JPH0436328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 撮像系のレンズ光軸測定方法であつて、レンズ
光軸と平行な回転軸を中心として撮像系を回転し
つつ平行光を入射して、撮像面での像の軌跡によ
り撮像面における光軸位置を測定することによ
り、撮像面における光軸の位置を容易に測定でき
るようにする。

［産業上の利用分野］ この発明は撮像系のレンズの光軸の撮像面上の
位置を測定する撮像系レンズの光軸測定方法に関
する。

一般にレンズは一担組立た後には光軸の位置が
どこにあるかの光軸測定は行なう必要はない。し
かし例えばテレビカメラを用いて立体の三次元認
識を行な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認識を行なうことはでき
ない。

［従来の技術］ 従来、一般に撮像系としてテレビカメラを用い
て画像認識を行なわせる場合であつても、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はなく、カメラとレンズとの
機械的精度によりレンズとカメラとの光軸を一致
させておけば充分であつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のように、係る技術は従来にはなく光軸が
撮像面のどの位置に対応するかを正確かつ迅速に
知る技術が求められている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上述の技術を提供するため、撮像系レ
ンズの光軸を測定するに当り、先ず撮像系レンズ
の光軸と回転軸とを平行に設定し、そしてこの撮
像系を回転軸を中心に回転させると共にレンズに
平行光を入射してこの平行光の撮像面上の結像の
軌跡に基づいて撮像面上の光軸の位置を測定する
ようにした。

［作用］ 第１図１に示したように焦点距離ｆの薄レンズ
１と撮像面３とからなる撮像系の光軸Ａと回転軸
Ｂとが平行で、平行光２の入射方向が光軸Ａと任
意の角θであり、撮像面３に結像している場合、
像５は光軸Ａと結像面３との交点４からγ（＝ｆ
tanθ）だけ離れた個所に結ばれる。

そして、ここでこの光学系を回転軸Ｂを中心と
して回転すると、平行光２の結像点は移動してそ
の軌跡は、第１図２に示したように光軸Ａと結像
面３との交点４を中心として半径γの円を描く。
従つてこの円の軌跡を検出してこの円の中心を求
めれば交点４の撮像面３上での位置を測定するこ
とができる。尚図中Ｏはレンズの光学中心を示し
ている。

また上述した場合と同様に光軸Ａと回転軸Ｂと
が平行であり、これに加えこれらと、平行光の入
射方向がこれらと平行である場合には、第１図
３，４に示すように、平行光の像５は光軸Ａと結
像面との交点４上に結像され、光学系を回転軸Ｂ
を中心として回転しても、像５は常に交点４上に
結像される。従つて、光学系を回転しても像５の
位置が結像面上で移動しなければ、その点が光軸
Ａと結像面との交点の位置を測定することができ
る。

このことは、この例で示した薄レンズだけでは
なく、例えばカメラレンズ等の組合せレンズの場
合もレンズ系の主点、節点の位置から考えれば、
全く同様となる。

［実施例］ 以下本発明に係るレンズの光軸測定方法の実施
例を説明する。まず第１の実施例として第１図
１，２に対応するレンズの光軸と回転軸とを平行
とする場合を説明する。本実施例において回転軸
とレンズ光軸とを平行にするには、レンズ１１端
面の環状部材の良好な機械精度を利用する。即
ち、第２図に示すように、テレビカメラ１０に被
測定レンズ１１を取り付けこれを、例えば２軸の
ゴニオメータ等の微動装置を備え、光軸Ａの方向
を垂直方向から微小に変化させることができる取
付台１２に取り付け、更にこの取付台１２を基盤
１５に取り付けられる回転台１３に光軸が上下方
向に向くように取り付けるようにする。ここで回
転台１２の回転軸Ｂの方向は基盤１５に対して略
垂直になつているため、光軸Ａと回転軸Ｂとは略
同方向となつている。

そして回転台１２を回転しつつ、レンズ１１先
端部に固定される環状部材１６の基盤１５からの
変位を測定し、取付台１２のゴニオメータを調整
して、この端部１６の基盤１５からの変位の変化
の零とする。

