JP2009162620A

JP2009162620A - 検査装置及びその方法

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Publication number: JP2009162620A
Application number: JP2008000598A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Momoi; 芳晴桃井; Kazuki Taira; 和樹平; Tatsuo Saishu; 達夫最首
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2009-07-23
Also published as: US20090174880A1; US7834996B2

Abstract

【課題】三次元画像再生装置の各部材の三次元的な相対的な位置ずれや部品精度を検査するための検査装置を提供する。
【解決手段】二次元的に複数の画素が配列された液晶ディスプレイ１０１と、ピンホールアレイ１０９を有した三次元画像再生装置１００にテストパターンを表示させる信号発生装置２２と、テストパターンが表示された画像上の検査位置からの光を透過するレンズ１４と、結像レンズ１６と、カメラ２０と、カメラ２０で撮像した画像の輝度分布の周期と位置と、レンズ１４から液晶ディスプレイ１０１までの距離に基づいて、前記検査位置におけるピンホールアレイ１０９と液晶ディスプレイ１０１の三次元的な相対位置を解析する解析装置１３とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、三次元画像再生装置を検査するための検査装置及びその方法に関する。

従来、指向性の異なる画像を表示させるためにホログラムやレンズアレイを用いて実現させる方法があり、近年、電子ディスプレイを用いた三次元画像再生装置が提案されている。

これらの異なる指向性の画像の検査やその材料となるレンチキュラーシートなどのレンズアレイの検査装置が提案されている。

例えば、ホログラムの欠陥を抽出するために、ホログラムに落射照明を当て、反射光をテレセントリック光学系で画像を取得する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、モアレによるレンチキュラーシートの精度を検査するために、精度よくパターニングされた基準ピッチ画像とレンチキュラーシートを重ね観察される画像を解析することによってレンチキュラーシートの精度検査をする検査装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、三次元像を取得するために、特殊光学系を用いてスキャンする検査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６−１１２９９１公報特開平０７−１４００４１号公報特開２００７−１０２２０１公報

しかしながら、上記した特許文献１では、回転させて全ての指向性を取得するため測定時間や検査装置の大きさが問題点となる。また、自発光する三次元画像再生装置の場合、照明は不要であり画像表示手段が必要となる。

また、特許文献２では、部品そのものの精度を相対的に得ることができるが、三次元画像表示装置として組み上がったときの三次元的な位置ずれは検査できないという問題点がある。

さらに、特許文献３では、検査する解析手段とそのための表示手段が現実的には開示されていないという問題点がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、三次元画像再生装置の光線制御素子の三次元的な相対的な位置ずれや部品精度を検査するための検査装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明は、二次元的に複数の画素が配列された表示部と、前記表示部の前面に配されると共に、任意の周期で配置された開口部アレイ、または、レンズアレイを持つ光線制御素子とを有した三次元画像再生装置に、前記光線制御素子と同じ間隔で前記画素を点灯させようとするテストパターンを表示させる信号発生部と、前記テストパターンが表示された前記表示部上の一つの検査位置からの光を透過する第１光学素子と、前記第１光学素子の光軸上に配置され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、前記第２光学素子により結像された光線を検査画像として取得する撮像部と、前記検査画像の輝度分布の周期と位置と、前記第１光学素子から前記光線制御素子までの距離に基づいて、前記検査位置における前記光線制御素子と前記表示部の三次元的な相対位置、または、前記光線制御素子の前記周期を算出し、前記検査位置における前記相対位置、または、前記周期が基準範囲内にあるか否かを検査する解析部と、有する検査装置である。

また、本発明は、二次元的に複数の画素が配列された表示部と、前記表示部の前面に配されると共に、任意の周期で配置された開口部アレイ、または、レンズアレイを持つ光線制御素子とを有した三次元画像再生装置に、前記任意の周期で前記画素を点灯させようとするテストパターンを表示させる信号発生ステップと、前記テストパターンが表示された前記表示部上の一つの検査位置からの光を透過する第１光学素子と、前記第１光学素子の光軸上に配置され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、前記第２光学素子により結像された光線を検査画像として取得する撮像部を有する撮像光学系装置によって前記検査画像を取得する撮像ステップと、前記検査画像の輝度分布の周期と位置と、前記第１光学素子から前記光線制御素子までの距離に基づいて、前記検査位置における前記光線制御素子と前記表示部の三次元的な相対位置、または、前記光線制御素子の前記周期を算出し、前記検査位置における前記相対位置、または、前記周期が基準範囲内にあるか否かを検査する解析ステップと、有する検査方法である。

