JP2009141613A - 面内均一性評価装置、および面内均一性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、高精度に面内均一性を評価可能な面内均一性評価装置、および面内均一性評価方法を提供する。
【解決手段】面内均一性評価システム１は、測定対象光を受光して受光量に応じた信号電圧値の信号を出力するイメージセンサ１２２、およびイメージセンサ１２２への光路を所定のシャッタ時間間隔で遮断する電子シャッタ機能を有するイメージセンサ制御回路１２１を備えた撮像装置１０と、各イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値が限界電圧値よりも小さくなるようにシャッタ時間を設定するシャッタ条件設定手段と、設定されたシャッタ時間間隔で電子シャッタを連続駆動させ、イメージセンサにより測定対象光を撮像させる制御をする撮像制御手段と、フリッカ周期における信号電圧値の平均値を演算する電圧平均化手段と、各画素における信号電圧値の平均値に基づいて、面内の明るさの均一性を評価する評価手段と、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の面内均一性を評価する面内均一性評価装置、および面内均一性評価方法に関する。

表示装置により表示される表示画面では、光源の照明周期（フリッカ周期）により、画面内の明るさがばらつく場合があり、従来、表示装置の品質保持のため、このような明るさのばらつき、すなわち表示画面における明るさの面内均一性を評価する装置がある。
このような装置では、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの２次元イメージセンサが用いられるが、これらの２次元イメージセンサは、表示装置に対してダイナミックレンジが狭くなる。これに対して、ダイナミックレンジを拡大させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のものは、１画面の画像情報を得るために、単位撮影時間内にシャッタリング時間が異なるＭ回の高速連続撮像を実施し、得られたＭ回分の画像情報を組み合わせて１画面の画像情報を得る撮像装置である。この撮像装置では、撮像対象に明るさの異なる２つ以上の領域がある場合に、異なるシャッタリング時間で撮像対象を撮像する。ここで、シャッタリング時間が長い場合では、輝度の低い部分を良好に抽出するが、輝度の高い部分では飽和レベルを越えるおそれがある。一方、シャッタリング時間が短い場合では、輝度の高い部分を良好に抽出可能であるが、輝度の低い部分を十分に検出できずノイズレベルに埋もれるおそれがある。これに対して、この撮像装置は、これら異なるシャッタリング時間で撮像した画像を、シャッタリング時間に対応した所定の閾値の条件に従って比較演算を実施して輝度の高い部分と輝度の低い部分とを抽出し、抽出した画像を組み合わせることでダイナミックレンジを拡大した画像情報を得る。また、この撮像装置では、同一シャッタリング時間で連続撮影を実施し、線形的に輝度レベル変化を演算する。

特開２００１−１６９１８９号公報

ところで、上記特許文献１のような撮像装置では、輝度値の高い領域と低い領域とに対応してシャッタリング時間を変化させるが、シャッタリング毎のタイミングが異なるため、撮像のタイミングがずれてしまう。また、交流電源のフリッカ成分により明るさが周期的に変化する画面内を撮影する場合、シャッタリング時間を時系列に対して可変する必要があるため、シャッタリング時間をフリッカ周期に合わせて変化させるためのパルス制御回路が必要となり構成が複雑になるという問題がある。

また、フリッカ周期による明るさの最大値および最小値の変動を考慮せずにシャッタリング時間を設定している。このため、交流電源のフリッカ周期により明るさが変動する表示装置の画面を撮像する場合では、撮像装置は、撮像可能な限界値である飽和レベル以上の明るさの画像を撮像するおそれがある。この場合、画面内の正確な明るさを求めることができないと言う問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みて、簡単な構成で、高精度に面内均一性を評価可能な面内均一性評価装置、および面内均一性評価方法を提供することを目的とする。

本発明の面内均一性評価装置は、交流電圧によるフリッカ周期により面内の明るさが変化する表示装置の面内均一性を評価する面内均一性評価装置であって、前記測定対象光を受光するとともに、受光した光量に応じた信号電圧値の信号を出力する複数の受光素子、および前記受光素子への前記測定対象光の光路を所定のシャッタ時間間隔で遮断するシャッタを備えた受光手段と、各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように、前記シャッタ時間を設定するシャッタ条件設定手段と、前記シャッタ条件設定手段により設定された前記シャッタ時間間隔で、前記シャッタを連続駆動させて、前記受光手段により前記測定対象光を受光させる制御をする受光制御手段と、前記シャッタ時間毎に前記受光素子から出力される前記信号電圧値を認識するとともに、前記フリッカ周期における前記信号電圧値の平均値を演算する平均値演算手段と、各受光素子における前記信号電圧値の平均値に基づいて、前記面内の明るさの均一性を評価する評価手段と、を具備したことを特徴とする。

