JP2008076142A

JP2008076142A - 光量測定装置および光量測定方法

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Publication number: JP2008076142A
Application number: JP2006254092A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hirai; 篤史平井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】被測定物の表面に沿って撮像手段を移動させつつ撮像した発光点の光量測定において、測定精度を高めるとともに高速化を図ることができる光量測定装置および光量測定方法を提供すること。
【解決手段】一軸ステージ２でプリントヘッドＷを移動させつつラインセンサーカメラ３で撮像した撮像画像に基づき、個々の発光点の光量値を算出するとともに、レーザー変位計４で計測した撮像距離に基づいて光量値を補正することで、移動中にラインセンサーカメラ３からプリントヘッドＷまでの撮像距離が変動したとしても、この変動量に伴うピントずれを補正して正確な光量値を得ることができる。従って、撮像距離が変動しやすい長尺なプリントヘッドＷを撮像して個々の発光点の光量値を算出する際に、撮像距離の変動の影響を除去した正確な光量値が測定でき、測定精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリントヘッドや画像表示デバイス等の発光点を複数有した被測定物における発光点ごとの光量を測定し、発光点の欠陥を検出するため光量測定装置および光量測定方法に関する。

従来、レーザー光源やＬＥＤ（Light-Emitting Diode）等の発光点を複数有したプリントヘッドにおける個々の発光点の光量を測定する装置として、発光点の露光量を測定するラインＣＣＤ（Charge-Coupled Device ）と、このラインＣＣＤをプリントヘッドの長尺方向に移動させる移動ステージと、ラインＣＣＤからの出力を画像処理する処理部（コンピュータ）とを備えた光量測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置では、被測定物であるＬＥＤプリントヘッドの長尺方向に沿って撮像手段であるラインＣＣＤを移動させつつ、このラインＣＣＤでプリントヘッドの発光素子（発光点）を撮像し、取得した画像データに基づいて発光素子の露光量が算出されるようになっている。

特開２００４−１８８８４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の測定装置では、被測定物が長尺のＬＥＤプリントヘッドであり、このプリントヘッドに沿ってラインＣＣＤを移動させる際に、プリントヘッドとラインＣＣＤとの距離が変動してしまう可能性がある。このように被測定物との距離が変動してしまうと、ラインＣＣＤの焦点距離と合致せずに撮像した画像がぼけてしまい、発光点の光量が正確に算出できず測定精度が低下するという問題がある。
なお、このような問題は、被測定物が長尺のものに限らず、平面的に拡がりを持った平板状の被測定物における発光点の光量を測定する場合にも、同様の問題がある。

本発明の目的は、被測定物の表面に沿って撮像手段を移動させつつ撮像した発光点の光量測定において、測定精度を高めるとともに高速化を図ることができる光量測定装置および光量測定方法を提供することにある。

本発明の光量測定装置は、複数の発光点を有した被測定物における前記発光点ごとの光量を測定する光量測定装置であって、前記発光点を有した前記被測定物の測定面を撮像して撮像画像を出力する撮像手段と、前記撮像手段が前記測定面に沿うように前記被測定物および前記撮像手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記測定面に沿った移動中における前記撮像手段から前記被測定物までの撮像距離を計測する距離計測手段と、前記撮像手段、移動手段および距離計測手段を制御し、前記移動手段によって前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させるとともに、相対移動中における前記撮像画像を前記撮像手段に撮像させ、かつ前記撮像距離を前記距離計測手段に計測させる制御手段と、前記撮像画像中の前記発光点の画像に基づいて個々の発光点の光量値を算出する光量値算出手段と、予め測定しておいた前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係と、前記個々の発光点位置に対応した前記撮像距離とに基づいて、前記算出した光量値を補正する光量値補正手段とを備えたことを特徴とする。

このような本発明では、移動手段による相対移動中に撮像した撮像画像に基づいて個々の発光点の光量値を算出するとともに、計測した撮像距離に基づいて光量値を補正することで、相対移動中に撮像手段から被測定物までの撮像距離が変動したとしても、この変動量に伴うピントずれを補正して正確な光量値を得ることができ、測定精度を向上させることができる。従って、撮像距離が変動しやすい長尺なプリントヘッド等の被測定物であったり、平面的に拡がりを持った平板状の画像表示デバイス等の被測定物であったりしても、撮像距離の変動の影響を除去した正確な光量値が測定できる。
また、相対移動中に撮像距離が変動したとしても光量値が補正可能なので、移動手段として移動精度がさほど高くないものであっても利用でき、測定装置の構造を簡単化することができる。さらに、移動手段による移動速度を上げた場合には撮像距離の変動が大きくなりやすいが、このような高速な移動により撮像および距離計測を高速化した場合でも、補正により正確な光量値が得られるため、測定時間の短縮を図ることができる。

