JP7618487B2 - Calibration pattern light projection device - Google Patents
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Description
本発明は、レンズの歪曲収差を測定するための校正用パターン光を投射する装置に関する。 The present invention relates to a device that projects a calibration pattern light for measuring lens distortion aberration.
従来、レンズの歪曲収差を測定するために、特定のパターンを印刷した校正用パターンを用いる手法が知られている。 Conventionally, a method is known in which a calibration pattern with a specific pattern printed on it is used to measure the distortion aberration of a lens.
図14は、校正用パターンを用いてレンズの歪曲収差を測定する従来手法を説明する図である。従来手法では、平面に特定のパターン(例えばチェッカーボードパターン)を印刷した校正用パターン101を使用し、ユーザは、計測対象レンズ110を筐体112に装着したカメラ102を用いて校正用パターン101を撮影する。 Figure 14 is a diagram explaining a conventional method for measuring lens distortion using a calibration pattern. In the conventional method, a calibration pattern 101 is used, which is a specific pattern (e.g., a checkerboard pattern) printed on a flat surface, and the user photographs the calibration pattern 101 using a camera 102 attached to a housing 112 of the lens 110 to be measured.
歪曲収差測定装置103は、カメラ102の焦点面111上に得られた校正用パターン101の像を入力し、校正用パターン101の像に基づいて、計測対象レンズ110の歪曲収差を測定し、これを歪曲収差パラメータとして出力する。 The distortion aberration measuring device 103 inputs the image of the calibration pattern 101 obtained on the focal plane 111 of the camera 102, measures the distortion aberration of the measurement target lens 110 based on the image of the calibration pattern 101, and outputs this as a distortion aberration parameter.
例えば歪曲収差測定装置103は、校正用パターン101の像から、校正用パターン101を構成する各パターン要素の重心位置を求め、各パターン要素の重心位置に基づいて、歪曲収差を求める。 For example, the distortion aberration measuring device 103 determines the center of gravity of each pattern element that constitutes the calibration pattern 101 from the image of the calibration pattern 101, and determines the distortion aberration based on the center of gravity of each pattern element.
また、コリメートされた細いレーザー光を、被写体側から計測対象レンズに入射し、その結像状態(結像位置及びぼやけの状況)から歪曲収差を含む各種収差を測定する手法が知られている。 A method is also known in which a collimated thin laser beam is incident on the lens being measured from the subject side, and various aberrations, including distortion, are measured based on the imaging state (imaging position and blur condition).
さらに、カメラと被写体との間の相対位置を変化させながら、同一の被写体を複数回撮影し、複数の画像に基づいて歪曲収差を含むカメラ校正パラメータを測定する弱校正法が知られている(例えば特許文献1を参照)。 In addition, a weak calibration method is known in which the same subject is photographed multiple times while changing the relative position between the camera and the subject, and camera calibration parameters including distortion aberration are measured based on the multiple images (see, for example, Patent Document 1).
この弱校正法は、撮影により得られた複数の画像から、特徴的な画像パターン(特徴点)を複数抽出し、複数の画像間で特徴点間の対応付けを行い、その結果得られる複数の画像座標対から歪曲収差等を測定する(特許文献1の段落56~67を参照)。 This weak calibration method extracts multiple characteristic image patterns (feature points) from multiple images obtained by shooting, matches the feature points between the multiple images, and measures distortion aberrations and the like from the multiple image coordinate pairs obtained as a result (see paragraphs 56 to 67 of Patent Document 1).
図14に示した校正用パターン101を用いる手法では、校正用パターン101がカメラ102の画角αに丁度収まる程度に捉えられることが必要である。また、校正用パターン101は、計測対象レンズ110の光軸βに直交することが好ましい。 In the method using the calibration pattern 101 shown in FIG. 14, it is necessary that the calibration pattern 101 be captured so that it fits just within the angle of view α of the camera 102. In addition, it is preferable that the calibration pattern 101 be perpendicular to the optical axis β of the measurement target lens 110.
このような校正用パターン101を用いる手法では、例えば計測対象レンズ110が広角であるほど、また、カメラ102と校正用パターン101との間の距離が長いほど、広い面積の校正用パターン101を使用する必要がある。このため、校正用パターン101の設置または取り回しに困難を生じやすい。そして、校正用パターン101の面積が広くなると、その平面性を保つことも難しくなり、結果として、歪曲収差の測定精度が劣化するという問題もある。 In a method using such a calibration pattern 101, for example, the wider the angle of the lens 110 to be measured and the longer the distance between the camera 102 and the calibration pattern 101, the larger the area of the calibration pattern 101 needs to be. This can make it difficult to install or handle the calibration pattern 101. Furthermore, when the area of the calibration pattern 101 becomes larger, it becomes more difficult to maintain its planarity, resulting in a problem of deterioration in the measurement accuracy of distortion aberration.
また、前述のレーザー光を用いる手法は、専用の測定装置をカメラに装着し、厳密に校正された位置及び角度でレーザー光を測定対象レンズに入射するものである。この手法では、構成時に、専用の測定装置のある場所にカメラを持ち込み、専用の測定装置をカメラに装着して歪曲収差等を測定する。そして、運用時に、専用の計測装置のある場所から運用場所までカメラを移動する必要があり、輸送時の振動または温度変化によって、校正時の状態から歪曲収差等がずれてしまう可能性がある。 In addition, the aforementioned method using laser light involves attaching a dedicated measuring device to the camera and directing laser light at a precisely calibrated position and angle onto the lens to be measured. With this method, during construction, the camera is brought to a location where the dedicated measuring device is located, and the dedicated measuring device is attached to the camera to measure distortion aberration and the like. Then, during operation, the camera needs to be moved from the location where the dedicated measuring device is located to the operation location, and there is a possibility that distortion aberration and the like may deviate from the state at the time of calibration due to vibrations or temperature changes during transport.
また、前述の弱校正法によれば、特定の校正用パターンが不要となるが、十分に特徴点を取得可能な被写体を用意した上で、カメラと被写体との間の相対位置を変化させながら、複数の画像を取得する必要がある。 In addition, the weak calibration method described above does not require a specific calibration pattern, but it does require preparing a subject whose feature points can be sufficiently captured, and then capturing multiple images while changing the relative position between the camera and the subject.
被写体は、カメラの画角を十分に覆う大きさである必要があり、計測対象レンズが広角であるほど、また、カメラと被写体との間の距離が長いほど、大きな被写体を置く必要がある。 The subject must be large enough to fully cover the camera's angle of view; the wider the angle of the lens being measured and the greater the distance between the camera and the subject, the larger the subject must be.
相対位置を変化させるためにカメラを動かす場合には、振動等の影響によりカメラパラメータがずれる可能性がある。一方、相対位置を変化させるために被写体を動かす場合には、特に被写体が大きいときに当該被写体が歪む可能性があり、その結果、歪曲収差に誤差を生じる可能性がある。 When the camera is moved to change the relative position, the camera parameters may shift due to the effects of vibration, etc. On the other hand, when the subject is moved to change the relative position, the subject may become distorted, especially if the subject is large, which may result in an error in the distortion aberration.
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、レンズの歪曲収差を測定する際の手間を減らすと共に、歪曲収差を高精度に測定可能な校正用パターン光投射装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a calibration pattern light projection device that reduces the effort required to measure lens distortion and can measure distortion with high accuracy.
