专利名称：透镜系统调整装置和使用该装置的透镜系统调整方法以及摄像装置的制造装置和摄像装 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行由多个透镜组成的透镜系统的光轴调整等的透镜系统调整装置和使用该装置的透镜系统调整方法、以及摄像装置的制造装置和摄像装置的制造方法。
背景技术：
近年，由于袖珍数字相机和便携电话用相机的高功能化带来的透镜元件小型化和增加采用非球面，对所述数字相机和便携电话用相机的相机透镜的精度要求逐年严格，不仅透镜单体的加工精度提高，而且必须调整多个透镜组成的透镜系统的光轴。还需要在调整透镜系统的光轴的同时，使用一般用作表示光学透镜的析像力的指标的MTF(空间频率特性)测量调整后的透镜系统的成像性能，确认光轴调整的结果，判断是否合格。
作为已有的MTF测量装置，有特开昭61-84541号公报举出的装置。作为已有的光轴调整装置，有特开平6-265766号公报举出的装置。
这里，按照图13～图15说明上述MTF装置的测量。作为综合表示透镜等成像系统的性能的量，有上述MTF，并用将空间正弦波输入到透镜时的所述透镜形成的像的振幅与物体侧的振幅之比进行表示。由被测透镜检测出点像、线像和棱像等光强度分布，并进行傅立叶变换处理，从而作所述MTF的实际测量。图13中，例如在相当于相机的胶片面的位置的被测透镜1的光轴上和光轴外设置缝隙2，并且用光源3照射此缝隙2，使缝隙的像在相当于物体面的面上成像。然后，用CCD(电荷耦合元件)等摄像元件4拍摄此缝隙像，并往与所述缝隙像的纵向正交的方向进行扫描，从而获得图14所示的强度分布。然后，由信号处理电路5去除噪声，由FFT运算电路6进行傅立叶变换，从而获得图15所示的对各视场角的MTF值，并将其结果显示在显示部7。
接着，按照图16说明已有的透镜系统光轴调整装置。图16所示的已有透镜系统光轴调整装置将第1透镜系统11和第2透镜系统12配置成它们的光轴为垂直方向后，将第1透镜系统11固定。然后，使第2透镜系统12微动，以便使第1透镜系统11的光轴与第2透镜系统12的光轴一致。
此透镜系统光轴调整装置具有对所述第1透镜系统11和第2透镜系统12照射中心光和平行于该中心光的不少于3束的环形光的照射单元13、照度产生单元14、微调心校正量产生单元15、以及第2透镜微动单元16。所述照度产生单元14接收通过第1透镜系统11和第2透镜系统12的所述中心光和所述环形光，产生与所述中心光和环形光分别形成的像对应的信号。与此同时，根据所述信号产生各像的照度。微调心校正量产生单元15从照度产生单元14求出的各像的照度分布求出环形光的像的重心坐标和中心光的中心坐标，并根据从两坐标之差得到的轴上彗差量求出微调心校正量。而且，第2透镜微动单元16根据微调心校正量产生单元15求出的所述微调心校正量使第2透镜系统12微动。
上述组成中，所述第1透镜系统11与所述第2透镜系统12的光轴不一致时，平行的中心光和不少于3束的环形光通过第1透镜系统11和第2透镜系统12，使所述中心光通过的中心位置和环形光的重心位置之间产生偏移。因此，求出照度产生单元14的感光元件17的感光面上中心光和环形光分别形成的各像的照度，并算出微调心校正量产生单元15从所述各像的照度分布获得的中心光的中心坐标与环形光的重心坐标之差作为轴上彗差量，从而定量测量所述中心位置与重心位置的偏移。然后，依据微调心校正量产生单元15根据所述轴上彗差量求出的微调心校正量，由第2透镜微动单元16使第2透镜系统12重复微动，从而使第1透镜系统11的光轴与第2透镜系统12的光轴自动一致。
然而，特开昭61-84541号公报记载的已有MTF测量装置存在下列问题。即，有可能通过每一视场角配置光源3、缝隙2、以及摄像元件4，一次算出与多个视场角对应的MTF值。可是，该情况下，存在组成单元多的问题。而且，光源3和缝隙2的实际配置有限，不能简便地进行对多个视场角的MTF评价。也存在问题。
又，特开平6-265766号公报记载的已有透镜系统光轴调整装置存在下列问题。即，上述透镜系统光轴调整装置进行透镜系统的光轴调整时，没有准确确认第1透镜系统11与第2透镜系统12的光轴是否一致的技术。因此，已有透镜系统光轴调整装置的情况下，进行透镜系统的光轴调整(光轴调整工序)后，又将被测透镜换装到MTF测量装置，测量MTF值，所以需要进行光轴调整工序调整欠妥的确认(检查工序)。希望简化光轴调整工序和检查工序。
又，上述已有透镜系统光轴调整装置中，虽然进行透镜系统的光轴调整，但使用调整用的感光元件17进行调整。因此，例如数字相机那样的摄像元件和透镜系统形成一体的相机透镜的透镜系统调整中，需要进行透镜系统的光轴调整后，又进行实际使用的摄像元件和透镜系统的位置调整。也希望对这点加以简化。再者，即使以后将实际作为组件固定的摄像元件配置在像面18，并利用该摄像元件进行透镜系统的调整，也将多条平行光以相同的入射角入射到被调整透镜系统，所以在像面18上将汇聚光斑缩小成实质上一点。因此，不能原样利用配置在像面18的摄像元件进行透镜系统的光轴调整，存在需要将光引导到上述组件用的摄像元件的另一透镜的问题。
因此，本发明的课题在于提供一种能连续进行透镜系统的光轴调整和MTF测量、能利用与各视场角对应的光高精度地调整透镜光轴并能连续进行摄像元件和透镜系统形成一体的相机透镜等的透镜系统的光轴调整和摄像元件的位置调整的透镜系统调整装置和使用该装置的透镜系统调整方法、以及摄像装置的制造装置和摄像装置的制造方法。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的透镜系统调整装置，具有产生成为基准轴的平行光的激光源部；包含多个透镜组成的透镜系统和摄像元件的被调整物；配置在所述激光源部与被调整物之间、同时还形成将来自所述激光源部的部分平行光偏转，以产生多个衍射元件和基片，该多个衍射元件与所述基准轴的角度为符合所述透镜系统的视场角的平行光束，并使其入射到所述透镜系统，该基片位于中心部、并使来自所述激光光源的部分平行光通过，以产生作为基准轴的基准光束而且使其入射到所述透镜系统的开口；使所述透镜系统和摄像元件中的至少一方移动的移动部；以及根据所述摄像元件的输出，算出使所述基准光束的像和所述偏转后的光束的像位于所述摄像元件的感光面上的规定位置用的所述透镜系统或摄像元件的移动量，并根据该算出的移动量，控制所述移动部的运作的运算控制处理部。