受光素子により測定対象光を受光する際、例えばシャッタ時間が長いと、受光素子から出力される信号電圧が限界電圧値に達してしまい、フルレンジを越える光量の測定対象光が受光素子により受光された場合でも、受光素子は、フルレンジまでの光量までしか検出することができない。これに対して、本発明によれば、シャッタにより測定対象光の光路を閉塞するタイミングであるシャッタ時間を、各受光素子から出力される信号電圧値が、この受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように設定し、フリッカ周期を複数のシャッタ時間に小分けして測定対象光を受光する。これにより、フリッカ周期を複数のシャッタ時間に小分けした各区分において、受光素子は、フルレンジを越えない分だけ測定対象光を受光することができる。したがって、各受光素子は、表示装置の面内からの測定対象光の光量に応じた信号電圧値を正確に出力することができ、これらを積算することで、１フリッカ周期分の測定対象光の光量を正確に計測することができる。
また、各受光素子において、限界電圧値を超える信号電圧値が出力されないため、これらの信号電圧値により、各受光素子で受光した分の光量を正確に計測することができる。したがって、評価手段は、これらの各受光素子に対応する各画素における正確な明るさを認識することができ、これらの各画素における明るさを比較することで面内における明るさの均一性を良好に評価することができる。

また、本発明の面内均一性評価装置では、前記シャッタ条件設定手段は、予め設定された最低シャッタ時間間隔で前記シャッタを駆動させ、前記受光手段により前記測定対象光を受光させ、前記受光素子から出力される前記信号電圧値のうちから最大電圧値を認識する初期駆動手段と、前記初期駆動手段により認識される前記最大電圧値と、前記受光素子から出力される前記信号電圧の限界電圧値より小さく設定される所定の閾値とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段により前記電圧最大値が前記閾値より小さいと判断された場合に、前記最低シャッタ時間、前記閾値、および前記電圧最大値に基づいて、前記電圧最大値が前記閾値以上前記限界電圧値未満となるシャッタ時間を設定するシャッタ時間設定手段と、を備えることが好ましい。
この発明によれば、シャッタ条件設定手段の初期駆動手段は、予め設定される最低シャッタ時間でシャッタを駆動させて、測定対象光を連続受光させて、もっとも信号電圧値が大きい最大電圧値を計測する。そして、電圧比較手段によりこの最大電圧値と、予め設定されている閾値とを比較し、最大電圧値の方が小さい場合、最適なシャッタ時間を設定する。これにより、シャッタ時間毎に出力される信号電圧値を閾値近傍の値にすることができる。したがって、例えばシャッタ時間が短すぎて、出力される信号電圧値が例えばノイズに埋もれるなどの不都合を防止でき、信号電圧値が限界電圧値を超える信号電圧値の出力もないため、各受光素子は、受光した光量に応じたより正確な信号電圧値を出力することができる。したがって、各画素における正確な明るさを計測することができ、面内均一性をより正確に評価することができる。

さらに、本発明の面内均一性評価装置では、前記シャッタ条件設定手段は、各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さく、かつ前記フリッカ周期の分数倍および整数倍のうちいずれか一方となる前記シャッタ時間を設定することが好ましい。
この発明によれば、シャッタ速度がフリッカ周期の分数倍または整数倍に設定される。シャッタ時間がフリッカ周期の分数倍に設定される場合では、交流電源のフリッカ成分により明るさが変化する場合でも、上述したように良好に各画素の明るさを検出することができる。ここで、シャッタ時間がフリッカ周期の分数倍に設定されているため、フリッカ周期とシャッタ時間とのずれが生じず、受光タイミングのずれによるノイズなどを防止することができるとともに、１フリッカ周期における画素の明るさを正確に、かつ容易に計測することができる。
また、シャッタ時間をフリッカ周期の整数倍にする場合では、例えば測定対象光の光量が小さい（明るさが暗い）場合でも、長い時間受光素子で測定対象光を受光することで、この測定対象光を良好に認識することができる。したがって、測定対象光に基づく信号電圧がノイズなどの影響による低レベルの電圧に混合されることなく、良好に測定対象光を検出することができる。この場合でも、シャッタ時間をフリッカ周期の整数倍にすることで、フリッカ周期とシャッタ時間とのずれが生じず、受光タイミングのずれによるノイズなどを防止することができるとともに、１フリッカ周期分の明るさを容易に演算することができる。

さらには、本発明の面内均一性評価装置では、前記フリッカ周期の分数倍および整数倍のうちいずれか一方となるシャッタ時間が記録される時間データを複数記憶した記憶手段を備え、前記初期設定手段は、前記記憶手段から前記シャッタ時間が最低となる時間データを認識するとともに、この時刻データに記録される時間を前記最低シャッタ時間として前記シャッタを駆動させ、前記シャッタ時間設定手段は、前記電圧比較手段により前記電圧最大値が前記閾値より小さいと判断された場合に、前記電圧最大値が前記閾値以上前記限界電圧値未満となる最適シャッタ時間を算出するとともに、この最適シャッタ時間以下で、かつこの最適シャッタ時間に最も近似する時間の時間データを認識し、この時間データの時間を前記シャッタ時間として設定することが好ましい。
この発明によれば、記憶手段に、予めフリッカ周期の分数倍および整数倍のうちいずれか一方となるシャッタ時間が記録された時間データが複数記録されている。したがって、前記シャッタ時間設定手段は、演算により最適シャッタ時間を求めた後、時間データからこの最適シャッタ時間に最も値が近く、かつ最適シャッタ時間よりも小さいシャッタ時間の時刻データを選択してシャッタ時間を設定することができる。すなわち、演算により求められた最適シャッタ時間は、フリッカ周期の分数倍となっていない場合があり、この最適シャッタ時間で面内の明るさを計測すると、フリッカ周期とシャッタタイミングとがずれる場合がある。これに対して、本発明では、演算により求められた最適シャッタ時間以下で、かつ最も近い値となる時間データを認識してシャッタ時間に設定する。これにより、最適シャッタ時間に最も近くフリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間を設定することができる。また、最適シャッタ時間以下となるシャッタ時間を設定するので、各受光素子から出力される信号電圧値が限界電圧値を超えることがなく、適切なシャッタ時間を設定することができる。

