JP3859245B2 - チャートの中心位置出し方法 - Google Patents
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【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、チャートの中心位置出し装置に関し、特に撮像装置の光学系固有の光学歪を考慮して効率よくチャート中心と撮像装置受光部の中心とを合わせる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像装置の集光レンズの歪補正関数を求める方法として、例えば特開昭63−229419号公報記載の発明がある。
上記発明は、図12に示すように、撮像装置101のF−θレンズもしくはF−tanθレンズ等の集光レンズ102に、レーザ発振器103からのレーザ光をXスキャナ104およびYスキャナ105によって駆動されるミラー106,107を動かすことによって走査し、集光レンズ102を介して撮像装置101にレーザ光を照射する。この撮像装置101の受光素子上における理想的な走査位置と実際のずれ量を検出し、このずれ量から演算処理装置108により歪補正関数を求めるものである。
【0003】
上記方法を利用して、レーザ発振器103,XYスキャナ104,105からチャート109に切り換えて、チャート109を集光レンズ102を介して撮像装置101受光部に結像させる。このチャート109は中心位置が判別できることで、撮像装置101受光部中心とチャート109中心とのずれ量を検出し、先に求めた歪補正関数を用いてチャート109の中心位置と撮像装置101受光部の中心位置との正確なずれ量を演算処理装置108により算出し、この算出結果に基づいてチャート109もしくは撮像装置101を、駆動装置コントローラ110を介して駆動装置111により移動することにより中心位置出しを行うことが可能である。
【0004】
また、別の方法として図13に示すように、中心位置決め用チャート123を光学系122を介して撮像装置121の受光部に結像させ、その像をモニタ126に映し出し、作業者が前記モニタ126を介して中心位置決め用チャート123を観察しながら2次元的に移動可能なチャート移動装置125を手動で移動し、チャート123の中心と撮像装置121の受光部中心とを一致させるものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記各従来技術においては以下の様な欠点がある。
すなわち、前記特開昭63−229419号公報記載の発明においては、固有の光学歪みの歪補正関数を求めるために、一度所定の走査ピッチで光を結像レンズに投光し、理想的な走査位置と実際の走査位置とのずれ量を求める必要がある。この歪補正関数を求めた後、チャート中心位置と撮像装置受光部との正確な中心位置を一致させるため、作業上の時間がかかるという欠点があった。
【0006】
また、前記従来技術における別の方法においては、作業者が目視で中心位置決めを行うために精度の安定化が図れず、更にこの作業の自動化が困難であった。
【0007】
請求項1の目的は、あらかじめレンズの光学歪みを補正する歪補正関数を設定することにより、補正精度の向上と調整の自動化による作業時間の短縮とを可能にするチャートの中心位置出し方法の提供にある。
【0008】
請求項1記載の発明は、レンズを介して入射するチャート上の特徴点からの光を受光部上の所定の位置により受光できるように前記チャートと前記受光部との位置を調整するチャートの中心位置出し方法において、前記特徴点を前記受光部が撮像できるように前記チャートに対して前記受光部を対向するように配置し、前記受光部により前記特徴点を撮像して撮像信号を出力する撮像工程と、前記撮像工程により出力される撮像信号に基づいて、前記特徴点からの光が受光された前記受光部上の受光位置と前記受光部上の前記所定の位置とのずれ量を算出するずれ量算出工程と、前記ずれ量算出工程により算出された前記ずれ量と前記レンズの光学歪みを補正する下記数1もしくは数2で表される歪補正関数とに基づいて、前記受光部上の所定の位置が前記特徴点からの光を受光できるように前記チャートと前記受光部とを相対的に移動して調整する移動工程と、を有することを特徴とするものである。
【数1】
【数2】
【0009】
請求項1の作用は、チャート上の特徴点を受光部が撮像できるように前記チャート対して前記受光部を対向するように配置し、前記受光部により前記特徴点を撮像して撮像信号を出力する。
次に、出力される撮像信号に基づいて、前記特徴点からの光が受光された前記受光部上の受光位置と前記受光部上の前記所定の位置とのずれ量を算出する。
次に、算出された前記ずれ量と前記レンズの光学歪みを補正する前記数1もしくは数2で表される歪補正関数とに基づいて、前記受光部上の所定の位置が前記特徴点からの光を受光できるように前記チャートと前記受光部とを相対的に移動して調整する。これにより、受光部上の所定の位置に対するチャートの中心位置出しを行うことができる。
【0010】
以下、本発明のずれ量算出に用いる歪補正関数について説明する。歪補正関数は以下の数1および数2の式により表すものとする。
【0011】
【数1】
【0012】
【数2】
【0013】
また、上記数1および数2の式の証明を以下に示す。
