JP6199938B2 - ３次元歪みを決定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射物体における反射によって形成される対象物の像の歪みを決定する方法及び装置に関する。

対象物を、反射面を有する物体に映す場合、特に該物体の表面の凹凸により、寸法の変化、縮小、増大や曲率の変化のような歪みが発生する。このような歪みによって、対象物の像は、該対象物の実際の外観とは異なる外観を示す。

鏡面仕上げのファサードや自動車用窓ガラスのような反射物体の場合、外界を反射物体の反射面上にできるだけ小さい歪みで映すことが多くの場合において必要となる。対象物の反射像の歪みは、しばしば反射物体それ自身の美感に関する問題となる。自動車の場合、例えば、できるだけ一様な輪郭が確実に認識されるべきである。反射像において大きな歪みがある場合、観察者は、自動車の外観を受け入れることができないほどになる。

従って、本発明の目的は、反射体上における対象物の反射像の歪みを評価するための、簡単でコスト効率がよく且つ迅速な方法及びそのような方法を実行するための簡単且つコスト効率がよい装置を提供することにある。

上記目的は以下の方法で実現される。すなわち、該方法において、先ず、反射体の表面の３次元形状を決定し、既知となった前記反射体の前記表面の３次元形状に基づいて、異なる複数の視線から、対象物の像の歪みを計算し、計算した歪みに基づいて、３次元歪みを決定する。

本発明は、反射における光学的歪みは、曲率、特に曲率の変化によって引き起こされるという事実に基づいている。例えば、反射物体が観察者に対して動くことによって視野角が変化する場合、曲率の大きな変化（特に短い距離における変化）があると、対象物の反射像が顕著に動くことになる。反射体の表面における曲率又は曲率の変化は、その点における屈折率の変化として表すことができる。

本発明によれば、先ず、反射体の表面の３次元形状を決定する。表面の３次元形状には、全ての点における表面の曲率に関する情報が含まれる。反射体の表面上のある特定の点における曲率は、該点における屈折率に対応する。

好ましい実施形態において、反射体の表面の３次元形状、ひいては、表面の各点における曲率は、カメラを用いて、デフレクトメトリ法によって決定される。デフレクトメトリ測定によって、参照マークを付与する必要なく、反射体の３次元形状が確定される。この目的を達成するため、大面積を有する大きい反射体の場合における好ましい手法は、複数のカメラを用いて、セクションに分けて反射体を測定することである。これら測定値に基づいて計算し、表面の３次元全体形状を構成する。或いは、参照マークを用いた手法において、純粋に機械的な接触による測定、又は三角測量による拡散反射面の測定、によって反射体表面の３次元形状を決定することもできる。

上述のように、表面上のある特定の視線及びある特定の点に対する反射体の実際の曲率に基づいて、該点の屈折力は、計算で求めることができる。これに関連して、観察者が異なる視野角で反射体を観察すると、曲率に基づいて計算可能である屈折力は変化することが認識された。従って、既知となった反射体の３次元表面形状に基づいて、視野角の変化によって引き起こされる歪みに関する影響を決定することができる。この計算において、仮想カメラが所望の視野方向全てにおいて配置されることが仮定される。そして、対象物の反射像は、そのような仮想カメラの視点から決定される。異なる複数の視野角から生じる対象物の像の歪みは、集合的に３次元歪みとも呼ばれる。

本発明に係る方法は、以下の効果を有する。すなわち、反射体に対して１度だけ測定を行えば、３次元歪みを決定することができる。本発明に係る方法では、反射体の３次元表面形状を決定するだけでよいので、反射体の３次元歪みに関する評価にかかる時間が最小化される。本発明に係る方法によれば、異なる複数の視野角から実際のカメラを用いて３次元歪みを決定するために測定装置を再構成する必要はない。従って、反射体の評価にかかる時間が最小化される。

本発明に係る方法の別の効果として、該方法は、任意のタイプの対象物に対して使用できるという点がある。該対象物としては、例えば、正方格子又は任意のタイプの２次元又は３次元対象物であってよい。