根据上述组成，利用所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述透镜系统移动，以便例如使所述基准光束的像位于所述摄像元件的感光面上的中心位置，从而能调整构成所述透镜系统的多个透镜的偏心或倾斜。又，使所述透镜系统移动，以便例如使受排列成对所述基片的中心对称的衍射元件偏转的光束的像对所述感光面形成点对称，从而能利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统的光轴。
又，一实施方式的透镜系统调整装置中，具有配置在所述基准轴上的所述基片与被调整物之间的光分支元件；配置在所述基准轴上的所述光分支元件与被调整物之间的光孔；以及检测出从所述激光源部出射，且同时通过所述基片的开口、光分支元件和光孔，并在所述摄像元件的基准面上反射后再次通过所述光孔，而且由所述光分支元件反射到与所述基准轴正交的方向的光的光检测器。
根据此实施方式，利用所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述摄像元件移动，以便例如使所述检测器检测出的光位于所述检测器的感光面的中心，从而所述透镜系统的光轴调整前，就能调整成所述基准轴与所述被调整物的基准面的角度和位置为最佳。
又，一实施方式的透镜系统调整装置中，将受所述基片的衍射元件偏转并入射到所述透镜系统的所述平行光束的直径和通过所述基片的开口后入射到所述透镜系统的所述基准光束的直径，设定成大于所述透镜系统的入射瞳的直径。
根据此实施方式，可缓解使所述透镜系统的入射瞳中心与所述基准轴一致时的调整精度。
又，一实施方式的透镜系统调整装置中，所述移动部使所述透镜系统和所述摄像元件移动，并且具有以对所述基准轴固定的方式，保持构成部分所述透镜系统的第1透镜元的第1保持单元；保持构成其余所述透镜系统的第2透镜元的第2保持单元；以及构成使所述透镜系统移动的移动部且同时使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动的透镜元移动机构。
根据此实施方式，在所述运算控制处理部的控制下，透镜元移动机构能使构成所述透镜系统的所述第1透镜元和第2透镜元分别移动。因此，能以分成第1、第2透镜元的方式精密地调整所述透镜系统的偏心或倾斜。
又，一实施方式的透镜系统调整装置中，所述基片上设置MTF测量用的图，同时还具有从所述激光源部侧均匀照明所述图的照明单元，所述运算控制处理部根据有关所述图的所述摄像元件的输出，算出所述透镜系统的MTF值。
根据此实施方式，所述透镜系统的偏心或倾斜的调整和所述透镜系统的光轴调整结束后，接着能测量作为所述透镜系统的析像力的指标的MTF。因此，得到的MTF值与设计值(目标值)的差值大时，可再次进行所述透镜系统的光轴调整，从而能减小不合格品的产生率。
又，一实施方式的透镜系统调整装置中，具有光量调整单元，该光量调整单元根据所述摄像元件的输出，求出从所述激光源部出射的平行光被所述光学系统汇聚到所述摄像元件的感光面上后形成的光斑的光强度峰值，并根据所述峰值调节所述激光源部的光量。
根据此实施方式，由于根据所述摄像元件的感光面上的光强度峰值调节所述激光源部的光量，即便是能量密度高的汇聚光斑也能在所述光轴调整时调整所述光量，使摄像元件中不产生污斑。
又，本发明的透镜系统调整方法，使用上述的透镜系统调整装置，并且包含以下工序由所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，并使所述摄像元件移动，以便通过所述基片的开口的基准光束的像位于所述摄像元件的感光面的中心的工序；由所述第1保持单元以对所述基准轴固定的方式保持所述第1透镜元，而由所述第2保持单元保持所述第2透镜元的工序；由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动，以便通过所述基片的开口的基准光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑位于所述摄像元件的感光面的中心的工序；由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元和第2保持单元的至少所述一方移动，以便通过所述基片的衍射元件后偏转的光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑排列在所述摄像元件的感光面上的规定位置的工序；以及使所述透镜系统和摄像元件对所述基准轴固定的工序。
根据上述组成，由所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述摄像元件移动，以便所述基准光束的像位于所述摄像元件的感光面的中心，因此能调整成所述基准轴与所述被调整物的基准面的相对位置最佳。而且，由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动，以便所述基准光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑位于所述摄像元件的感光面的中心，因此能用简便的方法调整构成所述透镜系统的多个透镜的偏心或倾斜。又，由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动，以便所述偏转的光束的所述第1透镜元和第2透镜元造成的汇聚光斑排列在所述摄像元件的感光面上的规定位置，因此能利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统。