K=1のとき、数1の式はh=f・sinθ型を示す。
K=∞のとき、数1の式を変形(sinを展開)すると数3の式となる。
【0014】
【数3】
【0015】
ここで、K=∞より右辺の第2項以外は0なので、
h=f・θとなる。
従って、数1の式はfsinθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を表すことができ、この時の定数Kは数4の式により決まる。
【0016】
【数4】
【0017】
同様に、ftanθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を持つ結像レンズに対し、像高hと半入射角θとの関係を数2の式とおける。
この場合のKの値は数5となる。
【0018】
【数5】
【0019】
ここで、上記数1の式と数2の式のどちらかを使用するかは撮像装置の結像レンズがfsinθ型とfθ型との中間の光学歪み特性もしくは、ftanθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を持つかで決定するが、その判別式は以下の式により決まる。
(hmax/f−θmax)<0の時、数1の式で求めた歪補正関数を使用し、(hmax/f−θmax)>0の時、数2の式で求めた歪補正関数を使用する(但し、θmaxは最大半画角、hmaxはその時の像高を示す)。
これらの式により求められた歪補正関数を使用することで、チャートの中心と撮像装置受光部の中心位置出しとが行えるようになる。
【0020】
かかる装置によれば、撮像装置受光部に光を走査して各地点のデータを検出する必要がなく、撮像光学系の歪補正関数を容易に求めることができる。さらに、この関数をメモリに記憶させておけば、同一特性のレンズを使用して中心位置出しを行う場合にチャート中心位置と撮像装置受光部の中心位置とのずれ量を検出するだけで容易に中心位置合わせができる。
【0021】
【実施例1】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図2はチャート中心位置出し装置を備えた撮像装置解像力測定器を示す概略構成図、図3はこの装置に使用する中心位置出し用チャート図、図4は請求項1の第2ステップの中心位置出し用チャートと撮像装置の中心部とのずれ量を検出する実施例の方法を示す説明図である。
【0022】
本実施例の測定器は、機械的に位置決めされて固定された結像レンズ12を取り付けたCCDカメラ11により中心位置出し用チャート13を撮影する。この時、チャート13の像はパソコン14に取り込まれる。また、中心位置出し用チャート13はx方向とy方向に移動可能な2つのスライドテーブル15,16に取り付けられており、スライドテーブル15,16は各々ステッピングモータ17,18により移動が可能となっている。ステッピングモータ17,18の駆動量は、チャート13の移動量分のパルスをパソコン14により、x方向,y方向各々のステッピングモータドライバ19,20に出力して決定する。
【0023】
また、中心位置出し用チャート13には、図3に示す如く、水平なライン26と水平なライン26に対して垂直なライン27とがあり、この2直線はチャート中心で交わるようになっている。さらに、2直線はチャート13の中心部で線が各々欠けており、欠けた箇所にはJIS B−7174によるところの解像力測定用図票21が設けられている。
【0024】
以下、本実施例の作用を説明する。
CCDカメラ11により撮像された中心位置出し用チャート13の映像信号はパソコン14に取り込まれる。パソコン14では各チャート位置での輝度値をパソン14のメモリに格納するようになっている。さらに、図4に示す如く、メモリに取り込まれたデータによりCCDカメラ11の受光素子上の上下部および左右部にウィンドウ22,23,24,25を設定し、それぞれ4ヶ所のどの部分にラインがあるかを判断する。そのうち、上下部2ヶ所のウィンドウ22,23内の垂直なライン27の存在する座標を求めて2点を通る直線の式を求める。同様に、左右部2ヶ所のウィンドウ24,25内の水平なライン26の存在する座標から直線の式を求める。
【0025】
上記の2式より2直線の交点の座標を得ることができ、求められた交点の座標はチャート13の中心部座標であり、CCDカメラ11の受光素子中心部とのずれ量を求めることができる。
しかしながら、ここで算出されたずれ量にはCCDカメラ11の結像レンズ12の光学歪みによる誤差が含まれており、スライドテーブル15,16をそのまま移動すると、光学歪みの誤差部だけチャート13の中心位置とCCDカメラ11の受光部中心位置とがずれることになる。そこで、以下に示すような歪補正関数によりCCDカメラ11の受光面上でのずれ量から正確な移動量を算出する。
【0026】
例えば、結像レンズ12とチャート13との距離が20mmであり、最大半画角π/2,焦点距離0.5mmの光学的特定を持つ結像レンズ12を用いたとし、この像高が1.0mmになったとすると、判別式=(1/0.5−π/2)>0となるため数2の式を使用することにする。
ここで、定数Kを求めるため数5の式にhmax=1,f=0.5,θmax=π/2を代入すると K≧1より K=1.94762 となる。
よって、この結像レンズにおいて数6の歪補正関数が算出される。
【0027】
【数6】
【0028】