さらに、歪みは、反射体の表面に対して任意の視野角において検査することができる。従って、本発明に係る方法は、高い柔軟性があり、顧客によって異なる視野角の仕様に対して迅速に適合させることができる。

本発明に係る方法は、反射体の自動品質検査において使用されることが好ましい。上述したように、この目的を達成するため、表面の３次元形状が決定され、それに基づいて、該反射体に対する顧客の仕様に従って（例えば、対象物の視野角及び／又は形状及び／又は位置）、３次元歪みが自動的に決定される。そして、その歪みデータは、歪みに関する顧客の仕様と比較される。表面の３次元形状に基づいて確定した歪みデータと指定された歪みデータとの比較によって、反射体が顧客の品質仕様を満たしているかどうかが決定される。顧客の品質仕様を満たしていない場合、エラーが報告され（例えば、エラーは光学的に及び／又は音声的に報知される）、及び／又は該反射体は生産工程から除外される。

本発明に係る方法の範囲内では、反射体は、必ずしも１００％の反射率をもつ必要はない。３次元歪みの計算範囲においては反射率が変化してもよいからである。反射体の反射率は任意の値（例えば１００％）に設定されてよい。この場合、反射率は、入射光強度に対する反射光強度の比である。本発明に係る方法は、１００％の反射率を非反射体に割り当てて、３次元歪みを検査することもできる。

また、上記の課題は以下の装置によって解決される。すなわち、該装置は、反射体の表面の３次元形状を（例えば好適な測定装置によって）決定し、既知となった表面の３次元形状に基づいて、対象物の像の歪みを、演算部によって、異なる複数の視野方向から計算し、計算した歪みに基づいて、３次元歪みを決定する。

本発明に係る装置は、特に、対象物の像の歪みを、異なる複数の視野方向から計算する。この目的を達成するため、演算部は、所望の視野方向全てに仮想カメラを配置し、対象物の反射像を、表面の３次元形状に関するデータに基づいて、仮想カメラの視点から決定する。

本発明に係る装置の測定部は、カメラを用いて、好ましくはデフレクトメトリ法によって、反射体の表面の形状を決定する。

本発明に係る装置の演算部はさらに、表面上の各点に対して視野方向において対象物の像の歪みを決定する。該視野方向は、各点における、反射体の表面の法線に対応する。

さらに、反射体の表面の反射率は、演算部によって、変化されてもよい。

本発明に係る装置は、上記の方法と同様の効果を有し、上記方法の工程を実行するように設計される。

決定された結果を用いて、反射体（又は非反射体）例えば、自動車用窓ガラスやガラスファサードを評価することができる。例えば、品質検査において、例えば、反射させた際の像における、基準形状、寸法変化、曲率、曲率変化、拡大や縮小の程度に照らして評価される。この目的を達成するため、種々の制限値が、本発明に係る方法及び装置によってチェックされる。これら制限値は、この種の反射体を生産している顧客の仕様カタログにそれぞれ記載されたものである。

好ましい実施形態において、対象物の像の歪みは、反射体の表面上の各点に対して視野方向において決定される。該視野方向は、該各点（すなわち、表面上での観察光線の入射点）における表面法線に対応する。このタイプの方法は、特に工業製品が反射体である場合に好適である。反射体の形状によって不可避的に規定される最低限の光学的効果を測定することができるからである。

本発明の他の効果、特徴及び可能な用途が、実施形態に対する以下の説明及び添付の図面から理解できよう。ここに記載及び／又は示す全ての特徴は、請求項又は前述の文言にかかわらず、それ自体或いはそれらを組み合わせることで本発明の主題を構成する。

図１は、本発明に係る、３次元歪みを決定する装置の第１サブシステムの側面図である。 図２は、本発明に係る、３次元歪みを決定する装置の第２サブシステムの図である。

図１は、自動車の窓用のガラス１の形態である反射体を示す。該ガラスは反射面２を有し、該反射面２はカメラ（実際のカメラ）によって観察される。特に、カメラ３は、ガラス１の表面２上の対象物の反射像を観察する。該対象物は、格子形状であり、例えば、正方格子５のような規則的格子である。デフレクトメトリ測定（ｄｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）においては、任意のタイプの対象物を用いてよい。大きいガラス１の場合、ガラス１の表面の異なる複数の領域を検知するために複数のカメラを使用することができる。

