JP2003153303A - 撮像カメラの光軸測定装置及び撮像カメラの光軸測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光軸ずれにより画像の周辺部の片側が伸び反
対側がつまった状態の画像歪が発生した場合でも、撮像
カメラの光軸ずれ測定を容易とする。 【解決手段】 撮像カメラ３で撮影された被写体１の中
心点１Ｂを含んだ所定範囲を表す円形パターン１Ｅを有
する被写体映像を、モニタの表示画面９Ａ上に表示した
状態において、この表示画面上に撮像カメラの撮像素子
の中心位置を示すマーカ信号ＰＣ２をインポーズし、こ
のインポーズした状態において、この円形パターン１Ｅ
とこのマーカ信号ＰＣ２の間の位置関係をこの表示画面
９Ａ上で測定することにより、撮像カメラ３の撮像レン
ズ３の光軸のずれ角度θを求めることができるように
し、この角度θの測定作業を容易化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像カメラ、特に
広角レンズを使用した小型の撮像カメラ等の撮像カメラ
に適用して好適な光軸ずれ誤差の測定装置及び撮像カメ
ラの光軸ずれ誤差の測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来撮像カメラ、特に小型の撮像カメラ
においては、この小型化の必要上或いはコストを低減す
る目的もあり、光学レンズの一例として良く知られてい
る非球面レンズが、この撮像カメラの光学レンズを構成
している複数のレンズのなかの少なくとも一部に必要に
応じて組み込まれて使用されている。この非球面レンズ
が撮像用の複数の光学レンズ群の少なくとも一部に使用
された場合には、撮像された画像の周辺部に画像歪が発
生する傾向があるという、非球面レンズ特有の問題があ
ることが知られており、この特徴を前提としてこの問題
点が可及的に目立たないようにこの撮像レンズが設計さ
れ、撮像カメラ用の広角レンズ或いは広角領域をカバー
しているズームレンズ等に使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな特徴を有した撮像用の光学レンズを用いて被写体を
撮像した際に、撮像レンズの光軸と撮像面の中心の間に
ずれる所謂光軸ずれがあると、撮影画像の周辺部に画像
歪が発生する傾向がみられ、この画像歪起因して、撮像
された画像の左右及びまたは上下方向に非対称な画像歪
が現れる問題がある。その為この画像の左右及びまたは
上下方向の夫々の周辺部の片側が伸び反対側がつまった
状態の画像歪が発生する問題があった。すなわち図６Ａ
に示した如き原像１０Ａを非球面レンズで撮像された画
像の周辺部には、図６Ｂに示した如く画像歪１０Ｂが発
生し、更に撮像レンズと撮像面の中心の間に光軸ずれが
あると、図７Ａに示された光軸１０Ｃを有する原像１０
Ｄを撮像した画像をモニターでみた画像に、光軸ずれ１
０Ｅに起因し、図７Ｂに示した如く不均一（非線形）に
歪んだ非対称歪みが画像１０Ｆが発生する問題があっ
た。

【０００４】この画像１０Ｆの歪が均一な画像歪であれ
ば、撮像された画像信号を画像処理することによりこの
歪を容易に補正であることは良く知られている。しかし
ながらこの不均一な画像歪の補正処理は、この処理に要
する費用を無視して実現した場合は論外として、実用的
なコストかつリアルタイムで実現することは極めて困難
である。

【０００５】先に説明した如く、この光軸ずれはレンズ
の光軸中心と撮像素子（一例としてＣＣＤ撮像素子）の
画像撮影部分（光・電子変換部分）の有効画像範囲の中
心部分の間のずれとして発生する。しかるに、例えば１
／４インチサイズの撮像サイズを有しこの撮像サイズ内
に２７万画素のＣＣＤ素子が配列されている、代表的な
ＣＣＤ撮像素子を例にして説明すると、このＣＣＤ撮像
素子１素子あたりの撮像面積はおおよそ１０μｍ² 程度
である。しかしながら撮像レンズの実際の光軸に対する
ＣＣＤ撮像素子の中心の位置出しを、この１０μｍ² 精
度においておこなう場合に必要な１／６００ｍｍ程度の
位置調整精度で、目視によりＣＣＤ撮像素子の位置を合
わせ込む調整をおこなうことは実用上極めて困難であ
る。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、撮像素子の中心
位置を撮像レンズの実際の光軸に合わせ込むための調整
が容易にできるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明撮像カメラの光軸
測定装置は、この撮像カメラ側の撮像素子の撮像範囲の
中心点を表すマーカ信号の生成手段と、被写体の中心点
が表示された被写体手段と、この撮像カメラ側の光学レ
ンズの中心を前記被写体手段の中心点を通る中心軸に一
致させた状態において前記撮像素子から得られた前記被
写体手段に係わる撮像信号に対して、前記マーカ信号を
インポーズするインポーザー手段とを備えるものであ
る。

