JP7209610B2 - 光学試験用装置および光学測定器具の試験方法 - Google Patents

光学試験用装置および光学測定器具の試験方法 Download PDF

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Description

本発明は、反射光を取得する器具の試験に関する。
従来より、入射光を距離測定の対象に与えて、反射光を取得する光学測定器具が知られている。この光学測定器具と、距離測定の対象との距離が測定される（例えば、特許文献１、２および３を参照）。なお、このような距離測定に基づき画像取得を行うセンサとしては、ＴｏＦ（Time of Flight）センサが知られている。
特開２０１７－１５７２９号公報 特開２００６－１２６１６８号公報 特開２０００－２７５３４０号公報
上記の従来技術のような光学測定器具を試験する際には、実際に測定することが想定される実環境を再現して試験を行う。しかしながら、実環境の再現は煩わしい。
そこで、本発明は、実際に測定することが想定される実環境を再現することなく光学測定器具の試験を行うことを課題とする。
本発明にかかる光学試験用装置は、光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用する光学試験用装置であって、試験用光パルスを出力する２以上の試験用光源と、光透過領域を有し、前記２以上の試験用光源の各々から前記試験用光パルスを受けて前記光透過領域を透過させる２以上の光透過部材と、前記２以上の光透過部材を透過した前記試験用光パルスを合波し、前記光学測定器具に与える合波部とを備え、前記光透過領域が、前記入射対象において前記光学測定器具からの距離が一定である距離一定面の各々に対応し、前記試験用光パルスの各々が出力されてから、前記合波部に到達するまでの到達時間が異なり、前記到達時間の差が、前記距離一定面の間の面間距離に対応するように構成される。
上記のように構成された光学試験用装置は、光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用される。２以上の試験用光源が、試験用光パルスを出力する。２以上の光透過部材が、光透過領域を有し、前記２以上の試験用光源の各々から前記試験用光パルスを受けて前記光透過領域を透過させる。合波部が、前記２以上の光透過部材を透過した前記試験用光パルスを合波し、前記光学測定器具に与える。前記光透過領域が、前記入射対象において前記光学測定器具からの距離が一定である距離一定面の各々に対応する。前記試験用光パルスの各々が出力されてから、前記合波部に到達するまでの到達時間が異なる。前記到達時間の差が、前記距離一定面の間の面間距離に対応する。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記光学測定器具がＴｏＦセンサであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記試験用光源が、レーザダイオードであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記試験用光源が、発光ダイオードであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記光透過部材が、液晶パネルであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記光透過部材が、フィルムであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記合波部が、ハーフミラーであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記合波部が、ダイクロイックミラーであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記合波部が、偏光ビームスプリッタであるようにしてもよい。
本発明にかかる光学測定器具の試験方法は、本発明にかかる光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面のいずれか一つ以上の形状を取得する形状取得工程と、取得された前記形状に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程とを備えるように構成される。
本発明にかかる光学測定器具の試験方法は、本発明にかかる光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面の境界を取得する境界取得工程と、取得された前記境界に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程とを備えるように構成される。
本発明にかかる光学測定器具の試験方法は、本発明にかかる光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面の間の面間距離を取得する面間距離取得工程と、取得された前記面間距離に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程とを備えるように構成される。
本発明にかかる光学測定器具の試験方法は、本発明にかかる光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、前記受光工程の受光結果に基づき、前記入射対象における任意の２点間の水平方向距離を取得する水平方向距離取得工程と、取得された前記水平方向距離に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程とを備え、前記水平方向は、前記距離一定面の法線方向と直交する方向であるように構成される。
