JP2002312406A

JP2002312406A - 自動車のウインドシールドの検査システム

Info

Publication number: JP2002312406A
Application number: JP2002070028A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Matsushita; 嘉光松下
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車のウインドシールドの透視歪を短時間
で高精度に検出し得る検査システムを提供する。【解決手段】仮想平面上の同一のターゲットを構成し
ている少なくとも３つの仮想点から自動車のウインドシ
ールドの３次元曲面の形状モデルを屈折透過してアイポ
イントの方向に向かう少なくとも３本の仮想光線の方向
を表す少なくとも３本の直線と、上記仮想平面との少な
くとも３つの交点を得てから、上記少なくとも３つの仮
想点と、これら少なくとも３つの仮想点についての上記
少なくとも３つの交点とから、各ターゲットに対応する
形状モデルの小領域のそれぞれについての歪角度を計算
する自動車のウインドシールドの検査システムである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のウインド
シールド（すなわち、フロントガラス）を通して物体を
観測したときの透視像の光学的歪（以下、「透視歪」と
いう）を、シミュレーションにて検査する自動車のウイ
ンドシールドの検査システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車の外形のデザインは、空力
特性への配慮から複雑な３次元曲面を取り入れるように
なって来ており、このために、自動車に備え付けられる
ウインドシールドなどのガラスの形状も曲面化が進んで
いる。しかし、ガラスの成形技術の限界のために、曲面
化に対応してガラスの表面を平滑に保つことは困難であ
るから、運転者がウインドシールドを通して物体を見る
と、物体が歪んで見える場合がある。

【０００３】この現象を透視歪現象といい、透視歪の大
きさは、一般的に、ウインドシールドなどの板状体上の
各点について、横方向における歪角度である横歪角度お
よび縦方向における歪角度である縦歪角度という２つの
物理量で表すことができる。そして、図９に示すよう
に、横歪角度は、板状体を通さずに観測される水平線分
ＡＢと、板状体を通して観測される線分Ａ′Ｂ′とのな
す角度αで、縦歪角度は、板状体を通さずに観測される
垂直線分ＡＣと、板状体を通して観測される線分Ａ′
Ｃ′とのなす角度βでそれぞれ定義される。

【０００４】自動車のウインドシールドについて、実際
に検出される歪角度と官能評価とを組み合わせることに
より、人間が透視歪を感じ始めるしきい値歪角度を定め
ることについて、牧口氏などが研究を行っている（「自
動車用ウインドシールドガラス透視歪の解析」、日科技
連第１５回多変量解析シンポジウム、１９９１年１１
月）。それによると、ＪＩＳ規格で定められた自動車の
アイポイントからウインドシールド１を観察したときの
いわゆる観察ゾーンＧ１〜Ｇ４（図１０参照）の違いに
よって、しきい値歪角度が異なることが判明した。ま
た、各観察ゾーンＧ１〜Ｇ４でのしきい値歪角度は、横
歪角度を横軸に、縦歪角度を縦軸にとると、図１１に示
すような直線（判別関数）で近似的に表されることも明
らかになった。

【０００５】したがって、この判別関数を利用すること
により、ウインドシールド１のほぼ全面の領域を構成す
る複数の小領域のそれぞれを通しての縦および横歪角度
を検出することのみで、人間が感知可能な透視歪がウイ
ンドシールド１に生じているか否かを評価することが可
能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】なお、牧口氏などは、
ウインドシールドなどの板状体の透視歪を検出するにあ
たり、図１２に示すように、自動車２に実際にウインド
シールドを備え付けた状態でそのアイポイントＥＰに写
真機を保持し、自動車２の周囲に巡らせた直交格子状の
直線模様を有するパネル４を撮影することにより、歪角
度の検出を行っている。

【０００７】また、本発明者は、板状体の透視歪を短時
間で高精度に検出できるシステムを他の１人と共同で発
明し特許出願している（特願平４−１４１００１号）。
このシステムでは、図１３および図１４に示すように、
水平方向に回動可能な載置台５にウインドシールド１を
取り付け、ウインドシールド１を水平方向に回動させつ
つ、多数のＬＥＤ６が縦長に配されたＬＥＤ板７中の直
角をなす３つのＬＥＤ６からなるターゲットを、アイポ
イントＥＰに保持した首振り可能なＣＣＤカメラ８で順
次撮像することによって、透視歪を検出するようにして
いる。

