KR20010113515A - 광축 경사 각도 검출 장치와 이것을 구비한 화상 측정 장치 - Google Patents

Abstract

화상 표시면의 연직선(鉛直線)에 대한 카메라의 광축 경사 각도를 특별한 광학 장치, 센서 등에 의존하지 않고 화상 처리의 정보에 의해 검출한다. 화상 표시면 내의 복수 영역에 대하여 국소적 포커스도(度)를 결정하고, 그러한 포커스도의 편차값에 따라 경사 각도를 결정한다. 그러한 국소적인 포커스도를 나타내는 값으로서, 화상의 휘도를 횡좌표 방향에서 그 영역의 연장선에 따라 행하고, 종좌표 방향에서는 전 영역에 걸쳐 행한다. 다만, 소정값을 초과하는 인접 영역 사이의 휘도의 차를 적산하고, 그 적산값을 소정 영역의 면적값으로 나눈다. 그러한 나눈 값이 횡좌표 방향에서의 포커스값이다. 동일한 처리를 종좌표 방향에 대하여 행한다. 그리고, 양축 방향에서의 카메라의 경사 각도 성분을 이들 값의 편차값에 의해 결정한다.

Description

광축 경사 각도 검출 장치와 이것을 구비한 화상 측정 장치 {DEVICE FOR DETECTING TILT ANGLE OF OPTICAL AXIS AND IMAGE MEASURING APPARATUS EQUIPPED THEREWITH}

본 발명은, 예를 들면, 액정 표시 소자, 플라스마 표시 소자 등의 화상 표시면을 카메라에 의해 촬상(撮像)하고, 이 카메라 광축의 상기 화상 표시면의 연직선(鉛直線)에 대한 경사 각도를 검출하는 광축 경사 각도 검출 장치와, 그것을 사용하여 상기 화상 표시면의 측정, 검사 등을 행하는 화상 측정 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 액정 표시 소자, 플라스마 표시 소자 등의 화상(畵像)을 화면에 표시시키는 장치의 각종 측정, 검사 중에는, 그 장치의 화면에 원하는 화상을 표시시키고, 그것을 카메라로 촬상(撮像)하는 평가하는 측정, 검사가 있으며, 그것은 화상 측정 장치에 의해 행해진다. 그와 같은 화상 측정 장치에 의해, 측정, 검사를 행하는 데 중요한 것의 하나는, 화상 측정 장치측의 카메라가 화상 표시면에 대하여 정확히 정면으로 대향하고 있는 것, 즉 카메라의 광축이 측정 대상면인 화상 표시면에 연직으로 되어 있는 것이다. 경사가 있으면, 카메라의 결상(結像) 특성이현저하게 열화되기 때문이다.

그러므로, 측정 대상물에 대하여 카메라의 방향을 연직으로 하는 조정 기구가 안출(案出)되어 있으며, 그 일례가 일본국 특개평 10(1998)-176906호 공보에 소개되어 있다. 이 내용을 간단히 설명하면, 측정 대상물 관찰용의 관찰 광원과 측정 대상물의 경사 측정용의 측정 광원을 상기 측정 대상물에 대하여 공역(共役)으로 되도록 형성하고, 상기 관찰 광원 및 측정 광원으로부터 투사되어 상기 측정 대상물에 반사된 관찰광 및 측정광을 결상 유닛으로 소정 위치에 결상하고, 이 위치에서 결상된 상기 관찰광 및 측정광에 따라 측정 유닛으로 관찰상과 경사를 측정하도록 한 것이다.

다른 종래예로서, 카메라의 광축 상에 측거(測距) 센서를 설치하여, 측정 대상물과의 거리를 측정함으로써 카메라의 경사를 판정하는 기술도 있다.

그런데, 상기 공보(일본국 특개평 10-176906호)에 의해 소개된 기술에는 하기의 문제 (1)~(4)가 있었다.

(1) 광원으로서 관찰 광원(예를 들면, 할로겐 램프, 형광 램프 등)과, 측정 광원(예를 들면, 레이저 다이오드 등)이 필요하고, 나아가, 실용 상, 그 2개의 광원으로부터의 광을 동일 광로로 통하게 하기 위해 다이크로익 미러를 필요로 하므로, 장치의 부품 개수가 많아져 장치가 복잡하게 된다. 따라서, 화상 측정 장치가 고가격화된다.

(2) 관찰 광학계와 측정 광학계로 이루어지는 2광학계 간 상호의 위치 조정,즉, 광축 맞춤이 필요하게 되고, 이 작업이 성가시므로 코스트 업의 요인으로 된다.

(3) 관찰광에 의한 상(像)과 측정광에 의한 측정 스폿이 동일 평면 상에 결상(結像)되고, 이 2개의 광이 상호 영향을 미치므로, 측정 정밀도가 나빠진다. 다만, 화상 처리에 의해 정밀도를 보증하는 것이 불가능하지는 않다. 그러나, 이 경우, 특별한 화상 처리가 필요하게 되고, 나아가서는 특수한 소프트웨어가 필요하게 된다. 이것도 화상 측정 장치의 고가격화 요인으로 된다.

(4) 콜리메이터(평행도)는 기준점에 대한, 예를 들면, 십자선형 측정용 마크의 변위량으로 검출하므로, 미리 경사에 관한 데이터(기준점)가 있는 것을 전제로 하여 측정이 가능한 것이며, 그 데이터가 없는 경우에는 카메라의 경사 측정을 할 수 없다고 하는 근원적인 문제가 있다.

또, 다른 종래예인, 카메라의 광축 상에 측거 센서를 설치하고, 측정 대상물과의 거리를 측정함으로써 카메라의 경사를 판정하는 기술에는 하기의 문제 (5)~(7)가 있었다.