光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１（ｂ））である。 第一の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図２（ａ））、正面図（図２（ｂ））である。 本発明の第一の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。 第一の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図４（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図４（ｂ））、受光部２ｂにおける受光画像４００（図４（ｃ））を示す図である。 第一の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図５（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図５（ｂ））のタイミングチャートである。 本発明の第二の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。 第二の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図７（ａ））、正面図（図７（ｂ））である。 第二の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図８（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図８（ｂ））、液晶パネル（光透過部材）３６の光透過領域４００ｃ（図８（ｃ））を示す図である。 第二の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図９（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図９（ｂ））、試験用光源１６の出力する試験用光パルス（図９（ｃ））のタイミングチャートである。 第三の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図１０（ａ））、正面図（図１０（ｂ））である。 第三の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図１１（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図１１（ｂ））、受光部２ｂにおける受光画像４００（図１１（ｃ））を示す図である。 第三の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図１２（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図１２（ｂ））のタイミングチャートである。 第三の実施形態にかかる光学試験用装置１を用いたときの光学測定器具２による測定結果を示す図であり、理想的な測定結果（図１３（ａ））、実際の測定結果（図１３（ｂ））、測定不能な場合の実際の測定結果（図１３（ｃ））を示す。 第四の実施形態にかかる光学試験用装置１を用いたときの光学測定器具２による測定結果を示す図であり、理想的な測定結果（図１４（ａ））、実際の測定結果（図１４（ｂ））、測定不能な場合の実際の測定結果（図１４（ｃ））を示す。 変形例にかかる光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１５（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１５（ｂ））である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第一の実施形態
図１は、光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１（ｂ））である。図２は、第一の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図２（ａ））、正面図（図２（ｂ））である。
図１（ａ）を参照して、実際の使用態様において、光学測定器具２は、光源２ａからの入射光パルスを入射対象４に与える。入射光パルスは入射対象４により反射されて反射光パルスとなり、光学測定器具２の受光部２ｂにより取得される。光学測定器具２は、例えば、ＬｉＤＡＲモジュールまたはＴｏＦカメラであり、光学測定器具２と入射対象４との間の距離を測定するため、または測定した距離に基づき画像を取得するために使用される。
図２を参照して、入射対象４は、直方体に凸部を設けた２段形状を有する。光学測定器具２は入射対象４の真上にあり、面４ａおよび面４ｂは、光学測定器具２からの距離が一定である。以後、面４ａおよび面４ｂを、距離一定面４ａ、４ｂという。なお、入射対象４の段差は、距離一定面４ａと距離一定面４ｂとの間の距離Ｌ０（以後、「面間距離」という）である。
図１（ｂ）を参照して、光学試験用装置１が、光学測定器具２を試験する際に使用される。試験は、例えば、光学測定器具２の受光部２ｂの受光性能を評価するものである。光学試験用装置１は、反射光パルスと同等なものを、光学測定器具２に与える。
図１５は、変形例にかかる光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１５（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１５（ｂ））である。図１においては、光学測定器具２が光源２ａおよび受光部２ｂを有するように図示しているが、図１５に示すように光学測定器具２は受光部２ｂのみを有し、光源２ａは光学測定器具２の外部に配置するようにしてもよい。光学測定器具２は、例えば、ＴｏＦセンサである。本発明のいずれの実施形態においても、図１に示す光学測定器具２も、図１５に示す光学測定器具２も使用可能である。