又，本发明的一种透镜系统调整方法，使用上述透镜系统调整装置，并且包含以下工序由所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，并使所述摄像元件移动，以便通过所述基片的开口的基准光束的像位于所述摄像元件的感光面的中心的工序；由所述第1保持单元以对所述基准轴固定的方式保持所述第1透镜元，而由所述第2保持单元保持所述第2透镜元的工序；由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动以便通过所述基片的开口的基准光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑位于所述摄像元件的感光面的中心的工序、由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元和第2保持单元的至少所述一方移动，以便通过所述基片的衍射元件后偏转的光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑排列在所述摄像元件的感光面上的规定位置的工序；由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元和第2保持单元移动，以便通过所述基片的MTF测量用的图的来自所述照明单元的光的像在所述摄像元件的感光面上成像的工序；由所述运算控制处理部根据有关所述图的像的所述摄像元件的输出，算出MTF值的工序；以及所述算出的所述透镜系统的MTF值与作为目标的MTF值之差在规定的范围内时，使所述透镜系统和摄像元件对所述基准轴固定的工序。
根据上述组成，由所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述摄像元件移动，以便所述基准光束的像位于所述摄像元件的感光面的中心，因此能调整成所述基准轴与所述被调整物的基准面的相对位置最佳。而且，由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动，以便所述基准光束的所述第1透镜元和所述第2透镜元造成的汇聚光斑位于所述摄像元件的感光面的中心，因此能用简便的方法调整构成所述透镜系统的多个透镜的偏心或倾斜。又，由所述运算控制处理部控制所述透镜元移动机构的运作，使所述第1保持单元和第2保持单元的至少一方移动，以便所述偏转的光束的所述第1透镜元和第2透镜元造成的汇聚光斑排列在所述摄像元件的感光面上的规定位置，因此能利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统。
此外，还由所述运算控制处理部算出所述透镜系统的MTF值，并且在该算出的MTF值与目标值之差为规定范围内时，使所述透镜系统和摄像元件对所述基准轴固定，所以所述透镜系统的偏心或倾斜的调整和所述透镜系统的光轴调整结束后，接着能测量作为所述透镜系统的析像力的指标的MTF。因此，能将所述透镜系统和摄像元件的光轴与位置调整工序、透镜系统的光轴调整工序、以及透镜系统的检查工序集约化。而且，得到的MTF值与设计值(目标值)的差值大时，可再次进行所述透镜系统的光轴调整，从而能减小不合格品的产生率。
又，本发明的摄像装置的制造装置，该摄像装置具有多个透镜组成的透镜系统和摄像元件，所述制造装置具有保持所述摄像元件而且使所述摄像元件移动，并进行调整以便使所述摄像元件的光轴与基准轴一致的摄像元件保持部；保持所述透镜系统而且使所述透镜系统移动并进行调整，以便使所述透镜系统的光轴与所述摄像元件的光轴一致的透镜系统保持部；根据所述摄像元件的输出，计算所述摄像元件的光轴离开所述基准轴的偏移量和所述透镜系统的光轴离开所述摄像元件的光轴的偏移量，并根据该算出的偏移量控制所述摄像元件保持部和透镜系统保持部的运作，而且算出调整所述光轴后的所述透镜系统的MTF值，并评价该算出的MTF值的运算控制处理部；以及如果所述运算控制处理部的所述MTF值评价结果为认可，则使所述透镜系统对所述摄像元件固定的固定部。
根据上述组成，能利用所述运算控制处理部的运算控制连续进行所述透镜系统的光轴调整和MTF评价。因此，能将对所述透镜系统的光轴调整工序和检查工序集约化，可简化摄像装置的制造工序并谋求削减制造成本。而且，能仅固定作为所述透镜系统的析像力指标的MTF的评价结果为认可的透镜系统，而MTF评价结果为不可时，能进行光轴的重新调整，从而能减小不合格品产生率。又，即使进行光轴重新调整，MTF评价结果也为不可时，不将所述透镜系统固定，所以能重新利用所述摄像元件和透镜系统。
又，一实施方式的摄像装置的制造装置，其中具有的光源部包含激光源；以及将来自所述激光源的部分平行光偏转，以产生与所述基准轴的角度为符合所述透镜系统的视场角的平行光束，并使其入射到所述透镜系统的多个衍射元件。
根据此实施方式，利用所述多个衍射元件将与所述基准轴的角度不同的多条平行光同时入射到所述透镜系统，因此将通过所述透镜系统后汇聚的光束以分离的方式汇聚在像面上，而不汇聚成1点。因此，不需要将汇聚成1点的光束分离用的透镜，能将与所述透镜系统形成一体并构成摄像装置的摄像元件原样用作光轴调整用的摄像元件。而且，能利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统的光轴。
又，一实施方式的摄像装置的制造装置中，在所述衍射元件上形成MTF测量用的图案。
根据此实施方式，能用所述衍射元件算出MTF值，不必将所述MTF测量用的缝隙和图与所述衍射元件分开设置。因此，能在所述透镜系统的光轴调整后，接着高效率地进行所述透镜系统的MTF评价，不必进行多余的检查系统的光学调整。
又，一实施方式的摄像装置的制造装置中，所述固定部包含供给紫外线硬化粘接剂的粘接剂供给部；以及对所述紫外线硬化粘接剂注射紫外线的紫外线照射部。
根据此实施方式，能利用紫外线硬化粘接剂和对该粘接剂的紫外线照射迅速进行所述MTF评价结果为认可的透镜系统的固定。