(5) 측정 대상물과 카메라의 거리는 알 수 있지만, 광축의 방향을 알 수 없다.

(6) 미리 경사가 없는 경우의 거리 데이터(기준점)가 없으면 카메라의 경사 상태를 알 수 없다.

(7) 측정 대상면에 투명 필름, 유리 등의 경면(鏡面) 반사물(LCD 패널 등)이 설치되어 있기 때문에, 경면 반사광과 난(亂)반사광이 동시에 발생하는 경우, 정확한 측정을 할 수 없어, 검출물의 경사에 의해 출력이 크게 변동된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 화상 표시 화면의 연직선에 대한 카메라의 광축 경사, 경사 각도의 검출을 위한 특별한 광학계나 센서를 설치하지 않고, 화상 정보의 처리만에 의해 검출할 수 있는 광축 경사 각도 검출 장치와 그것을 사용한 화상 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 화상 측정 장치의 하나의 실시예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2는 xy 평면 상의 LCD 패널과 그것에 대하여 광축이 θ경사진 카메라를 나타내는 사시도이다.

도 3은 포커스값 측정 영역(W1)의 y = y0 라인 상에서의 휘도값을 x = x0으로부터 x = x1까지 플롯하여 나타내는 곡선도이며, 횡축은 x 방향에서의 위치를 종축은 휘도값을 나타낸다.

도 4는 x 방향 : 팬(pan) 방향의 포커스값을 측정하는 경우를 설명하는 화면도이다.

도 5는 x 방향의 포커스값(Fxn)을 플롯한 곡선도이다.

도 6은 y 방향 : 틸트 방향의 포커스값을 측정하는 경우를 설명하는 화면도이다.

도 7은 y 방향의 포커스값(Fyn)을 플롯한 곡선도이다.

도 8 (A)~(D)는 하나의 방향(예를 들면, x 방향)의 포커스값(Fxn)의 그 방향에서의 분포의 각각 다른 예를 나타내는 곡선도이다.

도 9는 화상 측정 장치가 내장되는 화상 처리 장치(30)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 10은 카메라 광축의 경사를 연직(鉛直)으로 조정하는 프로그램의 플로 차트이다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치는 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 국소적인 포커스도(度)를 구하고, 그 포커스도의 편차에 의해 광축의 경사 각도를 편차가 클수록 크다고 판정하여 검출하는 것이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 단지 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 포커스도를 화상 처리에 의해 검출함으로써, 상기 경사 각도를 검출할 수 있어, 경사 각도의 검출을 위한 특별한 광학계나 센서를 요하지 않는다.

즉, 카메라와 화상 표시 화면이 정면으로 대향하고 있으면, 화상 표시 화면 내 복수 개소의 국소적인 포커스도에는 거의 차가 없겠지만, 그것 등이 서로 정면으로 대향하고 있지 않은 경우, 즉, 화상 표시 화면의 연직선에 대하여 카메라의 광축이 경사지고 있는 경우에는, 복수 개소의 포커스도에는 차가 나오기 마련이다. 그리고, 경사 각도가 클수록 그 포커스도의 차는 커지게 된다. 예를 들면, 어느 개소에서는 이른바 프런트 포커싱(front focusing)이지만, 다른 어느 개소에서는 리어 포커싱(rear focusing)이라고 하는 것이 일어날 수 있다. 따라서, 국소적인 포커스도의 편차(차이)로부터 경사 각도를 정확히 판단할 수 있는 것이며, 본 발명은 그 원리를 유효하게 활용하는 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치는 화상 표시면 내 영역의 국소적인 포커스도를 나타낸 값으로서, 상기 영역의 일단에서 타단에 걸쳐 한 방향에 따라 화상의 휘도값을 구하는 것을 이 한 방향과 직교하는 방향에서의 전역에 걸쳐 행하고, 이 한 방향에 인접하는 부분의 휘도값의 차 중 일정값을 초과하는 값을 상기 영역 전역에 걸쳐 적산하고, 그 적산값을 이 소정 영역의 면적으로 나눈 값인 상기 한 방향에서의 포커스값을 구하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 이 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 그 영역 내의 국소적인 초점이 맞는 상태, 즉 포커스도를 카메라를 통해 얻은 화상 표시면으로부터의 화상 휘도를 양자화, 연산 등의 처리에 의해 수치화하여 구할 수 있고, 포커스도의 편차, 즉 카메라 광축 경사 각도의 크기를 연산에 의해 수치화한 포커스값으로서 수치화하여 나타낼 수 있어, 경사 각도 수정 등의 정확한 처리를 하기 쉽다. 그리고, 휘도차가 소정값 이상으로 되지 않는 것을 적산의 대상으로 하지 않는 것은 휘도 피크의 산(山)을 검출하기 위해서이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치는 포커스를 구하는 소정 영역을 복수 한 방향(예를 들면, X 방향: 팬(pan) 방향 또는 Y 방향: 틸트 방향)으로 나란히 하여 설정하고, 상기 한 방향에서의 상기 경사 각도를 검출하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 이 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 포커스값을 구하는 영역을 한 방향에 따라 배치하므로, 이 방향에서의 경사 각도를 검출할 수 있다.

본 발명의 더 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치는 포커스값을 검출하는 복수 영역을 한 방향(예를 들면, X 방향: 팬 방향)에 따라, 그리고 이 방향과 직각 바향(예를 들면, Y 방향: 틸트 방향)에 따라 배치한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 더 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 국소적인 포커스값을 검출하는 복수의 영역을 한 방향(예를 들면, X 방향: 팬 방향)에 따라, 그리고 이 방향과 직각 방향(예를 들면, Y 방향: 틸트 방향)에 따라 배치했으므로, 상기 경사 각도가 서로 직교하는 2개 방향에서의 성분을 검출할 수 있다.

