JPH03199945A - 透視歪の測定方法及びその装置並びに表面３次元形状の測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光源位置と受光位置とを対応させる方法及び装
置に関し、特にこれを用いて、透光性の被測定物の透視
歪及び光反射性の非測定物の表面３次元形状等を測定す
る方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来、光を利用して透光性の物体の透視歪を測定するこ
と、または光反射性の物体の表面形状を測定することは
、光源と被測定物との間に、格子模様を有する透明板を
配置し、格子模様の透過像または反射像をスクリーンに
投影してその歪を目視で測定するか、カメラ等で撮影し
てその歪を測定するかの方法が一般的である。しかしこ
の様な方法では、測定者ごとに測定誤差が生じるばかり
でな（、検査の自動化を行なう観点からはきわめて不便
なものであった。そこでレーザー光等を被測定物に照射
し、その透過光の位置または反射光の位置をフォトセン
サー等の受光装置で受光して測定することにより、測定
者ごとの測定誤差の差をなくし、検査の自動化を図るこ
とが提案されている。このような場合、受光装置として
、ＣＣＤカメラやビデオカメラのような多数の画素から
なる受光面を有する受光装置を使用すると、透過または
反射してくる光を受光し得る範囲が非常に広くなるため
、好ましい。

しかし、このような場合、受光装置の画素の細かさ以上
の精度で、受光位置を検出することはできず、透視歪ま
たは表面形状の測定精度を向上するためのも問題点とな
っていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上述の問題点を解決するべ（なされたもので
あり、移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
乱光源を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で
受光する際に、光源位置と受光装置の受光面上の受光画
素とを対応させる方法であって、光源位置を変化させる
とともに受光装置の各画素の検出輝度の変化を測定し、
該検出輝度の変化曲線上に特定される代表点と、その検
出輝度を示す時の光源位置とを対応させることによって
行なうことを特徴とする光源位置と受光画素とを対応さ
せる方法を提供するものである。

また、移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
乱光源を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で
受光する際に、光源位置と受光装置の受光面上の受光画
素とを対応させる装置であって、画素ごとの入射輝度の
変化を検出する手段と、該検出輝度の変化曲線上の特定
の代表点での検出輝度を示す時の光源位置を検出する手
段と、を有することを特徴とする光源位置と受光画素と
を対応させる装置を提供するものである。

また、移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
乱光源からの光が、透光性の被測定物中を透過した透過
光を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で受光
し、その受光位置から被測定物の透視歪を測定する方法
であって、光源と受光装置の間に被測定物を配置して、
光源位置と受光画素とを上記の方法で対応させることに
より被測定物の透視歪を測定する透視歪の測定方法、及
び、光を反射する面を有する被測定物表面に、移動する
、少なくとも方向に広がりの小さい散乱光源からの光を
照射し、その反射光を多数の画素からなる受光面を有す
る受光装置で受光し、その受光位置から被測定物の表面
３次元形状を測定する方法であって、光源からの光が被
測定物表面で反射した後に受光装置で受光されるように
配置して、受光画素とそれに対応する光源位置を上記の
方法で対応させて被測定物の表面３次元形状を測定する
表面３次元形状の測定法方法を提供するものである。

さらに、透光性の被測定物の透視歪を測定する装置であ
って、移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
乱光源と、該光源から発せられ、被測定物中を透過した
光を受光する、多数の画素からなる受光装置と、光源位
置と受光画素とを対応させる上記の装置と、を有するこ
とを特徴とする透視歪の測定装置、及び、表面が光反射
性の被測定物の表面３次元形状を測定する装置であって
、表面が光反射性の被測定物の表面３次元形状を測定す
る装置であって、移動する、少なくとも一方向に広がり
の小さい散乱光源と、該光源から発せられ、被測定物表
面で反射した光を受光する、多数の画素からなる受光装
置と、光源位置と受光画素とを対応させる上記の装置と
、を有することを特徴とする特面３次元形状の測定装置
を提供するものである。

［作用］ 本発明においては、移動する、少なくとも一方向に広が
りの小さい散乱光源の位置と、多数の画素からなる受光
面を有する受光装置内の受光位置とを対応させる際に、
光源位置を変化させるとともに、各画素の検出輝度の変
化を測定し、該検出輝度の変化曲線上に代表点を特定し
、その代表点と、その検出輝度を示す時の光源位置とを
対応させる。このことにより通常の画素の大きさ（５〜
１５μｍ角）の１０倍以上の細かさで、光源位置と受光
位置とを対応し得る。