又，本发明的摄像装置的制造方法，该摄像装置具有多个透镜组成的透镜系统和摄像元件，所述制造方法具有以下工序根据接收来自处在基准轴上的光源的光的所述摄像元件的输出，求出所述透镜系统的光轴离开所述摄像元件的光轴的偏移量，并根据该求出的偏移量使所述透镜系统移动，以便使所述透镜系统的光轴与所述摄像元件的光轴一致的光轴调整工序；使来自所述光源的光通过已调整所述光轴的透镜系统在所述摄像元件的感光面上成像，以算出所述透镜系统的MTF值，并评价该算出的MTF值的MTF值计算评价工序；以及如果所述MTF值的评价结果为认可，则使所述透镜系统对所述摄像元件固定的透镜固定工序。
根据上述组成，能连续进行所述透镜系统的光轴调整和MTF评价。因此，能将对所述透镜系统的光轴调整工序和检查工序集约化，可简化摄像装置的制造工序并谋求削减制造成本。而且，能仅固定作为所述透镜系统的析像力指标的MTF的评价结果为认可的透镜系统，而MTF评价结果为不可时，能进行光轴的重新调整，从而能减小不合格品产生率。又，即使进行光轴重新调整，MTF评价结果也为不可时，不将所述透镜系统固定，所以能重新利用所述摄像元件和透镜系统。
又，一实施方式的摄像装置的制造方法中，所述光轴调整工序中，将激光源用作所述光源，并且由配置在所述激光源与透镜系统之间的多个衍射元件，将来自所述激光源的部分平行光偏转，以产生与所述基准轴的角度为符合所述透镜系统的视场角的平行光束，使其入射到所述透镜系统。
根据此实施方式，利用所述多个衍射元件将与所述基准轴的角度不同的多条平行光同时入射到所述透镜系统，因此将通过所述透镜系统后汇聚的光束以分离的方式汇聚在像面上，而不汇聚成1点。因此，不需要将汇聚成1点的光束分离用的透镜，能将与所述透镜系统形成一体并构成摄像装置摄像元件原样用作光轴调整用的摄像元件。而且，能利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统的光轴。
又，一实施方式的摄像装置的制造方法中，
在所述衍射元件上形成MTF测量用的图案，并且在所述MTF计算评价工序中使用通过所述MTF测量用的图案的来自所述光源的光。
根据此实施方式，能用所述衍射元件算出MTF值，不必将所述MTF测量用的缝隙和图与所述衍射元件分开设置。因此，能在所述透镜系统的光轴调整后，接着高效率地进行所述透镜系统的MTF评价，不必进行多余的检查系统的光学调整。
从上文可知，根据本发明，利用所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述透镜系统移动，以便所述基准光束的像位于所述摄像元件的感光面上的规定位置，因此能通过使所述基准光束的像位于所述感光面的中心的位置，调整构成所述透镜系统的多个透镜的偏心或倾斜。
而且，利用所述运算控制处理部控制所述移动部的运作，使所述透镜系统移动，以便受基片的衍射元件偏转的光束的像位于所述摄像元件的感光面上的规定位置，所以能通过例如受排列成对所述基片的中心对称的衍射元件偏转的光束的像形成对所述感光面点对称，利用与多个视场角对应的光高精度地调整所述透镜系统的光轴。
又，根据一实施方式，所述透镜系统的偏心或倾斜的调整和所述透镜系统的光轴调整结束后，接着测量作为所述透镜系统的析像力的指标的MTF，因此能将所述透镜系统和摄像元件的光轴与位置调整工序、透镜系统的光轴调整工序、以及透镜系统的检查工序集约化。而且，得到的MTF值与设计值(目标值)的差值大时，可再次进行所述透镜系统的光轴调整，从而能减小不合格品的产生率。
图1是本发明的透镜系统调整装置的概略组成图。
图2是图1的基片的俯视图。
图3是示出图1所示的透镜系统调整装置进行透镜系统的基准面与基准轴达成垂直时的情况的图。
图4是示出图1所示的透镜系统调整装置进行透镜系统和摄像元件的光轴与位置调整时的情况的图。
图5是示出图1所示的透镜系统调整装置进行透镜系统的光轴调整时的情况的图。
图6是示出利用粘接剂等固定光轴调整后的透镜系统和摄像元件的状态的图。
图7是示出第2透镜元调整前的摄像元件上的像的图。
图8是示出第2透镜元调整中的摄像元件上的像的图。
图9是示出第2透镜元调整完的摄像元件上的像的图。
图10是示出求图9的缝隙像的强度分布时的方向的图。
图11A是示出图10中往径向的强度分布和MTF的图。
图11B是示出图10中往径向的强度分布和MTF的图。
图12A是示出图10中往切向的强度分布和MTF的图。
图12B是示出图10中往切向的强度分布和MTF的图。
图13是已有MTF测量装置的概略组成图。
图14是示出利用图13所示的MTF测量装置获得的强度分布的图。
图15是示出基于图14所示的强度分布的MTF值的图。
图16是已有光轴调整装置的概略组成图。
具体实施例方式
下面，利用图示的实施方式详细说明本发明。图1是本实施方式的透镜系统调整装置的概略组成图。
本透镜系统调整装置，一般包含光源21、透镜系统22、基片24、摄像元件25、保持部26、第1移动机构27、以及运算控制处理部28。光源21具有激光元件，产生成为基准轴A的平行光。透镜系统22包含多个透镜，而且成为调整对象。基片24被配置在光源21与透镜系统22之间，而且设置使将光源21产生的部分平行光偏转后取得的平行光入射到透镜系统22的多个衍射元件23。将保持部26配置在基准轴A上的透镜系统22的后面，保持接收来自光源21的光的CCD等构成的摄像元件25。再者，此摄像元件25在调整后与透镜系统形成一体，构成数字相机等的相机透镜。第1移动机构27使摄像元件25与保持部26一起移动。运算控制处理部28根据摄像元件25的输出，计算透镜系统22的光学上的评价。还计算控制摄像元件25的移动用的控制量，产生基于此控制量的控制信号，输出到第1移动机构27。
图2是所述基片24的俯视图。如图2所示，在基片24上以例如配置成环状的方式形成衍射元件23，使其在与透镜系统22的视场角对应的位置形成点对称。而且，在配置成圆形的衍射元件23的中央部形成使来自光源21的光通过，并产生成为基准轴A的平行光(下文称为基准光)的开口部29。还将衍射元件23排列成其衍射光的与基准轴A的角度为符合透镜系统22的视场角的角度。此外，考虑配置成不需要的衍射光不入射到透镜系统22。
