JP6670429B2 - 透明基材計測装置および透明基材計測方法 - Google Patents
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Description
(A)透明基板の所定の個所に点状もしくは線状の投影光を光源ユニットから照射している間に、投影光の、透明基板での反射光が作り出す虚像が、指定した測定点に移動するように、投影光と透明基板とが交差する位置を変えずに、投影光の透明基板への入射角度を変化させることにより、光源ユニットの位置および姿勢の調整を行うこと
(B)調整の完了後に得られた虚像を撮像することと、
(C)虚像の撮像により得られた画像データに基づいて透明基板の特性を導出することと
[構成]
本発明の一実施の形態に係る透明基材計測装置1の構成について説明する。図1は、透明基材計測装置1の構成例を表したものである。透明基材計測装置1は、被検体100の特性(例えば、二重像、歪み、ボケなどの光学特性)を計測するためのものである。
被検体100は、映像を投射されるスクリーンとして利用され得るものであり、ガラスや樹脂などで形成された透明基材である。透明基材は、可視光を透過する板状部材であり、例えば、平坦なガラス板、平坦な樹脂板、または、平坦な樹脂フィルムによって構成されている。透明基材は、湾曲したガラス板、湾曲した樹脂板、または、湾曲した樹脂フィルムによって構成されていてもよい。
透明基材計測装置1は、投射装置10、撮像装置20、置台30、ターゲット部40および情報処理装置50を備えている。
置台30は、被検体100を載置するためのものである。被検体100が車載用のフロントガラスである場合、置台30は、例えば、図4に示したように、車載用のフロントガラスが車に搭載されているときと同じ姿勢で、車載用のフロントガラスを保持可能な機構を有している。車載用のフロントガラスが車に搭載したときと同じ姿勢で保持されている場合には、車載用のフロントガラスには、実際に使用する時と同じ撓みが発生する。
ターゲット部40は、投影光Lの、被検体100での反射光Lrが作り出す虚像Ivが投影される設計上の位置(例えば、被検体100の前方数mにおける規定の高さ)に配置されている。ターゲット部40は、例えば、図5に示したように、虚像表示エリアと同じ外形を持つ枠線と、測定を行いたい点(図中の測定点A〜E)とが描かれた紙面もしくはディスプレイである。なお、図5に示したようなターゲット部40を設ける代わりに、ターゲット部40に対応する仮想のターゲットを後述のカメラ21のファインダー像にオーバーレイさせ、情報処理装置50の表示画面上にCG(Computer Graphics)として描いてもよい。
投射装置10は、被検体100の1または複数の個所に投影光Lを照射可能に構成されたものである。本実施の形態において、投射装置10は、被検体100の複数の個所に投影光Lを順次、照射する。投射装置10は、光源ユニット11および機構部12を有している。機構部12が、本発明の「第1機構部」の一具体例に相当する。
Dx≦2fδ…(1)
Dx:ピンホール112Aもしくはスリット121Aの、撮影画像(画像データ52C)上の像の幅
f:カメラ21(後述)の焦点距離
δ:目標の角度分解能
D1:ピンホールマスク112もしくはスリットマスク121とシリンドリカルレンズ114との間隙
D2:シリンドリカルレンズ114とシリンドリカルレンズ115との間隙
D3:シリンドリカルレンズ115と平凸レンズ116との間隙
撮像装置20は、投射装置10から出射された1または複数の投影光Lの被検体100での反射光Lrが作り出す虚像Ivを撮像するものである。撮像装置20は、カメラ21および機構部22を有している。
1.22λ/NA≧2Pp…(2)
λ:投射装置10(もしくは光源111)の波長
Pp:カメラ21のイメージセンサにおけるピクセルピッチ
まず、教示データ取得について説明する。図12は、教示データ取得手順の一例を表したものである。ユーザは、被検体100として、設計通りに製作されたマスター100Mを置台30に設置する(ステップS101、図13)。その後、ユーザは、入力部54を介して、制御部51に教示データ取得の実施を指示する。すると、制御部51は、計測プログラム52Aを記憶部52から読み出し、計測プログラム52Aに含まれる教示データ取得手順を実行する。
次に、計測について説明する。図15は、被検体100Tの光学特性の計測手順の一例を表したものである。ユーザは、被検体100として、光学特性を求める被検体100Tを置台30に設置する(ステップS201、図16)。その後、ユーザは、入力部54を介して、制御部51に、光学特性の計測の実施を指示する。すると、制御部51は、計測プログラム52Aおよび教示データ52Bを記憶部52から読み出し、計測プログラム52Aに含まれる計測手順を教示データ52Bに基づいて実行する。