そして、本発明の面内均一性評価装置では、前記受光素子は、前記測定対象光を撮像する撮像素子であり、前記受光手段は、複数の前記撮像素子により、前記表示装置の面内を撮像する撮像手段であることが好ましい。
この発明によれば、撮像素子により、表示装置の面内を撮像する。これにより、撮像された撮像画像を取り込み、この画像の各画素の明るさを認識することで、より容易に面内均一性を評価することができる。また、撮像した画像を別途モニタなどに表示させるなどすることで、視認による面内均一性の計測などにも利用することができる。

また、本発明の面内均一性評価装置では、前記表示装置の前記面内からの測定対象光を透過させるレンズおよび前記測定対象光の光量を所定量に調整する固定絞りを備えた光学系を備え、前記受光手段は、前記光学系を透過した前記測定対象光を受光することを特徴とする。
この発明によれば、面内均一性評価装置は、固定絞りを備えた光学系を通る測定対象光を受光手段により受光する。したがって、絞りが固定であるため、透過される光量が一定に保たれ、絞りの調整や絞りの調整に伴うレンズ収差などの影響を考慮する必要がなく、上記したようにシャッタ時間間隔を調整するだけでダイナミックレンジを拡大させることができ、正確な測定対象光の明るさを検出することができる。したがって、レンズ収差を補正する複雑な回路が不要となり、より構成を簡単にすることができる。

そして、本発明の面内均一性評価方法は、交流電圧によるフリッカ周期により面内の明るさが変化する表示装置の面内からの測定対象光を受光するとともに、受光した光量に応じた信号電圧値の信号を出力する複数の受光素子、および前記光学系から前記受光素子への前記測定対象光の光路を所定のシャッタ時間間隔で遮断するシャッタを備えた受光手段を備えた面内均一性評価装置における面内均一性評価方法であって、各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように、前記シャッタ時間を設定し、この設定された前記シャッタ時間間隔で、前記シャッタを連続駆動させて、前記受光手段により前記測定対象光を受光させる制御をし、前記シャッタ時間毎に前記受光素子から出力される前記信号電圧値を認識するとともに、前記フリッカ周期における前記信号電圧値の平均値を演算し、各受光素子における前記信号電圧値の平均値に基づいて、前記面内の明るさの均一性を評価することが好ましい。
この発明によれば、上記面内均一性評価装置と同様に、シャッタにより測定対象光の光路を閉塞するタイミングであるシャッタ時間を、各受光素子から出力される信号電圧値が、この受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように設定し、フリッカ周期を複数のシャッタ時間に小分けして測定対象光を受光する。これにより、フリッカ周期を複数のシャッタ時間に小分けした各区分において、受光素子は、フルレンジを越えない分だけ測定対象光を受光することができ、表示装置の面内からの測定対象光の光量に応じた信号電圧値を正確に出力することができる。フリッカ周期に対応する測定対象光の光量を、簡単な構成で、かつ正確に計測することができる。

以下、本発明に係る第一の実施の形態の面内均一性評価装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る一実施の形態に係る面内均一性評価システムの概略を示す全体ブロック図である。

図１において、１は、面内均一性評価装置としての面内均一性評価システムであり、この面内均一性評価システム１は、受光手段および撮像手段としての撮像装置１０と、評価装置２０とを備えている。この面内均一性評価システム１は、例えば評価装置２０に接続される表示装置であるプロジェクタ３０からスクリーン３１に投射される画像を撮像装置１０により撮像し、評価装置２０で、この撮像した画像の各画素の明るさを比較して明るさの均一性を評価するシステムである。