ガラス１の表面２の３次元形状は、カメラ３が撮った対象物の像に基づいて、本発明に係る装置の測定装置を用いて、デフレクトメトリ法によって決定される。複数のカメラを用いる場合、異なる測定によって、ガラス１の表面２の３次元形状が構成される。

格子５の３次元歪みを決定するため、本発明の装置は、決定された表面２の３次元形状及び該形状から得られる表面２上の全ての点における曲率、さらに、異なる視野方向からの各屈折力に基づいて、図２に示すように、好適に設計された演算部によって、異なる複数の視野方向から格子５の歪みを計算する。この目的のため、演算部は、仮想カメラ７が、特定の視野方向から反射体１を観察していると仮定する。これに基づいて、（仮想）格子５を反射体１の表面２で反射させながら、例えば光線追跡によって、該格子５の像及び歪みが計算される。これに基づいて、演算部は、視野角が変化する場合における、歪みの影響、すなわち３次元歪みを、容易に決定することができる。格子５はまた、３次元歪みを計算するための仮想格子として与えられる。

品質検査において、演算部は、確定したガラスの３次元歪みを、顧客の仕様と比較して、確定したガラス１の歪みが仕様を満たすかどうかを決定することができる。満たしていない場合、該ガラス１は生産工程から取り除かれる。

１…ガラス
２…ガラス表面
３…カメラ
５…格子
７…仮想カメラ

Claims (10)

1. 反射体（１）における反射によって形成される対象物（５）の像の歪みを決定する方法であって、該方法は、
   前記反射体（１）の表面（２）の３次元形状を決定する工程と、
   既知となった前記反射体の前記３次元形状に基づいて、前記対象物（５）の前記像の前記歪みを、異なる複数の視野方向から計算する工程と、
   計算した前記歪みに基づいて、３次元歪みを決定する工程と、
   を有する方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記対象物（５）の前記像の前記歪みを、異なる複数の視野方向から計算するため、仮想カメラ（７）を所望の視野方向全てに配置し、前記対象物（５）の反射像を、前記仮想カメラ（７）の視点から決定することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、前記反射体の前記表面（２）の形状は、カメラ（３）を用いて、デフレクトメトリ法によって決定されることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記対象物（５）の前記像の前記歪みは、前記表面（２）上の各点に対して視野方向において決定され、前記視野方向は、該各点における前記反射体（１）の前記表面（２）の法線に一致することを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記反射体の前記表面の反射率は、変化されることを特徴とする方法。
6. 反射体（１）の反射によって形成される対象物（５）の像の３次元歪みを、カメラ（３）によって決定する装置であって、
   前記装置は、
   前記反射体（１）の表面（２）の３次元形状を決定し、
   既知となった前記反射体の前記３次元形状に基づいて、前記対象物（５）の前記像の前記歪みを、異なる複数の視野方向から計算し、
   計算した前記歪みに基づいて、前記３次元歪みを決定する、
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記対象物の前記像の前記歪みを、異なる複数の視野方向から計算し、
   所望の視野方向全てに仮想カメラ（７）を配置し、
   前記対象物（５）の反射像を、前記仮想カメラ（７）の視点から決定する、
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項６又は７記載の装置において、前記反射体の前記表面（２）の形状を、前記カメラ（３）を用いて、デフレクトメトリ法によって決定することを特徴とする装置。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置において、前記対象物（５）の前記像の前記歪みを、前記表面（２）上の各点に対して視野方向において決定し、前記視野方向は、該各点における前記反射体（１）の前記表面（２）の法線に一致することを特徴とする装置。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置において、前記反射体の前記表面の反射率は、変化できることを特徴とする装置。

Images