さらに、本実施例において中心位置出し用チャートの中心と撮像装置受光部とのずれ量がCCDカメラ11の受光部上においてx方向,y方向にそれぞれdx=0.1mm,dy=0.2mmの時、まずx方向に関する正確な移動量を算出する。
dx=0.1mm,dy=0.2mmよりカメラ11の受光部上でのチャート中心と受光部中心とのずれ量dz=0.22360679となる。よって数6の式のhに0.22360679を代入することにより半入射角θを求めることができる。
よって、θ=0.439593365(rad)となる。
【0029】
また、この時のチャートと撮像装置結像レンズとは距離20mmであるため、チャート中心と撮像装置光軸中心とのずれ量Δzは、
Δz/20=tan0.43953365 より
Δz=9.404218863mmになる。
ここで、Δzのx成分をΔx,y成分をΔyとすると、以下の2式が成立する。
Δz2 =Δx2 +Δy2
Δy=2Δx
(但し、Δx>0、Δy>0、Δz>0)
【0030】
よって、上記2式より
Δx=4.205694531mm
Δy=8.411389062mm
となる。
このずれ量をスライドテーブル15,16により移動することで各々の中心を一致させることが可能となった。
【0031】
また、レンズ性能である解像力を測定する場合、その表現方法の1つとして解像力測定用図票(以下、図票と呼ぶ)21を使用したコントラスト値の測定がある。コントラスト値を求めるのに必要なパラメータとして図票21における白部と黒部の輝度値が必要となる。このため、図票21を撮影したときの映像信号で図票21上の1走査線映像信号から図票21の白部と黒部の輝度値を判断することができ、コントラスト値の計測ができるようになる。
【0032】
よって、コントラスト値を測定する毎に図票21が同じ位置にあることにより、同一の走査線映像信号から図票21の白部と黒部の輝度値を判断することが可能になった。
また、これらの一連の作業はパソコン14で処理され、スライドテーブル15,16もパソコン14から移動量をパルスで出力することにより作業の自動化ができる。
【0033】
本実施例によれば、チャート中心位置出しを行った後に解像力測定を行うため、必ず解像力測定用図票に測定する走査線がヒットするため、測定エラーを起こさずに測定可能となった。
【0034】
【実施例2】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図5は、チャート中心位置出し装置を備えた画角測定器を示す概略構成図、図6は本実施例で用いるチャート図、図7は本実施例における画角測定法を示すフローチャート、図8および図9は本実施例における画角測定法の説明図である。
【0035】
本実施例の測定器は、中心位置出し用チャート33が図中のx方向とy方向とに移動可能なスライドテーブル35,36に取り付けられている。そして、スライドテーブル35,36は各々ステッピングモータ37,38により移動が可能となっており、各々ステッピングモータドライバ39,40によりステッピングモータ37,38を回転させる。さらに、本実施例では撮像装置であるCCDカメラ31とチャート33との距離を調整できるようにz方向のスライドテーブル42が設置されており、x,y方向のスライドテーブル35,36同様、ステッピングモータ43により移動でき、ステッピングモータドライバ44により作動する機構となっている。そして、CCDカメラ31の出力映像は、パソコン34に取り込まれて所定の処理がなされる構成になっている。
【0036】
さらに、中心位置出し用チャート33は図6に示す如く、中心に丸の図形41が描かれている。図形41の大きさは、z方向スライドテーブル42により中心位置出し用チャート33をCCDカメラ31に十分に接近させたとき、結像レンズ32を介してCCDカメラ31の受光部全面に結像される程度の大きさとなっている。
【0037】
以上のように、本実施例は前記実施例1の構成に対してCCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離を調整できるz方向のスライドテーブル42と、中心出しチャート33に画角測定用の丸型の図形41が追加された構成となっている。
【0038】
以下、本実施例の作用を説明する。
前記実施例1で述べたように、CCDカメラ31により撮像された中心位置出し用チャート33の映像出力信号によりCDDカメラ31の受光素子の中心位置と中心位置出し用チャート33の中心位置とを一致させる。
【0039】
さらに、CCDカメラ31の画角を測定するためのフローチャートを図7に示し、これにより画角測定方法を説明する。まず、CCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離を短くすることにより、チャート33上の丸型の図形41がCCDカメラ31の受光部全面に結像されることになる。この位置から、CCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離が離れる方向にある一定距離だけチャート33をz方向スライドテーブル42により移動する。この位置で再びCCDカメラ31の映像信号をパソコン34により取り込み、図8に示す如く、CCDカメラ31の受光部46の4隅42,43,44,45にチャート上の丸型の図形41が存在するか否かを判断する。