本実施の形態における測定対象となる表示装置は、プロジェクタ３０およびスクリーン３１により構成される。なお、本実施の形態では、表示装置がプロジェクタ３０およびスクリーン３１により構成される例を示すが、これに限定されず、例えば液晶ディスプレイ、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、有機ELなど、各種表示装置を例示でき、これらの表示装置の表示領域における面内均一性を評価することが可能である。
このプロジェクタ３０は、図示は省略するが、光源と、光源からの光を画像情報に応じて光変調させる光変調装置と、光変調された光をスクリーン３１に投射させる投射光学系と、を備えている。そして、このプロジェクタ３０は、交流電源に接続されており、この交流電源により光源を駆動させる。したがって、光源は、図２に示すように、交流電源のフリッカ成分の影響により、フリッカ周期毎に明るさが変動する光束を射出する。図２は、フリッカ周期を１／６０秒とした場合におけるプロジェクタの光源から射出される光束の光量の変化を示す図である。なお、定格商用交流電源として、６０Ｈｚの周波数の交流電源が使用されている場合は、図２に示すように、フリッカ周期が１／６０秒となるが、例えば
５０Ｈｚの周波数の交流電源が用いられる地域では、フリッカ周期が１／５０秒となる。

撮像装置１０は、図１に示すように、光学系１１と、撮像部１２とを備えている。

光学系１１は、撮像対象であるスクリーン３１に対向する撮像レンズ１１２と、撮像レンズ１１２を透過した測定対象光、すなわちスクリーン３１に投影された画像の光の光量を一定にする固定絞り１１１とを備えている。ここで、固定絞り１１１の絞り量は固定であり、調整手段などにより調整しないものとする。したがって、撮像装置１０では、レンズの明るさを示す数値である、いわゆるＦ値が固定値となる。

撮像部１２は、光学系１１を透過した測定対象光を撮像する複数の受光素子および撮像素子としての２次元イメージセンサ１２２（以降、イメージセンサ１２２と称す）と、電子シャッタ機能を備えたイメージセンサ制御回路１２１と、を備えている。
イメージセンサ１２２は、光学系１１から入射される光束の光路に対して略直交する面にマトリックス状に複数配設されている。このイメージセンサ１２２としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのセンサを用いることができる。そして、これらのイメージセンサ１２２は、光学系１１を透過した光を受光すると、イメージセンサ制御回路１２１を経て、受光した光量に応じた画像信号を評価装置２０に出力する。

イメージセンサ制御回路１２１は、イメージセンサ１２２の駆動や、イメージセンサ１２２により得られた電荷を電圧信号に変換する回路である。また、イメージセンサ制御回路１２１には、イメージセンサ１２２の受光蓄積時間を制御する電子シャッタ機能が設けられている。

図３は、評価装置２０の概略構成を示すブロック図である。
評価装置２０は、Ｉ／Ｏ（Input/Output）２１と、入力操作部２２と、記憶手段２３と、モニタ２４と、ＣＰＵ２５と、を備えて構成されている。この評価装置２０としては、例えばパーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータを利用することができる。そして、この評価装置２０は、撮像装置１０から入力される信号に基づいて、スクリーン３１に表示される画像における面内の明るさの均一性を評価する。

Ｉ／Ｏ２１は、複数の端子部を備え、評価装置２０と撮像装置１０とを接続する。また、Ｉ／Ｏ２１は、プロジェクタ３０と所定のケーブル線を介して接続されている。さらに、Ｉ／Ｏ２１は、他の外部機器とも接続可能な端子部を備えている。
撮像装置１０から入力される信号は、Ｉ／Ｏ２１からＣＰＵ２５に入力される。

入力操作部２２は、例えばキーボードやマウスなどの入力手段を備えている。そして、入力操作部２２は、利用者により入力手段が操作されると、操作内容に応じた所定の入力信号をＣＰＵ２５に出力する。

記憶手段２３は、図示しないＨＤＤやメモリなど、所定容量の記憶領域を備えた記憶媒体、および記憶媒体を駆動してデータの読み込みおよび書込みを実施するドライブ装置を備えている。そして、この記憶手段２３は、評価装置２０の動作を制御するＯＳ（Operating System）上に展開される各種プログラム、各種データが記録されている。また、記憶手段２３は、各種プログラムによる演算を実施した際、演算結果を一時的に記憶する領域としても使用される。
さらに、この記憶手段２３には、シャッタ制御回路１２１における電子シャッタ機能のシャッタ時間が記録される時間データ４１が複数記録された時間データテーブル４０が記録されている。

ここで、記憶手段２３に記録される時間データテーブル４０について図４に基づいて説明する。図４は、時間データテーブルの概略構成を示す図である。
この時間データテーブル４０は、図４に示すように、ＩＤデータ４１１と、対応フリッカデータ４１２と、シャッタ時間データ４１３とを関連付けた時間データ４１を複数備えたテーブル構造にデータ構築されている。
ＩＤデータ４１１は、時間データ４１を特定するための識別データである。
対応フリッカデータ４１２は、スクリーン３１に出力される画像の明るさのフリッカ成分による周期、すなわち光源から出力される光束のフリッカ周期に関する情報である。
シャッタ時間データは、ＩＤデータ４１１にて特定される時間データ４１におけるシャッタ時間の実データである。このシャッタ時間データには、対応フリッカデータに記録されるフリッカ周期の分数倍、もしくは整数倍となるシャッタ時間が記録されている。例えば対応フリッカデータ４１２に１／６０秒が記録されている場合、次式のいずれかの数値が記録される。

