JP2006292585A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 三刺激値フィルタを用いることなしに、高速、低コスト、高精度の輝度及び色度測定を行うようにする。
【解決手段】 被測定対象物５を各原色信号成分に分離して撮像する撮像部２と、予め測定された各原色信号の輝度及び色度の基準値に基づいて算出された各原色ごとの補正値を記憶する記憶部１０と、撮像部２で撮像で得られた各原色信号の輝度を、記憶部１０で記憶された補正値を使用して各原色信号で個別に校正して、輝度及び色度の測定値を得る演算処理部１３とを備えて、各原色信号ごとの個別の校正で正確な輝度及び色度の測定ができるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばディスプレイパネル等の表示検査工程において、被測定対象物であるディスプレイに表示される画像を撮像したデータから得られた輝度及び色度を測定する測定装置及び測定方法に関する。

従来、フラットパネルディスプレイ等のディスプレイ装置に対する表示検査工程時の輝度、色度測定において、白黒のＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）カメラなどのビデオカメラを使用した輝度色度測定装置が用いられていた。ここで、輝度とは、光の強さを表す値であり、色度とは、xy色度図から定まる、ある色から明るさの成分を除いた値である。

この測定装置を使用する場合、人間の眼のスペクトル感度に関連する三刺激値を応用した、三刺激値フィルタと称されるフィルタを使用することで、輝度、色度を測定していた。三刺激値とは、加法混色に基づき、全ての色を仮想の光の三原色である、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の混合量で色を表示する場合に、Ｒ、Ｇ、ＢはそれぞれＸ、Ｙ、Ｚと置換し、Ｙのみ明るさを持ち合わせるような値である。従来の輝度、色度測定においては、Ｘ、Ｙ、Ｚの３枚で構成される三刺激値フィルタを回転させ、各フィルタにより設定される固有の帯域幅の光線を透過させることで、三刺激値を取得し、輝度、色度を算出していた。

輝度、色度の測定を行った結果、得られた測定値には測定機器の影響、色の特性等により測定誤差が生じているため所定の補正処理を行う必要がある。いくつかの補正処理を測定値に実施することで、測定値が校正され、測定誤差の影響を排除した補正値を得ることができる。

特許文献１には、カラービデオカメラの出力映像信号レベルＲ、Ｇ、Ｂと、所定定数行列により三刺激値を求める測定段階前の、所定定数行列を求める校正段階において、色毎に色度分布上の所定の範囲を複数ポイントで表わし、この複数ポイントを元に色度輝度測定時の所定定数行列を求め、色度輝度測定を行う校正方式について記載してある。
特開２００４−１２０３９３号公報（図１）

これまで白黒のビデオカメラを使用して輝度、色度測定を行う場合、上述した３枚の三刺激値フィルタを回転し、それぞれのフィルタを使用して個別にデータを取得するようにしていたので、測定に時間を要していた。具体的には、測定時間に数秒から十数秒かかっていたため、素早く測定を行うことが求められていた。

また、３枚の三刺激値フィルタを回転させる機構が必要であるため、測定装置に設置したカメラの構造が複雑になってしまい、装置の保守時に際して簡単にメンテナンスが行えないという問題があった。また、三刺激値フィルタの特性が理論値通りにならないため、測定誤差が生じてしまうことにより、得られた測定値の信頼性に問題がある、といったような様々な問題点が存在していた。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、簡単な構成で手軽かつ高速に輝度及び色度の測定ができるようにすることを目的とする。

本発明は、被測定対象物を各原色信号成分に分離して撮像し、予め測定された各原色信号の輝度及び色度の基準値に基づいて算出された各原色ごとの補正値を記憶し、撮像で得られた各原色信号の輝度及び色度を、記憶された補正値を使用して各原色信号で個別に校正して、輝度及び色度の測定値を得るようにしたものである。

このようにしたことで、カラー撮像部を使用して撮像された信号から、正確な輝度及び色度測定が出来る。

本発明によれば、カラー撮像部を使用して撮像された信号から、正確な輝度及び色度測定が出来、例えばディスプレイに表示される画面を撮像して輝度及び色度測定することで、ディスプレイの輝度むら、色むらなどを正確かつ迅速に測定することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、ディスプレイパネル等の表示装置の検査工程において、パネル面の輝度、及び色度検査を行う輝度色度測定装置に適用した例としてある。