【0040】
これらの動作を繰り返して行うと、図9に示すように、CCDカメラ31の受光部46の4隅42,43,44,45にチャート上の丸型の図形41が欠ける位置が存在する。この時のCCDカメラ31の受光部と中心位置出し用チャート33との距離をz方向スライドテーブル42の移動量から算出する。この結果とチャート上の丸型の図形の大きさにより、測定対象となっているCCDカメラ31の結像レンズ32の画角測定が可能となる。
【0041】
本実施例では、集光レンズの画角が設計値と比較したときにばらつきがある場合、正確な画角を測定するための方法であり、当然のことながら歪補正関数の画角パラメータは設計値を用いることになる。
本実施例の方法により、確実かつ単純な測定構成により自動で被検物レンズの画角測定が可能となった。
また、本実施例の構成において中心出し用チャートを前記実施例1のものと交換することにより、測定距離を可変にした解像力測定器になることはいうまでもない。
【0042】
【実施例3】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図10はチャート中心位置出し装置を備えた像倒れ測定器を示す概略構成図、図11は本実施例で用いるチャート図である。
ちなみに、本文で言う「像倒れ測定器」とは、撮像素子を支える筐体に対して撮像素子が水平に取り付けられているか否か、また水平でない場合にどの程度ずれているのかを測定する測定器のことを言う。
【0043】
本実施例の測定器は、中心位置出し用チャート53が図中のx方向とy方向とにそれぞれ移動可能なスライドテーブル55,56に取り付けられている。そして、スライドテーブル55,56は各々ACサーボモータ57,58により移動可能になっている。また、撮像素子のCCDカメラ51はチャート中央部を撮影するために機械的に位置決める機構になっており、台66に固定されている。
【0044】
さらに、CCDカメラ51の出力映像信号はパターンの重心座標を算出できる画像処理装置67に接続されている。画像処理装置67はデータを演算処理するためにパソコン54に接続されている。また、パソコン54はACサーボモータ57,58を制御するため、各々ACサーボモータドライバ59,60に接続されている。
本実施例での中心位置出し用チャート53の詳細は図11に示す如く、中心位置に丸型の図形61が描かれており、更に上下左右に4つの正方形の図形62,63,64,65が描かれている。
【0045】
以下、本実施例の作用を説明する。
CCDカメラ51により撮影された中心位置出し用チャート53の映像は画像処理装置67に取り込まれる。画像処理装置67のパターンマッチング機能により、中心位置出し用チャート53の中心部の丸型図形61の位置を検索する。さらに、丸型の図形61の重心座標を求めて、その結果を演算処理装置のパソコン54にデータを転送する。
【0046】
そして、パソコン54により歪補正関数を用いて正確な中心位置決め用チャート53の中心位置とCCDカメラ51の受光部中心位置とのずれ量を算出する。算出されたずれ量は、ACサーボモータ57,58の回転数に換算され、ずれ量相当分のパルスをパソコン54からACサーボモータ57,58に出力する。かくして、中心位置出し用チャート53の中心位置とCCDカメラ51の受光素子部の中心位置とが一致する。
【0047】
さらに、本実施例では像倒れの計測を行うため、中心位置出し用チャート53の上下左右に設置された正方形の図形62,63,64,65の各々の重心座標を画像処理装置67により求める。これらの4つの重心座標のデータはパソコン54に転送され、上下左右のいずれかのずれ量を算出することにより像倒れ量を求めることができる。
【0048】
本実施例によれば、簡単かつ確実に像倒れ測定を行うことが可能となった。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、正確にチャート中心と受光部中心とを位置合わせすることができるチャートの中心位置出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を示すフローチャートである。
【図2】実施例1を示す概略構成図である。
【図3】実施例1を示すチャート図である。
【図4】実施例1を示す説明図である。
【図5】実施例2を示す概略構成図である。
【図6】実施例2を示すチャート図である。
【図7】実施例2を示すフローチャートである。
【図8】実施例2を示す説明図である。
【図9】実施例2を示す説明図である。
【図10】実施例3を示す概略構成図である。
【図11】実施例3を示すチャート図である。
【図12】従来例を示す概略構成図である。
【図13】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
11 CCDカメラ
12 結像レンズ
13 中心位置出し用チャート
14 パソコン
15,16 スライドテーブル
17,18 ステッピングモータ
19,20 ステッピングモータドライバ
【産業上の利用分野】
本発明は、チャートの中心位置出し装置に関し、特に撮像装置の光学系固有の光学歪を考慮して効率よくチャート中心と撮像装置受光部の中心とを合わせる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像装置の集光レンズの歪補正関数を求める方法として、例えば特開昭63−229419号公報記載の発明がある。
