１２画素の情報であるが、チャート
像は光学系の倍率によって決まるもので、本実施の形態
においては、横倍率１０程度であり、チャートの幅方向
で１０ミクロン×１０＝１００ミクロンとなり、１５ミ
クロン程度のカメラセンサピッチなら７画素程度の幅に
投影される。チャートの長手方向はさらに多くの画素上
に投影される。

【００６６】従って、画像内の最大輝度を求めるとき、
５１５×５１２画素すべてを比較する必要はなく、１画
素おきに２５６×２５６画素、あるいは２画素おきに１
２８×１２８画素の中で最大照度値を求めてもよい。そ
うすることで演算時間を４分の１、１６分の１に縮める
ことができる。

【００６７】また、１画素おきでも問題を生じない場合
は、画像処理装置６への画像入力段階で画像の一フレー
ムを取り込む必要はなく、一フィールド信号のみ取り込
めば垂直同期方向に１画素おきの信号を取り込むことが
できる。こうすることでカメラの走査時間による画像取
り込み時間を、一フレーム３０ミリ秒から一フィールド
１５ミリ秒に短縮できる。

【００６８】なお、エリヤセンサの替わりにラインセン
サカメラを用いてもよい。

【００６９】直交する２組のチャート像のそれぞれの照
度分布からコマフレア量を検出して微調整するまえに、
大きな調整しろ内で最大照度値すなわち最大輝度を用い
て予め粗調整を行ない、かつ、４次以上の多項式近似を
用いることで、コマフレア量の測定のみでは検出不能な
偏心調整範囲の大きなレンズ系の光軸偏心調整を精度良
くしかも短時間で効率的に行なうことができる。

【００７０】従って、レンズの単品加工精度をあげるこ
となく偏心に対してコマフレア敏感度の高いレンズ、例
えば両面非球面レンズを多用することが可能となり、よ
り一層コンパクトで高性能のレンズ系を実現できる。

【００７１】また、１画素おきに、あるいは２画素おき
等の定ピッチごとに最大輝度の比較をすることにより、
処理時間を大幅に短縮し、作業効率が高くて生産性の良
好な光軸偏心調整を行なうことができる。さらに、フィ
ールド信号の取り込みを行なうことによって、測定時間
を短縮し、より一層作業効率を向上できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００７３】レンズ系（レンズ）の偏心状態を高速かつ
高精度で検出し、レンズ系の光軸調整を自動的に行なっ
て、調整後のレンズをそのまま接着固定できる。このよ
うなレンズ系光軸調整装置を用いることで、カメラレン
ズ等の光学エレメントの組立精度の向上と組立コストの
低減に大きく貢献できる。

【００７４】加えて、光軸調整終了後にレンズ性能のチ
ェックを行ない、性能不良のレンズが誤って組付けられ
てしまうのを防ぐことで、前記光学製品の品質管理を効
率化し、生産性を向上できる。

【００７５】また、コマフレア量による微調工程のまえ
に、被調整レンズ系をステップ移動させて各ポジション
で最大輝度を検出し、得られたデータから微調範囲を定
める粗調整を行なうことで、偏心範囲の大きなレンズ等
でもコマフレア量による微調整を実現できる。これによ
って、様々なレンズの光軸調整を効率よくしかも高精度
で行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態によるレンズ系光軸調整装置を示
す模式図である。

【図２】図１の装置のチャートのみを示す平面図であ
る。

【図３】センサ上に結像されたチャート像を示す図であ
る。

【図４】図３のチャート像の測定ポイントＳ₁ と測定ポ
イントＳ₂ における照度分布を示すグラフである。

【図５】測定ポイントＳ₃ と測定ポイントＳ₄ における
照度分布を示すグラフである。

【図６】チャート像の照度分布からコマフレア量を算出
する方法を説明する図である。

【図７】偏心量と照度分布の関係を示すグラフである。

【図８】偏心量とコマフレア量の関係を調べた参照デー
タを示すグラフである。

【図９】コントラスト値の算出方法を示す図である。

【図１０】コントラスト値を検出するチャート像を用い
てコマフレア量を算出する方法を説明する図である。

【図１１】測定ポイントを設定する方法を説明する図で
ある。

【図１２】レンズの偏心量と照度分布の波形の関係を説
明する図である。

【図１３】粗調整のポジションを説明する図である。

【図１４】光軸調整の工程の一部を示すフローチャート
である。

【図１５】光軸調整の工程の残りを示すフローチャート
である。

【図１６】図１３の位置（イ）におけるＸ方向のデータ
列と近似曲線を示す図である。

【図１７】図１３の位置（イ）におけるＹ方向のデータ
列と近似曲線を示す図である。

【図１８】図１３の位置（ロ）におけるＸ方向のデータ
列と近似曲線を示す図である。

【図１９】一従来例を示す模式図である。

【符号の説明】

１架台２チャート投影ユニット３ＵＶ照射ユニット４コリメータレンズ５センサ６画像処理装置１１フィンガ１２ＸＹ微動ステージ１３制御装置２１光源２４チャート２５フォーカス軸５１カメラ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被調整レンズ系を光学系の光軸に対して
垂直に２次元的に微動させる微駆動ステージ手段と、前
記光軸に垂直な２方向の直線パターンを有するチャート
と、前記チャートの前記２方向の直線パターンを前記被
調整レンズ系を経てセンサに投影して２組の直線チャー
ト像を得る投影光学系と、前記２組の直線チャート像の
照度分布を前記２方向にそれぞれ検出し、各照度分布か
らその最強照度点を中心とするコマフレア量を算出する
演算手段と、前記コマフレア量から得られた偏心補正量
に基づいて前記微駆動ステージ手段を制御する制御手段
と、前記被調整レンズ系を移動させて複数のポジション
のそれぞれにおいて前記２組の直線チャート像の最大照
度値を記憶する記憶手段を有するレンズ系光軸調整装
置。
【請求項２】光学系の光路に被調整レンズ系を保持す
る工程と、前記光路に２方向の直線パターンを有するチ
ャートを配設し、前記被調整レンズ系を経て前記２方向
の直線パターンをセンサに投影する工程と、投影された
２組の直線チャート像の照度分布を前記２方向にそれぞ
れ検出し、最強照度点を中心とするコマフレア量を算出
する工程と、算出されたコマフレア量から得られた偏心
補正量に基づいて前記被調整レンズ系を微動調整する工
程を有し、前記被調整レンズ系を移動させて複数のポジ
ションのそれぞれにおいて各直線チャート像の最大照度
値を検出し、得られたデータ列に基づいて基準位置を定
める粗調整を行なう工程が付加されていることを特徴す
るレンズ系光軸調整方法。
【請求項３】得られたデータ列を曲線近似することで
基準位置を定める粗調整を行なうことを特徴とする請求
項２記載のレンズ系光軸調整方法。
【請求項４】得られたデータ列を４次以上の多項式近
似曲線によって近似することで基準位置を定める粗調整
を行なうことを特徴とする請求項３記載のレンズ系光軸
調整方法。
【請求項５】定数ピッチごとの画素を用いて最大照度
値を検出することを特徴とする請求項２ないし４いずれ
か１項記載のレンズ系光軸調整方法。
【請求項６】画像のフィールド信号を用いて粗調整を
行ない、画像のフレーム信号を用いてコマフレア量の算
出を行なうことを特徴とする請求項２ないし５いずれか
１項記載のレンズ系光軸調整方法。