【０００８】また、本発明撮像カメラの光軸測定方法
は、この撮像カメラ側の撮像素子の撮像範囲の中心点を
表すマーカ信号を生成し、この撮像カメラ側の光学レン
ズの中心を被写体手段の中心点を通る中心軸に一致させ
た状態において、被写体の中心点が表された撮像信号を
撮像素子から得て、この撮像信号にマーカ信号をインポ
ーズし、このマーカ信号がインポーズされた画像信号に
基づいて、撮像カメラの光軸位置の測定をおこない得る
ようにしたものである。

【０００９】これら本発明によれば、被写体手段に係わ
る撮像信号に対してマーカ信号をインポーズした状態で
モニターすることにより、撮像カメラの光軸ずれ誤差を
容易に測定することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明撮像
カメラの光軸測定装置及び撮像カメラの光軸測定方法の
一実施の形態を説明する。

【００１１】図１〜図５は本発明を撮像カメラの光軸測
定装置に適用した実施の形態の例を示す。

【００１２】図２は本発明による被写体１の例を正面か
ら見たところを示し、この被写体１は白色面１Ａと、こ
の白色面１Ａの中心点１Ｂにおいて直交した状態でこの
白色面１Ａ上に描かれている黒色の水平線１Ｃ及び黒色
の垂直線１Ｄ並びに中心点１Ｂを中心として光軸のずれ
の許容範囲を示している円形パターン１Ｅ有して構成さ
れている。

【００１３】次にこの被写体と撮像カメラの配置関係例
を図３に示して説明する。図３では被写体１の白色面１
Ａに対して撮像カメラ２の撮影レンズ３を正対させて配
列されている状態を示している。そして更にこの配列状
態において、撮影レンズ３の中心線４が被写体１の白色
面１Ａの中心点１Ｂを通り、かつこの中心線４に対して
白色面１Ａが直交する方向に被写体１が配置された状態
において、治具５によって白色面１Ａの中心点１Ｂと撮
像カメラ２側の撮像素子６の撮像面６Ａとの間に所定の
間隔Ｌを置いた状態で固定されている。なお６Ｃ、６Ｃ
は撮像素子６を図２に示された水平線１Ｃ方向に沿って
移動調整する水平方向位置調整機構、６Ｄはこの撮像素
子６を図２に示された垂直線１Ｄ方向に沿って移動調整
する垂直方向位置調整機構である。

【００１４】またこの垂直方向位置調整機構６Ｄは図３
では省略したが、撮影レンズ３の中心線４を挟んでこの
調整機構６Ｄと反対側の位置にも他の垂直方向位置調整
機構６Ｄが設けられており、これら水平方向位置調整機
構６Ｃ、６Ｃによって撮像素子６を水平方向の位置調整
を行い得るようになされると共に、撮影レンズ３の中心
線４を中心とした回転方向の調整を可能にしている。ま
た更にこれら垂直方向位置調整機構６Ｄ、６Ｄによって
撮像素子６を垂直方向の位置調整を行い得るようになさ
れると共に、撮影レンズ３の中心線４を中心とした回転
方向の調整を可能にしている。

【００１５】次に、撮像カメラの光軸測定装置の信号処
理回路の構成例を、図１を参照して説明する。この図１
において、図２、図３及び図６と同一の部分には同一の
符号を付す。

