JPH0362213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 目次 〔概要〕 ……２頁 〔産業上の利用分野〕 ……３頁 〔従来の技術〕 ……３頁 〔発明が解決しようとする問題点〕 ……６頁 〔問題点を解決するための手段〕 ……７頁 〔作用〕 ……８頁 〔実施例〕 ……９頁 〔発明の効果〕 ……24頁 〔概要〕 レンズ射影特性測定装置であつて、円形パター
ン光を鏡の反射によりレンズに入射させることに
より、装置の単純化を可能として精度の向上、及
び広範囲のレンズの測定を可能とした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レンズの射影特性を測定するレンズ
射影特性測定装置に関し、特に、環状パターン光
を用いたレンズ射影特性測定装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

近年レンズと撮像素子とからなるカメラ装置を
画像入力手段として用いて環境認識を行なう技術
は重要である。このような技術分野においては、
レンズの射影特性を知らなければ正確な環境認識
は行なえない。

例えば、第１２図に示すように、ある方向から
レンズ２１に入射した光２２がレンズ２１により
撮像面２３のどの位置に結像するかを知り、この
測定を基として、像が結像した個所により、光の
入射方向を認識するようにしているからである。
ここに示した例において、余緯度φ、方位角θか
ら入射した光は結像面２３上のＰ点（Ｘ，Ｙ）に
結像している。この（φ，θ）と（Ｘ，Ｙ）と
は、理論的なレンズの射影特性によつて関係付け
られているが、実際には、誤差が存在するためレ
ンズの射影特性を測定することが必要となる。

従来、レンズ特性を知るためレンズの収差の測
定は広く行なわれ、自動的にレンズの収差を測定
する装置も開発されている。しかしながら、レン
ズの射影特性を測定する手段としては未だに有効
な装置は存在しなかつた。

そのように、レンズの射影特性を測定する装置
は存在しないが、レンズに各方向から光を照射し
てこの結像を撮像面の撮像素子で電気的に検出
し、光の入射方向と結像位置と関係を測定する手
段として各種の装置を想定することができる。

ところが、そのような各種の想定装置の例で
は、重量の嵩むテレビカメラを移動するため支持
装置等が大型化し、かつ入射光の角度制御の精度
を高くすることは難しかつた。

逆に、光照射側のコリメータを移動させること
も考えられるが、コリメータもテレビカメラと同
様に重量が嵩むものであり、同様の問題点を有し
ていた。

このような問題点を解決するものとして、本発
明者等は既に「レンズの射影特性測定装置」（特
願昭60−125249号）を提案した。この装置にあつ
ては、上記の問題点を解決して、小型かつ高精度
のレンズの射影特性測定装置を得るために、撮像
系のレンズに向け所定方向から光を入射する照射
装置と、この光が撮像面のどの位置に結像するか
を測定する測定器とからなるレンズの射影特性測
定装置において、上記照射装置はレンズ光軸に対
して傾斜し光軸の上方への延長線の一点に向け光
を照射する投光器と、この光の照射方向に沿つて
移動可能かつ取り付け角度可変で上記光をレンズ
に向け反射する鏡と、レンズを回転させる回転台
とで構成するようにしている。

この測定装置にあつては、投光器からの光は鏡
で反射されてレンズに入射するが、鏡の位置及び
角度を変えることにより、レンズに対して入射光
の余緯度を変え、更にレンズを回転台で回転させ
ることよりレンズに対して任意の方位角から光を
入射するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、既提案のものにあつては、レン
ズへの入射光角度と透過光角度との幾何学的関係
を測定し、当該被測定レンズ透過光の中心を求め
る場合十字スリツト光を入射光として用いてい
る。

つまり、第１３図に示すように、投光器として
のオートコリメータ３１から被測定レンズ３３に
入射される照射光３５は、十字スリツト部を介し
ての十字光である。被測定レンズ３３の透過光３
７はスクリーン３９に写し出される。そのスクリ
ーン３９には、第１４図に示すように十字像４１
として得られる。