まず、本例の輝度色度測定装置の外部構成例について説明する。図１は、ディスプレイパネルの輝度色度検査工程における輝度色度測定装置１の構成例を示してあり、輝度色度測定装置１は、コンピュータ４、ディスプレイ１４、キーボード１５、マウス１６、カラーカメラ２、レンズ３により構成される。輝度色度測定が行われるディスプレイパネルとして設置された被測定対象物５に対して、赤、緑、青の３原色処理でカラー撮像が可能な撮像部としてのカラーカメラ２で撮像を行うようにしている。カラーカメラ２には、撮像用のレンズ３が取り付けてある。カラーカメラ２で赤、緑、青の３原色信号を撮像する処理としては、例えば、それぞれの原色の固体撮像素子を個別に備えた３板式のカラービデオカメラを使用する場合と、１つの固体撮像素子上に各原色の撮像画素が配置された単板式のカラービデオカメラのいずれでもよい。

カラーカメラ２は、撮像された各原色信号、即ち赤データ、緑データ、青データを個別にコンピュータ４に送って、取り込ませる構成としてある。コンピュータ４は、輝度色度測定の計算、制御等を行う。コンピュータ４で取り込まれた撮像データは、後述する所定の補正処理を施され、ディスプレイ１４に表示される。測定担当者は、コンピュータ４に、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格のインタフェースで接続されたキーボード１５、及びマウス１６を用いることで、コンピュータ４を操作し、所定の測定制御を行うことが可能である。

次に、輝度色度測定装置１の内部構成例について図２のブロック図を参照して説明する。被測定対象物５に向けられたカラーカメラ２は、レンズ３を通して被測定対象物５の表面を撮像したカラー画像データを取得する。コンピュータ４内のカメラインタフェース基板１２には、カラーカメラ２から画像データが、赤データ、緑データ、青データがそれぞれ個別に供給される。コンピュータ４が取り込んだ画像データは、原画像データとして、カメラインタフェース基板１２からシステムバスを介して、書換え可能なＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いたメモリ１１に、一時データが保存される。画像データから輝度、色度を算出するための校正処理、及びコンピュータ４内のデバイス制御等を行う演算処理部である中央制御ユニット（以下ＣＰＵ：Central Processing Unitと称す）１３により、メモリ１１に格納された画像データは随時読み出され、所定の校正処理を行う。校正処理後の補正された画像データは、同様にメモリ１１に保存される。補正された画像データ、原画像データ、所定の校正処理を行うアプリケーションプログラム等は、随時ディスプレイ１４に表示され、測定担当者によるキーボード１５、又はマウス１６による測定制御が行われる。最終結果は、大容量記憶部であるハードディスクドライブ１０に保存される。なお、本例の輝度色度測定、及び校正処理は、少なくとも一部を自動化することも可能である。

次に、本例の輝度、色度を算出するための補正処理について説明する。カラーカメラ２から得られた赤データ、緑データ、青データから、輝度、色度を算出するためには、４つの補正処理を行うことが必要となる。それぞれの補正処理を行うための補正データは、後述する校正処理（カメラのブラックレベル校正、シェーディング校正、クロストーク校正、輝度／色度校正）によって得ることができる。即ち、図３のフローチャートに示すように、ブラックレベル校正用の補正データ取得処理（ステップＳ１１）と、シェーディング校正用の補正データ取得処理（ステップＳ１２）と、クロストーク校正用の補正データ取得処理（ステップＳ１３）と、輝度／色度校正用の補正データ取得処理（ステップＳ１４）とを、予め実行する。各補正データを取得する順序は図３では一例を示したものである。以下に各校正処理について説明する。

（１）カメラのブラックレベル校正
通常、カラーカメラ２に光が入らない状態（レンズ３にキャップをした状態）においても、わずかながらの出力レベルが検出されてしまう。このため、レンズ３にキャップをした状態で、この出力値（例えば８ビットの場合、０〜２５５）を補正データとして、ハードディスクドライブ１０に保存する。