前記課題を解決するために、請求項1の校正用パターン光投射装置は、カメラに装着されたレンズの歪曲収差を測定するための校正用パターン光を、所定の物体へ投射する校正用パターン光投射装置であって、光源を用いて前記校正用パターン光を発生するパターン光発生部と、前記パターン光発生部により発生した前記校正用パターン光を反射させ、前記所定の物体へ投射するハーフミラーと、を備え、前記光源から前記ハーフミラーを介して前記所定の物体までの間の光路長と、前記レンズの第一主点から前記ハーフミラーを介して前記所定の物体までの間の光路長とが一致しており、前記校正用パターン光が前記所定の物体へ投射されると、前記所定の物体の表面で反射した反射光が、前記ハーフミラーを透過し前記レンズを介して前記カメラの焦点面に結像する、ことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the calibration pattern light projection device of
また、請求項2の校正用パターン光投射装置は、請求項1に記載の校正用パターン光投射装置において、前記パターン光発生部が、前記光源と前記ハーフミラーとの間の光軸方向に、前記光源を移動可能な可動部を備えたことを特徴とする。
The calibration pattern light projection device of claim 2 is the calibration pattern light projection device of
また、請求項3の校正用パターン光投射装置は、請求項1または2に記載の校正用パターン光投射装置において、さらに、前記ハーフミラーに対する前記光源の位置を固定した状態で、前記レンズの第一主点と前記ハーフミラーとの間の光軸方向に、当該校正用パターン光投射装置を前記カメラに対して移動させる装置可動部を備えたことを特徴とする。
The calibration pattern light projection device of claim 3 is the calibration pattern light projection device of
また、請求項4の校正用パターン光投射装置は、請求項1から3までのいずれか一項に記載の校正用パターン光投射装置において、前記パターン光発生部が、前記校正用パターン光のパターンを形成するための複数の透過部及び複数の遮光部を有するマスクを備え、前記マスクを用いて、前記光源を頂点とした立体角的な前記校正用パターン光を発生する、ことを特徴とする。
The calibration pattern light projection device of claim 4 is characterized in that, in the calibration pattern light projection device of any one of
また、請求項5の校正用パターン光投射装置は、請求項1から3までのいずれか一項に記載の校正用パターン光投射装置において、前記パターン光発生部が、前記光源の発する光線を走査する走査機構を備え、前記走査機構を用いて、前記光源を頂点とした立体角的な前記校正用パターン光を発生する、ことを特徴とする。
The calibration pattern light projection device of claim 5 is the calibration pattern light projection device of any one of
以上のように、本発明によれば、レンズの歪曲収差を測定する際の手間を減らすと共に、歪曲収差を高精度に測定することができる。 As described above, the present invention reduces the effort required to measure lens distortion and enables distortion to be measured with high accuracy.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔全体システム〕
図1は、本発明の実施形態による校正用パターン光投射装置を含む全体システムの一例を示す構成図である。このシステムは、校正用パターン光投射装置1、カメラ102、歪曲収差測定装置103及び任意物体104を備えて構成され、校正用パターン光を任意物体104へ投射することで形成される結像に基づいて、計測対象レンズ110の歪曲収差を測定する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Overall system]
1 is a configuration diagram showing an example of an overall system including a calibration pattern light projection device according to an embodiment of the present invention. This system is configured with a calibration pattern
校正用パターン光投射装置1は、計測対象レンズ110の歪曲収差を測定するための所定パターンの校正用パターン光を発生し、校正用パターン光を任意物体104へ投射する。
The calibration pattern
カメラ102には、計測対象レンズ110が装着されている。カメラ102は、計測対象レンズ110及び筐体112を備えて構成され、筐体112が計測対象レンズ110を支持している。 A measurement target lens 110 is attached to the camera 102. The camera 102 is configured with the measurement target lens 110 and a housing 112, and the housing 112 supports the measurement target lens 110.
カメラ102は、任意物体104を撮影し、焦点面111に任意物体104の結像を形成する。具体的には、校正用パターン光投射装置1により投射された校正用パターン光が任意物体104へ照射されることで、任意物体104の反射光が、計測対象レンズ110を介して焦点面111へ入射し、焦点面111上に任意物体104の結像が形成される。
The camera 102 captures an image of the
歪曲収差測定装置103は、ユーザによる後述する初期調整にて所定の光路長の調整が行われた状態において、カメラ102の焦点面111上に形成された任意物体104の結像のデータを入力する。そして、歪曲収差測定装置103は、当該結像を構成する各パターン要素の重心位置を求め、各パターン要素の重心位置に基づいて、計測対象レンズ110の歪曲収差を測定する。そして、歪曲収差測定装置103は、これを歪曲収差パラメータとして出力する。
The distortion aberration measuring device 103 inputs data on the image of an
〔校正用パターン光投射装置1〕
次に、本発明の実施形態による校正用パターン光投射装置1について説明する。校正用パターン光投射装置1は、図1に示すように、カメラ102において、カメラ102に装着された計測対象レンズ110に対して任意物体104側に装着される。
[Calibration Pattern Light Projection Device 1]
Next, a calibration pattern
校正用パターン光投射装置1は、パターン光発生部10、ハーフミラー11及び筐体12を備えている。
The calibration pattern
パターン光発生部10は、光源を頂点とした所定パターンの立体角的な(例えば円錐状に広がる)校正用パターン光を発生し、校正用パターン光をハーフミラー11へ投射する。図1のパターン光発生部10には、可動部21、光源22及びマスク23を備えた後述する図2の第一例が示されている。パターン光発生部10の詳細については後述する。
The pattern light generating unit 10 generates a calibration pattern light having a predetermined solid angle (e.g., spreading in a cone shape) with the light source as the apex, and projects the calibration pattern light onto the half mirror 11. The pattern light generating unit 10 in FIG. 1 shows a first example in FIG. 2, which will be described later, that includes a movable unit 21, a light source 22, and a
ハーフミラー11は、パターン光発生部10により発生した校正用パターン光を反射させることで、反射した校正用パターン光を任意物体104へ投射する。ハーフミラー11は、計測対象レンズ110に対し斜交して配置される。
The half mirror 11 reflects the calibration pattern light generated by the pattern light generating unit 10, and projects the reflected calibration pattern light onto an
好ましくは、ハーフミラー11は、パターン光発生部10に備えた光源22からマスク23の中心を通る軸Jを当該ハーフミラー11の面法線nに対して対称移動させた場合に、その軸が、計測対象レンズ110の光軸β1と一致するように配置される。
Preferably, the half mirror 11 is positioned so that when an axis J passing through the center of the
ハーフミラー11の反射率及び透過率は任意である。例えば、当該校正用パターン光投射装置1が歪曲収差の測定時のみカメラ102に装着される場合には、反射率=透過率=0.5付近としてもよい。また、当該校正用パターン光投射装置1が歪曲収差の測定時のみならず、カメラ102の通常運用時にも装着される場合には、反射率を小さめ(例えば、反射率=0.1、透過率=0.9付近等)としてもよい。図1には、ハーフミラー11と、当該ハーフミラー11から計測対象レンズ110への光軸β1との間の角度が45度をなすときの配置例が示されている。
The reflectance and transmittance of the half mirror 11 are arbitrary. For example, if the calibration pattern
筐体12は、後述する初期調整の際にパターン光発生部10(可動部21)が移動方向Dに移動するように、パターン光発生部10を支持しており、カメラ102側及び任意物体104側のそれぞれに開口部が設けられている。筐体12におけるカメラ102側の開口部の内部に、カメラ102に備えた筐体112の開口部が挿入されることで、校正用パターン光投射装置1がカメラ102に装着される。
The
(パターン光発生部10の第一例)
次に、図1に示したパターン光発生部10の構成例について詳細に説明する。図2は、パターン光発生部10の第一例を示す構成図である。このパターン光発生部10-1は、可動部21、光源22及びマスク23を備えて構成され、筐体12に対して移動方向Dに移動するように支持されている。
(First Example of Pattern Light Generator 10)
Next, a detailed description will be given of an example of the configuration of the pattern light generating unit 10 shown in Fig. 1. Fig. 2 is a configuration diagram showing a first example of the pattern light generating unit 10. This pattern light generating unit 10-1 is configured to include a movable unit 21, a light source 22, and a
可動部21には凹部40が形成されており、凹部40の底面に光源22が固定設置され、凹部40の開口部にはマスク23が固定設置されている。可動部21は、筐体12に対して移動方向Dに移動可能である。このため、光源22及びマスク23も、筐体12に対して移動方向Dに移動可能である。移動方向Dは、光源22とハーフミラー11(後述する図7に示す点B)との間の光軸(図1に示した軸J)方向である。
A recess 40 is formed in the movable part 21, the light source 22 is fixed to the bottom surface of the recess 40, and the
可動部21は、単純に移動方向Dに摺動する構造であってもよいし、例えばヘリコイド等を用いて、回転運動を移動方向Dの直線運動に変換する構造であっても構わない。可動部21は、後述の初期調整の際にユーザにより操作され、その位置が調整される。 The movable part 21 may be structured to simply slide in the moving direction D, or may be structured to convert rotational motion into linear motion in the moving direction D, for example, using a helicoid. The movable part 21 is operated by the user during the initial adjustment described below, and its position is adjusted.