本発明によれば、三次元画像再生装置における光線制御素子と表示部との三次元的な相対的な位置ずれや光線制御素子の周期を検査できる。

以下に、本発明の一実施形態の検査装置１０について図面に基づいて説明する。

本実施形態の検査装置１０は、三次元画像再生装置（以下、単に「再生装置」という）１００によって三次元画像を再生したときに、その再生に必要な三次元の光線情報（以下、「光線情報」という）を取得して、その再生装置１００を検査する。

そこで、本実施形態の検査装置１０を説明する前に、再生装置１００について説明する。

［Ａ］再生装置１００
まず、三次元画像を再生して表示する再生装置１００の実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。

（１）再生装置１００の第１の実施形態
再生装置１００の第１の実施形態について図１と図２と図４に基づいて説明する。

（１−１）再生装置１００の構成
図１は、再生装置１００の構成を示す図である。

液晶ディスプレイ１０１は、ＲＧＢ３原色のサブピクセルが後述のようにマトリクス平面状に配置されたカラー液晶表示画面を有する。この液晶ディスプレイ１０１は駆動装置１０５により電気的に駆動され、表示画面の各列に視差情報が表示される。

液晶ディスプレイ１０１の背面側にはバックライト１０３が配置されており、バックライト用電源１０４から供給される駆動電力により、このバックライト１０３から発せられた光は液晶ディスプレイ１０１の表示画面を照明する。

ピンホールアレイ板１０２は、バックライト１０３とは反対側、つまり液晶ディスプレイ１０１の表示画面と観察者１０８との間の位置に配置されている。このピンホールアレイ板１０２の各ピンホールアレイ１０９から射出される光線群により三次元実像１０６が再生され、観察眼１０８により認識される。また、ピンホールアレイ板１０２から実像１０６とは逆方向に光線を辿っていくことにより、三次元虚像１０７を再生することもできる。さらに、ピンホールアレイ板１０２の前後に連続的に三次元像を再生させることも可能である。

なお、ピンホールアレイ１０９に代えてマイクロレンズアレイ１１２としてもよい。

（１−２）再生装置１００の再生方法
次に、図１と図２と図４に基づいて、再生装置１００の再生方法を説明する。

再生装置１００は、ＲＧＢの混色において色割れのない、自然で高精細な立体像を再生することができるように以下の構成を有している。

図２は、再生装置１００と三次元画像１０６との位置関係を上から見た図である。観察者１０８から見てピンホールアレイ板１０２の後ろ側に配置される液晶ディスプレイ１０１は、角度に応じて微妙に見え方の違う視差画像群、すなわち多視点画像を表示する。この多視点画像から発せられた光は、いずれかのピンホールアレイ１０９を通って多数の視差画像光線群となり、これらが集光されて三次元実像（立体像）１０６が再生される。

多視点画像を平面的に表示する液晶ディスプレイ１０１において、図４に示すようにその最小の表示単位はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各サブピクセルである。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのサブピクセルによって色を再現することができる。各サブピクセルは、各々からピンホールアレイ１０９の中心を通る直線が、表示空間上の立体像と交わる点の輝度及び色の情報を表示する。ここで、同一のピンホールアレイ１０９を通る同一サブピクセルからの直線が「立体像と交わる点」は一般には複数あるが、表示点は観察者側に最も近い点とする。例えば図２において、Ｐ２よりも観察眼１０８に近い点Ｐ１を表示点とする。

（２）再生装置１００の第２の実施形態
再生装置１００の第２の実施形態について図３と図４に基づいて説明する。

図３は、図１のピンホールアレイ板１０２に代えてスリットアレイ板１１０を配置した場合を示す図である。ここで、スリットアレイ板１１０は、垂直方向（または水平方向）にかけて形成された複数の孔部（スリット１１１）にを有している。なお、図４は、スリットアレイ板１１０を正面から見た概略図を示している。

スリットアレイ板１１０を用いる場合、垂直方向の屈折率は微少であるため垂直方向の視差は放棄される。スリットアレイ板１１０はピンホールアレイ板１０２よりも製作が容易であり、ピンホールアレイ板１０２と同様に色分離のない自然で高精細な立体像を再生できる。

なお、スリットアレイ板１１０に代えて、水平方向または垂直方向に曲率を有した複数のシリンドリカルレンズから構成されるレンチキュラーシート１１３を用いることとしてもよい。

［Ｂ］検査装置１０
次に、検査装置１０について図５〜図２０に基づいて説明する。

（１）検査装置１０の意義
上記した再生装置１００では、光線情報に準じた配置の画素を、光線情報をピンホールアレイ板１０２の背面に表示することで、光線情報の再生を行う。