（２）カメラ（レンズ）のシェーディング校正
また、カラーカメラ２のレンズ３の歪み等の影響により、カラーカメラ２で撮像された画像の周辺部分には輝度の低下が発生している。この輝度の低下を補正しないと正確な二次元での輝度、色度は算出できない。シェーディング校正は通常、積分球などの均一物をカラーカメラ２で撮像し、カラーカメラ２における視野内の最大値を１とした割合のデータ（二次元）をＨＤＤ１０に保存する。積分球などが用意できない場合は、レンズを光源に近づける、光源の前面に拡散板を設置する等で仮想的に均一な光源を得るようにするとよい。

（３）カメラのクロストーク校正
また、カラーカメラ２の赤、緑、青のカラーフィルタの分光特性と、被測定対象物５の分光特性は一致しないことが一般的である。つまり、被測定対象物５の緑成分はカラーカメラ２の緑出力だけでなく、赤、青出力にも漏れてくるものであり、このような影響をクロストークと称する。このため、測定値から不要な成分の漏れを排除する必要がある。被測定対象物５として、例えば、液晶モニタのパネル部分を想定した場合、赤、緑、青の単色毎に測定することで、クロストーク校正として、以下のようなマトリックスデータを得て、ハードディスクドライブ１０に保存する。

ここで、
Ｒ／Ｇは緑の被測定対象物５に対しての赤のカメラ出力、
Ｒ／Ｂは青の被測定対象物５に対しての赤のカメラ出力、
Ｇ／Ｒは赤の被測定対象物５に対しての緑のカメラ出力、
Ｇ／Ｂは青の被測定対象物５に対しての緑のカメラ出力、
Ｂ／Ｒは赤の被測定対象物５に対しての青のカメラ出力、
Ｂ／Ｇは緑の被測定対象物５に対しての青のカメラ出力
である。

（４）カメラの輝度／色度校正
また、カラーカメラ２で輝度、色度を測定する場合は、被測定対象物５の赤、緑、青成分の基準となる輝度、色度データが必要になる。この基準となる輝度データ及び色度データは、分光放射輝度計などで測定される。ただし、カラーカメラ２で輝度だけを測定する場合は、被測定対象物５の輝度データのみが基準データとして必要になる。同時に、被測定対象物５の赤成分の赤カメラ出力値（例えば８ビットの場合、０〜２５５）、緑成分の緑カメラ出力値、青成分の青出力値をハードディスクドライブ１０に保存する。

以上より、必要な補正データは全てハードディスクドライブ１０内に保存されたことになる。次に、実際の測定における輝度、色度を算出する処理について説明する。なお、以下の処理は測定が行われる二次元平面ディスプレイの内、任意の１画素について行うこととする。被測定対象物５のディスプレイをカラーカメラ２で測定し、赤、緑、青出力値をr、g、bとし、ブラックレベル校正を行った校正値をrb、gb、bbとした時に、ブラックレベル補正の式は、
r−rb
g−gb -----(式２)
b−bb
となる。

更に、シェーディング校正を行った校正値をrs、gs、bsとしたときに、シェーディング補正の式は、
(r−rb)／rs
(g−gb)／gs -----(式３)
(b−bb)／bs
となる。

更に、クロストーク補正の式は、クロストーク校正から、被測定対象物５の純粋な赤、緑、青成分としてr’、g’、b’とおくと、ここで初めて、次式として求まる。

ここで、輝度／色度校正で得られた各原色ごとの補正データを下記のようにハードディスクドライブ１０に保存する。
分光放射輝度計など 赤 緑 青
色度 xr,yr xg,yg xb,yb
輝度 Yr Yg Yb

カラーカメラ 赤 緑 青
カメラ出力データ rc gc bc
ここで、重要なことは、分光放射輝度計などの測定器で測定した位置と測定エリアが、カラーカメラ２で測定した位置と測定エリアと一致していることである。

そして、被測定対象物５の赤、緑、青の三刺激値をXr、Xg、Xb、Yr、Yg、Yb、Zr、Zg、Zb、被測定対象物５の発光比率をr、g、bとし、被測定対象物５の三刺激値をX、Y、Zとすると、次式となることが知られている。