図16は、二重像の計測方法の一例を表したものである。情報処理装置50(制御部51)は、計測により得られた画像データ52Cごとに、二重像間隔DIdおよび二重像のズレ角度DIθを導出する。計測により得られた画像データ52Cが、例えば、図16に示したように、主像Imと副像Isとからなる二重像Idを含んでいるとする。ここで、主像Imは、投影光Lの、被検体100の主面(光源ユニット11側の面)での反射光Lrが作り出す虚像Ivである。副像Isは、例えば、投影光Lの、被検体100の主面(ターゲット部40側の面)での反射光Lrが作り出す虚像Ivである。
図17は、歪みの計測方法の一例を表したものである。情報処理装置50(制御部51)は、計測点ごとの計測により得られた複数の画像データ52Cを互いに重ね合わせることにより、合成画像データ52Dを導出する。得られた合成画像データ52Dには、例えば、図17に示したように、複数の虚像Ivが測定点A〜Eごとに1つずつ対応して映し出されている。情報処理装置50(制御部51)は、合成画像データ52Dから、虚像Ivごとに、測定点(本来虚像Ivが投影されるべき基準点)の座標と、虚像Ivの座標とに基づいて、測定点および虚像Ivの距離と、測定点および虚像Ivを結んだ線分の傾きを計測する。より詳細には、情報処理装置50(制御部51)は、上記測定点の座標と、虚像Ivの光強度がピークとなる点の座標とに基づいて、上記測定点および虚像Ivの距離と、測定点および虚像Ivを結んだ線分の傾きを計測する。その後、情報処理装置50(制御部51)は、得られた距離と、カメラ21の光学倍率mと、ピクセルピッチPpとに基づいて、歪み量Sdを導出する。情報処理装置50(制御部51)は、さらに、得られた線分の傾きと、カメラ21の光学倍率mと、ピクセルピッチPpとに基づいて、歪みのズレ角度Sθを算出する。情報処理装置50(制御部51)は、このようにして、歪みの数値化を行う。
図18は、ボケの計測方法の一例を表したものである。情報処理装置50(制御部51)は、計測により得られた画像データ52Cごとに、虚像Iv(例えば主像Im)の光強度分布における半値幅もしくは1/e2幅を、ボケ量として導出する。情報処理装置50(制御部51)は、このようにして、ボケの数値化を行う。
次に、本実施の形態に係る透明基材測定装置1の効果について説明する。
以下に、上記実施の形態の透明基材計測装置1の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施の形態と共通の構成要素に対しては、上記実施の形態で付されていた符号と同一の符号が付される。また、上記実施の形態と異なる構成要素の説明を主に行い、上記実施の形態と共通の構成要素の説明については、適宜、省略するものとする。
上記実施の形態において、被検体100として、設計通りに製作されたマスター100Mを用意することができない場合がある。つまり、試作の被検体100の出来が悪く、歪みを抑えることが出来ない場合には、測定点の教示用として用いるマスター100Mとして相応しくない。その場合には、例えば、図19に示したように、マスター100Mとは異なる被検体100を置台30に設置したときに、被検体100が所望の撓み(曲面)となるように被検体100を支持する補正冶具31が置台30に設けられていてもよい。補正冶具31は、投影光Lが通過する領域を避けて配置されていればよい。なお、補正冶具31のような被検体100の自重に頼った補正方法とは異なる方法で、被検体100を補正してもよい。
上記実施の形態では、投射装置10は、被検体100の複数の個所に投影光Lを順次、照射していた。しかし、例えば、図20に示したように、投射装置10が複数の光源ユニット11を有している場合には、投射装置10は、被検体100の複数の個所に投影光Lを同時に照射してもよい。このようにした場合には、上記実施の形態と比べて、測定時間を大幅に短縮することができる。
上記実施の形態において、被検体100として、設計通りに製作されたマスター100Mを用意することができない場合がある。その場合には、被検体100Tを用いて、制御部51は、測定したい複数の測定点の内、1つの測定点においてだけ、教示データ52Bを取得してもよい。そして、残りの測定点における教示データ52Bに関しては、CADやシミュレータソフトの計算で、1点目の測定点の位置との差分を算出し、この差分を実際に取得した測定点における教示データ52Bに加えてやることで、測定精度を十分に満たすオフライン教示が可能になる。
本発明は、HUDシステム用の二重像、ボケ、歪みの測定のみでなく、通常の透過像、即ち車の運転者が被検体100越しに見る信号機や道路標識に発生する二重像、ボケ、歪みの測定にも利用できる。
Claims (14)
- 透明基板の1または複数の個所に点状もしくは線状の投影光を照射可能に構成された投射装置と、
前記投射装置から出射された1または複数の前記投影光の前記透明基板での反射光が作り出す虚像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置による撮像により得られた画像データに基づいて前記透明基板の特性を導出する情報処理装置と