このような再生を行う再生装置１００ではピンホールアレイやスリットアレイなどの開口部アレイ、または、レンチキュラーシートなどレンズアレイの光線制御素子１０９，１１０、１１１，１１２、１１３と、２次元画像表示装置である液晶ディスプレイ１０１との３次元的な相対位置と周期によって光線方向を決定している。

そのため、一義的な画素配列を行うためには、光線制御素子１０９〜１１３と２次元画像表示装置（液晶ディスプレイ）１０１との３次元的な相対位置と光線制御素子１０９〜１１３の周期精度が重要となる。

そこで、検査装置１０では、例えば、図５に示すように信号発生装置２２から表示させたテストパターンの指向性を持った表示を角度に対応した画像として取得し、その画像を解析することによって光線制御素子１０９〜１１３と２次元画像表示装置（液晶ディスプレイ）１０１の三次元的な相対位置と、光線制御素子１０９〜１１３の周期精度を測定する。

（２）検査装置１０の第１の実施形態
本発明の第１の実施形態の検査装置１０の構成について図５に基づいて説明する。

（２−１）検査装置１０の構成
検査装置１０は、撮像光学系１２と、この撮像光学系１２によって撮影された再生装置１００からの三次元画像である検査画像を解析する解析装置１３から構成されている。

解析装置１３としては、画像処理回路、再生装置１００にテストパターンを表示させる信号発生装置２２を有している。

なお、画像処理回路は、コンピュータと画像処理プログラムで置き換えることもでき、信号発生装置２２もコンピュータと画像作成プログラムによる画像信号の発信に置き換えることもできる。

（２）撮像光学系１２の説明
撮像光学系１２は、図５に示すように、レンズ１４、結像レンズ１６、光電変換素子１８などからなるカメラ２０を有している。

カメラ２０の光電変換素子１８は、結像レンズ１６の後段に配置され、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いることも考えられる。ここでは仮にＣＣＤ１８を用いて光電変換するとする。

図７は、撮像光学系１２のみを抜き出した図である。この撮像光学系１２はレンズ１４越しに結像レンズ１６とＣＣＤ１８で画像を撮影する。レンズ１４の焦点距離よりレンズ１４と結像レンズ１６の距離を長く設置し、結像レンズ１６の像がレンズ１４によって結像させる。この結像点に被写体を置き、撮影すれば、画像の位置に対応した被写体１点の角度分布が撮影される。

検査装置１０では、この結像点に再生装置１００を設置し、視差情報を一度に取得することによって検査を行う。

このとき、ピンホールアレイ１０９やマイクロレンズアレイ１１２などを用いた第１の実施形態の再生装置１００の視差方向が、２次元方向視差を持つ場合、図５や図７のようにレンズ１４を用いる。

なお、レンチキュラーシート１１３やスリットアレイ１１１などを用いた１次元方向に視差方向を持つ第２の実施形態の再生装置１００の場合、図６や図８に示すように、レンズ１４に代えて、視差方向のみに光学作用を持つシリンドリカルレンズ２４を用いる。

（３）移動装置２６
次に、再生装置１００と撮像光学系１２の相対位置を変えることによって、再生装置１００の画像表示面の全面を検査する移動装置２６を付加した構成について説明する。なお、このときには、カメラ２０として、移動して撮影した動画像が記録できるビデオカメラ２０を用いる。

（３−１）第１の構成
図９は、第１の構成の移動装置２６を含む検査装置１０の構成図を示す。

再生装置１００と撮像光学系１２の相対位置を変えるために、図に示すように移動装置２６によって撮像光学系１２を移動させる。

（３−２）第２の構成
図１０は、第２の構成の移動装置２６を含む検査装置１０の構成図を示す。

再生装置１００と撮像光学系１２の相対位置を変えるために、図１０に示すように再生装置１００を移動させる。なお、この第２の構成は、図９に示す第１の構成と等価となる。

（３−３）第３の構成
第３の構成の移動装置２６は、視差方向に再生装置１００の移動を行い、撮像光学系１２と再生装置１００との距離の調整や視差がない方向の位置調整の移動を撮像光学系１２で行う。

（３−４）第４の構成
第４の構成の移動装置２６は、図１１に示すように、画像表示を行う信号発生装置２２を接続した再生装置１００をベルトコンベア２８で移動させながら走査して検査する。

（３−５）第５の構成
第５の構成の移動装置２６は、図１３に示すように３枚のミラーを用いて走査するものである。図１３（ａ）は検査装置１０の平面図であり、図１３（ｂ）は検査装置１０の側面図である。