본 발명의 또한 더 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치는 화상 표시면의 상기 카메라에 의해 화상이 얻어지는 소정 영역은 이 화상 표시면의 중심부 영역 내에 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 이 바람직한 실시예의 화상 측정 장치에 의하면, 카메라의 결상 렌즈계 중심부를 통하는 밝은 광에 의한 화상을 처리하여 경사를 검출할 수 있으므로, 검출 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 화상 측정 장치는 카메라, 상기 화상 표시면에 대한 이 카메라의 광축 경사 각도를 제어하는 제어 기구, 및 본 발명의 더 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치를 가지고, 이 광축 경사 각도 검출 장치에 의해 검출된 포커스값의 편차에 의해 상기 제어 기구로서 상기 카메라의 경사 각도를 상기 포커스도의 편차가 작아지도록 제어하게 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 이 바람직한 실시예의 화상 측정 장치에 의하면, 광축 경사 각도 검출 장치의 출력을 카메라의 광축 경사 각도를 제어하는 제어 기구에 상기 광축 경사 각도 검출 장치의 복수 영역 포커스값의 편차가 작아지도록 부귀환(負歸還)하므로, 카메라의 광축을 그 경사 각도가 0이 되도록 자동적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 광축 경사 각도 검출 장치는 기본적으로는, 화상 표시면의 화상을 포착하고, 그 화상 표시면 내의 복수 영역의 포커스도의 편차로부터 카메라의 광축 화상 표시면의 연직선에 대한 경사를 구하는 것이지만, 그 복수의 영역은 화상 표시면 중앙부의 비교적 좁은 범위 내에 설정하는 편이 바람직하다. 카메라 결상 렌즈계의 중심부를 통하는 밝은 광에 의한 화상을 처리하여 경사를 검출할 수 있으므로, 검출 정밀도를 높일 수 있기 때문이다. 소정 영역을 복수 형성하는 경우라도, 그 전(全) 소정 영역은 역시 화상 표시면 중앙부의 비교적 좁은 범위 내에 설정하는 편이 바람직하다.

포커스도는 그것을 수치화한 한 방향에서의 포커스값에 의해 나타내는 것이 바람직하다. 연산에 의해 복수의 포커스도 사이의 편차를 수치화하여 구할 수 있어 연산 처리하기 쉽고, 경사를 수치로 객관적으로 파악할 수 있기 때문이다. 한 방향에서의 포커스값이란 어느 영역의 일단으로부터 타단에 걸쳐 상기 한 방향에 따라 화상의 휘도값을 구하는 것을 이 한 방향과 직교하는 방향에서의 전역에 걸쳐 행하고, 이 한 방향에 인접하는 부분의 휘도값 차 중 일정값을 초과하는 값을 상기 영역 전체에 걸쳐 적산하고, 그 적산값을 이 소정 영역의 면적으로 나눈 값이다.

카메라의 광축 경사(θ)에는, 한 방향, 예를 들면 좌우 방향(X 방향: 팬 방향)의 성분(θx)과, 상하 방향(Y 방향: 틸트 방향)의 성분(θy)이 있고, 이 양쪽의 성분을 검출할 수 없으면 경사의 조정은 할 수 없다. 그리고, 포커스도를 검출하는 복수의 영역을 한 방향으로 배치하면, 경사 각도의 그 한 방향에서의 성분을 검출할 수 있다. 따라서, 좌우 방향(X 방향: 팬 방향)과 상하 방향(Y 방향: 틸트 방향)의 양 방향에서의 카메라의 광축 경사를 검출하는 데는 복수의 영역을 그 직교하는 2개의 방향에 따라 배치하고, 포커스도(포커스값) 사이의 편차에 의해 그 방향에서의 카메라의 광축 경사를 검출하는 것을 서로 직교하는 2개 방향에 대하여 동시 또는 따로에 행하면 된다. 그리고, 실제 상, 화상 표시면의 카메라 시계에 대한 방향도 중요하므로, 예를 들면, 광축 경사 측정 전에 그 방향의 검출(외접(外接) 검출)을 행하여 두는 것이 바람직하다. 물론, 그 방향이 잘못되어 있다면 조정하여 방향을 바르게 해 둘 필요가 있음은 물론이다.

포커스값을 측정하는 경우, 저스트 포커스(just focus)로 하면, 모아레(moire)의 영향을 받으므로, 미세한 요철을 가지는 광 확산판을 사용하면 된다.

본 발명의 광축 경사 각도 검출 장치를 사용한 화상 측정 장치는 광축 경사 각도 검출 장치의 출력을 카메라의 광축 제어 기구에 부귀환하도록 하여 구성할 수 있다. 본 발명의 화상 측정 장치의 측정 대상으로 되는 것의 전형예는 액정 표시패널(LCD 패널)이다. 액정 표시 패널은 백라이트 타입이거나, 반사 타입이거나를 불문한다. 또, 그것 이외의 플라스마 디스플레이, EL(일렉트로루미네선스), 플랫형 음극선관 디스플레이 등 플랫 디스플레이 전반에 걸쳐 본 발명의 화상 측정 장치의 측정 대상으로 될 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 도시한 실시예에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 화상 측정 장치의 하나의 실시예를 나타내는 개략 구성도이다. (1)은, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device) 고체 촬상 소자를 촬상 수단으로서 사용한 카메라이며, 그 하방의 측정 대상인 LCD 패널(6)을 그 상방으로부터 촬영한다. (2)는 카메라 위치 맞춤 기구이며, 이 카메라(1)를 위치 맞춤 가능하게 지지하는 것이며, 랙(15)에 고정되어 있다.