再者，设定产生成为基准轴A的基准光的开口29的大小和与透镜系统22的视场角对应配置的衍射元件23的大小，使入射到透镜系统22的入射瞳的各平行光的直径大于透镜系统22的入射瞳。这样，能缓解使透镜系统22的入射瞳中心与本透镜系统调整装置的基准轴一致时的调整精度。
又，在所述基片24的与检查所述MFT的视场角对应的位置上，设置MTF测量用的缝隙30。此缝隙30只要是点像、线像和棱像等一般能测量MTF值的，什么样的形状都可以。本实施方式的情况下，由于将切向和径向的MTF值测量作为前提，使用对所述两个方向平行的2条直线组成的十字线。所述切向和径向如图2所示。
而且，从产生平行光的光源21侧，利用例如白色LED(发光二极管)或卤素灯等照明装置(未图示)照明所述MTF测量用的缝隙30。这时，将所述照明装置设定成穿透各缝隙30的光的强度均匀。又，对基片24的除衍射元件23、开口29和缝隙30以外的区域实施掩蔽处理，使来自光源21的平行光不穿透，从而构成不需要的光不入射到透镜系统22。
为了如图3所示那样进行所述基准轴A与透镜系统22的基准面达成垂直，具有配置在基准轴A上的光分支元件31和光孔32、以及检测出由光源21照射并在透镜系统22的基准面和光分支元件31上反射的反射光的光检测器33。还具有以对基准轴A固定的方式保持图1所示那样构成透镜系统的部分透镜元(下文成为第1透镜元)39的第1保持单元34、保持透镜系统22的其余的透镜元(下文称为第2透镜元)40的第2保持单元35、以及使第2保持单元35移动的第2移动机构36。而且，运算控制处理部28算出控制第2保持单元35的移动用的控制量，并产生基于此控制量的控制信号，输出到第2移动机构36。
需要根据所述透镜系统22的设计，配置机械快门37，或在摄像元件25上配置IR(红外线)切断滤光片或低通滤光片等滤光片38。
图3～图6示出本透镜系统调整装置的光轴调整程序。图7～图9示出摄像元件25上形成的汇聚光斑和十字形缝隙像。图10～图12示出本透镜系统调整装置的MTF计算方法。下面，按照图3～图12详细说明使用本透镜系统调整装置的光轴调整方法和MTF测量方法。
图3～图6示出使用本透镜系统调整装置的透镜系统22和摄像元件25的位置调整程序和透镜系统22的光轴调整程序。
图3中，首先，进行调整，使基准轴A与摄像元件正交，而且基准轴A与摄像元件25的中心一致。
具体而言，由第1移动机构27调整对摄像元件25的Y轴的摆角θ和对X轴的摆角φ，使得从所述光源21辐射并通过形成衍射元件23的基片24的中心部配置的开口29和作为光分支元件31的半透明反射镜的部分基准光(下文成为中心轴光)通过光孔32，到达摄像元件25，在摄像元件25的保护玻璃(未图示)上反射后，再次通过光孔32，在半透明反射镜31上反射到与基准轴A正交的方向，由作为光轴调整用的光检测器33的摄像元件检测出。在这种情况下，虽然未图示，但来自摄像元件33的输出变成输入到运算控制处理部28，由运算控制处理部28求出所述中心轴光的从摄像元件33的中心往Z轴方向的偏移量和往Y轴方向的偏移量，并根据Z轴方向的偏移量算出对Y轴的摆角θ，而根据对Y轴的偏移量算出对X轴的摆角φ。然后，产生基于算出的摆角θ、φ的控制信号，输出到第1移动机构27。
其次，由运算控制处理部28根据来自所述摄像元件25的信号，求出作为基准轴A的所述中心轴光的从摄像元件25的中心往XY轴方向的偏移量，并根据此偏移量算出往XY轴方向的移动量。进而，产生基于算出的移动量的控制信号，输出到第1移动机构27。然后，第1移动机构24使摄像元件25往XY方向移动，并调整摄像元件25的位置，使得基准轴A与摄像元件25的感光面中心一致。这样，预先调整透镜系统22的基准面(摄像元件25的表面)与本透镜系统调整装置的基准轴(基准轴A)的角度和位置。再者，在摄像元件25的表面安装IR切断滤光片或低通滤光片等的滤光片38组成的平行平板的情况下，可用来自所述平行平板的表面的反射光，进行摄像元件25的角度和位置的调整。
接着，如图4所示，原样保持调整后的摄像元件25的状态不变，并由保持单元34使构成透镜系统22的第1透镜元35固定。然后，第1移动机构27使摄像元件25往+Z方向或-Z方向移位，以便通过基片24的开口29和光孔32的所述中心轴光汇聚在摄像元件25上。在这种情况下，运算控制处理部28根据来自摄像元件25的信号算出中心轴光的像的照度，一面使摄像元件25往+Z方向或-Z方向逐一移动规定长度，一面找出所述算出的照度为最大的位置。或者也可找出所述中心轴光的像的光斑直径为最小的位置。
受到固定的所述第1透镜元39存在透镜偏心或倾斜时，入射到第1透镜元39的中心轴光汇聚在若干偏移的位置，而非摄像元件25的中心部。在这种情况下，从成像性能的角度看，重要的是所述中心轴光按直角入射到摄像元件25，所以用第1移动机构27进行摄像元件25的摆角θ、φ的调整，使像的离焦侧对称，而且进行往XY方向的调整，使到达摄像元件25的光位于摄像元件25的中心。这时，随时往±Z方向移位，修正对摄像元件25的汇聚光的减小。此情况下，运算控制处理部28首先算出将摄像元件25上的所述中心轴光的像的中心和该中心的照度作为基准的照度分布，并算出使该算出的照度分布均匀用的摄像元件25的摆角θ、φ后，将出基于算出的θ、φ的控制信号输出到第1移动机构27。接着，产生使所述中心轴光的像的中心位于摄像元件25的中心用的控制信号，输出到第1移动机构27。
接着，如图5所示，去除所述光孔32，同时还利用第2保持单元35固定其余构成透镜系统22的第2透镜元40，并随时一面利用第1移动机构27调整摄像元件25的Z方向的位置，使汇聚光斑在摄像元件25上成像，一面利用第2移动机构36将第2保持单元35往XYZ方向移位，同时还调整摆角。这时在摄像元件25上的像如图7～图9所示那样变化。图7和图8示出透镜系统22的第1透镜元39与成为调整对象的第2透镜元40的相对偏心或倾斜的情况。但是，图7为第2透镜元40调整前，图8为第2透镜元40调整中。