この変位の測定には、第２図に示したように基
盤１５上に取り付けられたスタンド１７に設けら
れた非接触式のマイクロセンサ１８により行な
う。

ここでレンズ１１は特殊な場合を除き光軸Ａに
対して回転対称であることを前提として設計、製
作されるからその機械的精度は高く、例えば、複
数の単レンズを組合せたシステムレンズにおける
個々の単レンズに与えられる一般的な偏心の公差
は、傾き1′〜2′、変位0.01mm〜0.02mmである（写
真工業1982年８月号第114頁〜第117頁中川治平
「最新レンズ設計講座23」レンズ設計に付随する
諸問題(1)参照）。従つてレンズ先端部の精度も充
分良好なものであり、一例として、直径100mlの
レンズを回転させて、その先端部の光軸方向の変
位が10μｍ以下のとき、レンズの光軸の振れは
0.006゜以下である。一般的な変位検出機構でその
変位を1μｍのオーダで計測することは十分可能
であり、取付台１２の微動装置として十分精度の
良いものを用いれば、レンズ先端部の光軸方向の
変位を10μｍ以下にすることが容易なことは実験
によつて確かめられている。上記の0.006゜という
数字は実用上十分な精度であり、これによつて、
レンズ光軸と、回転軸を平行に設定できたことに
なる。

次に第３図に示すように、このレンズ１１にコ
リメータ１９から平行光を光軸Ａに対して任意の
角度θで照射しつつ、回転台１３を回転して、レ
ンズ１１及びカメラ１０を回転軸Ｂを中心として
回転させる。このときレンズ焦点は無限遠に対し
てピント合わせをしておく。

するとカメラの撮像面には第１図２で示したよ
うな像の軌跡が表われ、この円を撮像面に配置さ
れた撮像素子で検出して、電気的に処理し、この
円の中心を求めれば、撮像面における光軸Ａの位
置を求めることができる。従つて本実施例によれ
ば、光軸Ａと回転軸Ｂとを平行にするだけで容易
に撮像面における光軸位置を測定することができ
る。

次に本発明の第２の実施例について説明する。
本実施例は、第１図３，４に示した方法を行な
う。

この実施例においては、先ず、平行光の照射方
向と回転台１２の回転軸Ｂとを平行とする。これ
は第４図に示したように、平面鏡を用いてオート
コリメーシヨンを行なうことにより実現する。即
ち基盤１５上には、回転軸Ｂの方向を微小に変化
させる、例えば２軸のゴニオメータ等の微動機構
を有する回転台２０を設け、この回転台２０上に
鏡面２１ａと底面とが平行に形成された平面鏡２
１を設置し、この平面鏡２１に基盤１５上に設け
たスタンド２２に設置したオートコリメータ２３
から平行光を照射して、回転台２０を回転しても
常に反射光がオートコリメータ２３の光源位置に
結像するように接眼部２３ａをのぞきつつ回転台
２０の微動機構を調整する。この調整が完了する
と、オートコリメータ２３からの照射光の方向と
回転台２０の回転軸とは平行となる。

次にこの回転台の回転軸Ｂとレンズ光軸Ａとを
平行にするが、これは先の実施例で第２図に基づ
いて説明した通りであり、詳細な説明は省略す
る。

そしてこの光軸Ａと回転軸Ｂとが平行となつた
後、これらの軸に平行な平行光を先に用いたオー
トコリメータ２３からレンズ１１に照射すると共
に回転台を回転する。すると撮像面には第１図４
に示したような像が結像され、レンズ１１の回転
によつては移動せず、この点が求める撮像面上の
光軸の位置である。

従つて、本実施例によれば、平行光を照射して
像を得た後において、特別な処理は不要であり、
特別な機材を用いることなく、撮像面上における
光軸の位置を求めることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、レンズ
光軸と回転軸とを平行とし、このレンズに平行光
を入射しつつレンズを回転させ、この平行光の像
の軌跡に基づいて撮像面上の光軸の位置を測定す
るようにしたから、極めて容易かつ正確に撮像面
上における光軸の位置を測定でき、三次元認識等
に用いられる個々のテレビカメラの光軸を迅速に
測定することができ、正確な三次元認識を行なう
ことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図１，２，３，４は本発明の原理を説明す
る図、第２図乃至第５図は本発明を実施する場合
の実施例を示すものであつて、第２図はレンズ光
軸と回転軸とを平行とする場合、第３図は平行光
をレンズに任意角度をもつて照射する場合、第４
図は平行光照射方向と回転軸とを平行とする場
合、第５図はレンズ光軸と平行に平行光を照射す
る場合、を夫々示す斜視図である。 Ａ…レンズ光軸、Ｂ…回転軸、２…平行光、３
…撮像面、５…軌跡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 殆ど偏心のないレンズ及び撮像面を含む一体
   化さた撮像系の回転軸とレンズの光軸とを平行に
   設定し、 該撮像系をこの回転軸を中心に回転させると共
   に、前記光軸に対し角度θの方向からレンズに平
   行光線を入射して、この平行光線の撮像面上の結
   像の軌跡に基づいて円形像の中心位置を求めるこ
   とにより撮像面におけるレンズ光軸位置を測定す
   ることを特徴とするレンズの光軸測定方法。