JP2003177007A - Ledヘッドの結像位置測定装置及び結像位置測定方法 - Google Patents
Ledヘッドの結像位置測定装置及び結像位置測定方法Info
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Abstract
結像位置測定装置及び結像位置測定方法を提供する。 【解決手段】LED光のレンズを介した結像状態を、L
ED光の光軸方向(z方向)に移動して取り込むTVカ
メラ2と、該TVカメラ2で取り込んだ結像状態を画像
処理して結像位置を測定する画像処理装置4とを具備す
るLEDヘッド1の結像位置測定装置であって、TVカ
メラ2で所定間隔毎の結像状態を取り込み、該結像状態
を示すパラメータとTVカメラ2の位置zの関係を画像
処理装置4にて関数Fでフィッティングし、得られたフ
ィッティング関数Fが最大値又は最小値となるTVカメ
ラ2の位置zを結像位置とする。
Description
置の光源として使用されているLEDヘッドの結像位置
測定装置及び結像位置測定方法に関するものである。
装置として、例えば特開平2−52762号公報に開示
されるように、TVカメラでLEDのLED光画像を取
り込み、モニター上でLED光画像を見ながらLEDヘ
ッドの結像位置を測定する装置が知られている。このよ
うな装置では、自動的にLEDヘッドの結像位置を測定
する場合、TVカメラを自動的に光軸方向に動かしつつ
LED光画像を取り込み、画像処理を行って結像位置が
測定されていた。この結像位置は、例えば、結像状態パ
ラメータとしてLED光画像のスポット径が最小となる
TVカメラ位置から決定されていた。
来のLEDヘッドの結像位置測定装置では、結像位置を
精度よく測定するにはTVカメラを動かす刻みを小さく
しなければならず、例えば結像位置として1μmの精度
が必要であれば1μmずつTVカメラを動かして、LE
D光画像を取り込み、画像処理を行い、LED光画像の
スポット径が最小となる位置を探さなければならない。
従って、測定に非常に時間が掛かり、この結果、LED
ヘッドの生産性が低下するという問題があった。
差が原因でLED光が正確な円形にならないことにより
LED光画像のスポット径の測定に誤差が生じ、LED
光画像のスポット径が、本来、そのTVカメラ位置では
得られるはずのない最小値として認識されることがあ
り、この場合には、誤った結像位置として測定してしま
い、測定信頼性が低いという問題があった。
カメラ位置を光軸方向の一定方向に動かすと、次第に小
さくなり、最小値となり、この後次第に大きくなるのが
一般的であるが、最小値が得られるはずのTVカメラ位
置以外で、特異的な最小値が測定されてしまう場合があ
り、測定信頼性が低下するという問題があった。
置として微細な点まできれいな印刷状態が要求され、特
にカラー印刷において、その要求が高くなっているた
め、測定信頼性を高める必要があった。
性の高いLEDヘッドの結像位置測定装置及び結像位置
測定方法を提供することを目的とする。
結像位置測定装置は、LED光のレンズを介した結像状
態を、前記LED光の光軸方向(z方向)に移動して取
り込むTVカメラと、該TVカメラで取り込んだ結像状
態を画像処理して結像位置を測定する画像処理装置とを
具備するLEDヘッドの結像位置測定装置であって、前
記TVカメラで所定間隔毎の結像状態を取り込み、該結
像状態を示すパラメータと前記TVカメラの位置zの関
係を前記画像処理装置にて関数Fでフィッティングし、
得られたフィッティング関数Fが最大値又は最小値とな