【０００８】この場合、多数のＬＥＤ６は、図１４の
（Ａ）に示すように、適当な格子間隔で縦に２列、横に
多数列配されている。また、第１回目の撮像では、図１
４の（Ｂ）における３個のＬＥＤ（ｎ，１）、（ｎ，
２）、（ｎ−１，１）のみが発光してこれら３個のＬＥ
Ｄが撮像され、第２回目の撮像では、図１４の（Ｂ）に
おける３個のＬＥＤ（ｎ−１，１）、（ｎ−１，２）、
（ｎ−２，１）のみが発光してこれら３個のＬＥＤが撮
像される。

【０００９】そして、このような撮像がウインドシール
ド２のほぼ全面にわたって順次行われる。また、このよ
うにして撮像された３個のＬＥＤの座標位置を検出する
ことによって、図９に示す横歪角度αおよび縦歪角度β
がこれら３個のＬＥＤからなるターゲットに対応するウ
インドシールド１の小領域毎にそれぞれ算出される。

【００１０】しかし、このシステムの場合や上述の牧口
氏などの透視歪検出方法の場合は、いずれも、実際にウ
インドシールドを通して物体を観測して透視歪を検出す
るようにしている。このために、しきい値歪角度を超え
る透視歪を発見したときには、ウインドシールドの形状
を再設計して加熱曲げ型を作り直すか、あるいは、加熱
曲げ型を部分的に修正する必要がある。したがって、加
熱曲げ型の製作に長時間を要しかつ工程的にも無駄が生
じ易い。

【００１１】なお、加熱曲げ型の製作を効率的に行うた
めに、ウインドシールドの設計図面を用いて光学的作図
法により透視歪を予測計算することが試みられている。
しかし、この方法では、光学的作図に多大の時間を必要
とするから、ウインドシールドの全面領域について透視
歪を予測計算することが困難であり、このために、実用
性に乏しい。

【００１２】本発明は、上述のような問題点に鑑みて、
実際に透視歪を検出することなくシミュレーション計算
を行うことによって、自動車のウインドシールドの透視
歪を短時間で高精度に検出し得る検査システムを提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、与えられた形状データから得られる自動
車のウインドシールドの３次元曲面の形状モデルを複数
の小領域に分け、これら複数の小領域について透視歪を
それぞれシミュレーションして、この透視歪を検査する
コンピュータを用いたウインドシールドの検査システム
において、コンピュータに入力された前記形状データか
ら、上記ウインドシールドの３次元曲面の形状モデルを
生成する段階と、少なくとも３つの仮想点を有するター
ゲットを複数備える仮想平面を、上記形状モデルに対す
る観測基準点としてのアイポイントの反対側に生成する
段階と、上記少なくとも３つの仮想点のそれぞれから上
記アイポイントの方向に向かう仮想光線が上記形状モデ
ルの一方の面および他方の面で屈折した後に進行する方
向を表す少なくとも３本の直線と、上記仮想平面との少
なくとも３つの交点を生成する段階と、同一のターゲッ
トを構成している上記少なくとも３つの仮想点と、これ
ら少なくとも３つの仮想点についての上記少なくとも３
つの交点とから、このターゲットに対応する上記形状モ
デルの上記小領域のそれぞれについての歪角度を計算す
る段階とを、実行可能な検査システムであることを特徴
とする自動車のウインドシールドの検査システムであ
る。

【００１４】また、本発明においては、自動車のウイン
ドシールドの透視歪の評価を容易に行い得るようにする
ために、上記小領域のそれぞれについての上記歪角度
を、ディスプレイに表示する請求項１に記載の自動車の
ウインドシールドの検査システムである。

【００１５】さらに、上記小領域のそれぞれについての
上記歪角度を、プリンタまたはハードコピー装置にプリ
ントアウトする請求項１に記載の自動車のウインドシー
ルドの検査システムである。