すなわち、ミラー２枚を組み合わせた１８０度反射ミラーユニット２６１と９０度反射ミラー２６２があり、９０度ミラー２６２はシリンドリカルレンズ２４と一体的にスキャンヘッド２６３によって可動する。

１８０度ミラーユニット２６１は、９０度ミラー２６２の移動速度の半分の移動速度で同方向に可動する。

このようにすることによって、走査による移動があってもレンズ１４からの光路長は変化しない。

（３−６）第６の構成
移動装置２６は用いないが、第６の構成として、図１２に示すように複数位置の情報を一度に取得するために２台の撮像光学系１２を用いて検査する方法もある。

（４）検査の解析方法
次に、検査装置１０を用いて再生装置１００を検査して解析する方法について説明する。なお、ここでは１次元視差を持った再生装置１００を前提に説明する。しかし、２次元視差を有する再生装置１００でも同様の検査が行える。

（４−１）法線方向の検査
レンチキュラーシート１１２と液晶ディスプレイ１０１との法線方向の位置ずれについて図１４と図１５と図１６に基づいて説明する。

まず、再生装置１００に表示する検査のためのテストパターンは、図１４に示すような一定ピッチの画像表示を行う。すると、図１５に示すようにレンチキュラーシート１１２のピッチとほぼ等しい画素ピッチでレンチキュラーシート１１２の谷の位置で点灯を行うと、レンチキュラーシート１１２の一つのレンズ１１２１で表示できる端の角度の光線を表示できる。

このようなテストパターンを表示したとき、取得できる画像は図１６の上図に示すような画像となる。１つのレンズ１１２１の表示する端の角度の分布が画像の幅として測定できる。この画像幅をＷとし、シリンドリカルレンズ２４から再生装置１００の距離をｄとしたとき、表示角度２θは次の式（１）として表せる。

２θ＝２ｔａｎ^−１（W／２ｄ）・・・（１）

この２θと光線制御素子であるレンチキュラーシート１１２の主点位置と画素間距離ｇの関係は表示したテストパターンの点灯周期をＰとしたとき次の式（２）で表せる。

２θ＝２ｔａｎ^−１（Ｐ／２ｇ）・・・（２）

よってレンチキュラーシート１１２と液晶ディスプレイ１０１の画面に対する法線方向の位置としてｇは次の式（３）で表すことができる。

ｇ＝ｄＰ／W ・・・（３）

（４−２）接線方向の位置ずれの検査
次に、レンチキュラーシート１１２と液晶ディスプレイ１０１との接線方向の位置ずれについて図１６と図１７と図１８に基づいて説明する。

液晶ディスプレイ１０１の画面に対して接線方向のずれ量は、レンチキュラーシート１１２の周期構造の方向を基準として解析できる。

図１７に示すように、レンチキュラーシート１１２とテストパターンがずれている場合、先ほど計測されたＷの位置ずれが起きる。この位置ずれＷが再生装置１００の光線が法線方向にずれていることを示しており、このずれ位置Δｃはレンチキュラーシート１１２とのずれ量Δｘは次の式（４）で表すことができる。

Δｘ＝Δｃ・ｇ／ｄ・・・（４）

また、このずれ量Δｘはレンチキュラーシート１１２の周期構造と画素ピッチのずれも表しており、測定位置に対する関数として観測できる。

図１８にΔｃと液晶ディスプレイ１０１の位置の関係を示しており、画面中央付近を検査すれば、相対位置ずれが観測できる。２点以上測定したときのΔｃと液晶ディスプレイ１０１の位置の相関係数によって、周期ずれが測定できる。

また、周期構造の方向と視差方向とのずれもレンズ１６越しの画像内における視差がない方向のずれによって計測できる。

これらΔｃやWは実空間上のスケールの値であり、実際にはキャリブレーションなどによって画素値と実空間上のスケールを合わせる必要がある。

（５）検査位置１０の調整
検査装置１０では再生装置１００と撮像光学系１２のレンズ１６との距離が正しくないと、正確な測定ができない。この調整方法としてマーカによる位置調整方法を図１９と図２０に基づいて説明する。