図３は、本発明の第一の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して、第一の実施形態にかかる光学試験用装置１は、試験用光源１２、１４、光源駆動部１８、集光レンズ２２、２４、液晶パネル（光透過部材）３２、３４、液晶パネル駆動部３８、ハーフミラー（合波部）４０、結像レンズ５０を備える。
２以上の試験用光源１２、１４は、試験用光パルスを出力する。なお、試験用光源１２、１４は、例えば、レーザダイオードまたは発光ダイオードである。
図５は、第一の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図５（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図５（ｂ））のタイミングチャートである。
試験用光源１２の出力する試験用光パルスの出力タイミングから、時間Δｔだけ遅れて、試験用光源１４が試験用光パルスを出力する。ただし、Δｔは、Ｌ０＝（１／２）×ｃ×Δｔが成立する値である。ただし、ｃは光速である。
ここで、試験用光源１２からハーフミラー４０までの光路長と、試験用光源１４からハーフミラー４０までの光路長とは同じ値である。
すると、試験用光パルスの各々が、試験用光源１２、１４の各々から出力されてから、ハーフミラー（合波部）４０に到達するまでの到達時間はΔｔだけ異なる。このΔｔは、上記のとおり（Ｌ０＝（１／２）×ｃ×Δｔ）、距離一定面４ａ、４ｂの間の面間距離Ｌ０に対応する値である。
光源駆動部１８は、試験用光源１２および試験用光源１４が、試験用光パルスを、時間Δｔだけずらして出力させるように（図５参照）、試験用光源１２および試験用光源１４を駆動する。
集光レンズ２２、２４は、試験用光源１２、１４から出力された試験用光パルスを平行光にして液晶パネルに３２、３４に入射する。
２以上の液晶パネル（光透過部材）３２、３４は、光透過領域４００ａ、４００ｂを有し、２以上の試験用光源１２、１４の各々から試験用光パルスを受けて光透過領域４００ａ、４００ｂを透過させる。なお、液晶パネルをかわりにフィルム（光透過部材）を用いてもよい。
図４は、第一の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図４（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図４（ｂ））、受光部２ｂにおける受光画像４００（図４（ｃ））を示す図である。
図４（ａ）を参照して、光透過領域４００ａは距離一定面４ａに対応する。例えば、光透過領域４００ａと距離一定面４ａとは同一の形状である。
図４（ｂ）を参照して、光透過領域４００ｂは距離一定面４ｂに対応する。例えば、光透過領域４００ｂと距離一定面４ｂとは同一の形状である。
図４（ｃ）を参照して、受光部２ｂにおける受光画像４００は、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂを重ね合わせたものとなり、実際に入射対象４からの反射光パルスを受光部２ｂにより受光したものに相当する。
液晶パネル駆動部３８は、液晶パネル３２が光透過領域４００ａのみ光を透過し、液晶パネル３４が光透過領域４００ｂのみ光を透過するように、液晶パネル３２、３４を駆動する。
ハーフミラー（合波部）４０は、液晶パネル３２、３４を透過した試験用光パルスを合波し、結像レンズ５０を介して、光学測定器具２に与える。
なお、ハーフミラー４０は、ダイクロイックミラーであってもよい。この場合、試験用光源１２の出力する試験用光パルスの波長と、試験用光源１４の出力する試験用光パルスの波長とを異ならせておく。
また、ハーフミラー４０は、偏光ビームスプリッタであってもよい。この場合、試験用光源１２の出力する試験用光パルスの偏光面と、試験用光源１４の出力する試験用光パルスの偏光面とが重ならないように（例えば、双方の偏光面が直交するように）しておく。例えば、偏光ビームスプリッタがＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するようにし、試験用光源１２の出力する試験用光パルスをＳ偏光、試験用光源１４の出力する試験用光パルスをＰ偏光とする。
結像レンズ５０は、ハーフミラー４０の出力を、受光部２ｂに与えて結像させる。
なお、光学測定器具２は受光部２ｂを有するが（図１および図１５を参照）、さらに、結像レンズおよび光学フィルタを有していてもよい。この場合は、結像レンズ５０をコリメートレンズに変更する。ハーフミラー４０の出力が、（結像レンズ５０にかえて用いられる）コリメートレンズを透過し、さらに光学測定器具２が有する結像レンズおよび光学フィルタを透過してから受光部２ｂに達する。このようなことは、本発明のいずれの実施形態においても可能である。
次に、第一の実施形態の動作を説明する。
まず、光学試験装用置１は、トリガ信号を受けることにより、以下のような動作を開始する。ただし、トリガ信号としては、光源２ａを発光させるための駆動信号を用いてもよい。または、トリガ信号としては、光源２ａからの発光を光電変換器（図示省略）により電気信号に変換したものを用いてもよい。
まず、光源駆動部１８が試験用光源１２を駆動し、試験用光源１２から試験用光パルスを出力させる（図５（ａ）参照）。この試験用光パルスは、集光レンズレ２２を介して、液晶パネル３２に与えられ、液晶パネル３２の光透過領域４００ａ（図４（ａ）参照）を透過し、ハーフミラー４０に与えられる。
