JP2001359126A

JP2001359126A - 光軸傾斜角度検出装置とそれを備えた画像測定装置

Info

Publication number: JP2001359126A
Application number: JP2000180683A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yamagata; 久之山方
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2001-12-26
Also published as: KR20010113515A; US20020018139A1

Abstract

(57)【要約】【課題】画像表示画面の鉛直線に対するカメラの光
軸の傾きθを、傾斜角度検出のための特別な光学系やセ
ンサを設けることなく画像情報の処理のみで検出できる
ようにする。【解決手段】画像表示面内の複数の領域Ｓｘｎにおける
局所的フォーカス度を求め、その偏差が大きいほど光軸
の傾斜角度θｘが大きいと判定する。その局所的なフォ
ーカス度を示す値として、領域Ｓｘｎの一端から他端に
渡ってｘ方向に沿って画像の輝度値を求めることをｙ方
向における全域に渡って行い、ｘ方向に隣接する部分の
輝度値の差のうち一定値を越える値を上記領域Ｓｘｎ全
域に渡って積算し、その積算値を所定領域Ｓｘｎの面積
で除した値であるｘ方向におけるフォーカス値Ｆｘｎを
用いる。θｙについても同様にｙ方向におけるフォーカ
ス値Ｆｙｎを用いる。そして、それ等の偏差から傾斜角
度θのｘ方向成分θｘとｙ方向成分θｙを同時に求める
と良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶表示素
子、プラズマ表示素子等の画像表示面をカメラにより撮
像して該カメラの光軸の上記画像表示面の鉛直線に対す
る傾斜角度を検出する光軸傾斜角度検出装置と、それを
用いて上記画像表示面の測定、検査等を行う画像測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば液晶表示素子、プラズマ表示素子
等を画面に画像を表示させる装置の各種測定、検査のな
かには、その装置の画面に所望の画像を表示させ、それ
をカメラで撮像して評価をする測定、検査があり、それ
は画像測定装置により行われる。そのような画像測定装
置により測定、検査を行う上で重要なことの一つは、画
像測定装置側のカメラが画像表示面に対してきちんと正
対していること、即ちカメラの光軸が測定対象面である
画像表示面に鉛直になっていることである。傾きがある
と、カメラの結像特性が著しく劣化するためである。

【０００３】そのため、測定対象物に対してカメラの向
きを鉛直にする調整機構が案出されており、その一例が
特開平１０−１７６９０６号公報に紹介されている。こ
の内容を簡単に説明すると、測定対象物観察用の観察光
源と測定対象物の傾き測定用の測定光源を上記測定対象
物に対して共役になるように設け、上記観察光源及び測
定光源から投射され上記測定対象物にて反射された観察
光及び測定光を結像ユニットにて所定位置に結像し、該
位置にて結像された上記観察光及び測定光に基づいて測
定ユニットにて観察像と傾きを測定するようにしたもの
である。

【０００４】他の従来例として、カメラの光軸上に測距
センサを設置し、測定対象物との距離を測定することに
よりカメラの傾きを判定する技術もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
より紹介された技術には下記の問題（１）〜（４）があ
った。（１）光源として観察光源（例えばハロゲンランプ、蛍
光ランプ等）と、測定光源（例えばレーザダイオード
等）が必要であり、しかも、実用上、その二つの光源か
らの光を同じ光路に通すためにダイクロイックミラーを
必要とするので、装置の部品点数が多くなり、装置が複
雑となる。従って画像測定装置が高価格化する。

【０００６】（２）観察光学系と測定光学系からなる二
光学系間相互の位置調整、即ち光軸合わせが必要とな
り、この作業が面倒であるので、コストアップの要因と
なる。（３）観察光による像と測定光による測定スポットが同
じ平面上に結像され、その二つの光が相互に影響し合う
ので、測定精度が悪くなる。尤も、画像処理により精度
を保証することは不可能ではない。しかし、その場合、
特別な画像処理が必要となり、延いては特殊なソフトウ
ェアが必要になる。これも画像測定装置高価格化の要因
になる。

【０００７】（４）コリメータ（平行度）は基準点に対
する、例えば十字線状測定用マークのずれ量で検出する
ので、予め傾きに関するデータ（基準点）があることを
前提として測定が可能なのであり、そのデータがない場
合にはカメラの傾きの測定ができないと言う根元的な問
題がある。

【０００８】また、他の従来例である、カメラの光軸上
に測距センサを設置し、測定対象物との距離を測定する
ことによりカメラの傾きを判定する技術には、下記の問
題（５）〜（７）があった。（５）測定対象物とカメラの距離はわかるが、光軸の向
きがわからない。