［実施例］ 本発明を実施例に基いて説明する。

第１図は、本発明を実施するための一装置構成を示す概
念的斜視図であり、１移動する、少なくとも一方向に広
がりの小さい散乱光源の動きを２次元に拘束するスクリ
ーンであり、２はスクリーン１上を移動する少なくとも
一方向に広がりの小さい散乱光源であり、３は多数の画
素からなる受光面を有する受光装置、４は受光装置の各
画素ごとの検出輝度から受光位置と光源位置とを対応さ
せる演算装置である。

光源２は第１図のＸ、Ｙ方向に移動し得るものである。

具体的には、レーザー光を表面が光散乱性を有するスク
リーン上で走査したもの、あるいは、ＬＥＤ等の光源を
移動させるもの、等がある。光源からの光は、受光装置
３のレンズ系を介して、受光装置の受光面上に結像され
る。光源の位置は受光装置の分解能以上に正確に決めら
れる必要がある。

前述のようにこの実施例においては光源として、スクリ
ーン上にレーザー光等の光ビームを照射したものを用い
ているが、本発明においては、光源の位置が既知である
こと、散乱光源であること、及び少なくとも一方向に広
がりの小さい光源であれば良いので、この方法に限る必
要はない。例えば点状の散乱光源としてＬＥＤ等を多数
配列し、１つずつ順番に点灯していくようにしても良い
。また、移動可能なＬＥＤ等を用いても良い。ここで、
少なくとも一方向に広がりが小さいとは、点状光源、も
しくは点状に近い光源、又はそれを線状に配列したもの
、線状に移動させるもの、線状光源、線状に近い光源等
をさす。これらの光源はその広がりが、少なくとも一方
向に小さいため、その方向についての光源位置の検出精
度が保証されることになる。線状の光源を例にとると、
線と垂直方向には、光源の位置精度を高く出来る。線状
の光源を使用する場合は、２以上の異なる方向の線状光
源を使用し、受光位置の交点と、光源位置の交点を対応
させることにより、光源の位置精度を向上させることが
できる。この広がりは、受光装置の分解能の限界（例え
ば受光面が多数の画素からなる受光装置なら画素の大き
さ）の長さに対応する光源位置での長さの１０倍以下、
好ましくは５倍以下が良い。例えば、ＣＣＤカメラの受
光面上での画素の大きさの１０μｍ角が、光源位置では
１ｍｍ角に対応するとすると、光源の広がりは、少なく
とも一方向には１．０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下
がよい。

また、受光装置３は、多数の画素からなる受光面を有す
る受光装置であれば良く、ビデオカメラ、ＣＣＤカメラ
等がある。

演算装置４については、画素ごとの入射輝度の変化を測
定する手段と、その変化曲線上の特定の代表点の輝度を
検出する時の光源の位置を検出する手段とを有する。こ
の代表点は、輝度が最大を示す点が通常用いられるが、
別の決め方をしても構わない。以下は簡単のため、輝度
の最大を示す点をその代表点とする場合を例として説明
する。

光源の位置の検出は、予め決められたタイミングで光源
を移動し、時刻から光源の位置が検出されるものでも良
いし、光源を直接センサーで観測して位置を検出するも
のでも良い。

このような光源からの光を受光装置３のある特定の画素
で受光したときの検出輝度の変化を示した概念図が第２
図のグラフである。縦軸は検出輝度、横軸はその瞬間の
光源２の位置である。

検出輝度の曲線５は第２図のように最大値をもつ曲線に
なる。この曲線の最大値（前述の検出輝度の変化曲線上
の代表点としてとる）を示す瞬間の光源２の位置は前述
の光源の位置の検出手段により分かるので、これにより
、その画素とそこに受光するときの光源２の位置の対応
が求められる。これはＸ方向、Ｙ方向それぞれについて
行なわれれば良い。

このような方法を、透光性の被測定物の透視歪の測定に
応用した例を示す概念的斜視図が第３図である。１は点
状散乱光源がその上で移動し得るスクリーン、６はガラ
ス等の被測定物、７は受光装置の受光面、ｌＯはレンズ
系である。