かようにして得られる十字形状の像４１は人間
の目でその交点O₁を求めるには便利である。し
かし、高精度とするために自動化すれば、第１４
図ａのように十字像４１の重心を交点O₁とする
必要から検出の際に雑音に弱く、また、十字像４
１だけを検出のために切り出す必要があり、検出
データに基づいて透過光の中心を自動的に求める
ことは極めて困難であつた。

また、第１４図ｂのように十字像４１に直線l_x
及びl〓を当てはめてその交点O₂をレンズ透過光中
心とするような計算を行なうようにしても、計算
量が膨大となり自動化は難しかつた。

本願発明は、このような点に鑑みて創作された
もであり、被測定レンズ透過光の中心を自動的に
高精度で求めることのできるレンズ射影特性測定
装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明では上記目的を達成するため、撮像系
のレンズに向け所定方向から光を入射可能な光照
射手段１１５と、この光が撮像面のどの位置に結
像するか測定する測定手段１２１を有するレンズ
の射影特性測定装置において、前記光照射手段１
１５は、撮像系の被測定レンズ１１１に対して円
形のスリツト平行光である複数の同心円パターン
光照射機能１１３を有し、前記測定手段１２１
は、前記複数の同心円パターン光の受光データに
基づいて撮像面の円形像の中心を求める際に、受
光された複数の円形像の中から中心を求めるべき
最適の円形像を決定する機能を有するよう構成す
るものである。

〔作用〕

上記手段により本願発明ではまず、照射手段で
複数の同心円平行束の光を被測定レンズに入射す
る。すると複数の円形像が撮像面に現れる。そし
て測定手段１２１の持つ機能により、前記複数の
円形像の中から、その中心を求めるのに最適なス
リツト光を自動的に選択することにより、最適な
円形像からその中心位置を求めることにより、高
精度なレンズの射影特性測定装置を提供している
ものである。

〔実施例〕

以下本発明に係るレンズ射影特性測定装置の実
施例について説明する。

本実施例において、被測定レンズ２１１を取り
付けたテレビカメラ２１２を回転台２１３に取り
付け、このレンズ２１１の光軸Ａを中心として回
転できるようにしている。そして基準パターンを
平行光L₁として照射する投光器としてのオート
コリメータ２１４が、レンズ２１１の光軸Ａを含
む面内に斜めに設置され、照射した光がレンズ２
１１の光軸Ａの上方への延長線上の地点に向くよ
うにしている。そしてこの照射光L₁と略平行に
移動軸２１５が固定され、この移動軸２１５には
この移動軸２１５に沿つて移動する取付け部材２
１６を介して鏡２１７が角度可変に設けられてい
る。

第３図は本発明実施例をより詳細に示し、第４
図はその制御系を示す。

鏡２１７は鏡回転モータ２２０と減速装置によ
り撮像素子の分解能より小さい精度で角度変化可
能としており、また、この鏡２１７は鏡移動モー
タ２２１で移動軸２１５を移動可能である。更
に、テレビカメラ２１２は回転台中のカメラ回転
モータ２２２により回転可能としている。そして
これらの回転等の運動は、第４図に示すように制
御部２２７で制御されている。即ち、各モータ２
２０，２２１，２２２の運動は制御部２２７によ
り、モータドライバ２２８を介して駆動される一
方、各モータ２２０，２２１，２２２の運動はロ
ータリエンコーダ２２３，２２４，２２５及びカ
ウンタ２２６により制御部２２７に入力され、該
制御部２２７は各モータ２２０，２２１，２２２
の運動状態及びテレビカメラ２１２に接続された
測定部２３０からの画像信号に基づいて各モータ
を制御する。尚、図中符号２１８はベース、２１
９はベース上に立設され、各機器等を支持するス
タンドである。