【００１６】図１において、７は信号加算回路、８は信
号パターン発生器、９は信号モニター用の受像機であ
る。撮像カメラ２から出力された、図２に示された黒色
の水平線１Ｃ及び黒色の垂直線１Ｄで表現された十文字
パターン信号Ｓ１が加算器７の一方の信号入力に供給さ
れ、パターン発生器８から出力されたマーカ信号例とし
て他の十文字パターン信号Ｓ２が、この加算器７の他方
の信号入力に供給される。

【００１７】この他の十文字パターン信号Ｓ２は垂直映
像信号期間中の有効表示期間の中間の位置またはこの位
置に隣接した水平信号期間中の有効表示期間中、図１ｂ
に示した如く白レベル信号Ｓ１ｂに固定され、そしてこ
のほかの水平信号の繰り返し期間の夫々の有効表示期間
中のセンター位置において白レベルのパルス信号Ｓ１ａ
が生成されて出力される信号である。そしてこの十文字
パターン信号Ｓ２のこの十文字パターンの交点が信号モ
ニター用の受像機９の画面のセンター位置に一致する状
態の他の十文字パターン信号Ｓ２として信号加算回路７
に入力される。なおこの受像機９の画面のセンター位置
は、撮像素子６の撮像面（有効撮像範囲６Ａのセンター
位置６Ｂにある撮像素子からの出力映像信号出力に合わ
せた状態になるように、この受像機９が予め調整、設定
されている。

【００１８】次にこれら十文字パターン信号Ｓ１及び他
の十文字パターン信号Ｓ２の夫々が信号加算回路７で加
算されて加算信号Ｓ３が生成され、この加算信号Ｓ３が
信号モニター用の受像機９の画面に映出された例につい
て、図４を参照して説明する。

【００１９】図４において９Ａは信号モニター用の受像
機９の表示画面例を示し、この表示画面９Ａには黒色の
水平線１Ｃが表示された黒色の水平線パターンＰＨ１及
び黒色の垂直線１Ｄが表示された黒色の垂直線パターン
ＰＶ１からなる黒色十文字パターンＰ１が表示される。
またはＰＣ１は黒色の水平線パターンＰＨ１と、黒色の
垂直線パターンＰＶ１が直交した状態で交わるクロスポ
イントである。

【００２０】さらにまたこの表示画面９Ａには信号パタ
ーン発生器８で生成された輝度の高い（一例として白
色）水平線パターンＰＨ２と、この信号パターン発生器
８で生成された輝度の高い（一例として白色）垂直線パ
ターンＰＶ２からなる輝度の高い（一例として白色）十
文字パターンＰ１が表示される。またはＰＣ２は、これ
ら水平線パターンＰＨ２と、垂直線パターンＰＶ２が直
交した状態で交わるクロスポイントである。なおＰＤ１
は、円形パターン１Ｅが表示された円形表示パターンで
ある。またこのクロスポイントＰＣ２は、受像機９の画
面のセンター位置に一致した状態で表示された状態とな
るように、信号パターン発生器８側が調整設定されてい
る。

【００２１】よって図４に示されているクロスポイント
ＰＣ１とＰＣ２の間の間隔は、撮影レンズ３の中心線４
に対するこの撮影レンズ３の光軸のずれの量を表してい
ることになる。したがってこのずれの量に基づき撮影レ
ンズ３の中心線４に対する撮像カメラの光軸のずれ角度
θ及びずれの方向を測定することができる。

【００２２】次にこのずれの値の測定値に基づいて、被
写体例１の白色の光散乱面１Ａに、中心点１Ｂを中心と
した円形パターン１Ｅの半径の値を求め、この円形パタ
ーン１Ｅの半径をこの値として中心点１Ｂを中心として
被写体例１の白色の光散乱面１Ａに描くことにより、こ
の光軸のずれの方向及びずれの大きさの指標として信号
モニター用の受像機９に表示できるようにした例を図５
に示す。

【００２３】図５において１Ａは白色の光散乱面を示
し、この光散乱面１Ａと撮像面６Ａの間の距離をＬで表
し、光軸のずれ角度量をθ（ｄｅｇｒｅｅ）で表し、ク
ロスポイントＰＣ１とＰＣ２の間の間隔の値（ずれ量）
を、白色の光散乱面１Ａ側にずれ量として換算して示し
た値をδとすると、次の式（１）が成立する。