可動部21が移動方向Dに移動することで、可動部21に固定設置された光源22も移動方向Dに移動することとなり、光源22からハーフミラー11を介して任意物体104までの距離を変化させることができる(図1を参照)。つまり、光源22からハーフミラー11を介して任意物体104までの間の光軸β2(後述する図7を参照)の光路長L2を変化させることができる。
When the movable part 21 moves in the moving direction D, the light source 22 fixed to the movable part 21 also moves in the moving direction D, and the distance from the light source 22 to the
光源22は、可動部21の凹部40の底面に固定設置されている。光源22は、点光源であることが望ましいが、絞り板、拡散板、レンズ、反射鏡等によって当該光源22の面積を十分に小さく絞ったもの(例えば、直径2mm以下)であっても構わない。また、光源22の発する光の指向性は、後述するマスク23が固定設置された可動部21の凹部40における開口の箇所を光学的にカバーするものとする。
The light source 22 is fixed to the bottom surface of the recess 40 of the movable part 21. The light source 22 is preferably a point light source, but the area of the light source 22 may be narrowed down sufficiently (for example, a diameter of 2 mm or less) by using an aperture plate, a diffusion plate, a lens, a reflector, etc. In addition, the directionality of the light emitted by the light source 22 is set to optically cover the opening in the recess 40 of the movable part 21 where the
マスク23は、光源22の発する光から所定の校正用パターン光を生成するための複数の透過部及び複数の遮光部を備えている。マスク23に備えた複数の透過部は、光源22からの光を透過し、複数の遮光部は、当該光を遮光する。
The
これにより、パターン光発生部10-1のマスク23に備えた複数の透過部から透過した光源22の光は、一定のパターンの校正用パターン光として生成され、ハーフミラー11を介して任意物体104へ投射される。
As a result, the light from the light source 22 that is transmitted through multiple transmission sections provided on the
図3(a)は、点列のマスク23の例を説明する図である。このマスク23-1は、2次元の格子状に配置したピンホール列の透過部、及び遮光部を備えている。白い箇所が透過部であり、黒い箇所が遮光部である。光源22の発する光がピンホール列の透過部を透過することで、校正用パターン光が生成される。
Figure 3 (a) is a diagram illustrating an example of a
図3(b)は、チェッカーボードパターンのマスク23の例を説明する図である。このマスク23-2は、チェッカーボードパターンの透過部、及び遮光部を備えている。図3(a)と同様に、白い箇所が透過部であり、黒い箇所が遮光部である。光源22の発する光がチェッカーボードパターンの透過部を透過することで、校正用パターン光が生成される。
Figure 3(b) is a diagram illustrating an example of a
図4(a)は、レンズアレイを用いたマスク23の例を説明する図である。このマスク23-3は、複数の微小レンズ30からなるレンズアレイの透過部、及び遮光部を備えている。図3(a)(b)と同様に、白い箇所の複数の微小レンズ30が透過部であり、黒い箇所が遮光部である。光源22の発する光がレンズアレイの透過部を透過することで、校正用パターン光が生成される。
Figure 4 (a) is a diagram illustrating an example of a
図4(b)は、図4(a)のマスク23-3におけるマスク断面(A-A’面)の例を説明する図である。図4(b)に示すマスク23-3の断面において、レンズアレイは直線状に配置されている。このマスク23-3は、全体として平面状に形成されており、複数の微小レンズ30が平面上に配置されている。 Figure 4(b) is a diagram illustrating an example of a mask cross section (A-A' plane) of mask 23-3 in Figure 4(a). In the cross section of mask 23-3 shown in Figure 4(b), the lens array is arranged in a straight line. This mask 23-3 is formed in a planar shape overall, and multiple microlenses 30 are arranged on the plane.
図4(c)は、図4(a)のマスク23-3におけるマスク断面(A-A’面)の他の例を説明する図である。図4(c)に示すマスク23-3の断面において、レンズアレイは湾曲状に配置されている。このマスク23-3は、全体として湾曲状に形成されており、光源22を中心とする球面から一部の正方形の箇所を切り取った構造をしている。尚、マスク23-3は、円柱形状等の任意の曲線形状の面から一部の正方形の箇所を切り取った構造であってもよい。 Figure 4(c) is a diagram illustrating another example of the mask cross section (A-A' surface) of mask 23-3 in Figure 4(a). In the cross section of mask 23-3 shown in Figure 4(c), the lens array is arranged in a curved shape. This mask 23-3 is formed in a curved shape overall, and has a structure in which a square portion is cut out from a spherical surface centered on light source 22. Note that mask 23-3 may also have a structure in which a square portion is cut out from a surface of any curved shape, such as a cylindrical shape.
図4(b)(c)に示したマスク23-3のいずれにおいても、レンズアレイを構成する複数の微小レンズ30の光軸は、光源22の発光の中心を通過するものとする。また、各微小レンズ30の焦点距離は、当該微小レンズ30における光源22側の主点から光源22の発光の中心までの距離と一致するものとする。 In both masks 23-3 shown in Figures 4(b) and (c), the optical axis of the multiple microlenses 30 that make up the lens array passes through the center of the light emission of the light source 22. In addition, the focal length of each microlens 30 is the same as the distance from the principal point of the microlens 30 on the light source 22 side to the center of the light emission of the light source 22.
図4(b)に示したマスク23-3のように、複数の微小レンズ30を平面上に配置した場合には、当該マスク23-3の中心付近の微小レンズ30の焦点距離は、周囲の微小レンズ30の焦点距離よりも短くなる。 When multiple microlenses 30 are arranged on a plane, as in the mask 23-3 shown in Figure 4(b), the focal length of the microlenses 30 near the center of the mask 23-3 is shorter than the focal length of the surrounding microlenses 30.