図１９に示すように、レンズピッチより十分に広い部分に一面で表示を行い、指向性を持たない画像のマーカを、再生装置１００に表示する。

この指向性を持たない画像をレンズ１４越しに撮影したとき図２０のように観測される。

距離があっていない場合には、図２０（ａ）のように画像は視差あり方向に一部しか観測されない。

図２０（ｂ）のように距離があった場合は、視差有方向にマーカの画像が広がって見える。

そして、図２０（ｂ）のような状態で検査できるように位置を調整できる。

（６）変更例
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

本発明の第１の実施形態の再生装置の説明図である。再生装置と三次元画像との位置関係を上から見た図である。本発明の第２の実施形態の再生装置の説明図である。液晶ディスプレイの画素を示す図である。本発明の第１の実施形態の検査装置の説明図である。本発明の第２の実施形態の検査装置の説明図である。第１の実施形態の検査装置の撮像光学系の説明図である。第２の実施形態の検査装置の撮像光学系の説明図である。第１の実施形態の検査装置に第１の構成の移動装置を付加した説明図である。第１の実施形態の検査装置に第２の構成の移動装置を付加した説明図である。第１の実施形態の検査装置に第４の構成の移動装置を付加した説明図である。第１の実施形態の検査装置に第６の構成の移動装置を付加した説明図である。第１の実施形態の検査装置に第５の構成の移動装置を付加した説明図である。テストパターンの図である。ギャップと２θの関係を示す図である。取得画像の説明図である。レンズずれと２θの関係を示す図である。 Δｃと液晶ディスプレイの位置関係を示す図である。結像位置調整マーカの図である。マーカによる液晶ディスプレイと撮像光学系との位置合わせを示す図である。

符号の説明

１０検査装置
１２撮像光学系
１３解析装置
１４レンズ
１６結像レンズ
１８ＣＣＤ
２０カメラ
２２信号発生装置
１００再生装置
１０１液晶ディスプレイ
１０９ピンホールアレイ

Claims

二次元的に複数の画素が配列された表示部と、前記表示部の前面に配されると共に、任意の周期で配置された開口部アレイ、または、レンズアレイを持つ光線制御素子とを有した三次元画像再生装置に、前記任意の周期で前記画素を点灯させようとするテストパターンを表示させる信号発生部と、
前記テストパターンが表示された前記表示部上の一つの検査位置からの光を透過する第１光学素子と、
前記第１光学素子の光軸上に配置され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、
前記第２光学素子により結像された光線を検査画像として取得する撮像部と、
前記検査画像の輝度分布の周期と位置と、前記第１光学素子から前記光線制御素子までの距離に基づいて、前記検査位置における前記光線制御素子と前記表示部の三次元的な相対位置、または、前記光線制御素子の前記周期を算出し、前記検査位置における前記相対位置、または、前記周期が基準範囲内にあるか否かを検査する解析部と、
有する検査装置。
前記三次元画像再生装置、または、前記第１光学素子と前記第２光学素子と前記撮像部とを有する撮像光学系装置の少なくともどちらか一方を移動させる移動部とをさらに有し、
前記解析部は、前記移動部によって前記三次元画像再生装置、または、前記撮像光学系装置の少なくともどちらか一方を移動させて、前記検査位置を移動させて検査する、
請求項１記載の検査装置。
前記撮像光学系装置を複数有し、
前記解析部は、複数の前記検査位置を検査する、
請求項１記載の検査装置。
前記解析部は、複数の前記検査位置を検査することによって、前記光線制御素子と前記表示部の三次元的な相対位置、及び、前記光線制御素子の前記周期を算出する、
請求項２または３記載の検査装置。
前記信号発生部が、前記表示部に画像マーカを表示し、
前記解析部は、前記移動部によって前記三次元画像再生装置、または、前記撮像光学系装置の少なくともどちらか一方を移動させて、前記第１光学素子と前記表示部によって表示された前記画像マーカの表示面が、前記第１光学素子によって前記光線が前記第２光学素子に結像する位置に移動させる、
請求項２記載の検査装置。
二次元的に複数の画素が配列された表示部と、前記表示部の前面に配されると共に、任意の周期で配置された開口部アレイ、または、レンズアレイを持つ光線制御素子とを有した三次元画像再生装置に、前記任意の周期で前記画素を点灯させようとするテストパターンを表示させる信号発生ステップと、
前記テストパターンが表示された前記表示部上の一つの検査位置からの光を透過する第１光学素子と、前記第１光学素子の光軸上に配置され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、前記第２光学素子により結像された光線を検査画像として取得する撮像部を有する撮像光学系装置によって前記検査画像を取得する撮像ステップと、
前記検査画像の輝度分布の周期と位置と、前記第１光学素子から前記光線制御素子までの距離に基づいて、前記検査位置における前記光線制御素子と前記表示部の三次元的な相対位置、または、前記光線制御素子の前記周期を算出し、前記検査位置における前記相対位置、または、前記周期が基準範囲内にあるか否かを検査する解析ステップと、
有する検査方法。