次に、光源駆動部１８が試験用光源１４を駆動し、試験用光源１４から試験用光パルスを、試験用光源１２よりも時間Δｔだけ遅らせて、出力させる（図５（ｂ）参照）。この試験用光パルスは、集光レンズレ２４を介して、液晶パネル３４に与えられ、液晶パネル３４の光透過領域４００ｂ（図４（ｂ）参照）を透過し、ハーフミラー４０に与えられる。
液晶パネル３２、３４を透過した試験用光パルスは、ハーフミラー４０により合波され、結像レンズ５０を介して、光学測定器具２の受光部２ｂに与えられる（受光工程）（図４（ｃ）参照）。
光学測定器具２は、受光工程の受光結果に基づき、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂのいずれか一つ以上の形状を取得し、それに基づき、距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂのいずれか一つ以上の形状を取得する（形状取得工程）。
例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの形状を取得する。すると、段差（面間距離）Ｌ０を有する入射対象４の画像を取得したと同様のこととなる。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの形状のそれぞれを、距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの形状とする。
または、例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ａのみの形状を取得する。すると、入射対象４の距離一定面４ａの画像を取得したと同様のこととなる（距離一定面４ｂは単なる背景に過ぎない）。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ａの形状を、距離一定面４ａの形状とする。
または、例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ｂのみの形状を取得する。すると、入射対象４の距離一定面４ｂの画像を取得したと同様のこととなる（距離一定面４ａは単なるノイズに過ぎない）。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ｂの形状を、距離一定面４ｂの形状とする。
最後に、取得された形状に基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）。距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの双方の形状を取得した場合は、取得された距離一定面４ａ、４ｂの形状を、既知である真の距離一定面４ａ、４ｂの形状と比較し、どの程度、真の値に近いかによって、受光性能を評価する。距離一定面４ａ（または距離一定面４ｂ）の形状を取得した場合は、それを既知である真の距離一定面４ａ（または距離一定面４ｂ）の形状と比較し、どの程度、真の値に近いかによって、受光性能を評価する。
第一の実施形態によれば、実際に測定することが想定される実環境（例えば、入射対象４）を再現することなく光学測定器具２の試験を行うことができる。
＜変形例＞
なお、第一の実施形態には、以下のような変形例が考えられる。
変形例の構成は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。また、変形例の動作も、受光工程までは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
光学測定器具２は、受光工程の受光結果に基づき、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの境界を取得し、それに基づき、距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの境界を取得する（境界取得工程）。
例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの境界を取得する。すると、段差（面間距離）Ｌ０を有する入射対象４における距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの境界の画像を取得したと同様のこととなる。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの境界を、距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの境界とする。
最後に、取得された境界に基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）。取得された境界が、どの程度ぼやけているかによって、受光性能の一種である受光部２ｂの隣接画素間のクロストークを評価することができる。ぼやけ方が大きいほど、クロストークが大きく、性能が悪いということになる。
第一の実施形態の変形例によれば、実際に測定することが想定される実環境（例えば、入射対象４）を再現することなく光学測定器具２のクロストークの試験を行うことができる。
第二の実施形態
第二の実施形態にかかる光学試験用装置１は、入射対象４において３個の距離一定面４ａ、４ｂ、４ｃが存在する場合（図７参照）に対応すべく、試験用光源１２、１４、１６および液晶パネル（光透過部材）３２、３４、３６が３個存在し、しかもハーフミラー４０にかえてダイクロイックミラー４２が存在することが、第一の実施形態と異なる。
光学測定器具２の実際の使用態様は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する（図１参照）。ただし、入射対象４が、第一の実施形態とは異なるので、以下に説明する。