【０００９】（６）予め傾きがない場合の距離データ
（基準点）がないとカメラの傾きの状態がわからない。（７）測定対象面に透明フィルム、ガラス等の鏡面反射
物（ＬＣＤパネル等）が設けられているため鏡面反射光
と乱反射光が同時に発生するような場合、正確な測定が
できず、検出物の傾きによって出力が大きく変動する。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、画像表示画面の鉛直線に対するカメ
ラの光軸の傾きを、傾斜角度の検出のための特別な光学
系やセンサを設けることなく画像情報の処理のみにより
検出することができる光軸傾斜角度検出装置とそれを用
いた画像測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の光軸傾斜角度
検出装置は、画像表示面内における複数の領域における
局所的なフォーカス度を求め、そのフォーカス度の偏差
により光軸の傾斜角度を偏差が大きいほど大きいと判定
して検出するものである。

【００１２】従って、請求項１の光軸傾斜角度検出装置
によれば、単に画像表示面内の複数の領域におけるフォ
ーカス度を画像処理により検出することにより上記傾斜
角度を検出することができ、傾斜角度の検出のための特
別な光学系やセンサを要しない。即ち、カメラと画像表
示画面とが正対しておれば画像表示画面内の複数の箇所
の局所的なフォーカス度にはほとんど差がない筈である
が、それ等が互いに正対していない場合、つまり、画像
表示画面の鉛直線に対してカメラの光軸が傾斜している
場合には、複数の箇所のフォーカス度には違いが出てく
る筈である。そして、傾斜角度が大きい程そのフォーカ
ス度の違いは大きい筈である。例えば或る箇所では所謂
前ピンだが別の或る箇所では所謂後ピンということが起
き得る。従って、局所的なフォーカス度の偏差（違い）
から傾斜角度を正確に判断することができるのであり、
本発明はその原理を有効に活用するものである。

【００１３】請求項２の光軸傾斜角度検出装置は、画像
表示面内の領域の局所的なフォーカス度を示す値とし
て、上記領域の一端から他端に渡って一方向に沿って画
像の輝度値を求めることを該一方向と直交する方向にお
ける全域に渡って行い、該一方向に隣接する部分の輝度
値の差のうち一定値を越える値を上記領域全域に渡って
積算し、その積算値を該所定領域の面積で除した値であ
る上記一方向におけるフォーカス値を求めることを特徴
とする。

【００１４】従って、請求項２の光軸傾斜角度検出装置
によれば、その領域内の局所的な焦点の合い具合、即ち
フォーカス度を、カメラを通じて取り込んだ画像表示面
からの画像の輝度を量子化、演算等の処理により数値化
して求めることができ、フォーカス度の偏差、即ちカメ
ラ光軸の傾斜角度の大きさをを演算により数値化したフ
ォーカス値として数値化して表すことができ、傾斜角度
の修正等の正確な処理がやり易い。尚、輝度差が所定値
以上にならないものを積算の対象としないのは、輝度ピ
ークの山を検出するためである。

【００１５】請求項３の光軸傾斜角度検出装置は、フォ
ーカスを求める所定領域を複数一方向（例えばＸ方向：
パン方向或いはＹ方向：チルト方向）に並べて設定し、
上記一方向における上記傾斜角度を検出することを特徴
とする。

【００１６】従って、請求項３の光軸傾斜角度検出装置
によれば、フォーカス値を求める領域を一方向に沿って
配設するので、該方向における傾斜角度を検出すること
ができる。

【００１７】請求項４の光軸傾斜角度検出装置は、フォ
ーカス値を検出する複数の領域を一方向（例えばＸ方
向：パン方向）に沿ってと、該方向と直角方向（例えば
Ｙ方向：チルト方向）に沿って設けたことを特徴とす
る。

【００１８】従って、請求項４の光軸傾斜角度検出装置
によれば、局所的なフォーカス値を検出する複数の領域
を一方向（例えばＸ方向：パン方向）に沿ってと、該方
向と直角方向（例えばＹ方向：チルト方向）に沿って設
けたので、上記傾斜角度の互いに直交する二つの方向に
おける成分を検出することができる。

【００１９】請求項５の光軸傾斜角度検出装置は、画像
表示面の上記カメラにより画像が取り込まれる所定領域
は該画像表示面の中心部領域内に設定されてなることを
特徴とする。従って、請求項５の画像測定装置によれ
ば、カメラの結像レンズ系の中心部を通る明るい光によ
る画像を処理して傾きの検出ができるので、検出精度を
高めることができる。

【００２０】請求項６の画像測定装置は、カメラと、上
記画像表示画面に対する該カメラの光軸の傾斜角度を制
御する制御機構と、請求項４の光軸傾斜角度検出装置と
有し、該光軸傾斜角度検出装置により検出されたフォー
カス値の偏差により上記制御機構をして上記カメラの傾
斜角度を上記フォーカス度の偏差が小さくなるよう制御
せしめるようにしてなることを特徴とする。

【００２１】従って、請求項６の画像測定装置によれ
ば、光軸傾斜角度検出装置の出力をカメラの光軸の傾斜
角度を制御する制御機構に上記光軸傾斜角度検出装置の
複数の領域のフォーカス値の偏差が小さくなるように負
帰還するので、カメラの光軸をその傾斜角度が０になる
ように自動的に制御することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明光軸傾斜角度検出装置は、
基本的には、画像表示面の画像を取り込み、その画像表
示面内の複数の領域のフォーカス度の偏差からカメラの
光軸の画像表示面の鉛直線に対する傾きを求めるもので
あるが、その複数の領域は画像表示面の中央部の比較的
狭い範囲内に設定する方が良い。というのは、カメラの
結像レンズ系の中心部を通る明るい光による画像を処理
して傾きの検出ができるので、検出精度を高めることが
できるからである。所定領域を複数設ける場合でも、そ
の全所定領域はやはり画像表示面の中央部の比較的狭い
範囲内に設定する方が良い。