【００１６】本発明によれば、自動車のウインドシール
ドを実際に製造するのに用いる加熱曲げ型などの型を製
作する前に、運転者から見た上記ウインドシールドの透
視歪を短時間で高精度に検出することができるから、型
を作り直すなどの無駄な工程を省くことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例による自動車のウイ
ンドシールドの検査システムについて説明する。

【００１８】図１は、本実施例による自動車のウインド
シールドの検査システムによる検査方法の流れ図であ
り、図２は、本実施例による検査システムの概略を示し
たものであり、図３は、本実施例におけるウインドシー
ルドの形状モデル、アイポイントおよび仮想平面の位置
関係を示したものである。

【００１９】図１および図２に示すように、本実施例に
よる自動車のウインドシールドの検査システムにおける
検査方法においては、まず、ウインドシールドの形状デ
ータ（ステップＳ１またはＳ２）からその３次元曲面の
形状モデルが生成される（ステップＳ３）。この形状デ
ータは、図１および図２に示すように、ウインドシール
ドをＣＡＤシステムで設計した場合には形状設計段階に
おけるデータ（ステップＳ１）を書き込んだ磁気テープ
などから磁気再生装置１１によってコンピュータ１２に
入力するか、あるいは、設計図面１３（ステップＳ２）
をディジタイザ１４でプロットすることによりコンピュ
ータ１２に入力するかすればよい。

【００２０】生成された形状モデル１０は、図３に示す
ように、内表面ＳＵ１と外表面ＳＵ２とからなり、これ
らの内表面ＳＵ１および外表面ＳＵ２の形状モデル１０
は、それぞれ、パッチ（面素）１０の集合体として表現
される。そして、各パッチは、たとえば、クーンズ（Co
ons）曲面、ベジエ（Bezier）曲面またはＢスプライン
曲面などで数学的に表現することができる。

【００２１】図４には、ウインドシールド１の３次元曲
面の形状モデル１０のモデリング処理の流れが示されて
いる。この図４において、まず、図５の（Ａ）および
（Ｂ）に示すようなマイラー図と称されているウインド
シールド１の平面図および側面図上の多数の点Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３‥‥の３次元座標データをディジタイザ１４な
どで指示してコンピュータ１２に入力する（ステップＳ
１１）。次に、点列を通る格子状の３次元スプライン曲
線を生成する（ステップＳ１２）。

【００２２】次に、スプライン曲線を境界として曲面を
四辺形パッチに分割し、パッチの各辺に沿ったパラメー
タｕ、ｖによって表現されるクーンズ面のような双３次
パラメトリック曲面を生成する（ステップＳ１３）。こ
の曲面をウインドシールド１の内表面ＳＵ１の形状モデ
ルとし、次に、板厚分だけオフセットした外表面ＳＵ２
の形状モデルを生成する（ステップＳ１４）。最終的な
形状モデル１０は、これら内表面ＳＵ１および外表面Ｓ
Ｕ２の形状モデルをあわせたものからなっている。

【００２３】コンピュータ１２は、図１〜図３に示すよ
うに、入力された形状データに基づいてウインドシール
ド１の形状モデル１０を生成した後、形状モデルの位置
に即した位置に観測基準点であるアイポイントＥＰを定
める（ステップＳ４）。この場合、形状モデルについて
のデータ（板厚などのガラスの仕様）だけでなく、ヒッ
プポイント（運転者のヒップの位置）やトルソーアング
ル（座席の傾き角度）なども必要に応じて考慮される。
さらに、コンピュータ１２は、形状モデルに対するアイ
ポイントＥＰの反対側（すなわち、形状モデルの外表面
側）に仮想平面２１を生成する（ステップＳ５）。