상기 카메라 위치 맞춤 기구(2)는 상기 측정 대상인 LCD 패널(6)에 대하여 상하 방향(Y 방향: 틸트 방향)에 카메라(1)의 광축 경사를 제어하는 틸트 제어 기구(3)와, 동 횡 방향(X 방향: 팬 방향)에 카메라(1)의 광축 경사를 제어하는 팬 제어 기구(4)와, 동 X 방향, Y 방향 및 Z 방향(광축 방향)으로 카메라(1)의 위치를 제어하는 XYZ 제어 기구(5)로 이루어진다. 틸트 제어 기구(3)와 팬 제어 기구(4)는 회전 중심이 공통으로 되어, 중심 위치가 어긋나지 않는 구조로 되어 있다. 상기 틸트 제어 기구(3)와 팬 제어 기구(4)와 XYZ 제어 기구(5)는 모터 컨트롤 케이블(19)에 의해 퍼스널 컴퓨터(10) 내의 모터 컨트롤 보드(13)에 접속되어 제어된다.

측정 대상인 LCD 패널(6)은 접속 지그(7)에 고정되고, LCD 구동 신호 케이블(20)을 통해 LCD 구동 유닛(9)으로부터 구동 전압 및 신호의 공급을 받아 패널에 측정용 패턴을 표시한다. 이 LCD 구동 유닛(9)은 RS-232C 인터페이스 케이블(17)에 의해 상기 퍼스널 컴퓨터(10) 내의 RS-232C 인터페이스 보드(11)에 접속되어 제어된다.

상기 접속 지그(7)는 LCD 패널(6)과 대응하는 부분이 빠져 있고, 그 아래의 백라이트(8)에 의해 LCD 패널(6)을 조사할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 랙(15)은 도시하지 않지만, 전면(全面)을 차광판으로 덮어 외광의 영향을 받지 않도록 되어 있다.

카메라(1)에 의해 촬영된 LCD 패널(6)의 영상 데이터는 카메라 케이블(18)을 통해 퍼스널 컴퓨터(10) 내의 화상 처리 보드(12)에 입력되고, 검사, 측정 내용에 따라 각종 화상 처리가 실시된다. 카메라(1)의 스루 화상 및 화상 처리 화상, 처리 결과는 퍼스널 컴퓨터(10)로부터 모니터 케이블(16)을 통해 화상 모니터(14)에 표시된다.

도 2는 xy 평면 상의 LCD 패널과 그 표면의 연직선에 대하여 광축이 θ경사진 카메라를 나타내는 사시도이다. 그 경사(θ)의 x축 방향에서의 경사 성분을 θx, y축 방향에서의 경사 성분을 θy로 한다. R0은 틸트 제어 기구(3)와 팬 제어 기구(4)의 회전 중심을 나타낸다.

LCD 패널(6)에 전백(全白) 신호를 입력하면, 이 패널(6)의 유효 표시 화면이 전면적으로 하얗게 발광된 상태로 된다. 이 상태에서 카메라(1)의 화각에 발광 화면이 들어가도록 주밍(zooming)되는 동시에, 포커스를 맞춘다. 그리고, 이 상태에서 화상을 포착하고, 발광 화면 전체의 외접 검출(패널(6)과 카메라(1)의 측에지끼리의 위치 관계 검출)을 행하여 화면 영역(W0)을 구한다. 그리고, 이 화면 영역(W0) 내에, 특히 그 중앙부에 상당히 좁은 영역, 포커스값 측정 영역(W1)을 설정한다. 이와 같이, 포커스값 측정 영역(W1)을 화면 영역(W0) 중앙부의 좁은 영역에 설정하는 것은 카메라(1)의 결상 렌즈계 중앙부를 통하는 광이 밝아, 측정 정밀도를 높일 수 있기 때문이다.

상기 포커스값 측정 영역(W1) 좌상의 코너각 좌표를 (x0, y0), 우하의 코너각 좌표를 (x1, y1)로 한다. 여기에서, 이 영역(W1)에서의 포커스값에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 포커스값 측정 영역(W1)의 y = y0 라인 상에서의 휘도값을 x = x0에서 x = x1까지 플롯하여 나타낸 것이며, 횡축은 x 방향에서의 위치를, 종축은 휘도값을 나타낸다.

카메라(1)에 의해 촬영한 화상을 포착한 프레임 메모리의 인접 어드레스 휘도의 차를 x = x0에서 x = x1까지 구하고, 휘도의 차가 미리 정한 소정값을 초과하는 것만 그 휘도의 차를 적산한다. 이와 같이, 휘도의 차가 소정값 이상의 것만 적산하는 것은 휘도의 피크를 검출하기 위해서이다. 그리고, 이와 같은 것을 y = y0에서 y = y1에 이를 때까지 행한다. 이와 같이 하여 얻은 휘도 차의 적산합을 포커스값 측정 영역(W1)의 면적 (x1 - x0)*(y1 - y0)로 제산(除算)한 값이 영역(W1)의 포커스값인 것이다. 그리고, 포커스값은 카메라 초점이 일치되어 있는 영역(포커싱영역)에서 초점이 일치된 상태를 나타내고, 이 값이 클수록 구소적인 초점이 양호하게 일치되어 있다고 말할 수 있다.

본 화상 측정 장치에 내장된 광축 경사 각도 검출 장치의 본질은 포커스 측정 영역을 복수 설정하여, 각각의 포커스값의 편차에 의해 경사를 검출하고, 그 편차가 감소되는 방향으로 카메라의 광축을 조정하여, 편차가 최소값으로 되도록 경사(θ)를 조정하는 것이다. 이는 카메라의 광축 표시 화면의 연직선에 대한 각도가 클수록 복수의 포커스 측정 영역 사이의 포커스도의 차가 커지고, 각도가 작을수록 포커스도의 차가 작아지기 마련이므로, 그 편차에 의해 각도를 정확히 인식할 수 있기 때문이다. 그래서, 실제 상 구체적으로 어떻게 복수의 포커스 측정 영역을 설정하여 경사(θ), 보다 구체적으로 경사(θx, θy)를 구하는가에 대하여 이하에 설명한다.