スクリーン１上の点状散乱光源Ｐ。の被測定物６を通さ
ず受光面７上の画素７ａに結像した点がＱ。であり、被
測定物６を通して、上記Ｑ。上に結像するスクリーン１
上の点状散乱光源の位置がＰｌである。スクリーン１上
の点光源の相対位置は既知であるため、被測定物６によ
るスクリーン１上での被測定物６を透視したことによる
光線の移動量Ｐ。Ｐｌが求まる。この移動量を各点で測
定すれば、光源２からの光が被測定物６を通過する点Ｒ
８での透視歪が測定できる。

透視歪の表現として、ある特定の配列になる光源の位置
における被測定物６を透視することによる受光面７上で
の受光点の移動量に換算することば内挿法により簡単に
できる。また、そのようにして、例えば点光源を直線的
に移動させたとき、受光点がその上で移動する線が被測
定物の有無でどの程度傾きが変わるかという傾きの差や
、受光点を結んだ曲線の曲率で表現することもできる。

尚、上述の例では、被測定物６の有無より、生じる光源
位置の差により透視歪を測定したが、受光装置のレンズ
系の収差や光源の位置精度の誤差を無視すれば、かなら
ずしも被測定物のない場合を比較として測定する必要は
ない。

但し、上述の方法によれば、レンズ等の収差をほとんど
相殺できることになり、精度向上の意味できわめて好ま
しい。

実施例における点状散乱光源２の位置を拘束するスクリ
ーン１の大きさは、被測定物６の大きさや形状、そして
受光装置３とスクリーン１との距離、受光装置３の位置
によって適宜選択される。そして、もし被測定物６が例
えば自動車に組み付けるフロントガラス程度の比較的大
きなものであれば、全体の透視歪を測定するために、被
測定物６を支持している支持台が回転するようにするこ
とが好ましい。

このようにして、得られた透視歪の曲率分布を模式的に
表わした図を第５図に、曲率の値を等高線として表わし
た図を第６図に示す。透視歪の値が、定量的、視覚的に
よく理解される。

次に、光反射性を有する被測定物の表面３次元形状を測
定するための方法及び装置を説明する。その概念的斜視
図を第４図に示した。８は被測定物である。

スクリーンｌ上の点状散乱光源Ｐ。が、あらかじめ表面
形状の分かっている光反射板９を反射させて、受光面７
上の画素７ａに結像した点がＱｏであり、被測定物８を
通して、上記Ｑ。上に結像するスクリーンｌ上の点状散
乱光源の位置がＰｌである。スクリーン１上の点光源の
相対位置は既知であるため、スクリーン１上での被測定
物８の表面で反射したことによる光線の移動量ＰｏＰ＋
が求まる。この移動量を各点で測定すれば、光源２から
の光が被測定物８の表面で反射する点Ｒ６での面の傾き
が測定できる。

面の傾きの表現として、ある特定の配列になる光源の位
置における被測定物８の表面で反射することによる受光
面７上での受光点の移動量に換算することば内挿法によ
り簡単にできる。

尚、上述の例では、被測定物６の表面での反射と基準に
なる反射板９の表面での反射の差により生じるみかけの
光源位置の差で表面の傾きを測定したが、受光装置のレ
ンズ系の収差や光源の位置精度を無視すれば、かならず
しも基準となる反射板９を比較として測定する必要はな
い。但し、上述の方法によれば、レンズ等の収差や光源
の位置精度をほとんど相殺できることになり、精度向上
の意味できわめて好ましい。

本発明はその効果を損じるものでなければその応用はき
わめて広範である。」二連の透視歪の測定、表面３次元
形状の測定のみならず、表面の反射歪の測定等も同様の
構成の装置と同様の方法により可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、実質的に点状の移動する光源の位置と
、多数の画素からなる受光面を有する受光装置内の受光
位置とを対応させる際に、受光装置の画素の中心とそこ
に受光する際の光源の位置とを対応させる。このことに
より通常の画素の大きさ（５〜１５μｍ角）の１０倍以
上の細かさで、光源位置と受光位置とを対応し得る。

そして、これを用いて透光性の物体の透視歪や光反射性
の物体の表面の三次元形状等をきわ９ めて高精度に測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための一装置構成を示す概念
的斜視図、第２図は光源からの光を受光装置の特定の画
素で受光したときの検出輝度の変化の概念図、第３図は
透光性の物体の透視歪を測定する構成の一例を示した概
念的斜視図、第４図は、光反射性を有する物体の表面３
次元形状を測定する構成を示した概念的斜視図、第５図
及第６図は本発明測定された透視歪の分布図である。 １・・・スクリーン ２・・・光源 ３・・・受光装置 ６．８・・被測定物 　０

