JPH03170828A - カメラレンズの光軸測定方法 - 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】 概要 カメラレンズの光軸測定方法に関し、 小型カメラレンズの光軸測定方法において、回転軸と光
軸とを簡単に平行にする方法を提供することを目的とし
、 平行光を形戒するステップと、該平行光とカメラを取り
付けた回転台の回転軸を平行にするステップと、該回転
軸と円筒状レンズホルダに収容されたカメラレンズの光
軸を平行に設定するステップと、前記回転軸を中心にカ
メラを回転させるとともに、カメラレンズに平行光線を
入射して、この平行光線の撮像面上における結像の軌跡
に基づいて撮像面におけるカメラレンズの光軸位置を測
定するステップとからなるカメラレンズの光１ｄｌ　測
定方法において、前記回転軸と円筒状レンズホルダに収
容されたカメラレンズの光軸を平行に設定するステップ
は、カメラを前記回転軸を中心に回転しながら、円筒状
レンズホルダの側面の２ケ所の変位を測定し、該２ケ所
の変位の差分を取り、差分量を最少にする、ステップか
ら構戒する。

産業上の利用分野 本発明はカメラレンズの光軸の撮像面上の位置を測定す
るカメラレンズの光軸測定方法に関する。

一般にレンズは、一旦組立てた後には光軸の位置がどこ
にあるかの光軸測定を行う必要はない。

しかし例えば、テレビカメラを用いて立体の三次元計測
及び認識を行う場合等においては、位置測定の基準とな
る光軸が撮像面上のどの画素に対応するかを知らなけれ
ば正確な三次元計測及び認識を行うことはできない。カ
メラレンズの光軸測定を行うには、カメラレンズを回転
軸を中心にして回転させながら平行光線を入射させて行
うが、この測定に先立ち回転軸とカメラレンズの光軸と
を平行にすることが必要であり、簡単な方法でこの平行
関係を設定する方法が要望されている。

従来の技術 一般に撮像系としてテレビカメラを用いて画像の三次元
計測及び認識を行う場合、レンズの光軸が厳密にテレビ
カメラの撮像面のどこに位置するかを知る必要があり、
カメラレンズの光軸測定法として特願昭６０−１２５２
４７号が提案されている。この先願発明に記載されてい
るカメラレンズの光軸測定法は、一般のカメラレンズを
意識したもので、レンズの縁邪の光軸方向の変位を最小
にする方法を用いていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、レンズの縁部の光軸方向の変位を最小にする方
法は、親指カメラ等の小型カメラの光軸測定には不向き
である。何となれば、親指カメラ等はカメラレンズの直
径が小さいため、レンズの縁部の変位をかなりの精度で
最小にする必要があり、それが困難であるからである。

またこの方法においては、回転軸と光軸とを一級的に一
致させなければならず、この一致を得るのが困難である
という問題もある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、小型カメラレンズの光軸測定方
法において、回転軸と光軸とを簡単に平行にする方法を
提供することである。

課題を解決するための手段 第１図に本発明の原理ブロック図を示す。

即ち本発明は、平行光を形戒するステップ〈Ｓ１〉と、
咳平行光とカメラを取り付けた回転台の回転軸を平行に
するステップ（Ｓ２）と、該回転軸と円筒状レンズホル
ダに収容されたカメラレンズの光軸を平行に設定するス
テップ（Ｓ３）と、前記回転軸を中心にカメラを回転さ
せるとともに、カメラレンズに平行光を入射して、この
平行光線の撮像面上における結像の軌跡に基づいて撮像
面における力〆ラレンズの光軸位置を測定するステップ
（Ｓ４）とからなるカメラレンズの光軸測定方法におい
て、ステップ（Ｓ３）の回転軸と円筒状レンズホルダに
収容されたカメラレンズの光軸を平行に設定するステッ
プを、カメラを前記回転軸を中心に回転しながら円筒状
レンズホルダの側面の２ケ所の変位を測定し（３３−１
）、該２ケ所の変位の差分を取り（３３−２）、差分量
を最少にする（Ｓ３−３）、ステップから構威したこと
を特徴とする。