図７は、第二の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図７（ａ））、正面図（図７（ｂ））である。図７を参照して、入射対象４は、第一の実施形態にかかる入射対象４（図２参照）の上方にさらに凸部を設けた３段形状を有する。光学測定器具２は入射対象４の真上にあり、面４ａ、面４ｂおよび面４ｃは、光学測定器具２からの距離が一定である。以後、面４ａ、面４ｂおよび面４ｃを、距離一定面４ａ、４ｂ、４ｃという。なお、入射対象４の段差は、距離一定面４ａと距離一定面４ｂとの間の距離Ｌ１（以後、「面間距離」という）と、距離一定面４ｂと距離一定面４ｃとの間の距離Ｌ２（以後、「面間距離」という）である。
図６は、本発明の第二の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。図６を参照して、第二の実施形態にかかる光学試験用装置１は、試験用光源１２、１４、１６、光源駆動部１８、集光レンズ２２、２４、２６、液晶パネル（光透過部材）３２、３４、３６、液晶パネル駆動部３８、ダイクロイックミラー（合波部）４２、結像レンズ５０を備える。
３個の試験用光源１２、１４、１６は、試験用光パルスを出力する。なお、試験用光源１２、１４、１６は、例えば、レーザダイオードである。
図９は、第二の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図９（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図９（ｂ））、試験用光源１６の出力する試験用光パルス（図９（ｃ））のタイミングチャートである。
試験用光源１２の出力する試験用光パルスの出力タイミングから、時間Δｔ１だけ遅れて、試験用光源１４が試験用光パルスを出力する。さらに、試験用光源１４の出力する試験用光パルスの出力タイミングから、時間Δｔ２だけ遅れて、試験用光源１６が試験用光パルスを出力する。
ただし、Δｔ１は、Ｌ１＝（１／２）×ｃ×Δｔ１が成立する値である。Δｔ２は、Ｌ２＝（１／２）×ｃΔｔ２が成立する値である。ただし、ｃは光速である。
ここで、試験用光源１２からダイクロイックミラー４２までの光路長と、試験用光源１４からダイクロイックミラー４２までの光路長と、試験用光源１６からダイクロイックミラー４２までの光路長とは同じ値である。
すると、試験用光パルスの各々が、試験用光源１２、１４（試験用光源１４、１６）の各々から出力されてから、ダイクロイックミラー（合波部）４２に到達するまでの到達時間はΔｔ１（Δｔ２）だけ異なる。このΔｔ１（Δｔ２）は、上記のとおり、距離一定面４ａ、４ｂ（４ｂ、４ｃ）の間の面間距離Ｌ１（Ｌ２）に対応する値である。
光源駆動部１８は、試験用光源１２、試験用光源１４および試験用光源１６が、試験用光パルスを、時間Δｔ１、Δｔ２だけずらして出力させるように（図９参照）、試験用光源１２、試験用光源１４および試験用光源１６を駆動する。
集光レンズ２２、２４、２６は、試験用光源１２、１４、１６から出力された試験用光パルスを平行光にして液晶パネルに３２、３４、３６に入射する。
３個の液晶パネル（光透過部材）３２、３４、３６は、光透過領域４００ａ、４００ｂ、４００ｃを有し、３個の試験用光源１２、１４、１６の各々から試験用光パルスを受けて光透過領域４００ａ、４００ｂ、４００ｃを透過させる。なお、液晶パネルをかわりにフィルム（光透過部材）を用いてもよい。
図８は、第二の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図８（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図８（ｂ））、液晶パネル（光透過部材）３６の光透過領域４００ｃ（図８（ｃ））を示す図である。
図８（ａ）を参照して、光透過領域４００ａは距離一定面４ａに対応する。例えば、光透過領域４００ａと距離一定面４ａとは同一の形状である。図８（ｂ）を参照して、光透過領域４００ｂは距離一定面４ｂに対応する。例えば、光透過領域４００ｂと距離一定面４ｂとは同一の形状である。図８（ｃ）を参照して、光透過領域４００ｃは距離一定面４ｃに対応する。例えば、光透過領域４００ｃと距離一定面４ｃとは同一の形状である。
液晶パネル駆動部３８は、液晶パネル３２が光透過領域４００ａのみ光を透過し、液晶パネル３４が光透過領域４００ｂのみ光を透過し、液晶パネル３６が光透過領域４００ｃのみ光を透過するように、液晶パネル３２、３４、３６を駆動する。
ダイクロイックミラー（合波部）４２は、液晶パネル３２、３４、３６を透過した試験用光パルスを合波し、結像レンズ５０を介して、光学測定器具２に与える。なお、試験用光源１２の出力する試験用光パルスの波長と、試験用光源１４の出力する試験用光パルスの波長と、試験用光源１６の出力する試験用光パルスの波長とを異ならせておく。
結像レンズ５０は、ダイクロイックミラー４２の出力を、受光部２ｂに与えて結像させる。
次に、第二の実施形態の動作を説明する。
まず、光源駆動部１８が試験用光源１２を駆動し、試験用光源１２から試験用光パルスを出力させる（図９（ａ）参照）。この試験用光パルスは、集光レンズレ２２を介して、液晶パネル３２に与えられ、液晶パネル３２の光透過領域４００ａ（図８（ａ）参照）を透過し、ダイクロイックミラー４２に与えられる。
次に、光源駆動部１８が試験用光源１４を駆動し、試験用光源１４から試験用光パルスを、試験用光源１２よりも時間Δｔ１だけ遅らせて、出力させる（図９（ｂ）参照）。この試験用光パルスは、集光レンズレ２４を介して、液晶パネル３４に与えられ、液晶パネル３４の光透過領域４００ｂ（図８（ｂ）参照）を透過し、ダイクロイックミラー４２に与えられる。