【００２３】フォーカス度は、それを数値化した一方向
におけるフォーカス値により表すのがよい。演算により
複数のフォーカス度の間の偏差を数値化して求めること
ができ、演算処理しやすいし、傾きを数値で客観的に把
握できるからである。一方向におけるフォーカス値と
は、或る領域の一端から他端に渡って上記一方向に沿っ
て画像の輝度値を求めることを該一方向と直交する方向
における全域に渡って行い、該一方向に隣接する部分の
輝度値の差のうち一定値を越える値を上記領域全域に渡
って積算し、その積算値を該所定領域の面積で除した値
である。

【００２４】カメラの光軸の傾きθには、一方向、例え
ば左右方向（Ｘ方向：パン方向）の成分θｘと、上下方
向（Ｙ方向：チルト方向）の成分θｙがあり、その両方
の成分を検出できなければ傾きの調整はできない。そし
て、フォーカス度を検出する複数の領域を一方向に配設
すれば、傾斜角度のその一方向における成分を検出する
ことができる。従って、左右方向（Ｘ方向：パン方向）
と上下方向（Ｙ方向：チルト方向）の両方向におけるカ
メラの光軸の傾きを検出するには、複数の領域をその直
交する二つの方向に沿って配設し、フォーカス度（フォ
ーカス値）間の偏差によりその方向におけるカメラの光
軸の傾きを検出することを、互いに直交する二つの方向
について同時又は異時に行えばよい。尚、実際上、画像
表示面のカメラの視界に対する向きも重要であるので、
光軸の傾き測定の例えば前にその向きの検出（外接検
出）を行っておくことが好ましい。勿論、その向きが狂
っていたら調整して向きを正しくしておく必要があるこ
とは言うまでもない。

【００２５】尚、フォーカス値を測定する場合、ジャス
トフォーカスにすると、モアレの影響を受けるので、微
細な凹凸を有する光拡散板を使用すると良い。

【００２６】本発明光軸傾斜角度検出装置を用いた画像
測定装置は、光軸傾斜角度検出装置の出力をカメラの光
軸制御機構に負帰還するようにして構成できる。本発明
画像測定装置の測定対象となるものの典型例は液晶表示
パネル（ＬＣＤパネル）である。液晶表示パネルはバッ
クライトタイプであるか、反射タイプであるかを問わな
い。また、それ以外のプラズマディスプレイ、ＥＬ（エ
レクトロルミネセンス）、フラット型陰極線管ディスプ
レイ等フラットディスプレイ全般に渡り本発明画像測定
装置の測定対象となり得る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は本発明画像測定装置の一つの実施例を示
す概略構成図である。１は例えばＣＣＤ固体撮像素子を
撮像手段として用いたカメラであり、その下方の測定対
象のＬＣＤパネル６をその上方から撮影する。２はカメ
ラ位置合わせ機構で、該カメラ１を位置合わせ可能に保
持するものであり、ラック１５に固定されている。

【００２８】上記カメラ位置合わせ機構２は、上記測定
対象のＬＣＤパネル６に対して上下方向（Ｙ方向：チル
ト方向）にカメラ１の光軸の傾きを制御するチルト制御
機構３と、同じく横方向（Ｘ方向：パン方向）にカメラ
１の光軸の傾きを制御するパン制御機構４と、同じくＸ
方向、Ｙ方向及びＺ方向（光軸方向）にカメラ１の位置
を制御するＸＹＺ制御機構５からなる。チルト制御機構
３とパン制御機構４とは回転中心が共通にされ、中心位
置がずれない構造になっている。上記チルト制御機構３
とパン制御機構４とＸＹＺ制御機構５はモータコントロ
ールケーブル１９によってパーソナルコンピュータ１０
内のモータコントロールボード１３に接続され、制御さ
れる。

【００２９】測定対象であるＬＣＤパネル６は、接続治
具７に固定され、ＬＣＤ駆動信号ケーブル２０を通して
ＬＣＤ駆動ユニット９から駆動電圧及び信号の供給を受
け、パネルに測定用のパターンを表示する。該ＬＣＤ駆
動ユニット９はＲＳ−２３２Ｃインタフェイスケーブル
１７によって上記パーソナルコンピュータ１０内のＲＳ
−２３２Ｃインタフェイスボード１１に接続され、制御
される。

【００３０】上記接続治具７はＬＣＤパネル６と対応す
る部分が抜けており、その下のバックライト８によりＬ
ＣＤパネル６を照射できるようになっている。尚、上記
ラック１５は図示しないが、全面を遮光板で覆われ、外
光の影響を受けないようになっている。