また、図4(c)に示したマスク23-3のように、複数の微小レンズ30を、光源22の発光の中心を中心とする球面上に配置した場合には、微小レンズ30の焦点距離は、前記球面の半径と一致することとなる。 In addition, when multiple microlenses 30 are arranged on a sphere centered on the center of the light emission of the light source 22, as in the mask 23-3 shown in Figure 4 (c), the focal length of the microlenses 30 will match the radius of the sphere.
尚、各微小レンズ30の光軸が光源22の発光の中心を通過し、かつその焦点距離が当該微小レンズ30における光源22側の主点から光源22の発光の中心までの距離である限り、各微小レンズ30の立体的な配置は任意である。 The three-dimensional arrangement of each microlens 30 is arbitrary, as long as the optical axis of each microlens 30 passes through the center of the light emission of the light source 22 and the focal length is the distance from the principal point of the microlens 30 on the light source 22 side to the center of the light emission of the light source 22.
このように、図3(a)に示したマスク23-1、図3(b)に示したマスク23-2及び図4(a)に示したマスク23-3を用いることにより、光源22の発する光から一定のパターンの校正用パターン光が生成されることとなる。そして、パターン光発生部10-1にて発生した校正用パターン光は、ハーフミラー11で反射し任意物体104へ投射される。
In this way, by using the mask 23-1 shown in FIG. 3(a), the mask 23-2 shown in FIG. 3(b), and the mask 23-3 shown in FIG. 4(a), a certain pattern of calibration pattern light is generated from the light emitted by the light source 22. Then, the calibration pattern light generated by the pattern light generating unit 10-1 is reflected by the half mirror 11 and projected onto the
尚、図2に示したパターン光発生部10-1では、光源22及びマスク23が可動部21と共に移動する構成を示したが、マスク23をハーフミラー11に対して固定設置するようにしてもよい。例えば、マスク23は、可動部21の移動を妨げない筐体12の所定箇所に固定設置される。この場合、パターン光発生部10-1は、可動部21及び光源22を備えたパターン光発生部10、マスク23、ハーフミラー11、並びに筐体12を備えて構成され、光源22のみが可動部21の移動と共に移動することとなる。
In the pattern light generating unit 10-1 shown in FIG. 2, the light source 22 and
(パターン光発生部10の第二例)
次に、図1に示したパターン光発生部10の第二例について説明する。図5は、パターン光発生部10の第二例を示す構成図である。このパターン光発生部10-2は、可動部21、走査機構24及び光源25を備えて構成され、筐体12に対して移動方向Dに移動するように支持されている。
(Second Example of Pattern Light Generator 10)
Next, a second example of the pattern light generating unit 10 shown in Fig. 1 will be described. Fig. 5 is a configuration diagram showing the second example of the pattern light generating unit 10. This pattern light generating unit 10-2 is configured to include a movable unit 21, a scanning mechanism 24, and a light source 25, and is supported so as to move in a moving direction D relative to the
可動部21には、図2に示したパターン光発生部10-1と同様に凹部40が形成されている。凹部40の底面には走査機構24が設置されている。可動部21は、筐体12に対して移動方向Dに移動可能である。後述のとおり走査機構24には光源25が設置されているため、走査機構24及び光源25も、筐体12に対して移動方向Dに移動可能である。
The movable part 21 has a recess 40 formed therein, similar to the pattern light generating part 10-1 shown in FIG. 2. A scanning mechanism 24 is provided on the bottom surface of the recess 40. The movable part 21 can move in a moving direction D relative to the
可動部21が移動方向Dに移動することで、光源25も移動方向Dに移動することとなり、光源25からハーフミラー11を介して任意物体104までの距離(光路長)を変化させることができる。
When the movable part 21 moves in the movement direction D, the light source 25 also moves in the movement direction D, and the distance (optical path length) from the light source 25 to the
走査機構24は、可動部21の凹部40の底面に設置された首振り機構である。走査機構24には、光源25が配置されている。走査機構24は、首振り機構により、光源25の発する光線を走査する。尚、走査機構24は、複数の軸において走査可能とすることで(例えば仰角及び方位角を変えることで)、面的な走査を実現するようにしてもよい。 The scanning mechanism 24 is a swivel mechanism installed on the bottom surface of the recess 40 of the movable part 21. A light source 25 is disposed in the scanning mechanism 24. The scanning mechanism 24 scans the light beam emitted by the light source 25 using the swivel mechanism. The scanning mechanism 24 may be capable of scanning in multiple axes (e.g., by changing the elevation angle and azimuth angle) to achieve planar scanning.
光源25は、十分に絞られ(例えば、発光部の直径を2mm以下とする。)かつ十分に並行化した(例えば、光線の広がりを5分角以下とした)光線(絞られたコリメート光γ1)を発生するものとする。光源25としては、例えばレーザー及びコリメートレンズの組み合わせを用いることができる。 The light source 25 generates a light beam (narrowed collimated light γ1) that is sufficiently narrowed (e.g., the diameter of the light-emitting part is 2 mm or less) and sufficiently parallelized (e.g., the spread of the light beam is 5 arc minutes or less). For example, a combination of a laser and a collimating lens can be used as the light source 25.
また、パターン光発生部10-2は、図示しない制御部を備えており、制御部は、走査機構24の走査、及び光源25の点滅(発光の有無)または発光量の程度を、所定の制御パターンに従って制御する。例えば制御部は、図3(a)の点列のマスク23-1に対応する校正用パターン光が発生するように、走査機構24を走査して光源25を点滅させる。また、例えば制御部は、光源25を点灯させた状態で、格子状の線の校正用パターン光が発生するように、走査機構24を走査させる。また、例えば制御部は、光源25を点灯させた状態で、1または複数の円形状の校正用パターン光が発生するように、走査機構24を走査させる。 The pattern light generating unit 10-2 also includes a control unit (not shown), which controls the scanning of the scanning mechanism 24 and the blinking (whether or not light is emitted) or the amount of light emitted of the light source 25 according to a predetermined control pattern. For example, the control unit scans the scanning mechanism 24 and blinks the light source 25 so that a calibration pattern light corresponding to the dot sequence mask 23-1 in FIG. 3(a) is generated. For example, the control unit also scans the scanning mechanism 24 with the light source 25 turned on so that a calibration pattern light of grid-like lines is generated. For example, the control unit also scans the scanning mechanism 24 with the light source 25 turned on so that one or more circular calibration pattern lights are generated.