ＣＰＵ２５は、面内均一性評価システム１全体の動作を制御する。このＣＰＵ２５は、フリッカ認識手段２５１と、信号認識手段２５２と、初期駆動手段を構成する初期条件選択手段２５３と、初期駆動手段を構成する信号最大値認識手段２５４と、電圧比較手段２５５と、シャッタ時間設定手段としての最適シャッタ時間演算手段２５６と、受光制御手段としての撮像制御手段２５７と、平均値演算手段としての電圧平均化手段２５８と、評価手段２５９と、などを備えている。なお、初期条件選択手段２５３、信号最大値認識手段２５４、電圧比較手段２５５、および最適シャッタ時間演算手段２５６により本発明のシャッタ条件設定手段が構成される。

フリッカ認識手段２５１は、スクリーン３１に投影さえている画像における明るさの変動周期であるフリッカ周期を認識する。すなわち、フリッカ認識手段２５１は、プロジェクタ３０に供給される交流電源の周波数を認識する。これには、フリッカ認識手段２５１は、例えば、利用者による入力手段の操作により入力される入力信号により、フリッカ周期を認識する構成としてもよく、プロジェクタ３０からＩ／Ｏ２１を介して入力される信号に基づいて、フリッカ周期を認識する構成などとしてもよい。

信号認識手段２５２は、撮像装置１０から入力される各イメージセンサ１２２からの信号、および信号電圧値Ｖを認識する。
すなわち、各イメージセンサ１２２は、受光した測定対象光の光量に応じた信号電圧値Ｖの信号を出力する。信号認識手段２５２は、この各イメージセンサ１２２から入力される信号電圧値Ｖをそれぞれ認識することで、イメージセンサ１２２のそれぞれに対応する各画素における色度や明るさを検出することができ、画像データとして取り込むことが可能となる。

ここで、撮像装置１０から出力される信号電圧値について説明する。
図５は、１フリッカ周期をシャッタ時間Ｔsiで分割した際の、各シャッタ時間Ｔsiにおいて出力されるイメージセンサ１２２の信号電圧値Ｖの変位を示す図である。
図５において、信号認識手段２５２は、フリッカ周期をシャッタ時間Ｔsiで分割して、これらの分割間隔おきに出力される信号の電圧を積分した値を信号電圧Ｖとして計測する。すなわち、シャッタ時間Ｔsi毎（Ｔsi＝Ｔn+1−Ｔn）にイメージセンサ１２２に徐々に電荷Ｑが増加するため、電荷量Ｑ(n)で変化するとすると、信号認識手段２５２は、次式により、信号電圧値Ｖを演算する。ただし、Ｃはイメージセンサ１２２の静電容量を示している。

初期条件選択手段２５３は、面内均一性評価処理において最適なシャッタ時間を設定するために、初期設定としての仮のシャッタ時間を設定する。具体的には、初期条件選択手段２５３は、記憶手段２３に記録された時間データテーブル４０を参照し、フリッカ認識手段２５１により認識されたフリッカ周期が記録される対応フリッカデータ４１２を有する時間データ４１を抽出する。そして、初期条件選択手段２５３は、これら抽出した時間データ４１から、シャッタ時間データに記録される値が最小となる時間データを読み込み、最低シャッタ時間Ｔs1として設定する。また、初期条件選択手段２５３は、この最低シャッタ時間Ｔs1に基づいて、１フリッカ周期におけるフレーム数Ｎf1を次式に従って演算する。

上記（３）式において、Ｔrefは、フリッカ認識手段２５１により認識されるフリッカ周期を示す。

信号最大値認識手段２５４は、信号認識手段２５２により認識された信号電圧値Ｖのうち最大となる電圧最大値Ｖmaxを認識する。

電圧比較手段２５５は、信号最大値認識手段２５４にて認識された電圧最大値Ｖmaxと、イメージセンサ１２２の性能に応じて予め設定された所定の閾値Ｖthを比較し、大小関係を判断する。ここで、この閾値Ｖthは、イメージセンサ１２２が出力可能な信号電圧値の限界である限界電圧値（フルレンジＦＬ）の５０％〜８０％に設定されていることが好ましい。閾値Ｖthが８０％以上である場合、閾値Ｖthに基づいてシャッタ時間Ｔsx’を設定した際に、イメージセンサ１２２にて光量の大きい測定対象光が受光されると、オーバーフローを起こすおそれがある。すなわち、実際には、フルレンジを超える光量が受光されているにもかかわらず、限界電圧値となる信号しか出力できない不都合が起こりうる。
また、閾値Ｖthが５０％未満に設定されている場合、閾値Ｖthに基づいてシャッタ時間Ｔsx’を設定した際に、イメージセンサ１２２にて光量の小さい測定対象光が受光された場合でも、信号出力が小さすぎてノイズと判断されてしまうおそれがある。これに対して閾値Ｖthを５０％〜８０％に設定し、この閾値Ｖthに基づいてシャッタ時間を設定することで、イメージセンサ１２２から良好に測定対象光の光量に対応した信号電圧を出力させることが可能となる。