本発明において、前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係は、欠陥のない発光点における複数の撮像距離で撮像した撮像画像から算出した複数の光量値に基づき、前記撮像距離の変動量に対する前記光量値の変化量を表す所定の関数として設定されていることが好ましい。
さらに、前記撮像距離の変動量に対する前記光量値の変化量の関係は、前記光量値の変化量は、前記撮像距離の変動量を変数とする６次関数で設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、光量値の変化量が撮像距離の変動量の関数で設定されているので、計測された撮像距離に基づく演算によって即座に光量値を補正することができ、測定の高速化を一層促進させることができる。また、撮像距離の変動量を変数とする６次関数で光量値の変化量を設定しておけば、実測値に適合した高精度の補正を実施することができる。

本発明において、前記撮像手段は、ラインセンサーであることが好ましい。
また、前記距離計測手段は、レーザー変位計であり、前記撮像手段に対して移動不能に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、撮像手段をラインセンサーで構成したことで、１ライン当たりの解像度を高めて測定精度を向上させることができるとともに、被測定物との相対移動中の撮像、つまり動きながら１ラインずつの撮像を行うことで、特に長尺な被測定物を高速に撮像でき、測定速度をさらに高速化することができる。
また、距離計測手段をレーザー変位計で構成したことで、高速かつ高精度な撮像距離の計測が実施できるとともに、このレーザー変位計を撮像手段に移動不能に設けたことで、撮像距離の計測精度をさらに高めることができる。

一方、本発明の光量測定方法は、複数の発光点を有した被測定物における前記発光点ごとの光量を測定する光量測定方法であって、前記発光点を有した前記被測定物の測定面を撮像して撮像画像を出力する撮像手段と、前記撮像手段が前記測定面に沿うように前記被測定物および前記撮像手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記測定面に沿った移動中における前記撮像手段から前記被測定物までの撮像距離を計測する距離計測手段と、前記撮像手段、移動手段および距離計測手段を制御を制御する制御手段とを備えた測定装置を用い、前記制御手段の制御に基づいて、前記移動手段にて前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させ、この相対移動中に、前記撮像手段にて前記撮像画像を撮像するとともに、前記距離計測手段にて前記撮像距離を計測し、前記撮像画像中の前記発光点の画像に基づいて個々の発光点の光量値を算出し、予め測定しておいた前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係と、前記個々の発光点位置に対応した前記撮像距離とに基づいて、前記算出した光量値を補正することを特徴とする。

このような光量測定方法によれば、前述の光量測定装置と同様に、撮像距離の変動に伴って変化する光量値を補正して正確な光量値を得ることができ、測定精度を向上させることができる。移動精度がさほど高くない移動手段が利用でき、測定装置の構造を簡単化することができるとともに、移動手段による移動速度を高めても、補正により正確な光量値が得られるため、測定時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の光量測定装置１の構成を示す図である。
光量測定装置１は、複数の発光点を有した被測定物（検査対象）であるプリントヘッドＷにおける発光点ごとの光量を測定し発光点の欠陥を検出する装置である。ここで、プリントヘッドＷは、電子写真用ラインヘッドであり、二列千鳥に並設された発光点としてのＬＥＤ素子を複数個有し、全体長尺状で３００mmを超える全長寸法を有したものである。
なお、被測定物としては、ＬＥＤ素子を有したプリントヘッドＷに限らず、レーザダイオード、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子、シリコン発光素子等の各種固体発光素子を有したプリントヘッドであってもよい。さらに、被測定物としては、有機ＥＬパネルやプラズマパネル等の各種自己発光型の画像表示デバイス、あるいはバックライト等の光源を有した透過型の液晶パネルなどであってもよい。

光量測定装置１は、セットしたプリントヘッドＷを長手方向に移動させる移動手段としての一軸ステージ２と、一軸ステージ２の上方に設けられてプリントヘッドＷの上面（測定面）を撮像する撮像手段としてのラインセンサーカメラ３と、プリントヘッドＷの上面とラインセンサーカメラ３との距離（撮像距離）を計測する距離計測手段としてのレーザー変位計４と、一軸ステージ２、ラインセンサーカメラ３およびレーザー変位計４を制御する制御手段としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）５とを備えている。