【００３１】カメラ１により撮影されたＬＣＤパネル６
の映像データはカメラケーブル１８を通じてパーソナル
コンピュータ１０内の画像処理ボード１２に入力され、
検査、測定内容に応じて各種画像処理が施される。カメ
ラ１のスルー画像及び画像処理画像、処理結果はパーソ
ナルコンピュータ１０からモニターケーブル１６を通し
て画像モニター１４に表示される。

【００３２】図２はｘｙ平面上のＬＣＤパネルとその表
面の鉛直線に対して光軸がθ傾いたカメラを示す斜視図
である。その傾きθのｘ軸方向における傾き成分をθ
ｘ、ｙ軸方向における傾き成分をθｙとする。Ｒ０はチ
ルト制御機構３とパン制御機構４の回転中心を示す。Ｌ
ＣＤパネル６に、全白信号を入力すると、該パネル６の
有効表示画面が全面的に白く発光した状態になる。この
状態でカメラ１の画角に発光画面が入るようにズーミン
グすると共に、フォーカスを合わせる。そしてこの状態
で画像を取り込み、発光画面全体の外接検出（パネル６
とカメラ１との側縁同士の位置関係の検出）を行い、画
面領域Ｗ０を求める。そして、該画面領域Ｗ０内に、特
にその中央部にかなり狭い領域、フォーカス値測定領域
Ｗ１を設定する。このようにフォーカス値測定領域Ｗ１
を画面領域Ｗ０の中央部の狭い領域に設定するのは、カ
メラ１の結像レンズ系の中央部を通る光が明るく、測定
精度を高めることができるからである。

【００３３】上記フォーカス値測定領域Ｗ１の左上の隅
角の座標を（ｘ０，ｙ０）、右下の隅角の座標を（ｘ
１，ｙ１）とする。ここで、この領域Ｗ１におけるフォ
ーカス値について図３を参照して説明する。図３はフォ
ーカス値測定領域Ｗ１のｙ＝ｙ０のライン上における輝
度値をｘ＝ｘ０からｘ＝ｘ１までをプロットして示すも
ので、横軸はｘ方向における位置を、縦軸は輝度値を示
す。

【００３４】そして、カメラ１により撮影した画像を取
り込んだフレームメモリの隣接アドレスの輝度の差をｘ
＝ｘ０からｘ＝ｘ１まで求め、輝度の差が予め定めた所
定値を超えるもののみその輝度の差を積算する。このよ
うに、輝度の差が所定値以上のもののみ積算するのは、
輝度のピークを検出するためである。そして、このよう
なことをｙ＝ｙ０からｙ＝ｙ１に至るまで行う。このよ
うにして得た輝度の差の積算和をフォーカス値測定領域
Ｗ１の面積（ｘ１−ｘ０）＊（ｙ１−ｙ０）で除算した
値が領域Ｗ１のフォーカス値なのである。そして、フォ
ーカス値は、カメラの焦点の合っている領域（ピント領
域）における焦点の合い具合を示し、この値が大きいほ
ど局所的な焦点が良く合っていると言えるのである。

【００３５】そして、本画像測定装置に内蔵された光軸
傾斜角度検出装置の本質は、フォーカス測定領域を複数
設定し、各々のフォーカス値の偏差により傾きを検出
し、その偏差が減少する方向にカメラの光軸を調整し、
偏差が最小値になるように傾きθを調整するのである。
というのは、カメラの光軸の表示画面の鉛直線に対する
角度が大きいほど複数のフォーカス測定領域の間のフォ
ーカス度の差が大きくなり、角度が小さいほどフォーカ
ス度の差が小さくなる筈だから、その偏差により傾斜角
度を正確に認識できるからである。そこで、実際上具体
的にどのように複数のフォーカス測定領域を設定して傾
きθ、より具体的には傾きθｘ，θｙを求めるかについ
て以下に説明する。

【００３６】図４はｘ方向：パン方向のフォーカス値を
測定する場合を説明する画面図であり、領域Ｗ１（図２
参照）の左上の隅角の座標を（ｘ０，ｙ０）、右下の隅
角の座標を（ｘ１，ｙ１）、中心の座標を（ｘｃ，ｙ
ｃ）とする。この領域Ｗ１内にｎ個のフォーカス値測定
領域Ｓｘｎを設ける。具体的には、Ｗ１をｎ＋１個の縦
長で同じ幅の短冊に分割し、その各仕切線（短冊間の仕
切線）とｙ＝ｙｃのラインの交点を以て各フォーカス値
測定領域Ｓｘｎの中心とする。そして、各領域の上下方
向及び左右方向におけるサイズを共に２＊ｂａｎｄ、隣
接フォーカス値測定領域の中心間の間隔（領域配設ピッ
チ）をｓｔｅｐとすると、各フォーカス値測定領域Ｓｘ
ｎの左上の隅角の座標（ｘｎ０，ｙｎ０）及び右下の隅
角の座標（ｘｎ１，ｙｎ１）は下記の式で表される。