測定部２３０は、各テレビカメラ２１２からの
画像信号２３１を受信してアナログ−デイジタル
（Ａ−Ｄ）変換した後データを記憶するメモリ部
２３３と、該メモリ部２３３からの画像情報信号
（デイジタル）２３５を受けると共に入力指示信
号２３７を与える演算部２３９とで成つている。

この演算部２３９は、制御部２２７へモータ指
示信号２４１を与えると共に、エンコーダ情報信
号２４３を導入している。

本実施例に係るレンズの射影特性測定装置でレ
ンズの射影特性を測定するには、所望の測定位置
に光が入射するようにする。即ち鏡２１７の位置
及び角度を変え余緯度を決定し、回転台２１３を
回転して方位角を定めるのである。この状態で、
テレビカメラ２１２の撮像面のどの位置に像が結
ばれているかを測定部２３０で測定すればよい。
尚、この測定は、予め測定位置を制御部２２７に
記憶させておき自動的に行なうこともできる。

従つてこの装置によれば、駆動部分が鏡２１７
であり軽量であるため装置は小型となり、鏡２１
７の角度変化とテレビカメラ２１２の回転作動の
精度を良好にするだけでレンズ射影特性の測定精
度を良好なものとすることができる他、各モータ
の作動を自動的に制御するようにしたので極めて
容易かつ正確にレンズの射影特性を測定すること
ができる。更に鏡の位置角度を変えることにより
余緯度０度（第２図中一点鎖線で示した２１７₁）
から余緯度90度以上まで測定することができ、魚
眼レンズ等の特殊レンズの測定も容易に行なうこ
とができるものである。

ところで、本発明実施例による照射光L₁は円
形スリツト光である。つまり、第５図に示す如
く、スリツト光源２５１からの円形スリツト光が
オートコリメータ２１４によつて平行な光L₁と
される。被測定レンズ２１１を透過した光L_tもや
はり円形パターン光であつてテレビカメラ２１２
にて撮像される。

テレビカメラ２１２による撮像データはメモリ
部２３３に円形パターンデータとして記憶され
る。

第６図ａ〜ｄは測定部２３０による処理を為す
各段階を示す。また、第７図はその順序を示す。

以下、レンズ透過光中心を定める処理について
述べる。

先ず、測定部２３０内の演算部２３９から入力
指示信号２３７がメモリ部２３３に供給される。
このとき、オートコリメータ２１４から照射され
ている円形パターン光L₁の被測定レンズ２１１
の透過光をテレビカメラ２１２で撮像することに
よつて第６図ａに示すような円形パターン２５１
のデイジタルデータがメモリ部２３３に格納され
る（ステツプ311）。この場合、メモリ部２３３に
は１画像分のデータが記憶され、この記憶データ
を基にして以下の処理が行なわれる。

第６図ａに示す如く、横軸に沿つて走査して、
円形パターン２６１と交差する２点Ａ及びＢの横
座標を求める。この２点Ａ及びＢから中心点Ｃ
（＝Ａ＋Ｂ／２）をを計算する。このようにして、１ 画面について横軸方向での走査を順次行ない（第
６図ｂ参照）、その都度中心点C₁，C₂，……，C_o
を求める（ステツプ312）。

次いで、ステツプ312で求めた全ての中心点C₁
〜C_oに基づいて最小二乗法によつて近似して垂
直な中心線l₁を求める（ステツプ313）。ところ
で、格納データの中には雑音に基づくデータC_n1
が存在することがあるが、これらの影響は中心線
l₁を求める処理の中で除かれる。

また、これと並行して、縦軸に沿つて走査を行
ない、円形パターンと交差する２点を求めてその
中心点を同様にして計算する（第６図ｃ参照）。
これを１画像全体に亘つて行なう（ステツプ
314）。