【００２４】この仮想平面２１は、形状モデル１０から
適度に離れた位置に形状モデル１０とほぼ平行になるよ
うに生成される。また、仮想平面２１は、ほぼ直角をな
す３つの仮想点ＰＯ、ＰＯａ、ＰＯｂからなるターゲッ
ト２２（図１４の（Ｂ）におけるターゲットに相当す
る）をアイポイントＥＰ側に多数（後述の小領域の数と
同数）備えている。さらに、ターゲット２２は、アイポ
イントＥＰから形状モデル１０を通して仮想平面２１を
観察したときに、形状モデル１０の表面を上記パッチよ
りもさらに細かく（例えば、５００〜５，０００個に）
分割した領域（以下、「小領域」という）２３のそれぞ
れに１つのターゲット２２が観測されるように、仮想平
面２１に配置される。

【００２５】次に、コンピュータ１２は、形状モデル１
０、アイポイントＥＰおよび仮想平面２１を用いて、透
視歪角度を求めるための計算を行う。この計算手順とし
ては、まず、あるターゲット２２を構成する３つの仮想
点ＰＯ、ＰＯａ、ＰＯｂのそれぞれからアイポイントＥ
Ｐの方向に向かう仮想光線が形状モデル１０の外表面Ｓ
Ｕ２および内表面ＳＵ１で屈折した後に進行する方向を
表す直線と、仮想平面２１との交点が求められる（ステ
ップＳ６）。

【００２６】この交点の位置は、近似的に、仮想点Ｐ
Ｏ、ＰＯａ、ＰＯｂが実際に観察される位置とみなすこ
とができる。そして、３つの仮想点ＰＯ、ＰＯａ、ＰＯ
ｂとこれらの仮想点についての３つの上記交点とから、
これらの仮想点を構成しているターゲット２２に対応す
る小領域２３についての歪角度が計算される（ステップ
Ｓ７）。このような計算手順を繰り返すことによって多
数の小領域２３についてそれぞれ得られた歪角度につい
てのデータは、グラフィックディスプレイ１５、プリン
タ１６、ハードコピー装置１７によって歪角度分布図の
形式で表示される（ステップＳ８）。

【００２７】図６は、上記透視歪角度の計算の手順を示
すものであり、図７は、上記交点を求めるための手順を
より詳細に説明するための平面図である。透視歪角度の
計算には、原理的には、ウインドシールド１がある場合
とない場合とで屈折作用により光線の進行方向が変わる
ことを利用する。

【００２８】まず、仮想平面２１上のあるターゲット２
２を構成するほぼ直角をなす３つの仮想点Ｐ０、Ｐ０
ａ、Ｐ０ｂのうちの１つの仮想点Ｐ０を計算開始点とし
て設定する（ステップＳ２１）。次に、仮想点Ｐ０から
アイポイントＥＰの方向へ向かう仮想光線２４の進行方
向のベクトルＶＫ０を求める（ステップＳ２２）。次
に、ベクトルＶＫ０を通る直線と形状モデル１０の外表
面ＳＵ２との交点Ｐ１を求め（ステップＳ２３）、この
交点Ｐ１における形状モデル１０の外表面ＳＵ２の法線
ベクトルＶＶ１を求める（ステップＳ２４）。

【００２９】さらに、上記ベクトルＶＫ０とベクトルＶ
Ｖ１とから屈折の法則にしたがって仮想光線が形状モデ
ル１０の外表面ＳＵ２で屈折した後の進路を表すベクト
ルＶＫ１を求める（ステップＳ２５）。すなわち、仮想
点Ｐ０からの仮想光線２４の外表面ＳＵ２への入射角度
（法線に対するもの）をｉ、仮想光線２４の外表面ＳＵ
２での屈折角度（法線に対するもの）をｒ、ウインドシ
ールドの空気に対する屈折率をｎとすると、sin ｉ／si
n ｒ＝ｎが成り立つので、ベクトルＶＫ０、ベクトルＶ
Ｖ１および既知である屈折率ｎから屈折角度を求めるこ
とができ、これからベクトルＶＫ１を得ることができ
る。

【００３０】次に、ベクトルＶＫ１を通る直線と形状モ
デルの内表面ＳＵ１との交点Ｐ２を求め（ステップＳ２
６）、この交点Ｐ２における形状モデル１０の内表面Ｓ
Ｕ１の法線ベクトルＶＶ２を求める（ステップＳ２
７）。さらに、上記ベクトルＶＫ１とベクトルＶＶ２と
から上述の屈折の法則にしたがって仮想光線２４が形状
モデル１０の内表面ＳＵ１で屈折した後の進路を表すベ
クトルＶＫ２を求める（ステップＳ２８）。