最適シャッタ時間演算手段２５６は、面内均一性評価の処理に最適となるシャッタ時間を設定する。
具体的には、最適シャッタ時間演算手段２５６は、閾値Ｖth、電圧最大値Ｖmax、および最低シャッタ時間Ｔs1を用い、次式に基づいて、最適シャッタ時間Ｔsxを算出する。

また、最適シャッタ時間演算手段２５６は、算出された最適シャッタ時間Ｔsxに基づいて、次式を満たすiを検索する。

すなわち、最適シャッタ時間演算手段２５６は、最適シャッタ時間Ｔsx以下で、かつフリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間を検索する。これには、最適シャッタ時間演算手段２５６は、記憶手段２３に記憶される時間データテーブル４０を参照し、フリッカ認識手段にて認識されるフリッカ周期に対応する時間データ４１を抽出する。そして、これらの抽出した時間データ４１から、最適シャッタ時間Ｔsx以下で、かつ最適シャッタ時間Ｔsxと値が最も近い時間がシャッタ時間データに記録された時間データを選択し、シャッタ時間Ｔsiとして設定する。

撮像制御手段２５７は、最適シャッタ時間演算手段２５６または初期条件選択手段２５３により設定されたシャッタ時間Ｔsiでイメージセンサ制御回路１２２における電子シャッタを駆動させる旨の制御信号を撮像装置１０に出力する。これにより、撮像装置１０は、シャッタ時間Ｔsiの間隔で電子シャッタが駆動し、イメージセンサ１２２により測定対象光の撮像が開始される。

電圧平均化手段２５８は、撮像制御手段２５７により撮像装置１０が駆動された後、信号認識手段２５２によりシャッタ時間Ｔsi毎の信号電圧値Ｖを認識すると、１フリッカ周期に信号電圧値Ｖを平均化した平均電圧値Ｖ(x,y)を次式に基づいて演算する。ここで、電圧平均化手段２５８は、各イメージセンサ１２２における平均電圧値Ｖ(x,y)をそれぞれ演算する。

なお、上記（６）式において、ｘ、ｙは画像における画素位置を示し、イメージセンサ１２２の配置位置により決定される。また、Ｖj(x,y)は、ｊ番目のフレーム画像の（ｘ，ｙ）画素位置における信号電圧値を示す。

評価手段２５９は、電圧平均化手段２５８により演算された平均電圧値Ｖ(x,y)のばらつきを評価し、スクリーン３１に投影された画像における明るさの面内均一性を評価する。具体的には、平均電圧値Ｖ(x,y)の平均値を演算し、この平均値と平均電圧値Ｖ(x,y)との差分値を算出する。そして、この差分値が所定閾値以上となる画素を抽出し、明るさにムラがある画素と認識する。また、評価手段２５９は、評価結果、すなわち明るさのムラがある場所を示す画像をモニタ２４に表示させるなどする構成としてもよい。

[面内均一性システムの動作]
次に上述したような面内均一性評価システム１における面内均一性評価方法について、図面に基づいて説明する。図６は、面内均一性評価システム１における面内均一性評価処理を示すフローチャートである。
図６において、プロジェクタ３０から投射させる画像の面内均一性を評価するためには、まず、評価装置２０は、プロジェクタ３０を制御して、例えば全白画像などの全画素において同一輝度となる画像をスクリーン３１に投射させる。

この後、評価装置２０のＣＰＵ２５は、初期条件を設定する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１では、まず、処理変数ｉを初期化し、ｉ＝１を設定する。また、ＣＰＵ２５のフリッカ認識手段２５１は、プロジェクタ３０に供給される交流電源の周波数を認識し、フリッカ周期を認識する。そして、初期条件選択手段２５３は、時間データテーブル４０を参照し、この認識されたフリッカ周期に対応する時間データ４１から、シャッタ時間データ４１３が最も小さい時間データ４１を読み込み、最低シャッタ時間Ｔs1を設定する。さらに、初期条件選択手段２５３は、上記（３）式に基づいて、フレーム数Ｎf1を演算する。

この後、撮像制御手段２５７は、撮像装置１０を制御して、設定されたシャッタ時間Ｔsi、フレーム数Ｎfiでスクリーン３１に投射された画像を撮像する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２において、信号認識手段２５２は、各イメージセンサ１２２から出力される信号を認識し、（２）式に基づいて、信号電圧値Ｖを演算する。

そして、信号最大値認識手段２５４は、ステップＳ１０２にて求められた各イメージセンサ１２２から出力された信号電圧値Ｖの最大値である電圧最大値Ｖmaxを認識する（ステップＳ１０３）。

この後、電圧比較手段２５５は、ステップＳ１０３にて認識された電圧最大値Ｖmaxと、予め設定された閾値Ｖthとを比較し、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth以上か否かを判断する（ステップＳ１０４）。
このステップＳ１０４において、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖthよりも大きいと判断した場合、電圧平均化手段２５８は、ステップＳ１０２にて撮像処理されたフレーム画像における各画素の明るさの平均値、すなわち各イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値Ｖの平均値Ｖ(x,y)を（６）式に基づいて算出する（ステップＳ１０５）。