作　　　用 本発明では、カメラを回転軸を中心に回転しながら円筒
状レンズホルダの側面の２ケ所の変位を測定し、その差
分を取り、差分量を最少にすることにより、回転軸と光
軸とを平行にすることができるため、親指カメラ等の小
型カメラのレンズの光軸測定方法に有効である。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第２図は本発明が適用可能な視覚システムに使用するテ
レビカメラの全体構或図であり、カメラへッド２がカメ
ラ制御器４に接続されており、このカメラ制御器４はモ
ニタテレビ６に接続されている。第３図を参照すると、
カメラヘッド２はレンズを内部に収容した円筒状レンズ
ホルダ１０におけるｌ２の位置の内部にＣＣＤが取り付
けられ、さらにコネクタ１４が設けられて構威されてい
る。

円筒状レンズホルダ１０の側面はカメラレンズの光軸に
平行に形威されている。そして、コネクタ１４を介して
カメラヘッド２はカメラ制御器４に接続される。

第４図は本発明の光軸測定方法に使用するカメラ較正装
置の外観図であり、ベースｌ６上に回転ステージ１８が
設けられ、この回転ステージ１８上に傾斜ステージ２０
が設けられている。傾斜ステージ２０には取付部材２２
が立設しており、この取付部材２２にカメラヘッド２が
固定される。

カメラへッド２は回転ステージｌ８で回転され、その傾
きは傾斜ステージ２０で調整される。

また、ベース１６上には支持コラム２４．２６が立設さ
れている。また、平行光を形戊するためのオートコリメ
ータ２８がベースｌ６上に取り付けられている。支持コ
ラム２４の取付部材３０及び支持コラム２６の取付部材
３２にわたり移動軸３４が設けられており、この移動軸
３４にミラー３８の取り付けられたミラー・ホルダ３６
が移動自在に取り付けられている。ミラー３８を移動軸
３４に沿って移動し、その角度を変えることによってオ
ートコリメータ２８から出射された平行光をカメラヘッ
ド２のレンズに種々の入射角で入射させることができる
。

次に第５図を参照すると、カメラヘッド２と回転ステー
ジ１８の回転軸との関係を示す模式図が示されており、
Ａは回転ステージ１８の回転軸、Ｂはカメラの光軸であ
る。Ｃは回転軸Ａに平行な基準線であり、この基準線Ｃ
から測定すべき２ケ所の円筒状レンズホルダ１０までの
距離をそれぞれｄ．，ｄ２　　とする。このようにカメ
ラへッド２を取付部材２２に固定し、回転ステージ１８
を回転させると、距離ｄ，，ｄ．　　と回転角θの関係
は、模式的に第６図のように書くことができる。このと
き回転軸Ａとカメラの光軸Ｂとは平行でないとする。こ
れを式で表すと以下のようになる。

ｄ＋＝ｆ＋（θ）＋Ｄ，　　　　　　　　・・・（１）
ｄ２　＝ｆａ（θ）＋Ｄ２　　　　　　　・・・（２）
ここでｆｉ　　（θ）は周期関数、Ｄ．　　　Ｄａ　は
定数である。

ｄ＋　　　＝ｄｌ　　Ｄ＋ ｄ２　　＝ｄ２−Ｄ， ・・・（３） ・・・（４） とおくと、（１）， （２）式は、 ｄ＋＝ｆ＋（θ） ｄ２　　　”ｆ２（θ〉 ・・・（５） ・・・（６） のように書き替えられる。

即ち、 ｄ　，　／ 及びｄ２ と回転角θの関係は第７図に示すようになる。

さて、この発明の目的は、回転軸Ａと光軸Ｂを平行にす
ることである。そのためにはｄ１′とｄ２の差を０にす
れば良いが、これは実際上殆ど不可能である。従って実
際には、ｄ，／とｄ２′の差分をできるだけ最小になる
ように設定する。即ち、第８図に示すようにｄＩ′　と
ｄ２′を同じグラフ内で書いたとき、斜線部分を最小に
なるように設定すれば、回転軸と光軸とを実質上互いに
平行になるようにすることができる。例えば、円筒状レ
ンズホルダの測定すべき２ケ所の距離が１　５　ｉｎ位
であるとすると、角度分解能より斜線部分の最大差分値
を２０μｍにすれば回転軸Ａと光軸Ｂを実質上平行にす
ることができる。