【００３７】ｓｔｅｐ＝（ｘ１−ｘ０）／（ｎ＋１）ｘｎ０＝ｘ０＋ｓｔｅｐ* （ｎ＋１）−ｂａｎｄｘｎ１＝ｘ１＋ｓｔｅｐ* （ｎ＋１）＋ｂａｎｄｙｎ０＝ｙｃ−ｂａｎｄｙｎ１＝ｙｃ＋ｂａｎｄ

【００３８】カメラから画像を取り込んだフレームメモ
リのフォーカス値測定領域Ｓｘｎのｙ＝ｙｃ−ｂａｎｄ
のラインにおいてｘ方向における隣接アドレスの輝度の
差をｘ＝ｘｎ０からｘ＝ｘｎ１に至るまで求め、輝度の
差が予め設定した所定値以上の場合に輝度の差を積算す
る。同様のことをｙ＝ｙｃ−ｂａｎｄからｙ＝ｙｃ＋ｂ
ａｎｄに至る各ライン毎に行い、各ラインの上記輝度の
差の積算値を加算する。こうして得られた積算和をその
フォーカス値測定領域Ｓｘｎの面積４ｂａｎｄ ²で割っ
た（除算した）値を、そのフォーカス測定領域Ｓｘｎの
ｘ方向におけるフォーカス値Ｆｘｎとする。図５はその
ｘ方向のフォーカス値Ｆｘｎをプロットしたケースの一
例を示す曲線図で、ｘ方向（パン方向：左右方向）にお
けるフォーカス値のバランスを知ることができる。

【００３９】図６はｙ方向：チルト方向のフォーカス値
を測定する場合を説明する画面図であり、領域Ｗ１（図
２参照）の左上の隅角の座標を（ｘ０，ｙ０）、右下の
隅角の座標を（ｘ１，ｙ１）、中心の座標を（ｘｃ，ｙ
ｃ）とすることはｘ方向におけるフォーカス値を求める
場合と同じである。この領域Ｗ１内にｎ個のフォーカス
値測定領域Ｓｙｎを設ける。具体的には、Ｗ１をｎ＋１
個の横長で同じ幅の短冊に分割し、その各仕切線（短冊
間の仕切線）とｘ＝ｘｃのラインの交点を以て各フォー
カス値測定領域Ｓｙｎの中心とする。各領域の上下方向
及び左右方向におけるサイズを共に２＊ｂａｎｄ、隣接
フォー値測定領域の中心間の間隔（領域配設ピッチ）を
ｓｔｅｐとすると、各フォーカス値測定領域Ｓｙｎの左
上の隅角の座標（ｘｎ０，ｙｎ０）及び右下の隅角の座
標（ｘｎ１，ｙｎ１）は下記の式で表される。

【００４０】ｓｔｅｐ＝（ｙ１−ｙ０）／（ｎ＋１）ｘｎ０＝ｘｃ−ｂａｎｄｘｎ１＝ｘｃ＋ｂａｎｄｙｎ０＝ｙ０＋ｓｔｅｐ＊（ｎ＋１）−ｂａｎｄｙｎ１＝ｙ１＋ｓｔｅｐ＊（ｎ＋１）＋ｂａｎｄ

【００４１】カメラから画像を取り込んだフレームメモ
リのフォーカス値測定領域Ｓｙｎのｘ＝ｘｃ−ｂａｎｄ
の垂直なラインにおいてｙ方向における隣接アドレスの
輝度の差をｙ＝ｙｎ０からｙ＝ｙｎ１に至るまで求め、
輝度の差が予め設定した所定値以上の場合に輝度の差を
積算する。同様のことをｘ＝ｘｃ−ｂａｎｄからｘ＝ｙ
ｃ＋ｂａｎｄに至る各垂直ライン毎に行い、各ラインの
上記輝度の差の積算値を加算する。こうして得られた積
算和をそのフォーカス値測定領域Ｓｙｎの面積４ｂａｎ
ｄ²で割った（除算した）値を、そのフォーカス測定領
域Ｓｙｎのｙ方向におけるフォーカス値Ｆｙｎとする。
図７はそのｙ方向のフォーカス値Ｆｙｎをプロットした
ケースの一例を示す曲線図で、ｙ方向（チルト方向：上
下方向）におけるフォーカス値のバランスを知ることが
できる。

【００４２】以上で、複数のフォーカス値測定領域Ｓｘ
ｎ及び複数のフォーカス値測定領域Ｓｙｎのフォーカス
値Ｆｘｎ及びフォーカス値Ｆｙｎを求めることができ
た。しかし、フォーカス値Ｆｘｎ及びＦｙｎを求めても
それに基づいてカメラ１の光軸の検査対象ＬＣＤパネル
６表面の鉛直線に対する傾斜角度θを０になるようにカ
メラ１の光軸の向きを制御しなければ意味がない。そこ
で、以下にどのようにその光軸制御を行うかについて説
明する。