る前記TVカメラの位置zを結像位置とすることを特徴
とする。
定間隔毎の結像状態を取り込み、結像状態を示すパラメ
ータとTVカメラの位置zの関係を画像処理装置にて関
数Fでフィッティングし、得られたフィッティング関数
Fが最大値又は最小値となるTVカメラの位置zを結像
位置としたので、所定間隔毎の結像状態パラメータによ
り結像位置を算出できるので、結像位置の測定点数を大
幅に削減することができ、測定に掛かる時間を短縮し、
LEDヘッドの生産性を向上させることが可能となる。
メラの位置zから求めた理論的な関数により結像位置を
求めたので、例えば従来のように特異点があったとして
も、この特異点そのものを結像位置とすることがなく、
正確な結像位置を理論的に求めることができ、結像位置
の測定精度を従来のTVカメラの小刻み移動よりも高め
ることができる。
では、結像状態パラメータが、LED光画像のスポット
径、LED光画像の最大輝度及びLED光画像の分散値
のうちいずれかであることが望ましい。
像のスポット径であれば、スポット径が最小となるTV
カメラ位置が結像位置となり、最もシャープな結像位置
を測定することができる。また、結像状態パラメータを
LED光画像の最大輝度とすれば、最もLED光が集中
する位置が結像位置となる。また、結像状態パラメータ
をLED光画像の分散値とすれば、LED光画像が正確
な円形でなくても、分散値が計算でき、最もコントラス
トが高い結像位置を測定することができる。
では、フィッティング関数Fが多項式又は正規分布を表
す式であることが望ましい。このように、フィッティン
グ関数Fが多項式であるため、容易にフィッティング関
数Fを求めることができ、フィッティングの精度も高
い。特に、結像状態パラメータのグラフの対称性が高い
為、多項式の最高次数が偶数であれば、精度良くフィッ
ティングができ望ましい。また、フィッティング関数F
が正規分布を表す式であれば、結像位置から離れた測定
点も高い精度でフィッティングでき、結像位置が精度良
く求められる。
測定装置では、ある値以上又はある値以下の結像状態パ
ラメータのデータ、及びその時におけるTVカメラの位
置zのデータを用いてフィッティング関数Fを求めるこ
とが望ましい。
為のデータを、結像状態パラメータがある閾値以上又は
閾値以下であるデータに限定することにより、結像位置
の付近のデータのみが用いられ、フィッティング関数F
の精度が向上し、結像位置を精度良く測定することが可
能となる。
おけるTVカメラの位置zにおいてのみ結像状態パラメ
ータを求め、前記TVカメラの位置z及び前記結像状態
パラメータのデータを用いてフィッティング関数Fを求
めることが望ましい。
近い区間についてのみ、結像状態パラメータを求め、T
Vカメラの位置z及び結像状態パラメータのデータを用
いてフィッティング関数Fを求めることにより、測定点
数をさらに少なくできることからさらに測定を高速で行
うことができるとともに、結像位置付近のデータのみ用
いることにより、フィッティング関数Fの精度が向上
し、結像位置を精度良く測定することが可能となる。
は、LED光のレンズを介した結像状態を、TVカメラ
を前記LED光の光軸方向(z方向)に移動させて取り
込み、結像状態を画像処理して結像位置を測定するLE
Dヘッドの結像位置測定方法であって、前記TVカメラ
で所定間隔毎の結像状態を取り込み、該結像状態を示す
パラメータと前記TVカメラの位置zの関係を関数Fで
フィッティングし、得られたフィッティング関数Fが最
大値または最小値となる前記TVカメラの位置zを結像
位置とする方法である。このような方法によれば、高速