一軸ステージ２は、ＰＣ５からの指令に基づきプリントヘッドＷを図１の左右方向に一定速度で移動させるものであって、プリントヘッドＷの一方の端部から他方の端部までのストロークを有している。そして、一軸ステージ２は、プリントヘッドＷの個々のＬＥＤ素子に対応した位置情報をＰＣ５に出力する。

ラインセンサーカメラ３は、ＰＣ５からの指令に基づき、プリントヘッドＷの上面、すなわちＬＥＤ素子が配列された面を撮像し、撮像した画像に応じた信号をＰＣ５に出力する。このラインセンサーカメラ３は、具体的な図示は省略するが、光電素子が直線上に配置されたリニアセンサーであって、入射光束を集光して光電素子に照射する集光レンズや、入射光束の受光時間を変更可能とするシャッター等を備える。そして、ラインセンサーカメラ３の光電素子は、プリントヘッドＷの１つＬＥＤ素子当たりの入射光束に対して十分に大きな解像度を有しているものが好ましい。

レーザー変位計４は、ラインセンサーカメラ３の側面に固定されており、ＰＣ５からの指令に基づき、プリントヘッドＷの上面に向かってレーザー光を照射し、プリントヘッドＷの上面に反射した反射光を受光してプリントヘッドＷの上面までの距離（または距離の変動量）を計測し、計測結果である撮像距離（または撮像距離の変動量）のデータをＰＣ５に出力する。ここで、レーザー変位計４のレーザー光の光軸と、ラインセンサーカメラ３の入射光束の光軸との偏心距離は、予めＰＣ５に記憶されており、ラインセンサーカメラ３で撮像した個々のＬＥＤ素子の位置（一軸ステージ２による移動方向の位置）と、レーザー変位計４で計測した撮像距離とが対応付けられるようになっている。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５は、所定のプログラムを読み込んで実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備え、光量測定装置１全体を制御する。このＰＣ５は、図示しない制御部と、メモリ等の記憶部とを備える。制御部は、記憶部に記憶された制御プログラムにしたがって所定の処理（光量測定処理）を実行する部分であり、一軸ステージ移動制御部や、画像データ取得部、光量算出部（光量値算出手段）、撮像距離取得部、光量補正部（光量値補正手段）等を備えて構成されている。

画像データ取得部は、図２に示すように、ラインセンサーカメラ３から出力される電気信号を入力してコンピュータにて読取可能な信号（デジタル信号）に変換し、画素毎に画素値（輝度値）に関する情報を含んだ撮像画像Ｐ１を取得する。そして、画像データ取得部は、取得した検査画像データＰ１を記憶部に記憶させる。
取得した撮像画像Ｐ１には、プリントヘッドＷの１つのＬＥＤ素子当たりの撮像画像Ｐ２が含まれており、この撮像画像Ｐ２は、ラインセンサーカメラ３における複数の光電素子に対応した複数の画素で構成され、各画素における輝度値が記憶部に記憶されている。

光量算出部は、撮像画像Ｐ２に含まれる複数の画素のうち、その輝度値が所定の閾値を上回る画素を判定し、所定の閾値を上回る画素の輝度値を積算することで、各撮像画像Ｐ２に対応した１つのＬＥＤ素子の光量値として算出し、算出した光量値を記憶部に記憶させる。ここで、各画素における輝度値は、例えば、８ビット２５６階調で取得され、この場合の輝度値の閾値としては、３０に設定されている。従って、輝度値が３０未満の画素は、光量値算出の際に積算されず、輝度値が３０以上の画素の輝度値が積算されて光量値が算出されるようになっている。

撮像距離取得部は、図３に示すように、プリントヘッドＷの長手方向（一軸ステージ２による移動方向）に沿ってラインセンサーカメラ３で撮像するのと同時に、レーザー変位計４から出力される撮像距離を取得し、プリントヘッドＷの長手方向の位置（図３のグラフの横軸）と関連づけて撮像距離（図３の曲線Ｄ）を記憶部に記憶させる。従って、画像データ取得部で取得した撮像画像Ｐ１における個々のＬＥＤ素子（撮像画像Ｐ２）の位置と、このＬＥＤ素子の位置に対応した撮像距離とが関連づけられるようになっている。