続いて、縦軸走査によつて求めた全ての中心点
データに基づいて最小二乗法によつて近似した水
平線l₂を求める（ステツプ315）。

従つて、第６図ｄに示すように、円形パターン
２６１についての中心である垂直線l₁及び水平線
l₂が求まつたことになる。

これら両線l₁及びl₂の近似データからその交点
Ｏを求める（ステツプ316）。この交点Ｏが被測定
レンズ２１１の透過光中心点である。

このようにして、円形パターンのスリツト光
L₁を照射光とすることにより、自動的に高精度
で被測定レンズ２１１の透過光中心点を求めるこ
とが可能となる。

ところで、被測定レンズ２１１は多種多様であ
り、焦点距離が大きく異なつているものである。
そのため、同一円形パターンの照射光L₁では、
被測定レンズ２１１の視野の大きさによつては、
精度よく中心が求まらないことがある。即ち、円
の中心を精度よく求めるためには、たとえば入力
画像を撮像データとして512×512画素に量子化し
たとき、円の直径が10画素程度以下である必要が
ある。円がそれより大きいと、レンズの射影特性
による形状の歪みが現れて、精度よく中心を求め
られないことがある。

また、被測定レンズ２１１が魚眼レンズと望遠
レンズとでは、視野の大きさが30倍以上異なるこ
とがある。たとえば、視野180度の魚眼レンズの
とき直径10画素の円は、視野５度の望遠レンズで
は直径360画素にもなるため、円の一部が画面か
らはみ出してレンズ透過光中心の位置を求めるこ
とができなくなる。

また、これとは逆に、視野５度の望遠レンズの
とき直径10画素の円は、視野50度上の標準〜広角
〜魚眼レンズでは直径１画素以下になつてしま
う。直径１画素以下の像は光源がよほど明るくな
い限り、安定して抽出することが困難であり、レ
ンズ射影特性測定装置の光源として使用するオー
トコリメータ２１４はそれほど輝度を強くするこ
とはできない。また、受光素子に固体撮像素子を
用いたテレビカメラ２１２を使用する場合、直径
１画素以下の像は仮に明るさが十分あつても、隣
接する受光窓の間に落ちてしまい、画像中に全く
現れないことがある。したがつて、円形像を安定
して抽出するためには、その直径が少なくとも10
画素程度は必要である。

そこで、本発明実施例にあつては、被測定レン
ズ２１１に入射する光として、複数の同心円スリ
ツト平行束を用い、その中から最適な円形パター
ンのスリツト光を自動的に選び出すようにしてい
る。

本発明実施例におけるオートコリメータ２１４
の光学系は、第８図に示すように、スリツト光源
２５１のスリツト３３１のスリツト面３３３はオ
ートコリメーシヨンレンズ３３５の焦点距離とな
るように配置されている。この配置関係によつて
スリツトパターンの視野角が決まるので、スリツ
ト３３１の径をいくらにするかが定まる。

このような見地から定めたスリツトパターンの
例を第９図に示す。ここでは、６つの円形スリツ
トを用意し、その最小の第１円３３１₁の直径は、
視野５度のレンズに対して視野角が１／50となる
ように0.1度となるように選択されている。第１
円３３１₁より大きい第２円３３１₂の直径は、同
一レンズに対して視野角が倍となるように0.2度
となるように選択されている。同様にして、第３
円３３１₃〜第６円３３１₆の直径は、視野角が
倍々となるように0.4度，0.8度，1.6度及び3.2度
となるようにそれぞれ選択されている。

これによつて、視野５度の望遠レンズから視野
180度の魚眼レンズにまで共通に使えるスリツト
パターンとしている。例えば、最外側の第６円３
３１₆の直径が、視野180度のレンズに対して視野
角が約１／50となり、512×512画素の画像サイズ
に対して直径が約10画素となる。このように、ス
リツト３３１の同心円の直径を倍々の組み合わせ
にすることによつて、視野が５度から180度まで
のどんなレンズに対しても、入力画像での円形像
直径が５〜10画素程度の円が必ず１個存在するよ
うにできる。