上記発明は、図12に示すように、撮像装置101のF−θレンズもしくはF−tanθレンズ等の集光レンズ102に、レーザ発振器103からのレーザ光をXスキャナ104およびYスキャナ105によって駆動されるミラー106,107を動かすことによって走査し、集光レンズ102を介して撮像装置101にレーザ光を照射する。この撮像装置101の受光素子上における理想的な走査位置と実際のずれ量を検出し、このずれ量から演算処理装置108により歪補正関数を求めるものである。
【0003】
上記方法を利用して、レーザ発振器103,XYスキャナ104,105からチャート109に切り換えて、チャート109を集光レンズ102を介して撮像装置101受光部に結像させる。このチャート109は中心位置が判別できることで、撮像装置101受光部中心とチャート109中心とのずれ量を検出し、先に求めた歪補正関数を用いてチャート109の中心位置と撮像装置101受光部の中心位置との正確なずれ量を演算処理装置108により算出し、この算出結果に基づいてチャート109もしくは撮像装置101を、駆動装置コントローラ110を介して駆動装置111により移動することにより中心位置出しを行うことが可能である。
【0004】
また、別の方法として図13に示すように、中心位置決め用チャート123を光学系122を介して撮像装置121の受光部に結像させ、その像をモニタ126に映し出し、作業者が前記モニタ126を介して中心位置決め用チャート123を観察しながら2次元的に移動可能なチャート移動装置125を手動で移動し、チャート123の中心と撮像装置121の受光部中心とを一致させるものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記各従来技術においては以下の様な欠点がある。
すなわち、前記特開昭63−229419号公報記載の発明においては、固有の光学歪みの歪補正関数を求めるために、一度所定の走査ピッチで光を結像レンズに投光し、理想的な走査位置と実際の走査位置とのずれ量を求める必要がある。この歪補正関数を求めた後、チャート中心位置と撮像装置受光部との正確な中心位置を一致させるため、作業上の時間がかかるという欠点があった。
【0006】
また、前記従来技術における別の方法においては、作業者が目視で中心位置決めを行うために精度の安定化が図れず、更にこの作業の自動化が困難であった。
【0007】
請求項1の目的は、あらかじめレンズの光学歪みを補正する歪補正関数を設定することにより、補正精度の向上と調整の自動化による作業時間の短縮とを可能にするチャートの中心位置出し方法の提供にある。
【0008】
請求項1記載の発明は、レンズを介して入射するチャート上の特徴点からの光を受光部上の所定の位置により受光できるように前記チャートと前記受光部との位置を調整するチャートの中心位置出し方法において、前記特徴点を前記受光部が撮像できるように前記チャートに対して前記受光部を対向するように配置し、前記受光部により前記特徴点を撮像して撮像信号を出力する撮像工程と、前記撮像工程により出力される撮像信号に基づいて、前記特徴点からの光が受光された前記受光部上の受光位置と前記受光部上の前記所定の位置とのずれ量を算出するずれ量算出工程と、前記ずれ量算出工程により算出された前記ずれ量と前記レンズの光学歪みを補正する下記数1もしくは数2で表される歪補正関数とに基づいて、前記受光部上の所定の位置が前記特徴点からの光を受光できるように前記チャートと前記受光部とを相対的に移動して調整する移動工程と、を有することを特徴とするものである。
【数1】
【数2】
【0009】
請求項1の作用は、チャート上の特徴点を受光部が撮像できるように前記チャート対して前記受光部を対向するように配置し、前記受光部により前記特徴点を撮像して撮像信号を出力する。
次に、出力される撮像信号に基づいて、前記特徴点からの光が受光された前記受光部上の受光位置と前記受光部上の前記所定の位置とのずれ量を算出する。
次に、算出された前記ずれ量と前記レンズの光学歪みを補正する前記数1もしくは数2で表される歪補正関数とに基づいて、前記受光部上の所定の位置が前記特徴点からの光を受光できるように前記チャートと前記受光部とを相対的に移動して調整する。これにより、受光部上の所定の位置に対するチャートの中心位置出しを行うことができる。
【0010】
以下、本発明のずれ量算出に用いる歪補正関数について説明する。歪補正関数は以下の数1および数2の式により表すものとする。
【0011】
【数1】
【0012】
【数2】
【0013】
また、上記数1および数2の式の証明を以下に示す。
K=1のとき、数1の式はh=f・sinθ型を示す。
K=∞のとき、数1の式を変形(sinを展開)すると数3の式となる。
【0014】
【数3】
【0015】
ここで、K=∞より右辺の第2項以外は0なので、
h=f・θとなる。
従って、数1の式はfsinθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を表すことができ、この時の定数Kは数4の式により決まる。
【0016】
【数4】
【0017】
同様に、ftanθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を持つ結像レンズに対し、像高hと半入射角θとの関係を数2の式とおける。