光量補正部は、予め測定されて記憶部に記憶された光量値と撮像距離との関係を読み出し、この関係と前記撮像距離取得部で取得した撮像距離とに基づいて前記光量算出部で算出した光量値を補正する。具体的には、図４に示すように、撮像距離が合焦距離と一致した位置、つまりラインセンサーカメラ３のピントがプリントヘッドＷのＬＥＤ素子表面に合致した位置を基準（Ｚ変位量がゼロ）にして、この位置から上下にずれて撮像距離が長くなる（Ｚ変位量がプラス）か撮像距離が短くなった（Ｚ変位量がマイナス）場合の光量値の変動率（％）が記憶部に記憶されている。この光量値の変動率（％）は、欠陥のないＬＥＤ素子を複数の撮像距離で撮像して光量を算出し、Ｚ変位量（μm ）に関してプロットしたもの（図４中、実線で表す基準曲線Ａ）に基づき、求めた近似曲線（図４中、破線で表す基準曲線Ａ’）で設定されている。この近似曲線では、光量値の変動率ｙ（％）が、Ｚ変位量ｚを変数とする次の６次関数式（式１）で設定されている。

ｙ＝ａｚ⁶＋ｂｚ⁵＋ｃｚ⁴＋ｄｚ³+ｅｚ²+ｆｚ+ｇ …（式１）
ここで、式１右辺の係数および定数は、以下の値を採用することで、基準曲線Ａと基準曲線Ａ’との相関係数が0.9985となることを実測により確認した。
ａ＝3*10^-11、ｂ＝-3*10^-10、ｃ＝-3*10^-7、ｄ＝2*10^-6、ｅ＝1.6*10^-3、ｆ＝-1*10^-4、
ｇ＝0.0788

そして、光量補正部は、前記撮像距離取得部で取得した個々のＬＥＤ素子に対応した撮像距離に基づくＺ変位量ｚを、式１に代入して光量値の変動率ｙ（％）を算出し、この変動率ｙ（％）から光量の増大率ｙ’（ｙ’＝１＋ｙ/100）を算出する。そして、前記光量算出部で算出した個々のＬＥＤ素子に対応した撮像画像Ｐ２の光量値を、増大率ｙ’で除することで、補正後の光量値が算出されるようになっている。
なお、上述の式１は、特定の測定条件下にて求めた近似曲線の関数であり、光量値の変動率ｙを表す関数は、式１に限られるものではなく、被測定物や測定条件に応じて任意の関数を設定してもよい。さらに、光量値の変動率は、関数によって設定されるものに限らず、記憶部に記憶させたテーブルで設定されていてもよい。

上述した本実施形態によれば、以下の効果がある。
すなわち、一軸ステージ２でプリントヘッドＷを移動させつつラインセンサーカメラ３で撮像した撮像画像Ｐ１，Ｐ２に基づき、個々のＬＥＤ素子の光量値を算出するとともに、レーザー変位計４で計測した撮像距離に基づいて光量値を補正することで、移動中にラインセンサーカメラ３からプリントヘッドＷまでの撮像距離が変動したとしても、この変動量（Ｚ変位量）に伴うピントずれを補正して正確な光量値を得ることができる。従って、撮像距離が変動しやすい長尺なプリントヘッドＷを撮像して個々のＬＥＤ素子の光量値を算出する際に、撮像距離の変動の影響を除去した正確な光量値が測定でき、測定精度を向上させることができる。

また、プリントヘッドＷの移動中に撮像距離が変動したとしても光量値が補正可能なので、移動精度がさほど高くない一軸ステージ２が利用でき、光量測定装置１の構造を簡単化して装置コストを低減させることができる。さらに、撮像距離の変動が大きくなりやすい高速な移動により撮像した場合でも、補正により正確な光量値が得られるため、一軸ステージ２による移動速度を高速化して測定時間の短縮を図ることができる。

また、前記式１のように、光量値の変動率ｙが撮像距離の変動量（Ｚ変位量ｚ）の関数で設定されているので、計測された撮像距離に基づく演算によって即座に光量値を補正することができ、測定の高速化を一層促進させることができる。
また、ラインセンサーカメラ３でプリントヘッドＷを撮像することで、１ライン当たりの解像度を高めて測定精度を向上させることができるとともに、プリントヘッドＷを移動させながら１ラインずつの撮像を行うことで、長尺なプリントヘッドＷを高速に撮像でき、測定速度をさらに高速化することができる。さらに、レーザー変位計４で撮像距離を計測することで、高速かつ高精度な計測が実施できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、長尺なプリントヘッドＷの光量を測定する光量測定装置１について説明したが、本発明の光量測定装置で測定する被測定物は、長尺なものに限らず、平面的な拡がりを持つものでもよく、この場合の移動手段としては、一軸ステージ２に限らず、２次元平面上を移動可能な二軸ステージが採用可能である。また、移動手段としては、被測定物を移動させるものに限らず、撮像手段および距離計測手段を移動させてもよく、さらには、被測定物と撮像手段および距離計測手段との両者を移動させてもよい。