さらに、光源駆動部１８が試験用光源１６を駆動し、試験用光源１６から試験用光パルスを、試験用光源１４よりも時間Δｔ２だけ遅らせて、出力させる（図９（ｃ）参照）。この試験用光パルスは、集光レンズレ２６を介して、液晶パネル３６に与えられ、液晶パネル３６の光透過領域４００ｃ（図８（ｃ）参照）を透過し、ダイクロイックミラー４２に与えられる。
液晶パネル３２、３４、３６を透過した試験用光パルスは、ダイクロイックミラー４２により合波され、結像レンズ５０を介して、光学測定器具２の受光部２ｂに与えられる（受光工程）。
光学測定器具２は、受光工程の受光結果に基づき、距離一定面４ａ、距離一定面４ｂおよび距離一定面４ｃのいずれか一つ以上の形状を取得する（形状取得工程）。
例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ａ、光透過領域４００ｂおよび光透過領域４００ｃの形状を取得する。すると、段差（面間距離）Ｌ１、Ｌ２を有する入射対象４の画像を取得したと同様のこととなる。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｃの形状のそれぞれを、距離一定面４ａ、距離一定面４ｂおよび距離一定面４ｃの形状とする。
または、例えば、光学測定器具２は、光透過領域４００ｂのみの形状を取得する。すると、入射対象４の距離一定面４ｂの画像を取得したと同様のこととなる（距離一定面４ａは単なるノイズであり、距離一定面４ｃは単なる背景に過ぎない）。よって、光学測定器具２は、取得した光透過領域４００ｂの形状を、距離一定面４ｂの形状とする。
最後に、取得された形状に基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）。距離一定面４ａ、距離一定面４ｂおよび距離一定面４ｃの形状を取得した場合は、取得された距離一定面４ａ、４ｂ、４ｃの形状を、既知である真の距離一定面４ａ、４ｂ、４ｃの形状と比較し、どの程度、真の値に近いかによって、受光性能を評価する。距離一定面４ｂの形状を取得した場合は、それを既知である真の距離一定面４ｂの形状と比較し、どの程度、真の値に近いかによって、受光性能を評価する。
第二の実施形態によっても、第一の実施形態と同様な効果を奏する。
なお、第一の実施形態の変形例と同様に、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの境界を取得して距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの境界とし、光透過領域４００ｂおよび光透過領域４００ｃの境界を取得して距離一定面４ｂおよび距離一定面４ｃの境界とし（境界取得工程）、取得した境界に基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）ようにしてもよい。この場合も、取得された境界が、どの程度ぼやけているかによって、受光性能の一種である受光部２ｂの隣接画素間のクロストークを評価することができる。ぼやけ方が大きいほど、クロストークが大きく、性能が悪いということになる。
なお、第二の実施形態においては、３個の試験用光パルスを合波したが、合波部を追加すれば、４個以上の試験用光パルスの合波も可能である。
第三の実施形態
第三の実施形態にかかる光学試験用装置１は、光学測定器具２の距離測定の試験を行う点が第一の実施形態と異なる。
本発明の第三の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する（図３参照）。ただし、入射対象４（図１０参照）、光透過領域４００ａ、４００ｂ（図１１参照）および試験用光パルスの出力タイミング（図１２参照）が、第一の実施形態と異なるので、以下に説明する。
図１０は、第三の実施形態にかかる入射対象４の平面図（図１０（ａ））、正面図（図１０（ｂ））である。
図１０を参照して、入射対象４は、横方向（Ｘ方向：図１０（ａ）参照）に並んだ２個の楕円柱である。左側の楕円柱の高さは、右側の楕円柱の高さよりもＬ３だけ低い。光学測定器具２は入射対象４の真上にあり、２個の楕円柱の頂面である面４ａおよび面４ｂは、光学測定器具２からの距離が一定である。以後、面４ａおよび面４ｂを、距離一定面４ａ、４ｂという。なお、距離一定面４ａと距離一定面４ｂとの間の距離（以後、「面間距離」という）はＬ３である。また、２個の楕円柱の間隔（左側の楕円柱の右端と、右側の楕円柱の左端との間の距離）をΔｘとする。
図１２は、第三の実施形態にかかる試験用光源１２の出力する試験用光パルス（図１２（ａ））、試験用光源１４の出力する試験用光パルス（図１２（ｂ））のタイミングチャートである。
試験用光源１２の出力する試験用光パルスの出力タイミングよりも時間Δｔ３だけ早く、試験用光源１４が試験用光パルスを出力する。ただし、Δｔ３は、Ｌ３＝（１／２）×ｃ×Δｔ３が成立する値である。ただし、ｃは光速である。
ここで、試験用光源１２からハーフミラー４０までの光路長と、試験用光源１４からハーフミラー４０までの光路長とは同じ値である。
すると、試験用光パルスの各々が、試験用光源１２、１４の各々から出力されてから、ハーフミラー（合波部）４０に到達するまでの到達時間はΔｔ３だけ異なる。このΔｔ３は、上記のとおり（Ｌ３＝（１／２）×ｃ×Δｔ３）、距離一定面４ａ、４ｂの間の面間距離Ｌ３に対応する値である。
図１１は、第三の実施形態にかかる液晶パネル（光透過部材）３２の光透過領域４００ａ（図１１（ａ））、液晶パネル（光透過部材）３４の光透過領域４００ｂ（図１１（ｂ））、受光部２ｂにおける受光画像４００（図１１（ｃ））を示す図である。
図１１（ａ）を参照して、光透過領域４００ａは距離一定面４ａに対応する。例えば、光透過領域４００ａと距離一定面４ａとは同一の形状である。