でかつ信頼性の高い結像位置を測定できる。
測定装置を、図1のブロック図を用いて説明する。図1
において、符号1はLEDヘッドを示している。このL
EDヘッド1は、複数のレンズ集合体1aと、このレン
ズ集合体1aを保持するレンズホルダ1bと、このレン
ズホルダ1b内に収容されたLED(図示せず)とを具
備して構成されている。レンズ集合体1aは、多数のレ
ンズからなり、一つのLEDからのLED光を、複数の
レンズで集光し、結像するようになっている。
上方には、LED光の光軸方向(z方向)に移動して結
像状態を取り込むTVカメラ2が設けられ、このTVカ
メラ2にはモニタ3が接続され、このモニタ3には画像
処理装置4が接続されており、TVカメラ2、モニタ
3、画像処理装置4によりLEDヘッド1の結像位置測
定装置が構成されている。
方向)に移動して、LED光のレンズを介して集光した
結像状態を取り込むように構成されている。また、モニ
タ3は、TVカメラ2で取り込んだ結像状態を画像とし
て表示するものである。さらに、画像処理装置4は、T
Vカメラ2からの結像状態を画像処理して結像位置を算
出するように構成されている。
置測定装置は、TVカメラ2が、LED光の光軸方向
(z方向)に所定間隔毎に移動して、即ち、従来よりも
大幅に広い間隔をおいて結像状態を取り込むように制御
されている。
データを、画像処理装置4内でパラメータ化した結像状
態パラメータと、TVカメラ2の位置zの関係を画像処
理装置4にて関数Fでフィッティングし、得られたフィ
ッティング関数Fが最大値又は最小値となるTVカメラ
2の位置zを結像位置とするようになっている。
EDヘッド1のLED光画像をTVカメラ2で取り込
み、画像処理装置4によって結像状態パラメータが抽出
される。TVカメラ2は光軸方向(z方向)に適当な刻
みで移動させ、その都度LED光画像の取り込み及び画
像処理による結像状態パラメータの抽出を行う。数ヶ所
乃至数10箇所にて結像状態パラメータのデータを取
り、結像状態パラメータとTVカメラ位置zの関係をフ
ィッティング関数Fにてフィッティングし、フィッティ
ング関数Fが最大値または最小値となるTVカメラ位置
zから結像位置を決定し出力する。フィッティング関数
Fを求める際は、最小2乗法などを用いればよい。ま
た、TVカメラ位置zとは、TVカメラ2の焦点位置の
ことである。
画像のスポット径、LED光画像の最大輝度及びLED
光画像の分散値のうちいずれかであることが望ましい。
の最大輝度または分散値を用いる場合はフィッティング
関数Fが最大値となるところを結像位置とし、結像状態
パラメータとしてLED光画像のスポット径とする場合
はフィッティング関数Fが最小値となるところを結像位
置とする。
なくても、分散値が計算でき、最もコントラストが高い
結像位置を測定することができるという点から、結像状
態パラメータをLED光画像の分散値とすることが望ま
しい。
布を表す式であることが望ましい。フィッティング関数
Fが多項式である場合には、容易にフィッティング関数
Fを求めることができ、フィッティングの精度も高い。
特に、フィッティング関数Fの最高次数は偶数であれ
ば、対称性が高い測定データに良く合い、精度が良くな
り望ましい。また、フィッティング関数Fが正規分布を
表す式である場合には、結像位置から離れた測定点も高
い精度でフィッティングでき、閾値によってデータを選
別することなく、結像位置が精度良く求められる。フィ
ッティング関数Fは、測定データに最も近く出来るとい
う点から、最小2乗法によって決定するのが望ましい。
測定装置では、ある値以上又はある値以下の結像状態パ