【００４３】図８（ａ）〜（ｄ）は一つの方向（例えば
ｘ方向）のフォーカス値Ｆｘｎのその方向における分布
図の各別の例を示す曲線図である。本画像測定装置で
は、分布を示す曲線のピークが小さくなるようにカメラ
１の光軸の傾きを制御する。なぜならば、前述したよう
に、その傾きが大きいほど複数のフォーカス値測定領
域、例えばＳｘｎのフォーカス値Ｆｘｎの偏差が大きく
なる、換言すれば図５等で示すフォーカス値の分布を示
す曲線のピークＰが大きくなるからである。即ち、ピー
クがなくなるようにカメラ１の光軸の向きを制御すれば
そのＬＣＤパネル６の鉛直線に対する角度θを小さく
し、最終的に０にすることができるのである。図８の
（ａ）に示す例では、ピークが逆に大きくなっており、
これは光軸調整の方向が逆であることに他ならない。即
ち、調整前は図８の（ｂ）に示す状態（ピークがＰｂの
状態）であったが、調整により図８の（ａ）のピークが
Ｐａになってしまっている。これは傾斜角度が大きくな
る方向に調整されたということなのである。

【００４４】図８の（ｃ）は調整方向が正しい例を示し
ており、この状態では上記曲線のピークＰが図８の
（ｂ）に示すＰｂの状態から（ｃ）に示すＰｃに示す状
態に変化し、ピークが小さくなっている。これは複数の
フォーカス値測定領域、例えばＳｘｎのフォーカス値Ｆ
ｘｎの偏差が小さくなっていると言うことであり、傾斜
角度θ、例えばθｘが小さくなっていることに他ならな
い。そして、その調整が進み、（ｄ）に示すように偏差
を最小に、即ち曲線のピークＰを最小値Ｐｄに達したと
き調整が完了する。即ち、傾斜角度θ、例えばθｘが０
（或いは略０）になったと言うことである。

【００４５】この光軸調整について具体的にどうするか
を、図２を参照して説明する。光軸調整前のカメラ１の
光軸が液晶パネル上のＢ１１と交わっているとする。ｘ
方向の調整方向を調べるために最初にその光軸をＢ１１
からＢ０１またはＢ２１の方向にパンさせ（ｘ方向に移
動させ）、画像取り込み、Ｂ０１の方向に移動した場合
にフォーカス値の偏差が小さくなったとしたならばｘ方
向における調整方向はＢ０１の方向ということになる。
偏差が大きくなったらその移動方向は調整方向と逆方向
であり、従って移動方向を反転しなければならないと言
うことである。そして、偏差が最小になったときに光軸
の向きのｘ方向における傾きθｘが０になったと言うこ
とである。

【００４６】このような調整を、例えばｘ方向において
のみ行うのではなく、ｙ方向においても行えば、傾斜角
度θのｘ方向成分θｘとｙ方向成分θｙを求めることが
できるのである。そこで、ｙ方向についても図２を参照
して具体的に説明すると、ｙ方向の調整方向を調べるた
めに最初に光軸をＢ１１からＢ１０又はＢ１２の方向に
チルトさせてフォーカス値を検出し、そのフォーカス値
の偏差が小さくなればその方向が調整をすべき方向であ
り、その方向への移動を進めその偏差が最小値になった
ときθｙが０（或いは略０）になったと言える。フォー
カス値が逆に大きくなった場合には、そのチルトの方向
は調整方向と逆の方向であり、移動方向を逆転させ、フ
ォーカス値が減少し最小値になるまでその逆転した向き
での移動を続ける。

【００４７】尚、傾斜角度θのｘ方向成分θｘと、ｙ方
向成分θｙの調整を順に行っても良いが、同時に（併行
して）行っても良い。調整時間の短縮ができるからであ
る。調整時間を可能な限り短縮するために、パン制御と
チルト制御を同時に行い、光軸のＬＣＤパネル６上にお
ける位置をＢ１１からＢ００又はＢ２２の方向に直線補
間移動させ、調整すべき方向を知ることもできる。ここ
で、直線補間移動とはｘ軸、ｙ軸の斜め移動方向に対す
る速度を設定し、各軸の速度は計算で求め、その速度で
ｘ方向、ｙ方向で同時に移動させるものである。

【００４８】従って、調整すべき方向が判明したら、そ
の方向にパン及びチルトをさせ、焦点がが合っている領
域（ピント領域）の上下左右のフォーカス値が最小にな
るように調整すれば良い。すると、光軸はＢ１１からそ
のフォーカス値の偏差が最小になるθｘ及びθｙが共に
０となる点に直線的に移動して最短時間で調整できる。

【００４９】図９は画像測定装置が内蔵する画像処理装
置３０の構成を示すブロック図である。該画像処理装置
３０は、画像処理ボード３１と、ホストＣＰＵ（ホスト
中央処理装置）３２と、プログラムメモリ３３により構
成される。カメラ１からのアナログ出力は、画像処理ボ
ード３１のＡ／Ｄ変換器４１によりディジタル信号に変
換され、画像メモリ４３に記憶されるようになってい
る。該画像メモリ４３に記憶された画像は画像プロセッ
サ４２に入力され、画像処理及び計測された後、画像メ
モリ４３に記憶されるようになっている。画像メモリ４
３は複数のフレームメモリを有しており、通常は元画像
と画像処理画像は異なるフレームメモリで記憶されるよ
うになっている。