图7中，通过所述基片24的开口29的所述基准光的汇聚光斑42与摄像元件25的中心的位置错开。然而，通过进行第2透镜元40的XYZ调整和摆角调整，使基准光的汇聚光斑42与摄像元件25的中心41一致，如图9所示。在这种情况下，运算控制处理部28根据摄像元件25上的汇聚光斑42与摄像元件25的中心41的偏移量，产生使所述基准光的汇聚光斑42位于摄像元件25的中心用的控制信号，输出到第2移动机构36。
又，通过所述基片24的各衍射元件23后偏转的与各视场角对应的光入射到透镜系统22，在摄像元件25上形成汇聚光斑43的群。通过进行第2透镜元40的XYZ调整和摆角调整，将该汇聚光斑43的群配置成对中心光的汇聚光斑42形成点对称，如图9所示。在这种情况下，运算控制处理部28根据摄像元件25上的汇聚光斑43的照度分布算出汇聚光斑43的群的重心，产生使汇聚光斑42位于该算出的重心用的控制信号，输出到第2移动机构36。
因此，如图9所示，调整所述第2透镜元40，则调整成多个透镜构成的透镜系统22的第1透镜元39和第2透镜元40实质上没有偏心或倾斜。关于摄像元件25，也调整到对透镜系统22最佳的位置。
再者，图7～图9中，以简易方式用圆号表示全部所述各汇聚光斑42、43。然而，实际上由于产生透镜倾斜或偏心等造成的光学像差，汇聚光斑42、43并非圆。
图9所示的阶段为暂时调整中，因而后续的MTF检查工序结束前，透镜系统22的第2透镜元40和摄像元件25不固定。
接着，说明测量所述MTF值的方法。使用在形成衍射元件23的基片24上形成并从光源侧均匀照明的十字形的缝隙30，进行此MTF值测量。
首先，如上文所述，使调整第1、第2透镜元39、40和摄像元件25的光轴后的透镜系统22在光轴上移动成摄像元件25的感光面上的缝隙30的像的照度最大，并且在摄像元件25的感光面上对合透镜系统22的焦点，使十字形的缝隙30在摄像元件25上成像。在这种状态下，如图9所示，使十字形的缝隙30在摄像元件25的感光面上成像。然后，如图10所示，由运算控制处理部28在十字形的缝隙30的像44的虚线部分，对径向和切向求出强度分布，从而得到图11A和图12A所示的强度分布。然后，通过对该强度分布进行傅立叶变换，如图11B和图12B所示，简易地测出MTF值。
在此阶段，尤其在所述MTF值没有问题(即如果算出的MTF值与作为目的的MTF值的差值在允许范围内)的条件下，利用粘接剂45等将光轴调整后的透镜系统22的各透镜元39、40和摄像元件25固定，如图6所示。所述MTF值存在问题，则由第2移动机构36根据作为目的的MTF值与算出的MTF值的差值控制第2保持单元35，再次以上述方式进行透镜系统22的光轴调整。
再者，通过例如从粘接剂供给部(未图示)供给紫外线硬化粘接剂作为粘接剂45，并由紫外线照射部(未图示)照射紫外线，进行所述第1、第2透镜元39、40和摄像元件25的固定。46是配置在光源21与基片24之间的ND滤光片。
这样，能利用同一透镜系统调整装置，连续进行包含多个透镜的透镜系统22和摄像元件25的光轴与位置调整的工序、透镜系统22的光轴调整工序、以及使用所述MTF的透镜系统22的检查工序。而且，可通过根据所述检查工序的检查结果再次进行所述光轴调整工序，减少不合格品的产生。
又，利用运算控制处理部28根据摄像元件25、33的输出产生的控制信号，进行这时的所述第1移动机构27和第2移动机构36造成的摄像元件25和第2保持单元35的移动。因此，能自动连续进行透镜系统22和摄像元件25的光轴与位置调整、透镜系统22的光轴调整以及透镜系统22的检查。
如上所述，本实施方式中，对调整后与透镜系统22形成一体并构成数字相机等的相机透镜的摄像元件25，设置通过保持部26使摄像元件25移动的第1移动机构27。然后，使用光源21、开口29、光分支元件31、光孔32、以及光检测器33，并由第1移动机构27调整摄像元件25的角度和位置，使所述中心轴光与光检测器33的中心一致。因此，能预先调整透镜系统22的基准面(摄像元件25的表面)和调整装置的基准轴(基准轴A)的角度和位置。
又，利用第1保持单元34将包含多个透镜的透镜系统22的第1透镜元39固定，并利用第1移动机构27使摄像元件25移动，以便将所述中心轴光汇聚到摄像元件25的中心。因此，能连续自动进行调整后形成一体并构成数字相机等的相机透镜的透镜系统22和摄像元件25的光轴调整以及位置调整。
将在与所述透镜系统22的各视场角对应的位置上把衍射元件23形成为点对称的基片24，配置在光源21与第1透镜元39之间。然后，利用第2保持单元35将构成透镜系统22的第2透镜元40固定，同时还利用第2移动机构36使第2保持单元35移动，以便使所述基准光的汇聚光斑42与摄像元件25的中心一致，并且受衍射元件23对应于各视场角偏转的光的汇聚光斑43的群对摄像元件25的中心形成点对称。因此，能利用与多个视场角对应的光高精度地调整透镜系统22的光轴。
在基片24的表面对合调整光轴后的所述透镜系统22的焦点，使十字形的缝隙30在摄像元件25上成像。然后，由运算控制处理部28求出十字形的缝隙30的像44在径向和切向的强度分布，并对该强度分布进行傅立叶变换，从而测出所述MTF值。因此，能后续于透镜系统22的光轴调整，自动且简便地测量作为透镜系统22的析像力指标的MTF值。而且，所述MTF值的测量结果不好时，能根据所述MTF值测量结果再次进行透镜系统22的光轴调整。因此，能减小不合格品的产生率。
再者，上述实施方式中，能使所述运算控制处理部28具有作为所述光量调整单元的功能，根据来自摄像元件25的输出信号，求出来自光源21的平行光被透镜系统22汇聚在摄像元件25上而形成的汇聚光斑42、43的光强度峰值，并根据所述峰值调节光源的光量。通过这样调节，即便是能量密度高的汇聚光斑，也能将光量控制成光轴调整时摄像元件25中不发生污斑。