【００２４】ｔａｎθ＝δ／Ｌ・・・・・・式（１） ∴ θ＝ｔａｎ＝δ／Ｌ・・・・・・式（２）

【００２５】したがって信号モニター用の受像機９の表
示画面９Ａからδを求めれば、式（２）から光軸のずれ
角度θを求めることができる。よってこのδの値を半径
とする円形パターン１Ｅを、中心点１Ｂを中心として被
写体例１の白色の光散乱面１Ａに描くことにより、光軸
のずれ角度θのときのこの光軸のずれの範囲を信号モニ
ター用の受像機９に表示することができる。

【００２６】一例として撮影レンズ３として表示画面９
Ａに対する水平方向の撮影範囲角が１２０度の広角レン
ズを使用し、間隔Ｌが５００ｍｍとなるように、治具５
により被写体１と撮像カメラ２の位置を設定した場合
（なおこの場合被写体例１Ｅの横幅はほぼ１７３ｃｍに
なる）における円形パターン１Ｅの半径の値を計算する
と、一例としてθが１．０（度）、１．５（度）及び
２．０（度）の夫々における円形パターン１Ｅの半径は
次のような値になる。

【００２７】

【００２８】さらにまた一例として、円形パターン１Ｅ
の半径の値が５（ｍｍ）、１０（ｍｍ）及び１５（ｍ
ｍ）の夫々における光軸のずれ角度θは、次のような値
になる。

【００２９】５（ｍｍ）＝０．５７（度） １０（ｍｍ）＝１．１４（度） １５（ｍｍ）＝１．７２（度）

【００３０】したがって本例によれば、一例として撮影
レンズ３として水平方向の撮影方向範囲角が１２０度の
広角レンズを使用し、間隔Ｌが２８６ｍｍとなるように
治具５により設定した場合には、図４において円形表示
パターンＰＤ１で示されている範囲が半径５ｍｍの範囲
内である場合には、光軸のずれ角度θが最大１度の範囲
内にあると測定できる。

【００３１】したがって信号モニター用の受像機９の表
示画面例９Ａ上において、水平線パターンＰＨ２と、垂
直線パターンＰＶ２が直交した状態で交わるクロスポイ
ントＰＣ２がこの円形表示パターンＰＤ１の範囲内に入
るように、目視により確認しながら、水平方向位置調整
機構６Ｃ、６Ｃ及びまたは垂直方向位置調整機構６Ｄ、
６Ｄの調整をおこなえば、一例としてこの光軸のずれを
最大１度以内に入るようになすことが可能になる。また
この調整の際に、図７に示した画面歪みに実質的に妨げ
られることなくこの調整をおこなうことが容易になる利
点がある。またこの円形表示パターンＰＤ１で表示され
ている半径の値を、撮像カメラ２の設計上、製造上或い
は補修メンテナンス上などにおいて要求された数値にに
設定することにより、この光軸のずれ角度θを撮像カメ
ラ２の設計上、製造上或いは補修メンテナンス上などに
おいて要求された範囲に入るように容易に設定できる利
点がある。

【００３２】また本例において信号モニター用の受像機
９の水平走査方式をプログレッシブ走査方式とするとと
もに水平走査線数を増加させ、映像信号増幅系統の周波
数特性を広帯域化することにより、図４において円形表
示パターンＰＤ１の線幅及びこの円形表示パターンＰＤ
１で示されている範囲を限りなくゼロに近づけることが
可能になり、光軸のずれ角度θの測定精度をさらに向上
できる利点がある。

【００３３】また黒色十文字パターンＰ１と十文字パタ
ーンＰ２相互の間の傾き（十文字パターンＰ１とＰ２の
間の回転方向の相対的傾き誤差、所謂スキューエラー）
がある場合にも、本例によれば、信号モニター用の受像
機９の表示画面例９Ａ上において、水平方向位置調整機
構６Ｃ、６Ｃ及びまたは垂直方向位置調整機構６Ｄ、６
Ｄの調整を行うことにより補正し、黒色十文字パターン
Ｐ１と十文字パターンＰ２が最良の状態で重なった状態
にできる。