도 4는 x 방향: 팬 방향의 포커스값을 측정하는 경우를 설명하는 화면도이며, 영역(W1)(도 2 참조)의 좌상 코너각의 좌표를 (x0, y0), 우하 코너각의 좌표를 (x1, y1), 중심의 좌표를 (xc, yc)로 한다. 이 영역(W1) 내에 n개의 포커스값 측정 영역(Sxn)을 형성한다. 구체적으로는, W1을 n + 1개의 세로 길이로 동일 폭인 직사각형으로 분할하고, 그 각 구분선(직사각형의 구분선)과 y = yc 라인의 교점(交点)으로 각 포커스값 측정 영역(Sxn)의 중심으로 한다. 그리고, 각 영역의 상하 방향 및 좌우 방향에서의 사이즈를 모두 2*band, 인접 포커스값 측정 영역의 중심 사이의 간격(영역 배치 피치)을 step으로 하면, 각 포커스값 측정 영역(Sxn)의 좌상 코너각 의 좌표(xn0, yn0) 및 우하 코너각의 좌표(xn1, yn1)는 하기 식으로 표현된다.

step = (x1 - x0)/(n + 1)

xn0 = x0 + step*(n + 1) - band

xn1 = x1 + step*(n + 1) + band

yn0 = yc - band

yn1 = yc + band

카메라로부터 화상을 포착한 프레임 메모리의 포커스값 측정 영역(Sxn)의 y = yc - band 라인에서 x 방향에서의 인접 어드레스 휘도의 차를 x = xn0에서 x = xn1에 이르기까지 구하고, 휘도의 차가 미리 설정한 소정값 이상인 경우에 휘도의 차를 적산한다. 동일한 것을 y = yc - band에서 y = yc + band에 이르는 각 라인마다 행하여, 각 라인의 상기 휘도 차의 적산값을 가산한다. 이렇게 하여 얻어진 적산합을 그 포커스값 측정 영역(Sxn)의 면적(4band²)으로 나눈(제산한) 값을 그 포커스 측정 영역(Sxn)의 x 방향에서의 포커스값(Fxn)으로 한다. 도 5는 그 x 방향의 포커스값(Fxn)을 플롯한 케이스의 일례를 나타낸 곡선도이며, x 방향(팬 방향: 좌우 방향)에서의 포커스값의 밸런스를 알 수 있다.

도 6은 y 방향: 틸트 방향의 포커스값을 측정하는 경우를 설명하는 화면도이며, 영역(W1)(도 2 참조)의 좌상 코너각의 좌표를 (x0, y0), 우하 코너각의 좌표를 (x1, y1), 중심 좌표를 (xc, yc)로 하는 것은 x 방향에서의 포커스값을 구하는 경우와 동일하다. 이 영역(W1) 내에 n개의 포커스값 측정 영역(Syn)을 형성한다. 구체적으로는, W1을 n+1개의 가로 길이로 동일 폭인 직사각형으로 분할하고, 그 각 구분선(직사각형 사이의 구분선)과 x = xc의 라인 교점으로 각 포커스값 측정 영역(Syn)의 중심으로 한다. 각 영역의 상하 방향 및 좌우 방향에서의 사이즈를 모두 2*band, 인접 포커스값 측정 영역 중심 사이의 간격(영역 배치 피치)을 step으로 하면, 각 포커스값 측정 영역(Syn) 좌상의 코너각 좌표(xn0, yn0) 및 우하의 코너각 좌표(xn1, yn1)는 하기 식으로 표현된다.

step = (y1 - y0)/(n + 1)

wn0 = xc - band

xn1 = xc + band

yn0 = y0 + step*(n + 1) - band

yn1 = y1 + step*(n + 1) + band

카메라로부터 화상을 포착한 프레임 메모리의 포커스값 측정 영역(Syn)의 x = xc - band의 수직 라인에서 y 방향에서의 인접 어드레스 휘도의 차를 y = yn0에서 y = yn1에 이를 때까지 구하고, 휘도의 차가 미리 설정한 소정값 이상인 경우에 휘도의 차를 적산한다. 동일한 것을 x = xc - band에서 x = yc + band에 이르는 각 수직 라인마다 행하여, 각 라인의 상기 휘도 차의 적산값을 가산한다. 이렇게 하여 얻어진 적산합을 그 포커스값 측정 영역(Syn)의 면적(4band²)으로 나눈(제산(除算)한) 값을 그 포커스 측정 영역(Syn)의 y 방향에서의 포커스값(Fyn)으로 한다. 도 7은 그 y 방향의 포커스값(Fyn)을 플롯한 케이스의 일례를 나타낸 곡선도이며, y 방향(틸트 방향: 상하 방향)에서의 포커스값의 밸런스를 알 수 있다.

이상에서, 복수의 포커스값 측정 영역(Sxn) 및 복수의 포커스값 측정 영역(Syn)의 포커스값(Fxn) 및 포커스값(Fyn)을 구할 수 있었다. 그러나, 포커스값(Fxn 및 Fyn)을 구해도 그것에 따라 카메라(1)의 광축 검사 대상인 LCD 패널(6) 표면의 연직선에 대한 경사 각도(θ)를 0이 되도록 카메라(1)의 광축 방향을 제어하지 않으면 의미가 없다. 그래서, 이하에 어떻게 그 광축 제어를 행하는가에 대하여 설명한다.