第１０図ａ〜ｄは、第４図に示す制御系によつ
て最適な円形スリツトを求める処理を為す際の撮
像データとしての円形データを示す。第１１図は
その処理の順序を示す流れ図である。

先ず、第９図に示す６つのスリツトに基づく６
つのスリツト光の束としての円形パターンの照射
光L₁を被測定レンズ２１１に入射して、メモリ
部２３３に円パターン光の撮像データを１画像と
して格納する。続いて、演算部２３９はメモリ部
２３３から画像情報信号２３５を読み取つて最適
な円を求めるために、走査線毎に円を追跡してい
く。

(i) 最適な円が見つかる場合 第１０図ａに示すように１画面としての範囲３
４０に撮られた円形データに対して、最初の走査
線１において円形データを読み（ステツプ411）、
その切口Ａ，Ｂがあるか否かを判定し（ステツプ
412）、肯定判定の場合両切口Ａ，Ｂの間隔がｎ
（＝15程度）画素以下か否かを判定する（ステツ
プ413）。

ステツプ413では、切口が１点つまり円形デー
タと走査線が交差した場合でも肯定判定となる。
かような肯定判定の場合、最も外側にある両切口
の左及び右をＡ及びＢと定義する（ステツプ
414）。例えば、第１０図ｂに示すように第１走査
線において、ｎ画素内に２組以上の両切口が存在
する場合があるので、最外の両切口を採用する。

ステツプ414に続いて、次の第２走査線につい
て同様に軌跡の切口を求め（ステツプ415）、その
場合の両切口Ａ及びＢにつき、左側切口Ａが第１
走査線の場合と比べて左側に且つ右側切口Ｂが右
側に動いたか否かを判定する（ステツプ416）。肯
定ならば、順次ｎライン先まで各走査線によつて
切口を検出し（ステツプ417）、両切口Ａ及びＢが
１点となるか否かを判定し（ステツプ418）、更
に、両切口Ａ及びＢのいずれかが画面範囲３４０
からはみ出すか否かを判定し（ステツプ419）、は
み出ない両切口Ａ，Ｂが最も離れた円形データの
間隔がｎ以下か否かを判定する（ステツプ420）。

これにより、第４走査線での両切口の間隔はｎ
画素以上であり、第９走査線での両切口はｎ画素
以下であれば、第10走査線にて切口が１点となる
ので、これが最適な円パターンP₀となり、その
円パターンP₀による円形スリツト光のデータを
透過光中心の測定に採用する（ステツプ421）。

ステツプ421で採用した円形スリツト光の撮像
データに基づいて、第６図及び第７図に関して既
述した処理手順によつて直交する２つの最小二乗
近似直線l₁及びl₂（第６図ｄ参照）を計算して、円
２６１（P₀）の中心点Ｏを求め、被測定レンズ
２１１度透過光中心点を求める（ステツプ422）。

以上が、束とした複数の円形パターンを予めセ
ツトしたものが適切であつた場合の処理順序であ
る。

(ii) 第１走査線での切口の間隔が大きすぎる場合 この場合には、ステツプ413で否定判定となる
ので、そのラインから数ライン先の走査線によつ
て切口を検出し（ステツプ423）、２つの切口か否
かを判定し（ステツプ424）、検出した２つの切口
をＡ，Ｂと定義し（ステツプ425）、しかる後ステ
ツプ417に移行して上述したと同様な処理を実行
する。

ここでは、例えば第４走査線がステツプ423に
よつて検出されて実行される。

また、ステツプ424でもまだ切口がないと判定
されれば、全走査線について終了したか否かを判
定し（ステツプ426）、次の走査線に進み（ステツ
プ427）、新たな円の切口が検出されたか否かを判
定する（ステツプ428）。否定判定の場合にはステ
ツプ426に戻るループ動作を実行し、円軌跡の切
口が検出されたステツプ428で肯定判定となつて
ループを抜け出してステツプ423に戻り、上述
と同様な実行処理を行なう。