この場合のKの値は数5となる。
【0018】
【数5】
【0019】
ここで、上記数1の式と数2の式のどちらかを使用するかは撮像装置の結像レンズがfsinθ型とfθ型との中間の光学歪み特性もしくは、ftanθ型とfθ型との中間の光学歪み特性を持つかで決定するが、その判別式は以下の式により決まる。
(hmax/f−θmax)<0の時、数1の式で求めた歪補正関数を使用し、(hmax/f−θmax)>0の時、数2の式で求めた歪補正関数を使用する(但し、θmaxは最大半画角、hmaxはその時の像高を示す)。
これらの式により求められた歪補正関数を使用することで、チャートの中心と撮像装置受光部の中心位置出しとが行えるようになる。
【0020】
かかる装置によれば、撮像装置受光部に光を走査して各地点のデータを検出する必要がなく、撮像光学系の歪補正関数を容易に求めることができる。さらに、この関数をメモリに記憶させておけば、同一特性のレンズを使用して中心位置出しを行う場合にチャート中心位置と撮像装置受光部の中心位置とのずれ量を検出するだけで容易に中心位置合わせができる。
【0021】
【実施例1】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図2はチャート中心位置出し装置を備えた撮像装置解像力測定器を示す概略構成図、図3はこの装置に使用する中心位置出し用チャート図、図4は請求項1の第2ステップの中心位置出し用チャートと撮像装置の中心部とのずれ量を検出する実施例の方法を示す説明図である。
【0022】
本実施例の測定器は、機械的に位置決めされて固定された結像レンズ12を取り付けたCCDカメラ11により中心位置出し用チャート13を撮影する。この時、チャート13の像はパソコン14に取り込まれる。また、中心位置出し用チャート13はx方向とy方向に移動可能な2つのスライドテーブル15,16に取り付けられており、スライドテーブル15,16は各々ステッピングモータ17,18により移動が可能となっている。ステッピングモータ17,18の駆動量は、チャート13の移動量分のパルスをパソコン14により、x方向,y方向各々のステッピングモータドライバ19,20に出力して決定する。
【0023】
また、中心位置出し用チャート13には、図3に示す如く、水平なライン26と水平なライン26に対して垂直なライン27とがあり、この2直線はチャート中心で交わるようになっている。さらに、2直線はチャート13の中心部で線が各々欠けており、欠けた箇所にはJIS B−7174によるところの解像力測定用図票21が設けられている。
【0024】
以下、本実施例の作用を説明する。
CCDカメラ11により撮像された中心位置出し用チャート13の映像信号はパソコン14に取り込まれる。パソコン14では各チャート位置での輝度値をパソン14のメモリに格納するようになっている。さらに、図4に示す如く、メモリに取り込まれたデータによりCCDカメラ11の受光素子上の上下部および左右部にウィンドウ22,23,24,25を設定し、それぞれ4ヶ所のどの部分にラインがあるかを判断する。そのうち、上下部2ヶ所のウィンドウ22,23内の垂直なライン27の存在する座標を求めて2点を通る直線の式を求める。同様に、左右部2ヶ所のウィンドウ24,25内の水平なライン26の存在する座標から直線の式を求める。
【0025】
上記の2式より2直線の交点の座標を得ることができ、求められた交点の座標はチャート13の中心部座標であり、CCDカメラ11の受光素子中心部とのずれ量を求めることができる。
しかしながら、ここで算出されたずれ量にはCCDカメラ11の結像レンズ12の光学歪みによる誤差が含まれており、スライドテーブル15,16をそのまま移動すると、光学歪みの誤差部だけチャート13の中心位置とCCDカメラ11の受光部中心位置とがずれることになる。そこで、以下に示すような歪補正関数によりCCDカメラ11の受光面上でのずれ量から正確な移動量を算出する。
【0026】
例えば、結像レンズ12とチャート13との距離が20mmであり、最大半画角π/2,焦点距離0.5mmの光学的特定を持つ結像レンズ12を用いたとし、この像高が1.0mmになったとすると、判別式=(1/0.5−π/2)>0となるため数2の式を使用することにする。
ここで、定数Kを求めるため数5の式にhmax=1,f=0.5,θmax=π/2を代入すると K≧1より K=1.94762 となる。
よって、この結像レンズにおいて数6の歪補正関数が算出される。
【0027】
【数6】
【0028】
さらに、本実施例において中心位置出し用チャートの中心と撮像装置受光部とのずれ量がCCDカメラ11の受光部上においてx方向,y方向にそれぞれdx=0.1mm,dy=0.2mmの時、まずx方向に関する正確な移動量を算出する。
dx=0.1mm,dy=0.2mmよりカメラ11の受光部上でのチャート中心と受光部中心とのずれ量dz=0.22360679となる。よって数6の式のhに0.22360679を代入することにより半入射角θを求めることができる。
よって、θ=0.439593365(rad)となる。
【0029】
また、この時のチャートと撮像装置結像レンズとは距離20mmであるため、チャート中心と撮像装置光軸中心とのずれ量Δzは、