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
   乱光源を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で
   受光する際に、光源位置と受光装置の受光面上の受光画
   素とを対応させる方法であって、 光源位置を変化させるとともに受光装置の各画素の検出
   輝度の変化を測定し、該検出輝度の変化曲線上に特定さ
   れる代表点と、その検出輝度を示す時の光源位置とを対
   応させることによって行なうことを特徴とする光源位置
   と受光画素とを対応させる方法。
2. （２）移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
   乱光源からの光が、透光性の被測定物中を透過した透過
   光を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で受光
   し、その受光位置から被測定物の透視歪を測定する方法
   であって、 光源と受光装置の間に被測定物を配置して、光源位置と
   受光画素とを請求項１記載の方法で対応させることによ
   り被測定物の透視歪を測定する透視歪の測定方法。
3. （３）移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
   乱光源からの光が、透光性の被測定物中を透過した透過
   光を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で受光
   し、その受光位置から被測定物の透視歪を測定する方法
   であって、 あらかじめ、受光画素と、それに対して光源と受光位置
   との間に被測定物がない場合に対応する第１の光源位置
   とを請求項１記載の方法で対応させておき、 次いで光源と受光装置の間に被測定物を配置した後、受
   光画素とそれに対応する第２の光源位置を請求項１記載
   の方法で対応させ、第１の光源位置と第２の光源位置の
   差に基 づいて被測定物の透視歪を測定する透視歪の測定方法。
4. （４）光を反射する面を有する被測定物表面に、移動す
   る、少なくとも一方向に広がりの小さい散乱光源からの
   光を照射し、その反射光を多数の画素からなる受光面を
   有する受光装置で受光し、その受光位置から被測定物の
   表面３次元形状を測定する方法であって、 光源からの光が被測定物表面で反射した後に受光装置で
   受光されるように配置して、受光画素とそれに対応する
   光源位置を請求項１記載の方法で対応させて被測定物の
   表面３次元形状を測定する表面３次元形状の測定法方法
   。
5. （５）光を反射する面を有する被測定物表面に、移動す
   る、少なくとも一方向に広がりの小さい散乱光源からの
   光を照射し、その反射光を多数の画素からなる受光面を
   有する受光装置で受光し、その受光位置から被測定物の
   表面３次元形状を測定する方法であって、 あらかじめ、位置と表面形状の知られた光反射板を光源
   からの光が該光反射板で反射した後に受光装置で受光さ
   れるように配置して、受光画素とそれに対応する第１の
   光源位置とを請求項１記載の方法で対応させておき、 次いで光源からの光が該被測定物で反射した後に受光装
   置で受光されるように被測定物を配置して、受光画素と
   それに対応する第２の光源位置とを請求項１記載の方法
   で対応させ、 第１の光源位置と第２の光源位置の差に基づいて被測定
   物の表面３次元形状を測定する表面３次元形状の測定方
   法。
6. （６）移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散
   乱光源を多数の画素からなる受光面を有する受光装置で
   受光する際に、光源位置と受光装置の受光面上の受光画
   素とを対応させる装置であって、 画素ごとの入射輝度の変化を検出する手段と、 該検出輝度の変化曲線上の特定の代表点での検出輝度を
   示す時の光源位置を検出する手段と、 を有することを特徴とする光源位置と受光画素とを対応
   させる装置。
7. （７）透光性の被測定物の透視歪を測定する装置であっ
   て、 移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散乱光源
   と、 該光源から発せられ、被測定物中を透過した光を受光す
   る、多数の画素からなる受光装置と、 請求項６記載の光源位置と受光画素とを対応させる装置
   と、 を有することを特徴とする透視歪の測定装置。
8. （８）表面が光反射性の被測定物の表面３次元形状を測
   定する装置であって、 移動する、少なくとも一方向に広がりの小さい散乱光源
   と、 該光源から発せられ、被測定物表面で反射した光を受光
   する、多数の画素からなる受光装置と、 請求項６記載の光源位置と受光画素とを対応させる装置
   と、 を有することを特徴とする表面３次元形状の測定装置。