【００３４】一方撮像カメラ２の実際生産上の光軸のず
れ角度θの調整工程において、この光軸のずれ角度θが
ゼロになるまで測定し、光軸のずれ角度θをゼロに追い
込む調整を行う必要のある例は、特別に高度な仕様が求
められる一部の撮像カメラ例に実質的に限定されるのが
実情であり、撮像カメラの大半を占める汎用の撮像カメ
ラでは、例として１度、２度程度の範囲内でこの光軸の
ずれ角度θを測定でき、この範囲内に入る光軸のずれ角
度調整をおこなうことができれば、汎用の撮像カメラ２
として適正な品質が維持することができる。したがって
本例をこの汎用の撮像カメラの光軸ずれ測定に適用した
場合において、特に顕著な効果を奏する。

【００３５】また撮像レンズ３の光軸のずれ量を測定す
るために、被写体例１の白色の光散乱面１Ａに対し、一
例として中心点１Ｂを中心とした半径５ｍｍ程度の円形
パターン１Ｅを描くことは極めて容易な作業である。し
たがって本例によれば、治具５の精度及びこの治具５に
より被写体例１及び撮像カメラ２の夫々を所定の位置に
取り付けた状態を安定して維持する点については、撮像
カメラの生産経験のある部門、あるいはそのような部門
から技術指導を受ければ、撮像カメラの生産経験の浅い
部門であっても困難な問題なくこの測定をおこなうこと
ができる利点がある。

【００３６】また本発明は、上述例に限ることなく、本
発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採
り得ることは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、撮像レンズの光軸のず
れ量をモニター画面上に拡大した状態で測定可能とされ
ているので、この測定を目視により容易に実行すること
が可能になり、撮像レンズの光軸のずれ角度θの測定を
容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を撮像カメラの光軸測定装置に適用した
実施の形態の例を示すブロック図である。

【図２】撮像カメラの光軸測定装置例の被写体を示す平
面図である。

【図３】撮像カメラの光軸測定装置例の要部の構成を示
す側面図である。

【図４】撮像カメラの光軸測定装置例のモニター画面の
表示例を示す平面図である。

【図５】撮像カメラの光軸測定装置例の光軸ずれに状態
を説明する線図である。

【図６】従来の光学レンズにおける結像状態の歪を説明
する模式図である。

【図７】従来の光学レンズにおける結像状態の歪を説明
する他の模式図である。

【符号の説明】

１…被写体、１Ｂ…中心点、１Ｅ…円形パターン、２…
撮像カメラ、３…撮影レンズ、４…撮影レンズ３の中心
線、５…治具、６…撮像素子、６Ａ…撮像面、７…信号
加算回路、９…受像機、９Ａ…受像機９の表示画面、１
０Ｃ…光軸、１０Ｅ…光軸ずれ、ＰＤ１…円形表示パタ
ーン、ＰＣ２…クロスポイント、θ…光軸のずれ角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像カメラの光軸測定装置であって、 前記撮像カメラ側の撮像素子の撮像範囲の中心点を表す
   マーカ信号の生成手段と、 前記撮像カメラ側の光学レンズの中心を、被写体の中心
   点を通る中心軸に一致させた状態で、前記撮像素子から
   得られた撮像信号に対して、前記マーカ信号をインポー
   ズするインポーザー手段とを備える撮像カメラの光軸測
   定装置。
2. 【請求項２】 撮像カメラの光軸測定方法において、 前記撮像カメラ側の撮像素子の撮像範囲の中心点を表す
   マーカ信号を生成し、前記撮像カメラ側の光学レンズの
   中心を、被写体の中心点を通る中心軸に一致させた状態
   で、被写体の中心点が表示された撮像信号を得て、前記
   撮像信号に前記マーカ信号をインポーズし、前記マーカ
   信号がインポーズされた画像信号に基づいて、撮像カメ
   ラの光軸位置の測定を行い得るようにした撮像カメラの
   測定方法。