このように、図示しない制御部による制御パターンに従って走査機構24が動作することで、光源25からのコリメート光γ1の方向、及び光源25の点灯または点滅等を制御することができ、一定のパターンの校正用パターン光が発生することとなる。そして、パターン光発生部10-2にて発生した校正用パターン光は、ハーフミラー11を介して任意物体104へ投射される。
In this way, the scanning mechanism 24 operates according to a control pattern by a control unit (not shown), which controls the direction of the collimated light γ1 from the light source 25 and the lighting or blinking of the light source 25, thereby generating a certain pattern of calibration pattern light. The calibration pattern light generated by the pattern light generating unit 10-2 is then projected onto the
(パターン光発生部10の第三例)
次に、図1に示したパターン光発生部10の第三例について説明する。図6は、パターン光発生部10の第三例を示す構成図である。このパターン光発生部10-3は、可動部21、ガルバノミラー26及び光源27を備えて構成され、筐体12に対して移動方向Dに移動するように支持されている。
(Third Example of Pattern Light Generator 10)
Next, a third example of the pattern light generating unit 10 shown in Fig. 1 will be described. Fig. 6 is a configuration diagram showing the third example of the pattern light generating unit 10. This pattern light generating unit 10-3 is configured to include a movable unit 21, a galvanometer mirror 26, and a light source 27, and is supported so as to move in a moving direction D relative to the
可動部21には、図2及び図5に示したパターン光発生部10-1,10-2と同様に凹部40が形成されている。凹部40の底面にはガルバノミラー26が設置されている。可動部21は、筐体12に対して移動方向Dに移動可能である。
The movable part 21 has a recess 40 formed therein, similar to the pattern light generating parts 10-1 and 10-2 shown in Figures 2 and 5. A galvanometer mirror 26 is installed on the bottom surface of the recess 40. The movable part 21 is movable in the movement direction D relative to the
可動部21が移動方向Dに移動することで、可動部21に固定されたガルバノミラー26も移動方向Dに移動することとなり、光源27からガルバノミラー26及びハーフミラー11を介して任意物体104までの距離(光路長)を変化させることができる。
When the movable part 21 moves in the moving direction D, the galvanometer mirror 26 fixed to the movable part 21 also moves in the moving direction D, and the distance (optical path length) from the light source 27 to the
ガルバノミラー26は、可動部21の凹部40の底面に設置された可動反射鏡であり、光源27からの光線を反射させ、反射光γ2をハーフミラー11の方向(図6では下方向)へ投射する。つまり、ガルバノミラー26は、光源27の発する光線の反射光γ2を走査する。 The galvanometer mirror 26 is a movable reflector installed on the bottom surface of the recess 40 of the movable part 21, and reflects the light beam from the light source 27 and projects the reflected light γ2 toward the half mirror 11 (downward in FIG. 6). In other words, the galvanometer mirror 26 scans the reflected light γ2 of the light beam emitted by the light source 27.
光源27は、可動部21の凹部40の所定箇所に固定設置されており、図5に示した光源25と同様に、十分に絞られかつ十分に並行化した光線(絞られたコリメート光γ1)を発生するものとする。 The light source 27 is fixedly installed at a predetermined location in the recess 40 of the movable part 21, and generates a light beam that is sufficiently narrowed and sufficiently parallelized (narrowed collimated light γ1) similar to the light source 25 shown in FIG. 5.
また、パターン光発生部10-3は、図示しない制御部を備えており、制御部は、ガルバノミラー26の走査、及び光源27の点滅または発光量の程度を、所定の制御パターンに従って制御する。 The pattern light generating unit 10-3 also includes a control unit (not shown), which controls the scanning of the galvanometer mirror 26 and the degree of blinking or light emission of the light source 27 according to a predetermined control pattern.
このように、制御部による制御パターンに従ってガルバノミラー26が動作することで、光源27の発するコリメート光γ1の反射光γ2の方向及び光源27の点灯または点滅等を制御することができ、一定のパターンの校正用パターン光が発生することとなる。そして、パターン光発生部10-3にて発生した校正用パターン光は、ハーフミラー11を介して任意物体104へ投射される。
In this way, the galvanometer mirror 26 operates according to the control pattern by the control unit, so that the direction of the reflected light γ2 of the collimated light γ1 emitted by the light source 27 and the lighting or blinking of the light source 27 can be controlled, and a certain pattern of calibration pattern light is generated. The calibration pattern light generated by the pattern light generating unit 10-3 is then projected onto the
尚、パターン光発生部10-3は、ガルバノミラー26の代わりに、アクチュエータに装着したポリゴンミラーを備えるようにしてもよい。また、ガルバノミラー26は、2以上の可動反射鏡を組み合わせて面的に走査するようにしてもよい。 The pattern light generating unit 10-3 may be provided with a polygon mirror attached to an actuator instead of the galvanometer mirror 26. The galvanometer mirror 26 may also be configured to perform planar scanning by combining two or more movable reflecting mirrors.
また、パターン光発生部10-3は、さらに、光源27が発するコリメート光γ1を走査する走査機構(図5に示した走査機構24と同等のもの)を備えるようにしてもよい。この場合の光源27は、可動部21の凹部40の所定箇所に設置されておらず、当該走査機構に設置され、当該走査機構は、可動部21の凹部40の所定箇所に設置される。これにより、当該走査機構とガルバノミラー26の可動反射鏡による走査機構とを組み合わせることで、面的な走査を実現することができる。 The pattern light generating unit 10-3 may further include a scanning mechanism (equivalent to the scanning mechanism 24 shown in FIG. 5) that scans the collimated light γ1 emitted by the light source 27. In this case, the light source 27 is not installed at a predetermined location in the recess 40 of the movable part 21, but is installed in the scanning mechanism, which is installed at a predetermined location in the recess 40 of the movable part 21. In this way, by combining the scanning mechanism with a scanning mechanism using the movable reflecting mirror of the galvanometer mirror 26, planar scanning can be achieved.
〔パターン光発生部10-1を用いた場合の光源22とハーフミラー11との間の距離及び結像のサイズ〕
次に、図8~図10を用いて、パターン光発生部10-1を用いた場合の光源22とハーフミラー11との間の距離、及び焦点面111に結像した結像パターンのサイズについて説明する。尚、パターン光発生部10-2,10-3を用いた場合についても同様である。
[Distance between the light source 22 and the half mirror 11 and image size when the pattern light generating unit 10-1 is used]
8 to 10, the distance between the light source 22 and the half mirror 11 when the pattern light generating unit 10-1 is used and the size of the image pattern formed on the focal plane 111 will be described. The same applies to the cases when the pattern light generating units 10-2 and 10-3 are used.
図1を参照して、校正用パターン光投射装置1により発生した校正用パターン光は、その一部がハーフミラー11で反射して任意物体104へ投射される。そして、任意物体104へ投射された校正用パターン光は、任意物体104の表面で反射する(以下、拡散反射成分のみを考慮する)。
Referring to FIG. 1, the calibration pattern light generated by the calibration pattern
任意物体104の表面に投射された校正用パターン光のパターン部分(例えば図3(a)に示した点列のマスク23-1が用いられた場合、点列のいずれかの輝点により任意物体104に投射された点)で反射した反射光は、拡散してハーフミラー11を透過する。そして、ハーフミラー11を透過した任意物体104からの反射光は、計測対象レンズ110を介して焦点面111に(場合によっては焦点ずれを伴って)結像する。
The light reflected by the pattern portion of the calibration pattern light projected onto the surface of the arbitrary object 104 (for example, when the mask 23-1 of the point sequence shown in FIG. 3(a) is used, the point projected onto the
図7は、図1に示した校正用パターン光投射装置1を用いた場合の光路長を説明する図である。図7に示すように、計測対象レンズ110の第一主点Mから任意物体104までの間の光軸β1の距離(光路長)をL1、光源22からハーフミラー11を介して任意物体104までの間の光軸β2の距離(光路長)をL2とする。また、任意物体104からの反射光が透過するハーフミラー11における光軸β1の位置(透過点)であって、かつ、光源22の発する光が反射するハーフミラー11における光軸β2の位置(反射点)を点Bとする。
Figure 7 is a diagram explaining the optical path length when the calibration pattern
また、計測対象レンズ110の第一主点Mからハーフミラー11の点Bまでの間の光軸の距離(光路長)をL11とし、光源22からハーフミラー11の点Bまでの間の光軸の距離(光路長)をL22とする。 Furthermore, the optical axial distance (optical path length) from the first principal point M of the measurement target lens 110 to point B of the half mirror 11 is defined as L11, and the optical axial distance (optical path length) from the light source 22 to point B of the half mirror 11 is defined as L22.