上述实施方式中，在基片24上与衍射元件23分开地设置MTF测量用的缝隙30，作为MTF测量用的图案。然而，也可在衍射元件23上形成所述MTF测量用的图案。在这种情况下，不必与衍射元件23分开地设置MTF测量用的缝隙或图，基片24的组成简单。而且，能用衍射元件23进行MTF测量，可免除MTF测量时的光学调整，在透镜系统22的光轴调整后，接着高效率进行MTF测量。
上述实施方式中，将调整后与透镜系统22形成一体并构成数字相机等的相机透镜的摄像元件25用作各种调整用的摄像元件。然而，也可用调整专用的摄像元件。但是，在这种情况下，需要在透镜系统22的光轴调整和MTF值测量后，进行构成相机透镜的摄像元件和透镜系统22的位置调整。
上述实施方式中，由所述第1透镜元39和第2透镜元40这两个透镜元构成所述透镜系统22，但由不少于3个透镜元构成时也能同样地进行透镜系统的光轴调整。在这种情况下，可由第2保持单元35保持最接近摄像元件25侧的透镜元并调整位置和角度。
上述实施方式中，阐述了由所述光源21、基片24、保持部26、第1移动机构27、运算控制处理部28、第1保持单元34、第2保持单元35、以及第2移动机构36，概略构成并进行对透镜系统22和摄像元件25的光学调整的透镜系统调整装置。然而，所述透镜系统调整装置，对以后成为一体地构成数字相机等摄像装置的透镜系统22和摄像元件25进行光学调整，所以可当作制造所述摄像装置的装置。
权利要求
1.一种透镜系统调整装置，其特征在于，具有产生成为基准轴(A)的平行光的激光源部(21)；包含多个透镜组成的透镜系统(22)和摄像元件(25)的被调整物；配置在所述激光源部(21)与被调整物之间、同时还形成多个衍射元件(23)和开口(29)的基板，所述多个衍射元件(23)将来自所述激光源部(21)的部分平行光偏转，以产生与所述基准轴(A)的角度为符合所述透镜系统(22)的视场角的平行光束，并使其入射到所述透镜系统(22)，所述开口(29)位于中心部、并使来自所述激光光源(21)的部分平行光通过，以产生作为基准轴(A)的基准光束而且使其入射到所述透镜系统(22)；使所述透镜系统(22)和摄像元件(25)中的至少一方移动的移动部(27、36)；以及根据所述摄像元件(25)的输出，算出使所述基准光束的像(42)和所述偏转后的光束的像(43)位于所述摄像元件(25)的感光面上的规定位置用的所述透镜系统(22)或摄像元件(25)的移动量，并根据该算出的移动量，控制所述移动部(27、36)的运作的运算控制处理部(28)。
2.如权利要求1中所述的透镜系统调整装置，其特征在于，具有配置在所述基准轴(A)上的所述基片(24)与被调整物之间的光分支元件(31)；配置在所述基准轴(A)上的所述光分支元件(31)与被调整物之间的光孔(32)；以及检测出从所述激光源部(21)出射，且同时通过所述基片(24)的开口(29)、光分支元件(31)和光孔(32)，并在所述摄像元件(25)的基准面上反射后再次通过所述光孔(32)，而且由所述光分支元件(31)反射到与所述基准轴(A)正交的方向的光的光检测器(33)。
3.如权利要求1中所述的透镜系统调整装置，其特征在于，将受所述基片(24)的衍射元件(23)偏转并入射到所述透镜系统(22)的所述平行光束的直径和通过所述基片(24)的开口(29)后入射到所述透镜系统(22)的所述基准光束的直径，设定成大于所述透镜系统(22)的入射瞳的直径。
4.如权利要求1中所述的透镜系统调整装置，其特征在于，所述移动部(27、36)使所述透镜系统(22)和所述摄像元件(25)移动，并且具有以对所述基准轴(A)固定的方式，保持构成部分所述透镜系统(22)的第1透镜元(39)的第1保持单元(34)；保持构成其余所述透镜系统(22)的第2透镜元(40)的第2保持单元(35)；以及构成使所述透镜系统(22)移动的移动部(36)，且同时使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)的至少一方移动的透镜元移动机构。
5.如权利要求4中所述的透镜系统调整装置，其特征在于，所述基片(24)上设置MTF测量用的图(30)，同时还具有从所述激光源部(21)侧均匀照明所述图(30)的照明单元，所述运算控制处理部(28)根据有关所述图(30)的所述摄像元件(25)的输出，算出所述透镜系统(22)的MTF值。
6.如权利要求1中所述的透镜系统调整装置，其特征在于，具有光量调整单元，该光量调整单元根据所述摄像元件(25)的输出，求出从所述激光源部(21)出射的平行光被所述光学系统(22)汇聚到所述摄像元件(25)的感光面上后形成的光斑(42、43)的光强度峰值，并根据所述峰值调节所述激光源部(21)的光量。
7.一种透镜系统调整方法，其特征在于，使用权利要求4中所述的透镜系统调整装置，并且包含以下工序由所述运算控制处理部(28)控制所述移动部(27)的运作，并使所述摄像元件(25)移动，以便通过所述基片(24)的开口(29)的基准光束的像(42)位于所述摄像元件(25)的感光面的中心的工序；由所述第1保持单元(34)以对所述基准轴(A)固定的方式保持所述第1透镜元(39)，而由所述第2保持单元(35)保持所述第2透镜元(40)的工序；由所述运算控制处理部(28)控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)的至少一方移动，以便通过所述基片(24)的开口(29)的基准光束的所述第1透镜元(39)和所述第2透镜元(40)造成的汇聚光斑(42)位于所述摄像元件(25)的感光面的中心的工序；由所述运算控制处理部(28)控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)的至少所述一方移动，以便通过所述基片(24)的衍射元件(23)后偏转的光束的所述第1透镜元(39)和所述第2透镜元(40)造成的汇聚光斑(43)排列在所述摄像元件(25)的感光面上的规定位置的工序；以及使所述透镜系统(22)和摄像元件(25)对所述基准轴(A)固定的工序。