ラメータのデータ、及びその時におけるTVカメラ2の
位置zのデータを用いてフィッティング関数Fを求める
ことが望ましい。
その時におけるTVカメラ2の位置zのデータを用いて
フィッティング関数Fを求めることもできるが、結像位
置から離れた、重要でなく精度が悪いデータも用いるこ
とになり、関数を求めることが困難となったり、関数の
精度が低下し、結像位置の測定精度が低下する傾向にあ
る。本発明では、結像位置であろうと予測される位置近
傍の結像状態パラメータのデータ、即ちある値以上又は
ある値以下の結像状態パラメータのデータと、その時に
おけるTVカメラ2の位置zのデータを用いてフィッテ
ィング関数Fを求めることにより、結像位置の付近のデ
ータのみが用いられ、フィッティング関数Fの精度が向
上し、結像位置を精度良く測定することができる。
光画像のスポット径を採用する場合は、フィッティング
関数Fが最小値となるTVカメラ位置が結像位置とな
り、スポット径が閾値より低いデータのみを使用して、
フィッティング関数Fを求めることができる。ここで、
LED光画像が正確な円形にならない場合が多いので、
LED光画像が一定以上の輝度を持つ部分の面積又は、
その面積の平方根で、スポット径の代用としても良く、
LED素子が円形でない場合やレンズの収差の影響が大
きい場合に有効である。
カメラ2の位置zにおいてのみ結像状態パラメータを求
め、TVカメラ2の位置z及び結像状態パラメータのデ
ータを用いてフィッティング関数Fを求めることが望ま
しい。この場合には、結像位置と予想される位置に近い
区間についてのみ結像状態パラメータを求め、TVカメ
ラ2の位置z及び結像状態パラメータのデータを用いて
フィッティング関数Fを求めることにより、測定点数を
少なくでき、測定をさらに高速で行うことができるとと
もに、結像位置付近のデータのみ用いることにより、フ
ィッティング関数Fの精度が向上し、結像位置を精度良
く測定できる。
位置測定装置では、従来よりも広い所定間隔毎の結像状
態パラメータにより結像位置を測定できるので、結像位
置の測定点数を大幅に削減することができ、測定に掛か
る時間を短縮し、LEDヘッド1の生産性を向上できる
とともに、結像状態を示すパラメータとTVカメラ2の
位置zから求めた理論的な関数により結像位置を求めた
ので、正確な結像位置を理論的に求めることができ、結
像位置の測定精度を大幅に高めることができる。
4とは別個に設けた例について説明したが、本発明で
は、画像処理装置内にモニタを組み込んでもよいことは
勿論である。
Dヘッド1の結像位置測定装置を用いて結像位置を求め
た。先ず、TVカメラ2をLED光の光軸方向(z方
向)にレンズから離れるように240μmの長さで15
μm刻みで移動させ、その都度取り込んだLED光画像
の画像を、画像処理装置4で処理し、結像状態パラメー
タとして画像の輝度分散値Vを出力した。この輝度分散
値VとTVカメラ2の位置zをプロットしたものを図2
に示した。
画像全体の平均輝度Mと、画像中の画素の輝度Liを用
いて、画像中の画素の総数をNとし、全ての画像中の画
素の輝度Liと平均輝度Mの差の2乗和を、総画素数N
で割って得られる、即ち下式で計算される。
状態パラメータとしての輝度分散値Vのデータから、フ
ィッティング関数Fを求めたところ、この実施例1の場
合、フィッティング関数Fを4次多項式として最小2乗
法で求めると、次式のようになった。
0-4z3+2.55×10-2z2+0.988z+17
9.18 このフィッティング関数Fを図2の実線で示す。このフ