【００３１】最後に、ベクトルＶＫ２を通る直線と仮想
平面２１との交点Ｐ３を求める（ステップＳ２９）。こ
の最終的に求められた交点（仮想点）Ｐ３の位置は、近
似的に、アイポイントＥＰから観察したときに仮想点Ｐ
０が実際に観察される位置とみなすことができる。

【００３２】次いで、同一のターゲット２２を構成する
他の仮想点Ｐ０ａおよびＰ０ｂについても、ステップＳ
２１〜Ｓ２９を実行することにより、それぞれに対応す
る交点（仮想点）Ｐ３ａおよびＰ３ｂを求める（ステッ
プＳ３０）。これらのデータから、図９に示す歪角度の
定義にしたがって、上記３つの仮想点ＰＯ、ＰＯａおよ
びＰＯｂを有するターゲット２２に対応する形状モデル
１０の小領域２３についての縦横それぞれの歪角度を計
算する（ステップＳ３１）。この場合、縦横それぞれの
伸び率を計算することもできる。

【００３３】なお、図９において、横伸び率は、水平線
分ＡＢに対する（線分Ａ´Ｂ´−水平線分ＡＢ）の比
で、縦伸び率は、垂直線分ＡＣに対する（線分Ａ´Ｃ´
−垂直線分ＡＣ）の比でそれぞれ定義される。

【００３４】さらに、他のターゲット２２についてもス
テップＳ２１〜Ｓ３１を実行することによって、それら
のターゲット２２に対応する小領域２３についての縦横
それぞれの歪角度を計算する（ステップＳ３２）。以上
の動作を繰り返すことによって、形状モデル１０のほぼ
全面領域についての歪角度を求めることができる。

【００３５】得られた歪角度についてのデータは、ファ
イルに記録されると共に、ウインドシールド１全体の歪
角度の分布が一目で把握できるようにするために、図８
に示すように、横歪角度または縦歪角度の大きさを適当
な範囲で区切って色分けした歪角度分布図としてディス
プレイ表示および／またはプリントアウトされる（ステ
ップＳ３３）。なお、図８においては、色分け領域
Ｃ₁、Ｃ₂‥‥Ｃ₁₁の順に歪角度が大きくなっている。

【００３６】また、この表示においては、図１１に示す
ような判別関数を用いて、人間が感知し得る透視歪がウ
インドシールド１に生じているか否かを表すこともでき
る。さらに、この表示において、図１０に示すような観
察ゾーンＧ１〜Ｇ４を附加的に表示するようにすれば、
人間が感知し得る透視歪が生じているか否かをウインド
シールド１の各観察ゾーン毎に表すこともできる。

【００３７】以上に述べたように、本実施例において
は、自動車のウインドシールドに発生する透視歪をコン
ピュータを用いてシミュレーションすることによって検
出するようにしたから、ウインドシールドの透視歪角度
を迅速かつ容易に検出することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、上述のように、仮想平面上の
同一のターゲットを構成している少なくとも３つの仮想
点から自動車のウインドシールドの３次元曲面の形状モ
デルを屈折透過してアイポイントの方向に向かう少なく
とも３本の仮想光線の方向を表す少なくとも３本の直線
と、上記仮想平面との少なくとも３つの交点を得てか
ら、上記少なくとも３つの仮想点と、これら少なくとも
３つの仮想点についての上記少なくとも３つの交点とか
ら、各ターゲットに対応する形状モデルの小領域のそれ
ぞれについての歪角度を計算するようにしている検査シ
ステムである。

【００３９】このために、運転者から見た自動車のウイ
ンドシールドの透視歪を比較的簡単なシミュレーション
により求めて、この透視歪を検査することにより上記ウ
インドシールドを検査するようにしたから、運転者から
見た自動車のウインドシールドの透視歪を短時間で高精
度に検出することができて、この透視歪を検査するよう
にした上記ウインドシールドの検査を短時間で高精度に
行うことができる。