도 8 (A)~8 (D)는 하나의 방향(예를 들면, x 방향)의 포커스값(Fxn)의 그 방향에서의 분포도의 각각 다른 예를 나타내는 곡선도이다. 본 화상 예측 장치에서는, 분포를 나타내는 곡선의 피크가 작아지도록 카메라(1)의 광축 경사를 제어한다. 왜냐 하면, 전술한 것과 같이, 그 경사가 클수록 복수의 포커스값 측정 영역, 예를 들면, Sxn의 포커스값(Fxn) 편차가 커진다. 바꿔 말하면, 도 5 등에서 나타낸 포커스값의 분포를 나타내는 곡선의 피크(P)가 커지기 때문이다. 즉, 피크가 없어지도록 카메라(1)의 광축 방향을 제어하면, 그 LCD 패널(6)의 연직선에 대한 각도(θ)를 작게 하여, 최종적으로 0으로 할 수 있는 것이다. 도 8 (A)에 나타낸 예에서는 피크가 역(逆)으로 커지고 있으며, 이것은 광축 조정 방향이 역인 것에 다름이 아니다. 즉, 조정 전은 도 8 (B)에 나타낸 상태(피크가 Pb의 상태)였지만, 조정에 의해 도 8 (A)의 피크가 Pa로 되어 버리고 있다. 이것은 경사 각도가 커지는 방향으로 조정되었다고 하는 것이다.

도 8 (C)는 조정 방향이 옳바른 예를 나타내고 있으며, 이 상태에서는 상기곡선의 피크(P)가 도 8 (B)에 나타낸 Pb의 상태에서 도 8 (C)에 Pc로 나타낸 상태로 변화되어, 피크가 작아지고 있다. 이것은 복수의 포커스값 측정 영역, 예를 들면, Sxn의 포커스값(Fxn)의 편차가 작아지고 있다고 하는 것이며, 경사 각도(θ), 예를 들면, θx가 작아지고 있는 것에 다름이 아니다. 그리고, 그 조정이 진행되어, 도 8 (D)에 나타낸 것과 같이, 편차를 최소로, 즉 곡선의 피크(P)를 최소값(Pb)에 달했을 때 조정이 완료된다. 즉, 경사 각도(θ), 예를 들면 θx가 0 또는 대략 0으로 되었다고 하는 것이다.

이 광축 조정에 대하여 구체적으로 어떻게 하는가를 도 2를 참조하여 설명한다. 광축 조정 전의 카메라(1)의 광축이 액정 패널 상의 (B11)과 교차하고 있다고 한다. x 방향의 조정 방향을 조사하기 위해 최초로 그 광축을 (B11)에서 (B01) 또는 (B21)의 방향으로 팬시켜(x 방향으로 이동시켜) 화상을 포착하고, (B01) 방향으로 이동한 경우에 포커스값의 편차가 작아졌다고 하면, x 방향에서의 조정 방향은 (B01) 방향이라는 것으로 된다. 편차가 커지면 그 이동 방향은 조정 방향과 역방향이며, 따라서 이동 방향을 반전시켜야 한다고 하는 것이다. 그리고, 편차가 최소로 되었을 때 광축 방향의 x 방향에서의 경사(θx)가 0으로 되었다고 하는 것이다.

이와 같은 조정을, 예를 들면, x 방향에서만 행하는 것이 아니라, y 방향에서도 행하면, 경사 각도(θ)의 x 방향 성분(θx)과 y 방향 성분(θy)을 구할 수 있는 것이다. 그래서, y 방향에 대해서도 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, y 방향의 조정 방향을 조사하기 위해 최초로 광축을 (B11)에서 (B10) 또는 (B12)의 방향으로 틸트시켜 포커스값을 검출하고, 그 포커스값의 편차가 작아지면, 그 방향이 조정해야 할 방향이며, 그 방향에의 이동을 진행하여 그 편차가 최소값으로 되었을 때 θy가 0 또는 대략 0으로 되었다고 할 수 있다. 포커스값이 역으로 커진 경우에는, 그 틸트 방향은 조정 방향과 역의 방향이며, 이동 방향을 역전시켜, 포커스값이 감소되어 최소값으로 될 때까지 그 역전된 방향에서의 이동을 계속한다.

그리고, 경사 각도(θ)의 x 방향 성분(θx)과, y 방향 성분(θy)의 조정을 차례로 행하여도 되지만, 동시에(병행하여) 행하여도 된다. 조정 시간을 단축할 수 있기 때문이다. 조정 시간을 가능한 한 단축하기 위해 팬 제어와 틸트 제어를 동시에 행하여, 광축의 LCD 패널(6) 상에서의 위치를 (B11)에서 (B00) 또는 (B22) 방향으로 직선 보간(補間) 이동시켜 조정해야 할 방향을 알 수도 있다. 여기에서, 직선 보간 이동이란 x축, y축의 경사 이동 방향에 대한 속도를 설정하고, 각 축의 속도는 계산으로 구해, 그 속도에서 x 방향, y 방향으로 동시에 이동시키는 것이다.

따라서, 조정해야 할 방향이 판명되면, 그 방향으로 팬 및 틸트기켜, 초점이 일치되어 있는 영역(포커싱 영역)의 상하 좌우의 포커스값이 최소로 되도록 조정하면 된다. 그러면, 광축은 (B11)로부터 그 포커스값의 편차가 최소로 되는 θx 및 θy가 모두 0으로 되는 점으로 직선적으로 이동하여 최단시간에 조정될 수 있다.

도 9는 화상 측정 장치가 내장되는 화상 처리 장치(30)의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 화상 처리 장치(30)는 화상 처리 보드(31)와 호스트 CPU(호스트 중앙 처리 장치)(32)와, 프로그램 메모리(33)에 의해 구성된다. 카메라(1)로부터의 아날로그 출력은 화상 처리 보드(31)의 A/D 변환기(41)에 의해 디지털 신호로 변환되어, 화상 메모리(43)에 기억되도록 되어 있다. 이 화상 메모리(43)에 기억된 화상은 화상 프로세서(42)에 입력되어 화상 처리 및 계측된 후, 화상 메모리(43)에 기억되도록 되어 있다. 화상 메모리(43)는 복수의 프레임 메모리를 가지고 있으며, 통상은 원 화상과 화상 처리 화상은 상이한 프레임 메모리로 기억되도록 되어 있다.