一方、ステップＳ１０４において、電圧比較手段２５５により電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth未満であると判断された場合、最適シャッタ時間演算手段２５６は、（５）式に基づいて、最適シャッタ時間Ｔsxを演算する（ステップＳ１０６）。この後、最適シャッタ時間演算手段２５６は、時間データテーブル４０から、フリッカ認識手段２５１により認識されたフリッカ周期を記録した対応フリッカデータ４１２を有する時間データ４１を抽出するとともに、この抽出された時間データ４１から、ステップＳ１０６にて演算された最適シャッタ時間Ｔsx以下であり、かつ最適シャッタ時間Ｔsxに最も近い時間がシャッタ時間データ４１３に記録された時間データ４１を検索する（ステップＳ１０７）。

さらに、最適シャッタ時間演算手段２５６は、ステップＳ１０７にて検索された時間データ４１のシャッタ時間データ４１３に記録される時間（Ｔsi’）が、先に設定したシャッタ時間Ｔsi（初期設定では、最低シャッタ時間Ｔs1）と同一か否かを判断する（ステップＳ１０８）。ここで、最適シャッタ時間演算手段２５６により、Ｔsi＝Ｔsi’と判断された場合、ステップＳ１０５の処理を実施し、すなわち、各画素における平均電圧値Ｖ(x,y)を演算する。

一方、ステップＳ１０８において、最適シャッタ時間Ｔsxに基づいて検索されたシャッタ時間Ｔsi’が先に設定されたシャッタ時間Ｔsiと異なると判断された場合、最適シャッタ時間Ｔsxに基づいて検索されたシャッタ時間を新たなシャッタ時間Ｔsiとして設定する（ステップＳ１０９）。この後、再びステップＳ１０２の処理の戻り、新たに設定されたシャッタ時間Ｔsiで撮像装置を駆動させる制御をする。

また、ステップＳ１０５により、各画素座標における平均電圧値Ｖ(x,y)が演算されると、評価手段２５９は、これらの平均電圧値Ｖ(x,y)を比較して、面内均一性を評価する（ステップＳ１１０）。また、評価手段２５９は、ステップＳ１０２にて撮像されたＮfi個のフレーム画像を積算した1フリッカ周期分の画像データを生成する。ここで生成した、画像データは、例えばモニタ２４に出力するなどしてもよく、この画像データに重畳させて、面内均一性の評価結果を表示させる制御をしてもよい。

[面内均一性評価システムの作用効果]
上述したように、上記面内均一性評価システム１では、シャッタ条件設定手段を構成する初期条件選択手段２５３、信号最大値認識手段２５４、電圧比較手段２５５、および最適シャッタ時間演算手段２５６は、イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値Ｖがフルレンジに対応する限界電圧値未満となるように、シャッタ時間Ｔsiを設定する。そして、撮像制御手段は、このシャッタ時間Ｔsi間隔でフリッカ周期を分割して、Ｎfi個のフレーム画像を撮像させる。このため、各フレーム画像の明るさは、イメージセンサ１２２のフルレンジを超えることがないため、イメージセンサ１２２から正確な信号電圧値Ｖを出力させることができ、評価手段２５９は、これらのＮfi個のフレーム画像を積算することで、スクリーン３１に投影される画像の正確な明るさを検出することができ、正確に面内の明るさの均一性を評価することができる。

また、面内均一性評価システム１では、最初に最低シャッタ時間Ｔs1を設定し、この最低シャッタ時間Ｔs1でスクリーン３１の画像を撮像させる。そして、信号最大値認識手段２５４は、イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値Ｖのうち、最大となる電圧最大値Ｖmaxを認識する。さらに、電圧比較手段によりこの電圧最大値Ｖmaxと閾値Ｖthとを比較し、電圧最大値Ｖmaxの値が小さいとされた場合、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth以上限界電圧値未満となるようにシャッタ時間Ｔsiを設定する。
すなわち、上述したように、シャッタ時間Ｔsiが短すぎる場合、イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値Ｖが小さくなり、ノイズ信号に埋もれてしまうおそれがあり、明るさの検出精度が低下してしまう。これに対して、上記発明では、電圧最大値Ｖmaxが
電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth近傍となるようにシャッタ時間Ｔsiを設定する。このため、イメージセンサ１２２から出力される信号電圧値Ｖの値が小さくなりすぎないため、ノイズ信号と画像データに対応した信号との判別が容易となり、精度よく画像の明るさを検出することができる。

また、シャッタ条件設定手段を構成する初期条件選択手段２５３、信号最大値認識手段２５４、電圧比較手段２５５、および最適シャッタ時間演算手段２５６は、フリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間Ｔsiを設定する。
このため、フリッカ周期におけるスタートタイミングおよびエンドタイミングと、イメージセンサ制御回路における電子シャッタのスタートタイミングおよびエンドタイミングを揃えることができる。従って、受光タイミングのずれによるノイズの影響がなく、１フリッカ周期における画像の明るさを、各シャッタ時間間隔で撮像されるＮfi個のフレーム画像を積算するだけで容易に検出することができる。
また、スクリーン３１に投影された画像の輝度値が極端に小さい場合など、測定対象光の光量が少ない場合でも、シャッタ時間Ｔsiをフリッカ周期の整数倍に設定することができるため、光量の少ない測定対象光を長時間イメージセンサで補足させることができる。したがって、光量の少ない測定対象光をも良好に検出することができる。