【００４０】また、設計段階（すなわち、実際に加熱曲
げ型などの型を製造する前）の自動車のウインドシール
ドをシミュレーション対象とすることができるから、実
際に修正が必要な運転者から見た透視歪が上記ウインド
シールドに発生することが判明した場合には、型をそれ
にあわせて製作でき、このために、自動車のウインドシ
ールドの型を再製作するといった無駄を排除することが
できる。

【００４１】したがって、運転者から見た透視歪につい
て規格を満足する自動車のウインドシールドの最終仕様
を型の製作前に決定することができるから、設計の自由
度が増すと共に、自動車のウインドシールドの形状の設
計から型の製作および自動車のウインドシールドの成形
までの工程を大幅に短縮して、製造コストを下げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車のウインドシールドの検査シス
テムによる検査方法の流れ図である。

【図２】本発明の検査システムの一例の概略図である。

【図３】本発明の検査システムにおけるウインドシール
ドの形状モデル、アイポイントおよび仮想平面の位置関
係を示す図である。

【図４】図１に示す方法に用いられる形状モデルのモデ
リング処理の流れ図である。

【図５】（Ａ）は図４に示すモデリング処理に用いられ
るウインドシールドの平面図であり、（Ｂ）は同上の側
面図である。

【図６】図１に示す透視歪角度の計算の手順を示す流れ
図である。

【図７】図６に示す手順を説明するための形状モデル、
アイポイントおび仮想平面の位置関係を示す図である。

【図８】図６に示す手順を実行することによって得られ
る透視歪角度の分布を示すウインドシールドの正面図で
ある。

【図９】板状体の透視歪角度の定義を説明するための図
である。

【図１０】自動車のアイポイントから観察したときのウ
インドシールドの観察ゾーンの区別を示す図である。

【図１１】図１０に示す観察ゾーンごとの判別関数を示
すグラフである。

【図１２】自動車のウインドシールドの透視歪を検出す
るための従来の方法の一例を示す図である。

【図１３】本発明者が他の１人と共同で発明した特願平
４−１４１００１号における自動車のウインドシールド
の透視歪を検出するためのシステムを示す図である。

【図１４】（Ａ）は図１３に示すＬＥＤ板の中間部分を
切り欠いた正面図であり、（Ｂ）はその部分的な拡大図
である。

【符号の説明】１ウインドシールド１０形状モデル１２コンピュータ２１仮想平面２２ターゲット２３小領域２４仮想光線ＥＰアイポイントＳＵ１内表面ＳＵ２外表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】与えられた形状データから得られる自動車
のウインドシールドの３次元曲面の形状モデルを複数の
小領域に分け、これら複数の小領域について透視歪をそ
れぞれシミュレーションして、この透視歪を検査するコ
ンピュータを用いたウインドシールドの検査システムに
おいて、コンピュータに入力された前記形状データから、上記ウ
インドシールドの３次元曲面の形状モデルを生成する段
階と、少なくとも３つの仮想点を有するターゲットを複数備え
る仮想平面を、上記形状モデルに対する観測基準点とし
てのアイポイントの反対側に生成する段階と、上記少なくとも３つの仮想点のそれぞれから上記アイポ
イントの方向に向かう仮想光線が上記形状モデルの一方
の面および他方の面で屈折した後に進行する方向を表す
少なくとも３本の直線と、上記仮想平面との少なくとも
３つの交点を生成する段階と、同一のターゲットを構成している上記少なくとも３つの
仮想点と、これら少なくとも３つの仮想点についての上
記少なくとも３つの交点とから、このターゲットに対応
する上記形状モデルの上記小領域のそれぞれについての
歪角度を計算する段階とを、実行可能な検査システムであることを特徴とする自動車
のウインドシールドの検査システム。
【請求項２】上記小領域のそれぞれについての上記歪角
度を、ディスプレイに表示する請求項１に記載の自動車
のウインドシールドの検査システム。
【請求項３】上記小領域のそれぞれについての上記歪角
度を、プリンタまたはハードコピー装置にプリントアウ
トする請求項１に記載の自動車のウインドシールドの検
査システム。