焦点面111に結像した結像パターンのサイズは、光路長L1,L2の関係(光路長L11,L22)に応じて変化する。例えば後述する初期調整により光路長L1と光路長L2が一致する場合(光路長L11と光路長L22が一致する場合)、すなわち光源22とハーフミラー11との間の距離が適切な場合を想定する。この場合、後述する図8に示すように、結像パターンのサイズは、カメラ102と任意物体104との間の距離に関わることなく不変となる。以下、図8~図10を用いて詳細に説明する。
The size of the image pattern formed on the focal plane 111 changes depending on the relationship between the optical path lengths L1 and L2 (optical path lengths L11 and L22). For example, assume that the optical path lengths L1 and L2 match due to an initial adjustment described below (optical path lengths L11 and L22 match), i.e., the distance between the light source 22 and the half mirror 11 is appropriate. In this case, as shown in FIG. 8 described below, the size of the image pattern remains unchanged regardless of the distance between the camera 102 and the
図8は、光源22とハーフミラー11との間の距離が適切な場合において、(a)は任意物体104がカメラ102に対して近いときの結像の例を説明する図であり、(b)は遠いときの結像の例を説明する図である。尚、図8並びに後述する図9及び図10は、図3(a)に示した点列のマスク23-1を使用した場合の結像の例を示している。
Figure 8 shows an example of imaging when the distance between the light source 22 and the half mirror 11 is appropriate, with (a) being a diagram explaining an example of imaging when the
図8(a)及び(b)は、後述する初期調整により、光源22とハーフミラー11との間の距離が適切に調整された場合、すなわちパターン光発生部10の可動部21が適切に調整された場合を示している。 Figures 8(a) and (b) show the case where the distance between the light source 22 and the half mirror 11 is properly adjusted by the initial adjustment described below, i.e., the case where the movable part 21 of the pattern light generating unit 10 is properly adjusted.
前述のとおり、適切に調整された場合とは、図7において、光路長L1と光路長L2とが一致している場合(ハーフミラー11を基準にして、計測対象レンズ110の第一主点Mの虚像が光源22の位置と一致する場合)をいう。つまり、L1=L2(L11=L22)の場合である。 As mentioned above, when properly adjusted, this refers to the case in FIG. 7 where the optical path length L1 and the optical path length L2 are the same (where the virtual image of the first principal point M of the measurement target lens 110 coincides with the position of the light source 22, with the half mirror 11 as the reference). In other words, this is the case where L1 = L2 (L11 = L22).
この場合の焦点面111における結像パターンの大きさ及び歪曲は、図8(a)及び(b)に示すように、カメラ102と任意物体104との間の距離の遠近によらず、不変となる。尚、結像パターンのぼやけ具合は変化することがある。また、結像パターンの配置が幾何学的に歪む場合もあるが、歪み具合は距離の遠近によらず不変である。
In this case, the size and distortion of the imaging pattern on the focal plane 111 are constant regardless of the distance between the camera 102 and the
図9は、光源22がハーフミラー11に対して遠い場合において、(a)は任意物体104がカメラ102に対して近いときの結像の例を説明する図であり、(b)は遠いときの結像の例を説明する図である。
Figure 9 shows an example of image formation when the light source 22 is far from the half mirror 11, with (a) being a diagram explaining an example of image formation when the
図9(a)及び(b)は、光源22が適切な位置よりもハーフミラー11に対して遠い場合、すなわち、図7においてL1<L2(L11<L22)の場合を示している。 Figures 9(a) and (b) show the case where the light source 22 is farther from the half mirror 11 than the appropriate position, i.e., the case where L1<L2 (L11<L22) in Figure 7.
焦点面111における結像パターンのサイズは、図9(a)及び(b)に示すように、任意物体104がカメラ102に対して遠いほど、小さくなる。
The size of the image pattern on the focal plane 111 becomes smaller as the
図10は、光源22がハーフミラー11に対して近い場合において、(a)は任意物体104がカメラ102に対して近いときの結像の例を説明する図であり、(b)は遠いときの結像の例を説明する図である。
Figure 10 shows an example of imaging when the light source 22 is close to the half mirror 11, with (a) being a diagram explaining an example of imaging when the
図10(a)及び(b)は、光源22が適切な位置よりもハーフミラー11に対して近い場合、すなわち、図7においてL1>L2(L11>L22)の場合を示している。 Figures 10 (a) and (b) show the case where the light source 22 is closer to the half mirror 11 than the appropriate position, i.e., the case where L1>L2 (L11>L22) in Figure 7.
焦点面111における結像パターンのサイズは、図10(a)及び(b)に示すように、任意物体104がカメラ102に対して遠いほど、大きくなる。
The size of the image pattern on the focal plane 111 becomes larger as the
〔計測対象レンズ110の歪曲収差の測定手順/初期調整〕
次に、校正用パターン光投射装置1を用いた計測対象レンズ110の歪曲収差の測定手順について説明する。
[Procedure for measuring distortion aberration of the measurement target lens 110/initial adjustment]
Next, a procedure for measuring the distortion aberration of the measurement target lens 110 using the calibration pattern
図8~図10に示した性質から、光源22とハーフミラー11との間の距離が適切な場合の図8の性質が得られるように、実際の測定の前に初期調整が行われる。ユーザは、初期調整としてまず、カメラ102から任意物体104までの間の光路長L1を変えながら、任意物体104の撮影を行う。そして、ユーザは、結像パターンの大きさが撮影距離によって変化しなくなるように、可動部21を移動方向Dに移動させることで、可動部21の位置を調整する。
Initial adjustments are performed before actual measurements so that the properties shown in FIG. 8 when the distance between the light source 22 and the half mirror 11 is appropriate can be obtained based on the properties shown in FIG. 8 from FIG. 10. As an initial adjustment, the user first photographs the
これにより、計測対象レンズ110の第一主点Mからハーフミラー11を介して任意物体104までの間の光路長L1と、光源22からハーフミラー11を介して任意物体104までの間の光路長L2とが一致する(L1=L2(L11=L22))。つまり、図8(a)及び(b)に示したように、結像パターンの大きさ及び歪曲は、カメラ102と任意物体104との間の光路長L1の遠近によらず、不変となり、任意物体104までの撮影距離に依存しない校正用パターン光の投射を確立することができる。
As a result, the optical path length L1 from the first principal point M of the measurement target lens 110 to the
このような初期調整の後に、校正用パターン光投射装置1から何らかの任意物体104に対して校正用パターン光が投射され、焦点面111に形成された結像のデータが、歪曲収差測定装置103へ入力される。そして、歪曲収差測定装置103により、結像のデータに基づいて計測対象レンズ110の歪曲収差が測定される。
After such initial adjustment, the calibration pattern light is projected from the calibration pattern
〔焦点面111に形成される結像〕
次に、焦点面111に形成される結像について説明する。焦点面111に形成される結像は、計測対象レンズ110の歪曲収差をそのまま反映した像となる。加えて、結像は、焦点ずれに起因するぼやけを生じることもあるが、歪曲の度合い及び結像パターンの大きさに影響はない。この結像パターンの大きさ及び形状は、カメラ102と任意物体104との間の撮影距離に依存しないことから、任意物体104の形状は如何なるものであってもよいし、撮影距離は如何なる距離にあってもよい。また、任意物体104は剛体である必要もない。
[Image formed on focal plane 111]
Next, the image formed on the focal plane 111 will be described. The image formed on the focal plane 111 is an image that directly reflects the distortion aberration of the measurement target lens 110. In addition, the image may be blurred due to defocus, but this does not affect the degree of distortion and the size of the image pattern. Since the size and shape of this image pattern do not depend on the shooting distance between the camera 102 and the
図11は、図3(a)に示した点列のマスク23-1を使用した場合において、(a)は歪曲収差がない場合の結像の例を説明する図であり、(b)は歪曲収差がある場合の結像の例を説明する図である。 Figure 11 shows an example of imaging when there is no distortion aberration, and Figure 11 shows an example of imaging when there is distortion aberration, when the mask 23-1 with the sequence of points shown in Figure 3(a) is used.