Δz/20=tan0.43953365 より
Δz=9.404218863mmになる。
ここで、Δzのx成分をΔx,y成分をΔyとすると、以下の2式が成立する。
Δz2 =Δx2 +Δy2
Δy=2Δx
(但し、Δx>0、Δy>0、Δz>0)
【0030】
よって、上記2式より
Δx=4.205694531mm
Δy=8.411389062mm
となる。
このずれ量をスライドテーブル15,16により移動することで各々の中心を一致させることが可能となった。
【0031】
また、レンズ性能である解像力を測定する場合、その表現方法の1つとして解像力測定用図票(以下、図票と呼ぶ)21を使用したコントラスト値の測定がある。コントラスト値を求めるのに必要なパラメータとして図票21における白部と黒部の輝度値が必要となる。このため、図票21を撮影したときの映像信号で図票21上の1走査線映像信号から図票21の白部と黒部の輝度値を判断することができ、コントラスト値の計測ができるようになる。
【0032】
よって、コントラスト値を測定する毎に図票21が同じ位置にあることにより、同一の走査線映像信号から図票21の白部と黒部の輝度値を判断することが可能になった。
また、これらの一連の作業はパソコン14で処理され、スライドテーブル15,16もパソコン14から移動量をパルスで出力することにより作業の自動化ができる。
【0033】
本実施例によれば、チャート中心位置出しを行った後に解像力測定を行うため、必ず解像力測定用図票に測定する走査線がヒットするため、測定エラーを起こさずに測定可能となった。
【0034】
【実施例2】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図5は、チャート中心位置出し装置を備えた画角測定器を示す概略構成図、図6は本実施例で用いるチャート図、図7は本実施例における画角測定法を示すフローチャート、図8および図9は本実施例における画角測定法の説明図である。
【0035】
本実施例の測定器は、中心位置出し用チャート33が図中のx方向とy方向とに移動可能なスライドテーブル35,36に取り付けられている。そして、スライドテーブル35,36は各々ステッピングモータ37,38により移動が可能となっており、各々ステッピングモータドライバ39,40によりステッピングモータ37,38を回転させる。さらに、本実施例では撮像装置であるCCDカメラ31とチャート33との距離を調整できるようにz方向のスライドテーブル42が設置されており、x,y方向のスライドテーブル35,36同様、ステッピングモータ43により移動でき、ステッピングモータドライバ44により作動する機構となっている。そして、CCDカメラ31の出力映像は、パソコン34に取り込まれて所定の処理がなされる構成になっている。
【0036】
さらに、中心位置出し用チャート33は図6に示す如く、中心に丸の図形41が描かれている。図形41の大きさは、z方向スライドテーブル42により中心位置出し用チャート33をCCDカメラ31に十分に接近させたとき、結像レンズ32を介してCCDカメラ31の受光部全面に結像される程度の大きさとなっている。
【0037】
以上のように、本実施例は前記実施例1の構成に対してCCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離を調整できるz方向のスライドテーブル42と、中心出しチャート33に画角測定用の丸型の図形41が追加された構成となっている。
【0038】
以下、本実施例の作用を説明する。
前記実施例1で述べたように、CCDカメラ31により撮像された中心位置出し用チャート33の映像出力信号によりCDDカメラ31の受光素子の中心位置と中心位置出し用チャート33の中心位置とを一致させる。
【0039】
さらに、CCDカメラ31の画角を測定するためのフローチャートを図7に示し、これにより画角測定方法を説明する。まず、CCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離を短くすることにより、チャート33上の丸型の図形41がCCDカメラ31の受光部全面に結像されることになる。この位置から、CCDカメラ31と中心位置出し用チャート33との距離が離れる方向にある一定距離だけチャート33をz方向スライドテーブル42により移動する。この位置で再びCCDカメラ31の映像信号をパソコン34により取り込み、図8に示す如く、CCDカメラ31の受光部46の4隅42,43,44,45にチャート上の丸型の図形41が存在するか否かを判断する。
【0040】
これらの動作を繰り返して行うと、図9に示すように、CCDカメラ31の受光部46の4隅42,43,44,45にチャート上の丸型の図形41が欠ける位置が存在する。この時のCCDカメラ31の受光部と中心位置出し用チャート33との距離をz方向スライドテーブル42の移動量から算出する。この結果とチャート上の丸型の図形の大きさにより、測定対象となっているCCDカメラ31の結像レンズ32の画角測定が可能となる。
【0041】
本実施例では、集光レンズの画角が設計値と比較したときにばらつきがある場合、正確な画角を測定するための方法であり、当然のことながら歪補正関数の画角パラメータは設計値を用いることになる。
本実施例の方法により、確実かつ単純な測定構成により自動で被検物レンズの画角測定が可能となった。