ィッティング関数Fを微分すると、 F’=1.87×10-6z3−7.07×10-4z2+
5.10×10-2z+0.988 となる。F’=0となるz座標値を3次方程式の解の公
式を用いて有意な解を求めると、z≒124であった。
従ってz=124(μm)にLEDヘッド1の結像位置
があることになる。尚、F’=0となるz座標値を求め
る際、フィッティング関数Fが高次多項式である場合
や、特殊関数である場合は、ニュートン法などの数値計
算による方程式の解を求める手法を用いればよい。ま
た、フィッティング関数Fが2次関数の場合は、放物線
の軸を求める式から容易に結像位置を計算することが出
来る。
定装置を用いて結像位置を求めた。先ず、TVカメラを
LED光の光軸方向(z方向)にレンズから離れるよう
に光軸方向(z方向)に3μmずつ移動させ、画像処理
装置4によって画像の輝度分散値を取得し、輝度分散値
Vが最大となるところを結像位置としたものである。輝
度分散値VとTVカメラの位置zをプロットしたものを
図3に示した。この図3より、z=123(μm)にL
EDヘッドの結像位置があることになり、ほぼ本発明と
同じであった。
所望の結像位置精度より小さい刻みでTVカメラを動か
し、画像取り込み、画像処理を行い画像の輝度分散値V
を出さなければならず、この例では、3μmの結像位置
精度を得るために、また結像位置が含まれるような充分
広い範囲で測定を行わなければ成らない為に、80点も
の測定が必要であり、測定に18秒程度要し、かつ繰り
返し同じLEDヘッドで測定したところ、測定バラツキ
が20μm程度発生する場合があった。一方、本発明の
測定装置で同じLEDヘッドの結像位置を繰り返し測定
したところ、結像位置の測定バラツキは1μm以下であ
った。即ち測定精度として1μm程度が得られた。更
に、測定点数は16点で済んだため、約3秒で測定がで
き、従来の測定方法より高精度かつ5倍程度の測定の高
速化が達成された。なお、フィッティング関数Fの計算
等にかかる時間は1秒以下と無視出来る程度であった。 (実施例2)実施例1と同一のLEDヘッド1につい
て、実施例1と同様に測定し、結像状態パラメータとし
ては、LEDドット画像の輝度分散値Vを用い、輝度分
散値Vの閾値を300とし、閾値以上となる分散値とT
Vカメラ座標zの組合わせのみを用いて、フィッティン
グ関数Fを決定した。この例では、フィッティング関数
Fは2次関数とし、輝度分散値Vが閾値以上となるデー
タ(8点)を用いてフィッティング関数Fを求めると、 F=−1.69×10-2z2+4.203z+92.9
35 となった。このフィッティング関数Fを図4に実線で示
した。このフィッティング関数Fは放物線であり、放物
線の軸を求める式より、 z=−4.203/{2×(−1.69×10
-2z2)}≒124 より、分散値が最大値となるz座標は124となり、L
EDヘッド1の結像位置が、実施例1と同じとなり、閾
値以上のデータに限定したため、実施例1より次数が低
いフィッティング関数Fで正確な結像位置が得られた。
以下のデータを用いてフィッティング関数Fを求め、図
4に破線で示した。このフィッティング関数Fより結像
位置を求めるとz=117(μm)となり、得られた結
像位置が正確ではないことが判る。 (実施例3)実施例1と同一のLEDヘッドについて、
結像状態パラメータとしては、LEDドット画像のスポ
ット径を用い、スポット径とTVカメラ座標zを用い
て、フィッティング関数Fを決定した。この例では、フ
ィッティング関数Fを4次関数とし、フィッティング関
数Fを求めると、 F=1.53×10-8z4−6.23×10-6z3+2.