を備え、
前記投射装置は、
1または複数の前記投影光を出射する光源ユニットと、
前記光源ユニット全体を移動させる第1機構部と
を有し、
前記光源ユニットは、
ピンホールを有する点光源もしくはスリットを有する線光源と、
当該投射装置の光軸上に配置されたテレセントリック投影光学系と、
前記点光源もしくは前記線光源と前記テレセントリック投影光学系との間に配置された非点収差補正光学系と、
前記投影光と前記透明基板とが交差する位置を変えずに、前記投影光の前記透明基板への入射角度を変化させる第2機構部と
を有する
透明基材測定装置。 - 前記第2機構部は、前記ピンホールもしくは前記スリットを移動させることにより、前記投影光と前記透明基板とが交差する位置を変えずに、前記投影光の前記透明基板への入射角度を変化させる
請求項1に記載の透明基材測定装置。 - 前記非点収差補正光学系は、レンズ効果のある方向が互いに交差するように配置された2つのシリンドリカルレンズによって構成されている
請求項2に記載の透明基材測定装置。 - 前記2つのシリンドリカルレンズのうち少なくとも一方が当該投射装置の光軸と平行な軸を回転軸として回転可能に支持されている
請求項3に記載の透明基材測定装置。 - 前記第1機構部は、当該投射装置の位置調整と当該投射装置の光軸の角度調整とを可能に構成されている
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の透明基材測定装置。 - 前記第1機構部は、当該投射装置の光軸に対して垂直方向に移動するXYの2軸と、当該投射装置の光軸方向に移動するZの1軸と、XZ平面内およびYZ平面内で回転する2軸の合計5軸で、前記光源ユニット全体を移動させる機構を有している
請求項5に記載の透明基材測定装置。 - 前記撮像装置の開口数は、以下の式を満たす
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の透明基材測定装置。
1.22λ/NA≧2Pp
λ:前記投射装置の波長
NA:前記撮像装置の開口数
Pp:前記撮像装置のピクセルピッチ - 前記情報処理装置は、前記特性として、前記虚像の二重像間隔、歪み量およびボケ量を含む光学特性を、前記画像データに基づいて導出する
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の透明基材測定装置。 - 前記情報処理装置は、前記画像データに含まれる主像と副像との距離と、前記撮像装置の光学倍率と、前記撮像装置のピクセルピッチとに基づいて、前記虚像の二重像間隔を導出する
請求項8に記載の透明基材測定装置。 - 前記情報処理装置は、前記画像データに含まれる主像と基準点との距離と、前記撮像装置の光学倍率と、前記撮像装置のピクセルピッチとに基づいて、前記虚像の歪みを導出する
請求項8に記載の透明基材測定装置。 - 前記情報処理装置は、前記画像データに含まれる前記虚像の光強度分布における半値幅もしくは1/e2幅を、前記ボケ量として導出する
請求項8に記載の透明基材測定装置。 - 前記投射装置は、前記透明基板の複数の箇所に前記投影光を同時もしくは順次、照射する
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の透明基材測定装置。 - 透明基板の所定の箇所に点状もしくは線状の投影光を光源ユニットから照射している間に、前記投影光の、前記透明基板での反射光が作り出す虚像が、指定した測定点に移動するように、前記投影光と前記透明基板とが交差する位置を変えずに、前記投影光の前記透明基板への入射角度を変化させることにより、前記光源ユニットの位置および姿勢の調整を行うことと、
前記調整の完了後に得られた前記虚像を撮像することと、
前記虚像の撮像により得られた画像データに基づいて前記透明基板の特性を導出することと
を含み、
前記光源ユニットは、
ピンホールを有する点光源もしくはスリットを有する線光源と、
当該投射装置の光軸上に配置されたテレセントリック投影光学系と、
前記点光源もしくは前記線光源と前記テレセントリック投影光学系との間に配置された非点収差補正光学系と
を有し、
当該透明基板測定方法は、前記ピンホールもしくは前記スリットを移動させることにより、前記投影光と前記透明基板とが交差する位置を変えずに、前記投影光の前記透明基板への入射角度を変化させることを更に含む
透明基板測定方法。 - 前記透明基板の複数箇所に対して前記調整を行うことと、
前記透明基板の、前記調整を行った各個所に順次、前記投影光を前記光源ユニットから照射している間に、前記投影光の、前記調整を行った各個所での反射光が作り出す虚像を撮像することと、
虚像の撮像によって得られた複数の画像データに基づいて前記透明基板の特性を導出することと
を更に含む
請求項13に記載の透明基板測定方法。
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