また、本実施例の構成において中心出し用チャートを前記実施例1のものと交換することにより、測定距離を可変にした解像力測定器になることはいうまでもない。
【0042】
【実施例3】
以下、本実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図10はチャート中心位置出し装置を備えた像倒れ測定器を示す概略構成図、図11は本実施例で用いるチャート図である。
ちなみに、本文で言う「像倒れ測定器」とは、撮像素子を支える筐体に対して撮像素子が水平に取り付けられているか否か、また水平でない場合にどの程度ずれているのかを測定する測定器のことを言う。
【0043】
本実施例の測定器は、中心位置出し用チャート53が図中のx方向とy方向とにそれぞれ移動可能なスライドテーブル55,56に取り付けられている。そして、スライドテーブル55,56は各々ACサーボモータ57,58により移動可能になっている。また、撮像素子のCCDカメラ51はチャート中央部を撮影するために機械的に位置決める機構になっており、台66に固定されている。
【0044】
さらに、CCDカメラ51の出力映像信号はパターンの重心座標を算出できる画像処理装置67に接続されている。画像処理装置67はデータを演算処理するためにパソコン54に接続されている。また、パソコン54はACサーボモータ57,58を制御するため、各々ACサーボモータドライバ59,60に接続されている。
本実施例での中心位置出し用チャート53の詳細は図11に示す如く、中心位置に丸型の図形61が描かれており、更に上下左右に4つの正方形の図形62,63,64,65が描かれている。
【0045】
以下、本実施例の作用を説明する。
CCDカメラ51により撮影された中心位置出し用チャート53の映像は画像処理装置67に取り込まれる。画像処理装置67のパターンマッチング機能により、中心位置出し用チャート53の中心部の丸型図形61の位置を検索する。さらに、丸型の図形61の重心座標を求めて、その結果を演算処理装置のパソコン54にデータを転送する。
【0046】
そして、パソコン54により歪補正関数を用いて正確な中心位置決め用チャート53の中心位置とCCDカメラ51の受光部中心位置とのずれ量を算出する。算出されたずれ量は、ACサーボモータ57,58の回転数に換算され、ずれ量相当分のパルスをパソコン54からACサーボモータ57,58に出力する。かくして、中心位置出し用チャート53の中心位置とCCDカメラ51の受光素子部の中心位置とが一致する。
【0047】
さらに、本実施例では像倒れの計測を行うため、中心位置出し用チャート53の上下左右に設置された正方形の図形62,63,64,65の各々の重心座標を画像処理装置67により求める。これらの4つの重心座標のデータはパソコン54に転送され、上下左右のいずれかのずれ量を算出することにより像倒れ量を求めることができる。
【0048】
本実施例によれば、簡単かつ確実に像倒れ測定を行うことが可能となった。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、正確にチャート中心と受光部中心とを位置合わせすることができるチャートの中心位置出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を示すフローチャートである。
【図2】実施例1を示す概略構成図である。
【図3】実施例1を示すチャート図である。
【図4】実施例1を示す説明図である。
【図5】実施例2を示す概略構成図である。
【図6】実施例2を示すチャート図である。
【図7】実施例2を示すフローチャートである。
【図8】実施例2を示す説明図である。
【図9】実施例2を示す説明図である。
【図10】実施例3を示す概略構成図である。
【図11】実施例3を示すチャート図である。
【図12】従来例を示す概略構成図である。
【図13】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
11 CCDカメラ
12 結像レンズ
13 中心位置出し用チャート
14 パソコン
15,16 スライドテーブル
17,18 ステッピングモータ
19,20 ステッピングモータドライバ
Claims (1)
- レンズを介して入射するチャート上の特徴点からの光を受光部上の所定の位置により受光できるように前記チャートと前記受光部との位置を調整するチャートの中心位置出し方法において、
前記特徴点を前記受光部が撮像できるように前記チャートに対して前記受光部を対向するように配置し、前記受光部により前記特徴点を撮像して撮像信号を出力する撮像工程と、
前記撮像工程により出力される撮像信号に基づいて、前記特徴点からの光が受光された前記受光部上の受光位置と前記受光部上の前記所定の位置とのずれ量を算出するずれ量算出工程と、
前記ずれ量算出工程により算出された前記ずれ量と前記レンズの光学歪みを補正する下記数1もしくは数2で表される歪補正関数とに基づいて、前記受光部上の所定の位置が前記特徴点からの光を受光できるように前記チャートと前記受光部とを相対的に移動して調整する移動工程と、
を有することを特徴とするチャートの中心位置出し方法。
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