화상 메모리(43)에 기억된 화상 처리 신호는 화상 CPU(화상 중앙 처리 장치)(44)에서 연산되고, D/A 변환기(45)를 통해 화상 모니터에 출력되어, 화상이 표시되도록 되어 있다. 상기 호스트 CPU(32)는 화상 데이터를 화상 CPU(44) 및 모터 컨트롤러(36)에 전달하는 동시에 처리 데이터를 수취하는 등의 검사, 측정에 필요한 광축 조정을 포함하는 일련의 작업을 실행한다. 프로그램 메모리(33)는 그 호스트 CPU(32)에 실행시키는 프로그램을 기억하는 것이다.

도 10은 상기 호스트 CPU(32)가 실행되는 프로그램 중, 카메라의 광축 경사를 연직으로 조정하는 프로그램의 플로 차트를 나타낸다. 이것에 대하여 설명한다. 스타트하면, 화상을 포착하고, 먼저 패널의 외접 검출을 행하고, 또한 그 외접 조정을 하고, 다음에 포커스값의 측정 영역을 설정하고, 다음에 포커스값을 측정하고, 다음에 카메라의 경사 조정 방향을 검출한다. 다음에, 카메라의 경사를 조정한다. 다음에, 또 화상을 포착하고, 이어서 포커스를 측정한다. 또, 화상을 포착한다. 그 후, 포커스값의 편차가 최소인가? 라고 하는 판정을 행하여, 판정 결과가 No이면, 카메라의 경사 조정으로 되돌아가고, 펀정 결과가 Yes이면 이 플로 차트가 종료된다.

본 발명의 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 단지 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 포커스도를 화상 처리에 의해 검출함으로써 카메라의 광축 경사 각도를 검출할 수 있어, 경사 각도의 검출을 위한 특별한 광학계나 센서를 요하지 않는다. 구체적으로는, 광학계로서 관찰용 광학계와 광축 맞춤용 광학계의 2개 광학계를 요하지 않으므로, 그만큼 부품수가 적게 될 뿐만 아니라, 그 2개 광학계 간의 위치 맞춤을 요하지 않으므로 조립 작업이 적게 된다. 따라서, 광축 경사 각도 검출 장치의 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 그리고, 측정광에 의한 미소(微小) 스폿상과 관찰광에 의한 화상을 동일 평면 상에 결상한다고 하는 화상 처리를 할 이유가 없으므로, 화상 관찰을 측정광에 의한 미소 스폿에 영향 받지 않고 관찰할 수 있다. 따라서, 정밀도 저하를 동반하지 않고 경사를 검출할 수 있다. 또, 미리 카메라의 광축 경사가 없는 경우의 데이터(기준점)는 필요 없어, 조정해야 할 방향은 최초로 일정량 카메라를 틸트 및 팬하여, 포커스값의 편차 증감을 검출함으로써 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 그 영역 내의 국소적인 초점이 일치하는 상태, 즉 포커스도를 카메라를 통해 포착한 화상 표시면으로부터의 화상 휘도를 양자화, 연산 등의 처리에 의해 수치화하여 구할 수 있고, 포커스도의 편차, 즉 카메라 광축의 경사 각도의 크기를 연산에 의해 수치화한 포커스값으로서 수치화하여 나타낼 수 있어, 경사 각도 수정 등의 정확한 처리를 하기 쉽다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 포커스값을 구하는 영역을 한 방향에 따라 배치하므로, 이 방향에서의 경사 각도를 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 국소적인 포커스값을 검출하는 복수 영역을 한 방향(예를 들면, X 방향: 팬 방향)에 따라, 그리고 이 방향과 직각 방향(예를 들면, Y 방향: 틸트 방향)에 따라 형성했으므로, 상기 경사 각도가 서로 직교하는 2개 방향에서의 성분을 검출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예의 광축 경사 각도 검출 장치에 의하면, 카메라의 결상 렌즈계 중심부를 통하는 밝은 광에 의한 화상을 처리하여 경사를 검출할 수 있으므로, 검출 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 화상 측정 장치에 의하면, 광축 경사 각도 검출 장치의 출력을 카메라의 광축 경사 각도를 제어하는 제어 기구에 상기 광축 경사 각도 검출 장치의 출력인 복수 영역의 포커스값의 편차를, 이 편차가 작아지도록 부귀환하므로, 카메라의 광축을 그 경사 각도가 0이 되도록 자동적으로 제어할 수 있다.

Claims (14)

1. 화상 표시면을 촬상(撮像)하는 카메라 광축의 상기 화상 표시면의 연직선(鉛直線)에 대한 경사 각도를 검출하는 광축 경사 각도 검출 장치에 있어서,

   상기 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 국소적인 포커스도(度)를 검출하는 수단; 및

   상기 복수 영역의 국소적인 포커스도의 편차값에 따라 경사 각도를 결정하는 수단

   을 포함하는 광축 경사 각도 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 국소적인 포커스도를 검출하는 상기 수단은 상기 영역의 일단으로부터 타단에 걸쳐 한 방향에 따라 화상의 휘도값을 결정하는 것을 상기 한 방향과 직교하는 방향에서의 전역(全域)을 포함하여 결정하는 수단;