【００５０】そして、画像メモリ４３に記憶された画像
処理信号は画像ＣＰＵ（画像中央処理装置）４４におい
て演算され、Ｄ／Ａ変換器４５を通して画像モニターに
出力され、画像が表示されるようになっている。上記ホ
ストＣＰＵ３２は、画像データを画像ＣＰＵ４４及びモ
ータコントローラ３６に伝えると共に処理データを受け
取る等の検査、測定に必要な光軸調整を含む一連のジョ
ブを実行する。プログラムメモリ３３はそのホストＣＰ
Ｕ３２に実行させるプログラムを記憶するものである。

【００５１】図１０は上記ホストＣＰＵ３２が実行する
プログラムのうち、カメラの光軸の傾きを鉛直に調整す
るプログラムのフローチャートを示す。これについて説
明する。スタートすると、画像取込をし、先ず、パネル
の外接検出を行い、且つその外接調整をし、次にフォー
カス値の測定領域の設定をし、次に、フォーカス値を測
定し、次に、カメラの傾き調整方向を検出する。次に、
カメラの傾き調整する。次に、また画像取込を行い、次
いでフォーカス測定を行い、また画像取込を行う。その
後、フォーカス値の偏差が最小か？という判定を行い、
判定結果がＮｏであれば、傾き調整に戻り、判定結果が
Ｙｅｓであればこのフローが終了する。

【００５２】

【発明の効果】請求項１の光軸傾斜角度検出装置によれ
ば、単に画像表示面内の複数の領域におけるフォーカス
度を画像処理により検出することによりカメラの光軸の
傾斜角度を検出することができ、傾斜角度の検出のため
の特別な光学系やセンサを要しない。具体的には、光学
系として観察用光学系と光軸合わせ用光学系の二つの光
学系を要しないので、その分部品数が少なくて済むのみ
ならず、その二つの光学系間の位置合わせを要しないの
で組み立て作業が少なくて済む。従って、光軸傾斜角度
検出装置の製造コストの低減を図ることができる。そし
て、測定光による微小スポット像と観察光による画像を
同一平面上に結像するという画像処理をするわけではな
いので、画像観察を測定光による微小スポットに影響さ
れることなく観察できる。従って、精度低下を伴うこと
なく傾き検出ができる。また、予めカメラの光軸の傾き
のない場合のデータ（基準点）は必要がなく、調整すべ
き方向は最初に一定量カメラをチルト及びパンし、フォ
ーカス値の偏差の増減を検出することにより知ることが
できる。

【００５３】請求項２の光軸傾斜角度検出装置によれ
ば、その領域内の局所的な焦点の合い具合、即ちフォー
カス度を、カメラを通じて取り込んだ画像表示面からの
画像の輝度を量子化、演算等の処理により数値化して求
めることができ、フォーカス度の偏差、即ちカメラ光軸
の傾斜角度の大きさをを演算により数値化したフォーカ
ス値として数値化して表すことができ、傾斜角度の修正
等の正確な処理がやり易い。請求項１の光軸傾斜角度検
出装置において享受できた効果は請求項２の光軸傾斜角
度検出装置においても享受することができる。請求項３
以下の各請求項の光軸傾斜角度検出装置、画像測定装置
も同様のことが言える。

【００５４】請求項３の光軸傾斜角度検出装置によれ
ば、フォーカス値を求める領域を一方向に沿って配設す
るので、該方向における傾斜角度を検出することができ
る。

【００５５】請求項４の光軸傾斜角度検出装置によれ
ば、局所的なフォーカス値を検出する複数の領域を一方
向（例えばＸ方向：パン方向）に沿ってと、該方向と直
角方向（例えばＹ方向：チルト方向）に沿って設けたの
で、上記傾斜角度の互いに直交する二つの方向における
成分を検出することができる。

【００５６】請求項５の光軸傾斜角度検出装置によれ
ば、カメラの結像レンズ系の中心部を通る明るい光によ
る画像を処理して傾きの検出ができるので、検出精度を
高めることができる。

【００５７】請求項６の画像測定装置によれば、光軸傾
斜角度検出装置の出力をカメラの光軸の傾斜角度を制御
する制御機構に上記光軸傾斜角度検出装置の出力である
複数の領域のフォーカス値の偏差を、該偏差が小さくな
るように負帰還するので、カメラの光軸をその傾斜角度
が０になるように自動的に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明画像測定装置の一つの実施例を示す概略
構成図である。

【図２】ｘｙ平面上のＬＣＤパネルとそれに対して光軸
がθ傾いたカメラを示す斜視図である。

【図３】フォーカス値測定領域Ｗ１のｙ＝ｙ０のライン
上における輝度値をｘ＝ｘ０からｘ＝ｘ１までをプロッ
トして示す曲線図であり、横軸はｘ方向における位置
を、縦軸は輝度値を示す。