図１１（ｂ）を参照して、光透過領域４００ｂは距離一定面４ｂに対応する。例えば、光透過領域４００ｂと距離一定面４ｂとは同一の形状である。
図１１（ｃ）を参照して、受光部２ｂにおける受光画像４００は、光透過領域４００ａを透過した試験用光パルスおよび光透過領域４００ｂを透過した試験用光パルスを重ね合わせたものとなり、実際に入射対象４からの反射光パルスを受光部２ｂにより受光したものに相当する。ただし、ハーフミラー４０により左右反転するため、受光部２ｂにおいては（図１１（ｃ）参照）、右端にあった光透過領域４００ａ（図１１（ａ）参照）が左端に、左端にあった光透過領域４００ｂ（図１１（ｂ）参照）が右端に移動している。
次に、第三の実施形態の動作を説明する。
第三の実施形態の動作も、受光工程までは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
光学測定器具２は、受光工程の受光結果（段差（面間距離）Ｌ３を有する入射対象４の画像を取得したと同様のこととなる）に基づき、距離一定面４ａおよび距離一定面４ｂの間の面間距離Ｌ３を取得する（面間距離取得工程）。最後に、取得された面間距離Ｌ３に基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）。
なお、光透過領域４００ａを透過した試験用光パルスは、光透過領域４００ｂを透過した試験用光パルスよりも、時間Δｔ３だけ遅く受光部２ｂに与えられる。面間距離取得工程においては、この時間Δｔ３を、受光部２ｂにおいて検出し、面間距離Ｌ３（＝（１／２）×ｃ×Δｔ３）を求める。
図１３は、第三の実施形態にかかる光学試験用装置１を用いたときの光学測定器具２による測定結果を示す図であり、理想的な測定結果（図１３（ａ））、実際の測定結果（図１３（ｂ））、測定不能な場合の実際の測定結果（図１３（ｃ））を示す。
図１３（ａ）を参照して、理想的には、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂにかかわる測定結果のＬ座標（光学測定器具２と入射対象４との距離Ｌに相当）は一定値をとり、それらの間の差がＬ３となる。
しかし、図１３（ｂ）を参照して、実際には、測定誤差があるので、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂにかかわる測定結果のＬ座標（距離Ｌに相当）は、一定値をとらず、受光部２ｂの画素ごとにある程度のばらつきがある。このような場合であっても、光透過領域４００ａ（光透過領域４００ｂ）にかかわる測定結果のＬ座標について、中央値または平均値などをとることにより、測定結果間の差がほぼＬ３に等しいものとなる。
しかし、図１３（ｃ）を参照して、面間距離Ｌ３が小さくなると、光透過領域４００ａ（光透過領域４００ｂ）にかかわる測定結果のＬ座標が重なってしまい、光透過領域４００ａおよび光透過領域４００ｂの測定結果のＬ座標の間の差から、面間距離Ｌ３を求めることができなくなる。
図１３（ｃ）のようにならずに測定可能な面間距離Ｌ３の最小値（すなわち、分解能）を求めることで、光学測定器具２の受光性能を評価することができる。
第三の実施形態によれば、実際に測定することが想定される実環境（例えば、入射対象４）を再現することなく光学測定器具２の試験（光学測定器具２のＬ方向の距離測定の分解能の測定）を行うことができる。
第四の実施形態
第四の実施形態にかかる光学試験用装置１は、光学測定器具２の水平方向（Ｘ方向）の位置測定の試験を行う点が第三の実施形態と異なる。
本発明の第四の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。
次に、第四の実施形態の動作を説明する。
第四の実施形態の動作も、受光工程までは、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。
光学測定器具２は、受光工程の受光結果（段差（面間距離）Ｌ３を有する入射対象４の画像を取得したと同様のこととなる）に基づき、入射対象４における任意の２点間（例えば、図１０における左側の楕円柱の右端と、右側の楕円柱の左端）の水平方向距離（例えば図１０におけるΔｘ）を取得する（水平方向距離取得工程）。ただし、水平方向（Ｘ方向）は、距離一定面４ａ、４ｂの法線方向と直交する方向である（図１０参照）。最後に、取得された水平方向距離Δｘに基づき、光学測定器具２の受光性能を評価する（性能評価工程）。
なお、水平方向距離取得工程においては、受光部２ｂにおいて光透過領域４００ａを透過した試験用光パルスから得られた画像の右端（図１０における左側の楕円柱の右端に相当）と、受光部２ｂにおいて光透過領域４００ｂを透過した試験用光パルスから得られた画像の左端（図１０における右側の楕円柱の左端）との距離を水平方向距離Δｘとする。
図１４は、第四の実施形態にかかる光学試験用装置１を用いたときの光学測定器具２による測定結果を示す図であり、理想的な測定結果（図１４（ａ））、実際の測定結果（図１４（ｂ））、測定不能な場合の実際の測定結果（図１４（ｃ））を示す。
図１４（ａ）を参照して、理想的には、光透過領域４００ａの右端および光透過領域４００ｂの左端にかかわる測定結果のＸ座標は一つの値をとり、それらの間の差がΔｘとなる。
しかし、図１４（ｂ）を参照して、実際には、測定誤差があるので、光透過領域４００ａの右端および光透過領域４００ｂの左端にかかわる測定結果のＸ座標は、一定値をとらず、受光部２ｂの画素ごとにある程度のばらつきがある。このような場合であっても、光透過領域４００ａの右端（光透過領域４００ｂの左端）にかかわる測定結果のＸ座標について、中央値または平均値などをとることにより、測定結果間の差がほぼΔｘに等しいものとなる。