   상기 한 방향에서의 상기 영역에 인접하는 부분의 휘도값의 차(差) 중 고정값을 초과하는 값만 상기 영역 전역에 걸쳐 적산하는 수단; 및

   상기 휘도값의 적산차를 상기 영역의 면적값으로 나누는 수단

   을 추가로 포함하는 광축 경사 각도 검출 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 한 방향의 포커스값이 검출되는 복수 영역을 한 방향에 따라 배치하고;

   상기 복수 영역의 포커스값의 편차값에 의해 상기 한 방향에서의 상기 경사 각도를 검출하는 광축 경사 각도 검출 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 한 방향에서의 포커스값이 검출되는 상기 복수 영역을 한 방향에 따라 배치하고;

   상기 한 방향과 직각 방향에서의 포커스값이 검출되는 상기 복수 영역을 상기 직각 방향에 따라 배치하고;

   상기 한 방향에 따라 배치한 상기 복수 영역의 포커스값의 편차에 의해 상기 한 방향에서의 상기 경사 각도를 결정하고;

   상기 한 방향과 상기 직각 방향에 따라 배치한 상기 복수 영역의 포커스값의 편차에 의해 상기 한 방향과 상기 직각 방향에서의 상기 경사 각도를 검출하고;

   상기 한 방향과 상기 직각 방향에서의 경사 각도의 검출을 따로 또는 동시에 행하는 광축 경사 각도 검출 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 한 방향에서의 포커스값을 검출하는 상기 복수 영역을 한 라인에 따라 배치하고;

   상기 한 방향과 직각 방향에서의 포커스값을 검출하는 상기 복수 영역을 상기 직각 방향에 따라 배치하고;

   상기 복수 영역에서의 포커스값의 편차에 의해 결정되는 상기 한 방향에서의 상기 경사 각도를 상기 한 방향에 따라 배치하고;

   상기 복수 영역에서의 포커스값의 편차에 의해 검출되는 상기 한 방향과 상기 직각 방향에서의 상기 경사 각도를 상기 한 방향과 상기 직각 방향에 따라 배치하고;

   상기 한 방향과 상기 직각 방향에서의 상기 경사 각도의 검출을 따로 또는 동시에 행하는 광축 경사 각도 검출 장치.
6. 제1항에 있어서

   상기 화상 표시면 내의 국소적인 포커스도가 검출되는 영역이 상기 화상 표시면의 중심부에 설정되어 있는 광축 경사 각도 검출 장치.
7. 제2항에 있어서,

   상기 화상 표시면 내의 국소적인 포커스도가 검출되는 영역이 상기 화상 표시면의 중심부에 설정되어 있는 광축 경사 각도 검출 장치.
8. 제3항에 있어서,

   상기 화상 표시면 내의 국소적인 포커스도가 검출되는 영역이 상기 화상 표시면의 중심부에 설정되어 있는 광축 경사 각도 검출 장치.
9. 제4항에 있어서,

   상기 화상 표시면 내의 국소적인 포커스도가 검출되는 영역이 상기 화상 표시면의 중심부에 설정되어 있는 광축 경사 각도 검출 장치.
10. 화상 표시면을 촬상하는 카메라 광축의 상기 화상 표시면의 연직선에 대한 경사 각도를 검출하는 광축 경사 각도 검출 장치에 있어서,

    상기 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 포커스도를 검출하는 검출 수단; 및

    상기 복수 영역에서의 상기 포커스도의 편차를 결정함으로써 상기 광축의 경사 각도를 검출하는 검출 수단

    을 포함하는 광축 경사 각도 검출 장치.
11. 화상 표시면을 측정하기 위해 화상 표시면을 촬상하는 카메라;

    상기 카메라의 상기 화상 표시면에 대한 경사 각도를 제어하는 제어 기구; 및

    광축 경사 각도를 검출하는 검출 수단을 포함하며;

    상기 제어 기구는 상기 광축 경사 각도 검출 수단에 의해 검출된 포커스값의 편차값을 입력으로서 받고, 상기 카메라의 경사 각도를 제어하는 화상 측정 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 검출 수단은

    상기 화상 표시면의 한 방향에서의 포커스값이 검출되는 복수의 영역을 상기한 방향에 따라 배치하는 제1 배치 수단;

    상기 한 방향과 직각 방향에서의 포커스값이 검출되는 복수의 영역을 상기 직각 방향에 따라 배치하는 제2 배치 수단;

    상기 한 방향에 따라 배치한 복수 영역에서의 포커스값의 편차값에 의해 상기 한 방향에서의 상기 경사 각도를 검출하는 검출 수단; 및

    상기 한 방향과 상기 직각 방향에 따라 배치한 상기 복수 영역에서의 포커스값의 편차값에 의해 상기 한 방향과 상기 직각 방향의 상기 경사 각도를 검출하는 검출 수단

    을 추가로 포함하며;

    상이한 방향에서의 상기 경사 각도 검출은 순서대로 또는 병행하여 행해지는 화상 측정 장치.
13. 화상 표시면을 촬상하는 카메라 광축의 상기 화상 표시면의 연직선에 대한 경사 각도를 검출하는 광축 경사 각도 검출 방법에 있어서,

    상기 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 포커스도를 검출하는 단계; 및

    상기 복수 영역에서의 국소적인 포커스도의 편차를 결정함으로써 상기 광축의 경사 각도를 검출하는 단계

    를 포함하는 광축 경사 각도 검출 방법.
14. 화상 표시면을 카메라로 촬상하는 단계;

    광축 경사 각도를 검출하는 단계; 및

    상기 카메라의 상기 화상 표시면에 대한 경사각을 제어하는 단계

    를 포함하며;

    상기 광축 경사 각도 검출 단계는,

    상기 화상 표시면 내의 복수 영역에서의 포커스도를 검출하는 단계; 및

    상기 복수 영역의 상기 포커스도의 편차를 결정함으로써 상기 광축의 경사 각도를 검출하는 단계

    를 포함하는 화상 측정 방법.