(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【数１】
0003859245.tif 000010
【数２】
0003859245.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【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】
0003859245.tif 000002
【数２】
0003859245.tif 000003
【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】
0003859245.tif 000004
【００１２】
【数２】
0003859245.tif 000005
【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】
0003859245.tif 000006
【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】
0003859245.tif 000007
【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】
0003859245.tif 000008
【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】
0003859245.tif 000009
【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
【図１】
0003859245.tif 000012
【図２】
0003859245.tif 000013
【図３】
0003859245.tif 000014
【図４】
0003859245.tif 000015
【図５】
0003859245.tif 000016
【図６】
0003859245.tif 000017
【図７】
0003859245.tif 000018
【図８】
0003859245.tif 000019
【図９】
0003859245.tif 000020
【図１０】
0003859245.tif 000021
【図１１】
0003859245.tif 000022
【図１２】
0003859245.tif 000023
【図１３】
0003859245.tif 000024