【図４】ｘ方向：パン方向のフォーカス値を測定する場
合を説明する画面図である。

【図５】ｘ方向のフォーカス値Ｆｘｎをプロットした曲
線図である。

【図６】ｙ方向：チルト方向のフォーカス値を測定する
場合を説明する画面図である。

【図７】ｙ方向のフォーカス値Ｆｙｎをプロットした曲
線図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は一つの方向（例えばｘ方向）
のフォーカス値Ｆｘｎのその方向における分布の各別の
例を示す曲線図である。

【図９】画像測定装置が内蔵する画像処理装置３０の構
成を示すブロック図である。

【図１０】カメラの光軸の傾きを鉛直に調整するプログ
ラムのフローチャートである。

【符号の説明】

１…カメラ、２…カメラ傾斜角度調整機構、６…画像測
定対象物（例えばＬＣＤパネル）、１４…画像モニタ
ー、Ｆｘｎ…ｘ方向におけるフォーカス値、θ…カメラ
の光軸の画像測定対象画像表示面の鉛直線に対する傾斜
角度、θｘ…傾斜角度θのｘ方向成分、θｙ…傾斜角度
θのｙ方向成分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 5/00 ＬＨ０４Ｎ 5/225 5/06 5/232 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｎ // Ｇ０３Ｂ 5/00 Ｚ 5/06 ＤＧ０３Ｂ 3/00 ＡＦターム(参考） 2F065 AA31 AA37 CC00 DD06 EE00 FF04 FF42 FF65 FF67 GG09 HH15 JJ03 JJ26 LL06 LL49 NN20 PP04 PP05 QQ03 QQ14 QQ24 QQ25 QQ26 QQ27 QQ28 QQ41 SS01 SS13 2H011 AA03 BA31 CA21 DA00 2H051 AA08 BA47 CE14 CE16 DA22 EB20 FA48 5C022 AA01 AB28 AB29 AB30 AB62 AC42 AC54 AC69 5C061 BB01 BB03 CC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示面を撮像するカメラの光軸の該
画像表示面の鉛直線に対する傾斜角度を検出する光軸傾
斜角度検出装置において、画像表示面内の複数領域における局所的なフォーカス度
を検出し、その複数領域の局所的フォーカス度の偏差が
小さい程上記傾斜角度が小さいと判定することにより光
軸傾斜角度を検出するようにしてなることを特徴とする
光軸傾斜角度検出装置。
【請求項２】上記画像表示面内の上記複数の領域各々
における局所的なフォーカス度の検出が、該領域の一端
から他端に渡って一方向に沿って画像の輝度値を求める
ことを該一方向と直交する方向における全域に渡って行
い、該一方向に隣接する部分の輝度値の差のうち一定値
を越える値を上記領域全域に渡って積算し、その積算値
を該所定領域の面積で除した値である上記一方向のフォ
ーカス値を求めることにより行われることを特徴とする
請求項１記載の光軸傾斜角度検出装置。
【請求項３】上記一方向のフォーカス値が検出される
複数の領域を一方向に沿って配設し、上記複数の領域のフォーカス値の偏差により上記一方向
における上記傾斜角度を検出するようにされてなること
を特徴とする請求項２記載の光軸傾斜角度検出装置。
【請求項４】上記一方向におけるフォーカス値が検出
される上記複数の領域を一方向に沿って、該一方向と直
角方向におけるフォーカス値が検出される複数の領域を
該直角方向に沿って配設し、上記一方向に沿って配設した複数の領域のフォーカス値
の偏差により該一方向における上記傾斜角度を、該一方
向と直角方向に沿って配設した複数の領域のフォーカス
値の偏差により該一方向と直角方向における上記傾斜角
度を、異時又は同時に検出するようにしてなることを特
徴とする請求項２又は３記載の光軸傾斜角度検出装置。
【請求項５】上記画像表示面の局所的なフォーカス度
が検出される領域が上記画像表示面の中心部領域内に設
定されてなることを特徴とする請求項１、２、３又は４
記載の光軸傾斜角度検出装置。
【請求項６】画像表示画面を測定するために撮像する
カメラと、上記カメラの上記画像表示画面に対する傾斜角度を制御
する制御機構と、上記画像表示面の一方向におけるフォーカス値が検出さ
れる領域を一方向に沿って、該一方向と直角方向におけ
るフォーカス値が検出される領域を該直角方向に沿って
それぞれ複数個ずつ配設し、上記一方向に沿って配設し
た複数の領域のフォーカス値の偏差により該一方向にお
ける上記傾斜角度を、該一方向と直角方向に沿って配設
した複数の領域のフォーカス値の偏差により該一方向と
直角方向における上記傾斜角度を、異時又は同時に検出
するようにしてなる光軸傾斜角度検出装置と、を少なくとも有し、上記光軸傾斜角度検出装置により検出されたフォーカス
値の偏差を入力として受ける上記制御機構により上記カ
メラの傾斜角度を上記フォーカス値の偏差が小さくなる
よう制御するようにしてなることを特徴とする画像測定
装置。