しかし、図１４（ｃ）を参照して、Δｘが小さくなると、光透過領域４００ａの右端および光透過領域４００ｂの左端にかかわる測定結果のＸ座標が重なってしまい、光透過領域４００ａの右端および光透過領域４００ｂの左端の測定結果のＸ座標の間の差から、Δｘを求めることができなくなる。
図１４（ｃ）のようにならずに測定可能な水平方向距離Δｘの最小値（すなわち、分解能）を求めることで、光学測定器具２の受光性能を評価することができる。
第四の実施形態によれば、実際に測定することが想定される実環境を再現することなく光学測定器具２の試験（光学測定器具２の水平方向（Ｘ方向）の位置測定の分解能の測定）を行うことができる。
２ 光学測定器具
２ａ 光源
２ｂ 受光部
４ 入射対象
４ａ、４ｂ、４ｃ 距離一定面
１ 光学試験用装置
１２、１４、１６ 試験用光源
２２、２４、２６ 集光レンズ
１８ 光源駆動部
３２、３４、３６ 液晶パネル（光透過部材）
４００ａ、４００ｂ 光透過領域
４００ 受光画像
３８ 液晶パネル駆動部
４０ ハーフミラー（合波部）
４２ ダイクロイックミラー（合波部）
５０ 結像レンズ

Claims (13)

  1. 光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用する光学試験用装置であって、
    試験用光パルスを出力する２以上の試験用光源と、
    光透過領域を有し、前記２以上の試験用光源の各々から前記試験用光パルスを受けて前記光透過領域を透過させる２以上の光透過部材と、
    前記２以上の光透過部材を透過した前記試験用光パルスを合波し、前記光学測定器具に与える合波部と、
    を備え、
    前記光透過領域が、前記入射対象において前記光学測定器具からの距離が一定である距離一定面の各々に対応し、
    前記試験用光パルスの各々が出力されてから、前記合波部に到達するまでの到達時間が異なり、
    前記到達時間の差が、前記距離一定面の間の面間距離に対応する、
    光学試験用装置。
  2. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記光学測定器具がＴｏＦセンサである、
    光学試験用装置。
  3. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記試験用光源が、レーザダイオードである、
    光学試験用装置。
  4. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記試験用光源が、発光ダイオードである、
    光学試験用装置。
  5. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記光透過部材が、液晶パネルである、
    光学試験用装置。
  6. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記光透過部材が、フィルムである、
    光学試験用装置。
  7. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記合波部が、ハーフミラーである、
    光学試験用装置。
  8. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記合波部が、ダイクロイックミラーである、
    光学試験用装置。
  9. 請求項１に記載の光学試験用装置であって、
    前記合波部が、偏光ビームスプリッタである、
    光学試験用装置。
  10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、
    前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面のいずれか一つ以上の形状を取得する形状取得工程と、
    取得された前記形状に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程と、
    を備えた光学測定器具の試験方法。
  11. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、
    前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面の境界を取得する境界取得工程と、
    取得された前記境界に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程と、
    を備えた光学測定器具の試験方法。
  12. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、
    前記受光工程の受光結果に基づき、前記距離一定面の間の面間距離を取得する面間距離取得工程と、
    取得された前記面間距離に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程と、
    を備えた光学測定器具の試験方法。
  13. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光学試験用装置から前記試験用光パルスを合波したものを、前記光学測定器具により受ける受光工程と、
    前記受光工程の受光結果に基づき、前記入射対象における任意の２点間の水平方向距離を取得する水平方向距離取得工程と、
    取得された前記水平方向距離に基づき、前記光学測定器具の受光性能を評価する性能評価工程と、
    を備え、
    前記水平方向は、前記距離一定面の法線方向と直交する方向である、
    光学測定器具の試験方法。
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