8.一种透镜系统调整方法，其特征在于，使用权利要求5中所述的透镜系统调整装置，并且包含以下工序由所述运算控制处理部(28)控制所述移动部(27)的运作，并使所述摄像元件(25)移动，以便通过所述基片(24)的开口(29)的基准光束的像(42)位于所述摄像元件(25)的感光面的中心的工序；由所述第1保持单元(34)以对所述基准轴(A)固定的方式保持所述第1透镜元(39)，而由所述第2保持单元(35)保持所述第2透镜元(40)的工序；由所述运算控制处理部(28)控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)的至少一方移动，以便通过所述基片(24)的开口(29)的基准光束的所述第1透镜元(39)和所述第2透镜元(40)造成的汇聚光斑(42)位于所述摄像元件(25)的感光面的中心的工序；由所述运算控制处理部(28)控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)的至少所述一方移动，以便通过所述基片(24)的衍射元件(23)后偏转的光束的所述第1透镜元(39)和所述第2透镜元(40)造成的汇聚光斑(43)排列在所述摄像元件(25)的感光面上的规定位置的工序；由所述运算控制处理部(28)控制所述透镜元移动机构的运作，并使所述第1保持单元(34)和第2保持单元(35)移动，以便通过所述基片(24)的MTF测量用的图(30)的来自所述照明单元的光的像(44)在所述摄像元件(25)的感光面上成像的工序；由所述运算控制处理部(28)根据有关所述图(30)的像(44)的所述摄像元件(25)的输出，算出MTF值的工序；以及所述算出的所述透镜系统(22)的MTF值与作为目标的MTF值之差在规定的范围内时，使所述透镜系统(22)和摄像元件(25)对所述基准轴(A)固定的工序。
9.一种摄像装置的制造装置，该摄像装置具有多个透镜组成的透镜系统(22)和摄像元件(25)，其特征在于，所述制造装置具有保持所述摄像元件(25)而且使所述摄像元件(25)移动，并进行调整以便使所述摄像元件(25)的光轴与基准轴(A)一致的摄像元件保持部(26、27)；保持所述透镜系统(22)而且使所述透镜系统(22)移动并进行调整，以便使所述透镜系统(22)的光轴与所述摄像元件(25)的光轴一致的透镜系统保持部(34、35、36)；根据所述摄像元件(25)的输出，计算所述摄像元件(25)的光轴离开所述基准轴(A)的偏移量和所述透镜系统(22)的光轴离开所述摄像元件(25)的光轴的偏移量，并根据该算出的偏移量控制所述摄像元件保持部(26、27)和透镜系统保持部(34、35、36)的运作，而且算出调整所述光轴后的所述透镜系统(22)的MTF值，并评价该算出的MTF值的运算控制处理部(28)；以及如果所述运算控制处理部(28)的所述MTF值评价结果为认可，则使所述透镜系统(22)对所述摄像元件(25)固定的固定部。
10.如权利要求9中所述的摄像装置的制造装置，其特征在于，具有的光源部包含激光源(21)；以及将来自所述激光源(21)的部分平行光偏转，以产生与所述基准轴(A)的角度为符合所述透镜系统(22)的视场角的平行光束，并使其入射到所述透镜系统(22)的多个衍射元件(23)。
11.如权利要求10中所述的摄像装置的制造装置，其特征在于，在所述衍射元件上形成MTF测量用的图案。
12.如权利要求9中所述的摄像装置的制造装置，其特征在于，所述固定部包含供给紫外线硬化粘接剂的粘接剂供给部；以及对所述紫外线硬化粘接剂照射紫外线的紫外线照射部。
13.一种摄像装置的制造方法，该摄像装置具有多个透镜组成的透镜系统(22)和摄像元件(25)，其特征在于，所述制造方法具有以下工序根据接收来自处在基准轴(A)上的光源(21)的光的所述摄像元件(25)的输出，求出所述透镜系统(22)的光轴离开所述摄像元件(25)的光轴的偏移量，并根据该求出的偏移量使所述透镜系统(22)移动，以便使所述透镜系统(22)的光轴与所述摄像元件(25)的光轴一致的光轴调整工序；使来自所述光源(21)的光通过已调整所述光轴的透镜系统(22)在所述摄像元件(25)的感光面上成像，以算出所述透镜系统(22)的MTF值，并评价该算出的MTF值的MTF值计算评价工序；以及如果所述MTF值的评价结果为认可，则使所述透镜系统(22)对所述摄像元件(25)固定的透镜固定工序。
14.如权利要求13中所述的摄像装置的制造方法，其特征在于，所述光轴调整工序中，将激光源用作所述光源(21)，并且由配置在所述激光源与透镜系统(22)之间的多个衍射元件(23)，将来自所述激光源的部分平行光偏转，以产生与所述基准轴(A)的角度为符合所述透镜系统(22)的视场角的平行光束，使其入射到所述透镜系统(22)。
15.如权利要求14中所述的摄像装置的制造方法，其特征在于，在所述衍射元件上形成MTF测量用的图案，并且在所述MTF计算评价工序中使用通过所述MTF测量用的图案的来自所述光源的光。
全文摘要
基片(24)在与透镜系统(22)的各视场角对应的位置将衍射元件(23)形成为点对称，并将该基片配置在光源(21)与透镜系统(22)的第1透镜元(39)之间。而且，由第2保持单元(35)将透镜系统(22)的第2透镜元(40)固定，并由第2移动机构(36)使第2保持单元(35)移动，以便使基准光的汇聚光斑与摄像元件(25)的中心一致，并且受基片(24)的各衍射元件(23)对应于各视场角加以偏转的光的汇聚光斑群对摄像元件(25)的中心形成点对称。这样，利用与多个视场角对应的光，高精度地调整透镜系统(22)的光轴。
文档编号G01M11/00GK101019057SQ20058003061
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月8日 优先权日2004年9月10日
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