図11(a)に示す歪曲収差がない場合、点列を構成するそれぞれの点の重心の配列は、マスク23-1のピンホール列の配列と所定の比率において相似となる。図11(b)に示す歪曲収差がある場合の歪曲は、樽型歪みである。 When there is no distortion as shown in FIG. 11(a), the arrangement of the centers of gravity of the points that make up the point array is similar to the arrangement of the pinhole array of mask 23-1 at a certain ratio. When there is distortion as shown in FIG. 11(b), the distortion is barrel distortion.
尚、結像におけるぼやけの度合いは、結像の場所毎に異なる。図11(a)及び(b)、並びに後述する図12(a)及び(b)では、結像の上部ほど、ぼやけの程度が高い。 The degree of blur in the image varies depending on the location of the image. In Figures 11(a) and (b) and Figures 12(a) and (b) described below, the degree of blur is greater at the top of the image.
図13は、任意物体104の表面の凹凸による結像のぼやけについて説明する図である。図13において、任意物体104の表面における場所C1からの反射光m1,m2等は、焦点面111の場所R2に結像し、場所C2からの反射光n1,n2等は、焦点面111の場所R1に結像するものとする。また、カメラ102から任意物体104の場所C1までの間の距離が、任意物体104の場所C2までの間の距離よりも短いものとする。
Figure 13 is a diagram explaining the blurring of an image caused by unevenness on the surface of the
この場合、焦点面111の場所R2では、ぼやけが伴わない結像が形成されるが、焦点面111の場所R1では、ぼやけが伴う結像が形成されることとなる。 In this case, an image without blur is formed at location R2 on the focal plane 111, but an image with blur is formed at location R1 on the focal plane 111.
このように、任意物体104の反射面に凹凸があり、カメラ102からの距離が反射面の場所によって異なる場合には、結像におけるぼやけの度合いは、図11(a)及び(b)に示したとおり、場所毎に異なることとなる。しかし、任意物体104の反射面の凹凸に伴い、カメラ102からの距離が反射面の場所によって異なる場合であっても、焦点面111に形成される結像の点列における重心の配列は、歪曲収差の有無を問わず変化することがない。
In this way, if the reflective surface of the
校正用パターン光投射装置1は、図11(a)または(b)のような結像のデータを入力し、結像のデータに基づいて、点列を構成するそれぞれの点の重心位置を求め、各重心位置に基づいて計測対象レンズ110の歪曲収差を測定する。
The calibration pattern
図12は、図3(b)に示したチェッカーボードパターンのマスク23-2を使用した場合において、(a)は歪曲収差がない場合の結像パターンの例を説明する図であり、(b)は歪曲収差がある場合の結像パターンの例を説明する図である。 Figure 12 shows an example of an imaging pattern when there is no distortion aberration, and Figure 12 shows an example of an imaging pattern when there is distortion aberration, when the checkerboard pattern mask 23-2 shown in Figure 3(b) is used.
図12(a)に示す歪曲収差がない場合、ぼやけの度合いは場所毎に異なるが、チェッカーボードパターンを構成するそれぞれの要素の重心の配列は、マスク23-2のチェッカーボードパターン配列と所定の比率において相似となる。図12(b)に示す歪曲収差がある場合の歪曲は、樽型歪みである。 When there is no distortion as shown in FIG. 12(a), the degree of blurring differs from place to place, but the arrangement of the centers of gravity of the elements that make up the checkerboard pattern is similar to the checkerboard pattern arrangement of mask 23-2 at a certain ratio. When there is distortion as shown in FIG. 12(b), the distortion is barrel distortion.
校正用パターン光投射装置1は、図12(a)または(b)のような結像のデータを入力する。そして、校正用パターン光投射装置1は、結像のデータに基づいて、チェッカーボードパターンを構成するそれぞれの要素の重心位置を求め、各重心位置に基づいて計測対象レンズ110の歪曲収差を測定する。
The calibration pattern
以上のように、本発明の実施形態による校正用パターン光投射装置1によれば、パターン光発生部10は、ハーフミラー11との間の距離を調整するための可動部21を備えており、校正用パターン光を発生し、校正用パターン光をハーフミラー11へ投射する。ハーフミラー11は、計測対象レンズ110に対し斜交して配置され、パターン光発生部10から投射された校正用パターン光を反射させ、任意物体104へ投射する。
As described above, according to the calibration pattern
ユーザは、歪曲収差測定装置103により計測対象レンズ110の歪曲誤差が測定される前に、初期調整を行うことで、パターン光発生部10に備えた可動部21を適切な位置に移動させる。 Before the distortion error of the measurement target lens 110 is measured by the distortion aberration measuring device 103, the user performs an initial adjustment to move the movable part 21 of the pattern light generating unit 10 to an appropriate position.
ユーザは、初期調整において、カメラ102から任意物体104までの間の距離を変えながら、任意物体104の撮影を行う。そして、ユーザは、結像パターンの大きさが撮影距離によって変化しなくなるように、可動部21を移動方向Dに移動させることで、可動部21の位置を調整する。
In the initial adjustment, the user photographs the
これにより、図7を参照して、計測対象レンズ110の第一主点Mから任意物体104までの間の光路長L1と、光源22からハーフミラー11を介して任意物体104までの間の光路長L2とを一致させることができる。この場合、計測対象レンズ110の第一主点Mからハーフミラー11の点Bとの間の光路長L11と、光源22からハーフミラー11の点Bとの間の光路長L22とが一致することとなる。
7, the optical path length L1 from the first principal point M of the measurement target lens 110 to the
これらの距離が一致した状態で校正用パターン光が任意物体104へ投射されると、任意物体104の表面で反射した反射光が、ハーフミラー11を透過し、計測対象レンズ110を介して焦点面111に結像する。この結像パターンの大きさ及び歪曲は、カメラ102から任意物体104までの間の距離、任意物体104の表面の凹凸の程度、及び計測対象レンズ110の画角によらず不変となる。
When the calibration pattern light is projected onto the
その結果、計測対象レンズ110固有の歪曲収差の測定を、任意の形状の任意物体104を校正用パターン光の投射対象として実施することができる。すなわち、任意物体104の表面の凹凸の有無にかかわらず、また任意物体104が剛体であるか否かにかかわらず、投射対象とすることができる。例えば、任意物体104は、スタジオの壁、カーテン、動物、生物等のように、光を拡散的に反射できる物体であればよい。
As a result, the distortion aberration specific to the measurement target lens 110 can be measured by using an
したがって、校正用パターン光投射装置1を用いることにより、計測対象レンズ110の歪曲収差を測定する際の手間を減らすと共に、歪曲収差を高精度に測定することができる。
Therefore, by using the calibration pattern
また、従来技術として、カメラ102から計測対象レンズ110を取り外し、計測対象レンズ110単体に対してレーザー光等を用いて歪曲収差を測定する手法がある。本発明の実施形態では、計測対象レンズ110をカメラ102に装着した状態で歪曲収差を測定することができるため、前述の従来技術に比べ、計測対象レンズ110の装着時のガタまたはたわみに起因する歪曲収差も測定することができる。 Also, as a conventional technique, there is a technique in which the measurement target lens 110 is removed from the camera 102 and the distortion aberration is measured for the measurement target lens 110 alone using laser light or the like. In an embodiment of the present invention, the distortion aberration can be measured with the measurement target lens 110 attached to the camera 102, so that, compared to the conventional technique described above, the distortion aberration caused by play or bending when the measurement target lens 110 is attached can also be measured.