このように回転軸とレンズの光軸を平行にした後に、光
軸からのレンズ特性を測定するようにする。即ち、カメ
ラを回転軸を中心に回転させるとトモに、カメラレンズ
に平行光を入射して、この平行光線の撮像面上における
結像の軌跡に基づいて撮像面におけるカメラレンズの光
軸位置を測定する。このステップは本発明の特徴ではな
いが、これを第９図を用いて説明する。

第９図（１）に示したように、焦点距離ｆの普通レンズ
４ｌと撮像面４３とからなる撮像系の光軸Ｂと回転軸Ａ
とは平行で、平行光４２の入射方向が光軸Ｂと任意の角
θであり、撮像面４３に結像しているとすると、像４５
は光軸Ｂと撮像面４３との交点４４からｒ（＝ｆ−ｔａ
ｎθ）だけ離れた箇所に結ばれる。ただし、上記の式は
、レンズ形式が違うと変わるものである。

そして、ここでこの光学系を回転軸Ａを中心として回転
すると、平行光４２の結像点は移動してその軌跡は、第
９図（２）に示したように光軸Ｂと撮像面４３との交点
４４を中心として半径ｒの円を描く。従って、この円の
軌跡を検出して円の中心を求めれば、交点４４の撮像面
４３での位置を測定することができる。尚図中Ｏはレン
ズ４１の光学中心を示している。

また、上述した場合と同様に光軸Ｂと回転軸Ａが平行で
あり、さらに平行光の入射方向がこれらと平行である場
合には、第９図（３）．　（４）に示すように平行光の
像４５は光軸Ｂと撮像面４３との交点４４上に結像され
、光学系を回転軸Ａを中心として回転しても、像４５は
常に交点４４上に結像される。従って、光学系を回転し
ても像４５の位置が撮像面上で移動しなければ、その点
を撮像面上における光軸Ｂの位置として測定することが
できる。

発明の効果 本発明は以上詳述したようにＩ威したので、親指カメラ
等の小型カメラの光軸とカメラ較正装置の回転軸とを容
易に平行に設定することができる。

それによりカメラレンズの光軸測定を行うことができ、
カメラの較正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は視覚システムの全体構威図、 第３図はカメラヘッドの側面図、 第４図はカメラ較正装置の外観図、 第５図はカメラヘッドと回転軸との関係を示す模式図、 第６図はカメラを回転したときのｄ１　とｄ，の変位を
示す模式図、 第７図はカメラを回転したときのｄｏ　　、とｄ，の変
位を示す模式図、 第８図は第７図のｄ１　　とｄ２′を重ねたときのグラ
フ、 第９１！Ｉは撮像面上におけるレンズ光軸位置を測定す
る説明図である。 ２・・・カメラヘッド、 ４・・・カメラ制御器、 ６・・・モニタテレビ、 ｌＯ・・・円筒状レンズホルダ、 １２・・・ＣＯＤのある位置、 ｌ８・・・回転ステージ、 ２０・・・傾斜ステージ、 ２８・・・オートコリメー夕、 ３ ８・・・ミラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平行光を形成するステップ（Ｓ１）と、該平行光とカメ
   ラを取り付けた回転台の回転軸を平行にするステップ（
   Ｓ２）と、該回転軸と円筒状レンズホルダ（１０）に収
   容されたカメラレンズの光軸を平行に設定するステップ
   （Ｓ３）と、前記回転軸を中心にカメラを回転させると
   ともに、カメラレンズに平行光線を入射して、この平行
   光線の撮像面上における結像の軌跡に基づいて撮像面に
   おけるカメラレンズの光軸位置を測定するステップ（Ｓ
   ４）とからなるカメラレンズの光軸測定方法において、 前記回転軸と円筒状レンズホルダ（１０）に収容された
   カメラレンズの光軸を平行に設定するステップ（Ｓ３）
   は、 前記回転軸を中心にカメラを回転しながら、円筒状レン
   ズホルダ（１０）の側面の２ケ所の変位を測定し（Ｓ３
   −１）、 該２ケ所の変位の差分を取り（Ｓ３−２）、差分量を最
   少にする（Ｓ３−３）、 ステップから構成されることを特徴とするカメラレンズ
   の光軸測定方法。