そして、一般的な公式

を用いて、

と変形でき、更に、下記の一般的な公式

を使用し、（式６）を展開する。

以上より、求める輝度Y、色度x,yは、以下の(式７、８、９)で表される。

このようにすることで、カラーカメラ２を用いて被測定対象物５の任意の１画素についての輝度、色度を所定の校正を施して補正することが可能となった。

以上説明した本実施の形態によると、複数枚のフィルタ（三刺激値フィルタは通常３枚）を使用しないで行うことができる輝度及び色度の測定処理であるため、フィルタの回転時間を考慮する必要がなく、高速に被測定対象物５の測定を行うことが可能となるという効果がある。この測定処理を用いた場合、現時点での測定時間は約１秒間要しているが、コンピュータ４の計算性能が上がると更なる測定処理の高速化が望める。

また、複数枚のフィルタ（三刺激値フィルタは通常３枚）を切り替える必要がないので、フィルタの可動機構を作りこむ必要がなくなる。これにより、部品点数を減少させることができ、装置の保守作業時においても手軽にメンテナンスを行うことができるという効果がある。

また、所定のアプリケーションプログラムを用いるだけで、ユーザレベルで全ての校正処理を実施することができ、被測定対象物５に合わせた校正処理が可能である。また、輝度色度測定装置１は簡単な構成としてあり、特別な光源、装置などを使用しないため、輝度色度測定装置１を構成する全ての機器について市販品を流用できるので、以前に比べて格安に装置を製作できるという効果があり、コストメリットが高い。

なお、上述した実施の形態では１画素に対する校正処理を行うことで補正結果を得たが、被測定対象物５の二次元データとしてディスプレイ全体を測定するような場合においても、測定対象となる画素全てに対して同様の校正処理を行うことで、補正結果を得ることが可能である。

また、上述した実施の形態ではカラーカメラ２を用いて測定を行ったが、赤、緑、青のフィルタを備えたフォトセンサ等の光電素子を用いて同様な測定、計算を行うことにより、被測定対象物の輝度、色度を算出する構成としてもよい。このような光電素子を用いた場合、より高精度に被測定対象物の輝度、色度測定を行うことができるという効果がある。

また、上述した実施の形態では、輝度と色度の双方の検出データを校正するようにしたが、例えば撮像信号に基づいて赤、緑、青の原色ごとの輝度データだけを得て、その各原色ごとの輝度だけを校正して、輝度の測定値を得るようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、ディスプレイ装置に表示される画像から輝度及び色度を測定するようにしたが、その他の被測定対象物を撮像して測定する場合にも適用可能である。

本発明の一実施の形態における輝度色度測定装置の接続例を示した構成図である。 本発明の一実施の形態における輝度色度測定装置の内部構成例を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態における補正データの取得例を示したフローチャートである。

符号の説明

１…輝度色度測定装置、２…カメラ、３…レンズ、４…コンピュータ、５…被測定対象物、１０…ハードディスクドライブ、１１…メモリ、１２…カメラインタフェース基板、１３…中央制御ユニット（ＣＰＵ）、１４…ディスプレイ、１５…キーボード、１６…マウス

Claims (5)

1. 被測定対象物を各原色信号成分に分離して撮像するカラー撮像部と、
   予め測定された各原色信号の輝度及び色度の基準値に基づいて算出された、各原色ごとの補正値を記憶する記憶部と、
   前記カラー撮像部が撮像して出力する各原色信号の輝度及び色度を、前記記憶部に記憶された補正値を使用して各原色信号で個別に校正する演算部とを備えることを特徴とする
   測定装置。
2. 請求項１記載の測定装置において、
   前記記憶部は、黒レベルの補正値についても記憶し、
   前記演算部は、前記黒レベルの補正値に基づいて黒レベルの校正演算についても行うようにしたことを特徴とする
   測定装置。
3. 請求項１記載の測定装置において、
   前記記憶部は、シェーディングの補正値についても記憶し、
   前記演算部は、前記シェーディング補正値に基づいてシェーディングの校正演算についても行うようにしたことを特徴とする
   測定装置。
4. 請求項１記載の測定装置において、
   前記記憶部は、各原色間のクロストークの補正値についても記憶し、
   前記演算部は、前記クロストークの補正値に基づいてクロストークの校正演算についても行うようにしたことを特徴とする
   測定装置。
5. 被測定対象物を各原色信号成分に分離して撮像し、
   予め測定された各原色信号の輝度及び色度の基準値に基づいて算出された、各原色ごとの補正値を記憶し、
   前記撮像で得られた各原色信号の輝度及び色度を、前記補正値を使用して各原色信号で個別に校正することを特徴とする
   測定方法。
   

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