また、前記実施形態では、撮像手段としてラインセンサーカメラ３を採用したが、撮像手段としては、ラインセンサーの他にエリアセンサーも適用可能である。撮像手段としてエリアセンサーを採用した場合には、このエリアセンサーの撮像領域に応じた移動手段による移動方法を採用すればよく、例えば、所定領域を撮像した後に、この領域に隣接する位置まで撮像領域を移動させ、この位置で一旦移動を停止させた状態で隣接領域を撮像し、さらに次に隣接する位置に移動させるというような移動方法が採用可能である。
また、前記実施形態では、距離計測手段としてレーザー変位計４を採用したが、距離計測手段としては、レーザー変位計４に限らず任意の測距計や変位計を採用してもよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の光量測定装置の構成を示す図。前記光量測定装置で撮像した撮像画像を示す図。前記光量測定装置で計測した被測定物の撮像距離を示す図。前記光量測定装置における光量補正方法を説明する図。

符号の説明

１…光量測定装置、２…一軸ステージ（移動手段）、３…ラインセンサーカメラ（撮像手段）、４…レーザー変位計（距離計測手段）、５…パーソナルコンピュータ（制御手段、光量値算出手段、光量値補正手段）、Ｐ１，Ｐ２…撮像画像、Ｗ…プリントヘッド（被測定物）。

Claims

複数の発光点を有した被測定物における前記発光点ごとの光量を測定する光量測定装置であって、
前記発光点を有した前記被測定物の測定面を撮像して撮像画像を出力する撮像手段と、
前記撮像手段が前記測定面に沿うように前記被測定物および前記撮像手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記測定面に沿った移動中における前記撮像手段から前記被測定物までの撮像距離を計測する距離計測手段と、
前記撮像手段、移動手段および距離計測手段を制御し、前記移動手段によって前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させるとともに、相対移動中における前記撮像画像を前記撮像手段に撮像させ、かつ前記撮像距離を前記距離計測手段に計測させる制御手段と、
前記撮像画像中の前記発光点の画像に基づいて個々の発光点の光量値を算出する光量値算出手段と、
予め測定しておいた前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係と、前記個々の発光点位置に対応した前記撮像距離とに基づいて、前記算出した光量値を補正する光量値補正手段とを備えたことを特徴とする光量測定装置。
請求項１に記載の光量測定装置において、
前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係は、欠陥のない発光点における複数の撮像距離で撮像した撮像画像から算出した複数の光量値に基づき、前記撮像距離の変動量に対する前記光量値の変化量を表す所定の関数として設定されていることを特徴とする光量測定装置。
請求項２に記載の光量測定装置において、
前記撮像距離の変動量に対する前記光量値の変化量の関係は、前記光量値の変化量は、前記撮像距離の変動量を変数とする６次関数で設定されていることを特徴とする光量測定装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光量測定装置において、
前記撮像手段は、ラインセンサーであることを特徴とする光量測定装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光量測定装置において、
前記距離計測手段は、レーザー変位計であり、前記撮像手段に対して移動不能に設けられていることを特徴とする光量測定装置。
複数の発光点を有した被測定物における前記発光点ごとの光量を測定する光量測定方法であって、
前記発光点を有した前記被測定物の測定面を撮像して撮像画像を出力する撮像手段と、
前記撮像手段が前記測定面に沿うように前記被測定物および前記撮像手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記測定面に沿った移動中における前記撮像手段から前記被測定物までの撮像距離を計測する距離計測手段と、
前記撮像手段、移動手段および距離計測手段を制御を制御する制御手段とを備えた測定装置を用い、
前記制御手段の制御に基づいて、前記移動手段にて前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させ、この相対移動中に、前記撮像手段にて前記撮像画像を撮像するとともに、前記距離計測手段にて前記撮像距離を計測し、
前記撮像画像中の前記発光点の画像に基づいて個々の発光点の光量値を算出し、
予め測定しておいた前記発光点の光量値と前記撮像距離との関係と、前記個々の発光点位置に対応した前記撮像距離とに基づいて、前記算出した光量値を補正することを特徴とする光量測定方法。