65×10-3z2−0.492z+56.426 となった。フィッティング関数Fを図5に実線で示し
た。このフィッティング関数Fを微分すると、 F’=6.13×10-8z3−1.87×10-5z2+
5.31×10-3z−0.492 となる。F’=0となり、Fが最小値となるz座標値を
求めると、z=125(μm)となり、実施例1とほぼ
同じとなり、1μm程度の誤差に収まる正確な結像位置
が得られることが判る。
置および測定方法では、TVカメラで所定間隔毎の結像
状態を取り込み、結像状態を示すパラメータとTVカメ
ラの位置zの関係を画像処理装置にて関数Fでフィッテ
ィングし、得られたフィッティング関数Fが最大値又は
最小値となるTVカメラの位置zを結像位置としたの
で、従来よりも広い所定間隔毎の結像状態パラメータに
より結像位置を測定でき、結像位置の測定点数を大幅に
削減することができ、測定に掛かる時間を短縮し、LE
Dヘッドの生産性を向上させることができるとともに、
結像状態を示すパラメータとTVカメラの位置zから求
めた理論的な関数により結像位置を求めたので、偶発的
な測定誤差の影響を受けずに正確な結像位置を理論的に
求めることができ、結像位置の測定精度を従来のTVカ
メラの小刻み移動よりも高めることができ、LEDヘッ
ドの結像位置を高速かつ精度よく測定することができ、
LEDヘッドの検査工程の作業効率の大幅な改善に寄与
することができる。
成を示すブロック図である。
す図である。
定データを示す図である。
関数Fを求めた図である。
場合のLEDヘッド結像位置測定データを示す図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】LED光のレンズを介した結像状態を、前
記LED光の光軸方向(z方向)に移動して取り込むT
Vカメラと、該TVカメラで取り込んだ結像状態を画像
処理して結像位置を測定する画像処理装置とを具備する
LEDヘッドの結像位置測定装置であって、前記TVカ
メラで所定間隔毎の結像状態を取り込み、該結像状態を
示すパラメータと前記TVカメラの位置zの関係を前記
画像処理装置にて関数Fでフィッティングし、得られた
フィッティング関数Fが最大値又は最小値となる前記T
Vカメラの位置zを結像位置とすることを特徴とするL
EDヘッドの結像位置測定装置。 - 【請求項2】結像状態パラメータが、LED光画像のス
ポット径、LED光画像の最大輝度及びLED光画像の
分散値のうちいずれかであることを特徴とする請求項1
記載のLEDヘッドの結像位置測定装置。 - 【請求項3】フィッティング関数Fが多項式又は正規分
布を表す式であることを特徴とする請求項1又は2記載
のLEDヘッドの結像位置測定装置。 - 【請求項4】ある値以上又はある値以下の結像状態パラ
メータのデータ、及びその時におけるTVカメラの位置
zのデータを用いてフィッティング関数Fを求めること
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載のL
EDヘッドの結像位置測定装置。 - 【請求項5】レンズから所定区間におけるTVカメラの
位置zにおいてのみ結像状態パラメータを求め、前記T
Vカメラの位置z及び前記結像状態パラメータのデータ
を用いてフィッティング関数Fを求めることを特徴とす
る請求項1乃至3のうちいずれかに記載のLEDヘッド
の結像位置測定装置。 - 【請求項6】LED光のレンズを介した結像状態を、T
Vカメラを前記LED光の光軸方向(z方向)に移動さ
せて取り込み、結像状態を画像処理して結像位置を測定
するLEDヘッドの結像位置測定方法であって、前記T
Vカメラで所定間隔毎の結像状態を取り込み、該結像状
態を示すパラメータと前記TVカメラの位置zの関係を
関数Fでフィッティングし、得られたフィッティング関
数Fが最大値または最小値となる前記TVカメラの位置
zを結像位置とすることを特徴とするLEDヘッドの結
像位置測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001377143A JP2003177007A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ledヘッドの結像位置測定装置及び結像位置測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001377143A JP2003177007A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ledヘッドの結像位置測定装置及び結像位置測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003177007A true JP2003177007A (ja) | 2003-06-27 |
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ID=19185186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001377143A Pending JP2003177007A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ledヘッドの結像位置測定装置及び結像位置測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003177007A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006289790A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Suzuka Fuji Xerox Co Ltd | レンズアレイの最適共役長の決定方法、プリントヘッド及びその製造方法、レンズアレイ最適共役長決定装置 |
CN102636114A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-08-15 | 苏州怡信光电科技有限公司 | 一种稳定型影像测量仪 |
-
2001
- 2001-12-11 JP JP2001377143A patent/JP2003177007A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006289790A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Suzuka Fuji Xerox Co Ltd | レンズアレイの最適共役長の決定方法、プリントヘッド及びその製造方法、レンズアレイ最適共役長決定装置 |
CN102636114A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-08-15 | 苏州怡信光电科技有限公司 | 一种稳定型影像测量仪 |
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