(iii) 両切口の間隔が大きくならない場合 この場合には、ステツプ416で否定判定となり、
左側切口Ａが右にかつ右側切口Ｂが左に動くか否
かを判定する（ステツプ429）。否定判定の場合、
更にｎ画素以内に他の２つの切口があるか否かを
判定し（ステツプ430）、１組の両切口があれば左
側を切口Ａ、右側を切口Ｂとして定義し（ステツ
プ431）てステツプ416に戻つて上述した処理を
実行する。

ステツプ430で否定判定の場合はステツプ426
に移行する。

(iv) エラーの場合 例えば、第１０図ｃに示すように両切口Ａ，Ｂ
共に右あるいは左へ動く場合は間違つた組み合わ
せであるから、ステツプ429での判定後に適切な
組み合わせを捜すようになつている。但し、ステ
ツプ429で肯定判定となれば、例えば第１０図ｄ
に示すような場合にはステツプ432に移行して、
スリツトパターンの中心が画面にないことにな
り、エラーメツセージを出力する。

また、各走査線にて円形データによる切口が２
つとも検出されない場合がある。例えば第１走査
で切口が検出されず（ステツプ412の否定判定）、
更にステツプ426〜428のループでも切口がみつか
らない場合にはエラーであり、やはりステツプ
432に移行してエラー表示を行なう。

エラーとなつた場合、必要に応じてミラーやカ
メラの角度を修正して最初からやり直す。

このように構成することにより、被測定レンズ
２１１の視野の大小に拘らず安定して被測定レン
ズの透過光中心を求めることができ、レンズの射
影特性測定の精度を向上させることができる。ま
た、被測定レンズ２１１に応じてスリツト光源を
その都度交換する必要がなくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、環状パタ
ーン光をレンズへの入射光として用いているので
自動的にかつ極めて高精度でレンズ透過光の中心
を求めることができる。特に、環状パター光を複
数とし、そのうちの被測定レンズに適合した環状
パターン光を透過光中心の測定に用いるようにす
れば、その測定を最適な測定条件下で行ない得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレンズ射影特性測定装置の構
成原理図、第２図及び第３図は本発明の一実施例
を示す構成図、第４図は本発明実施例における制
御系を示すブロツク図、第５図はスリツト光照射
とカメラとの光学的関係を示す説明図、第６図ａ
〜ｄは演算処理の説明図、第７図は演算処理順序
を示す流れ図、第８図はスリツトパターンの視野
角の説明図、第９図は複数の円形スリツトパター
ンの説明図、第１０図ａ〜ｄは最適な円形スリツ
トパターンを求める処理の説明図、第１１図は最
適な円形スリツトパターンを求める処理の流れ
図、第１２図はレンズの射影特性を示す説明図、
第１３図は従来のレンズ中心を求める光学系説明
図、第１４図はａ及びｂは従来例におけるスクリ
ーン像の説明図である。 第１図において、１１１は被測定レンズ、１１
３は円形パターン光、１１５は光照射手段であ
る。第２図〜第１３図において、２１はレンズ、
３３，２１１は被測定レンズ、２１２はテレビカ
メラ、３１，２１４はオートコリメータ、２１７
は鏡、２３０は測定部、２３９は演算部、２５１
はスリツト光源、２６１は円形像データ、３３１
はスリツトである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像系のレンズに向け所定方向から光を入射
   可能な光照射手段１１５と、この光が撮像面のど
   の位置に結像するか測定する測定手段１２１を有
   するレンズの射影特性測定装置において、 前記光照射手段１１５は、撮像系の被測定レン
   ズ１１１に対して円形のスリツト平行光である複
   数の同心円パターン光照射機能１１３を有し、 前記測定手段１２１は、前記複数の同心円パタ
   ーン光の受光データに基づいて撮像面の円形像の
   中心を求める際に、受光された複数の円形像から
   中心を求めるべき最適の円形像を決定する機能を
   有することを特徴とする射影特性測定装置。