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 The present invention has been described above using embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways without departing from the technical concept thereof.
例えば前記実施形態では、校正用パターン光投射装置1のパターン光発生部10は、移動方向Dに移動可能な可動部21を備えるようにしたが、可動部21の代わりに、移動しない(筐体12に対して固定設置される)固定部を備えるようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the pattern light generating unit 10 of the calibration pattern
この固定部は、図7に示した光路長L1と光路長L2とが一致するように(光路長L11と光路長L22とが一致するように)、筐体12に固定されているものとする。この場合、ユーザによる初期調整は不要となる。
This fixing portion is fixed to the
また、前記実施形態では、校正用パターン光投射装置1のパターン光発生部10の可動部21は、光源22の光軸の方向である移動方向Dに移動する構造とし、光源22をハーフミラー11に対して遠近するように移動させるようにした。
In addition, in the above embodiment, the movable part 21 of the pattern light generating unit 10 of the calibration pattern
これにより、計測対象レンズ110の第一主点Mからハーフミラー11の点Bまでの間の光路長L11を固定した状態で、光源22からハーフミラー11の点Bまでの間の光路長L22を変えることができ、両距離を一致させることができる。 This allows the optical path length L22 from the light source 22 to point B of the half mirror 11 to be changed while keeping the optical path length L11 from the first principal point M of the measurement target lens 110 to point B of the half mirror 11 fixed, thereby making the two distances equal.
これに対し、校正用パターン光投射装置1は、ハーフミラー11に対する光源22及びマスク23の位置を固定した状態で、当該校正用パターン光投射装置1全体をカメラ102に対して移動させる装置可動部を備えるようにしてもよい。校正用パターン光投射装置1全体の移動方向は、図7に示した光軸β1の方向である。この場合、校正用パターン光投射装置1のパターン光発生部10は、可動部21の代わりに、前述の固定部を備える。
In contrast to this, the calibration pattern
これにより、計測対象レンズ110の第一主点Mからハーフミラー11の点Bまでの間の光路長L11を変えることができ、光源22からハーフミラー11の点Bまでの間の光路長L22を固定した状態で、両距離を一致させることができる。 This allows the optical path length L11 from the first principal point M of the measurement target lens 110 to point B of the half mirror 11 to be changed, and the two distances can be made to match while keeping the optical path length L22 from the light source 22 to point B of the half mirror 11 fixed.
また、校正用パターン光投射装置1は、光源22を移動させる可動部21を備えると共に、当該校正用パターン光投射装置1全体を移動させる前述の装置可動部を備えるようにしてもよい。
The calibration pattern
1 校正用パターン光投射装置
10,10-1,10-2,10-3 パターン光発生部
11 ハーフミラー
12,112 筐体
21 可動部
22,25,27 光源
23,23-1,23-2,23-3 マスク
24 走査機構
26 ガルバノミラー
30 微小レンズ
40 凹部
101 校正用パターン
102 カメラ
103 歪曲収差測定装置
104 任意物体
110 計測対象レンズ
111 焦点面
α 画角
β,β1,β2 光軸
γ1 コリメート光
γ2,m1,m2,n1,n2 反射光
J 軸
M 第一主点
B 点
D 移動方向
L1,L2,L11,L22 光路長
C1,C2,R1,R2 場所
1 Calibration pattern light projection device 10, 10-1, 10-2, 10-3 Pattern light generation unit 11
Claims (5)
光源を用いて前記校正用パターン光を発生するパターン光発生部と、
前記パターン光発生部により発生した前記校正用パターン光を反射させ、前記所定の物体へ投射するハーフミラーと、を備え、
前記光源から前記ハーフミラーを介して前記所定の物体までの間の光路長と、前記レンズの第一主点から前記ハーフミラーを介して前記所定の物体までの間の光路長とが一致しており、
前記校正用パターン光が前記所定の物体へ投射されると、前記所定の物体の表面で反射した反射光が、前記ハーフミラーを透過し前記レンズを介して前記カメラの焦点面に結像する、ことを特徴とする校正用パターン光投射装置。 A calibration pattern light projection device that projects a calibration pattern light for measuring distortion aberration of a lens attached to a camera onto a predetermined object, comprising:
a pattern light generating unit that generates the calibration pattern light using a light source;
a half mirror that reflects the calibration pattern light generated by the pattern light generating unit and projects the reflected light onto the predetermined object,
an optical path length from the light source to the predetermined object via the half mirror is equal to an optical path length from a first principal point of the lens to the predetermined object via the half mirror;
a calibration pattern light projection device characterized in that, when the calibration pattern light is projected onto the specified object, the reflected light reflected from the surface of the specified object passes through the half mirror and is imaged on the focal plane of the camera via the lens.
前記パターン光発生部は、
前記光源と前記ハーフミラーとの間の光軸方向に、前記光源を移動可能な可動部を備えたことを特徴とする校正用パターン光投射装置。 2. The calibration pattern light projection device according to claim 1,
The pattern light generating unit includes:
a movable portion for moving the light source in an optical axis direction between the light source and the half mirror;
さらに、前記ハーフミラーに対する前記光源の位置を固定した状態で、前記レンズの第一主点と前記ハーフミラーとの間の光軸方向に、当該校正用パターン光投射装置を前記カメラに対して移動させる装置可動部を備えたことを特徴とする校正用パターン光投射装置。 3. The calibration pattern light projection device according to claim 1,
The calibration pattern light projection device further comprises a device movable part that moves the calibration pattern light projection device relative to the camera in the optical axis direction between a first principal point of the lens and the half mirror while keeping the position of the light source relative to the half mirror fixed.
前記パターン光発生部は、
前記校正用パターン光のパターンを形成するための複数の透過部及び複数の遮光部を有するマスクを備え、前記マスクを用いて、前記光源を頂点とした立体角的な前記校正用パターン光を発生する、ことを特徴とする校正用パターン光投射装置。 4. The calibration pattern light projection device according to claim 1,
The pattern light generating unit includes:
a calibration pattern light projection device comprising: a mask having a plurality of transmitting portions and a plurality of light-shielding portions for forming a pattern of the calibration pattern light, and using the mask, generating the calibration pattern light in a solid angle with the light source as a vertex.
前記パターン光発生部は、
前記光源の発する光線を走査する走査機構を備え、前記走査機構を用いて、前記光源を頂点とした立体角的な前記校正用パターン光を発生する、ことを特徴とする校正用パターン光投射装置。 4. The calibration pattern light projection device according to claim 1,
The pattern light generating unit includes:
a scanning mechanism for scanning a light beam emitted by the light source, and using the scanning mechanism, generating the calibration pattern light in a solid angle with the light source as a vertex.
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