さらに、最適シャッタ時間演算手段２５６は、電圧最大値Ｖmax、閾値Ｖth、初期シャッタ時間Ｔs1（先に設定されたシャッタ時間Ｔsi）に基づいて最適シャッタ時間Ｔsxを演算し、時間データテーブル４０からこの最適シャッタ時間Ｔsx以下で、かつ最適シャッタ時間Ｔsxに最も近似する時間がシャッタ時間データ４１３に記録された時間データ４１を検索し、この時間データ４１に基づいて、新たなシャッタ時間Ｔsiを設定する。
このため、演算により正確な最適シャッタ時間Ｔsxを演算し、この正確な最適シャッタ時間Ｔsx以下で、最も最適シャッタ時間Ｔsxに近く、フリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間Ｔsiを選択することができる。したがって、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth近傍となる最適なシャッタ時間Ｔsiを、演算式により求める必要がなく、時間データテーブル４０から検索するだけで容易に設定することができる。これにより、面内均一性評価の処理における処理負荷を軽減させることができる。

そして、撮像装置１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサ１２２によりスクリーン３１に投影された画像を撮像する。
このため、評価装置２０は、撮像装置１０により撮像された画像データを取得することができる。したがって、評価手段２５９は、例えばモニタ２４に取得した画像データを表示させるなどすることができ、評価結果を重畳させるなどすることで、視覚により面内均一性を確認することができる。

また、電圧比較手段２５５は、イメージセンサ１２２の限界電圧値の５０％〜８０％の値を閾値Ｖthとして、この閾値Ｖthと電圧最大値Ｖmaxとを比較し、最適シャッタ時間演算手段２５６は、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖthより小さい場合に、電圧最大値Ｖmaxが閾値Ｖth〜限界電圧値の間となるようにシャッタ時間Ｔsiを設定する。
このため、電圧最大値Ｖmaxが限界電圧値を超えることなく、また小さくなりすぎないため、信号認識手段２５２は、適切に画像の明るさに対応した信号電圧値Ｖを認識することができる。したがって、評価手段２５９は、精度よく面内均一性を評価することができる。

さらに、初期条件選択手段２５３および最適シャッタ時間演算手段２５６は、フリッカ認識手段２５１により認識されたフリッカ周期に対応して、フリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間Ｔsiを設定する。
このため、例えば日本国における東日本および西日本などのように、交流電源の周波数が異なる地域でも、それぞれに地域に対応したシャッタ時間Ｔsiを設定することができる。

そして、撮像装置１０の光学系１１は、固定絞り１１１を備えている。
すなわち、撮像装置１０では、固定絞り１１１により撮像装置１０内に入射する光量を一定に保っており、絞り量を変動させる構成などが用いられていない。したがって、Ｆ値が固定となり、レンズ収差などを改めて補正する必要がなく、評価装置２０における処理負荷を軽減させることができる。

〔他の実施の形態〕
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。

例えば、上述したように、上記実施の形態の面内均一性評価システム１では、表示装置として、プロジェクタ３０およびスクリーン３１を例示し、スクリーン３１に投影された画像を撮像して面内均一性を評価したが、これに限定されない。すなわち、表示装置としては、例えば液晶ディスプレイ、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、有機ＥＬディスプレイ（organic electroluminescence display）などを用い、これらの表示装置における面内均一性を評価してもよい。

また、受光手段として撮像装置１０を例示したが、例えばスクリーン３１からの測定対象光を受光すると、受光した光量に応じた電圧の信号を出力するものであればよく、例えば、受光された光の明るさに応じて所定の電圧を出力する照度センサなどを用いてもよい。

また、最適シャッタ時間演算手段２５６は、記憶手段２３に記憶される時間データテーブル４０から適切な時間データを読み込み、シャッタ時間Ｔsiを設定するとしたが、これに限られない。例えば、最適シャッタ時間Ｔsx以下で、かつフリッカ周期の分数倍または整数倍となるシャッタ時間Ｔsiを算出する構成などとしてもよい。この場合、処理負荷が増大するが記憶手段２３における記憶領域を確保することができる。

そして、上記実施の形態では、スクリーン３１に表示される画像の明るさの均一性を評価する例を示したが、これに限定されず、例えば色度の均一性を評価する装置としてもよい。この場合、撮像装置１０のイメージセンサ１２２は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応したカラーフィルタを備え、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を受光した場合に信号を出力する構成とする。そして、信号認識手段２５２は、各色における輝度値、すなわち色度に応じた信号電圧値Ｖを認識する構成とし、評価手段２５９は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対してそれぞれ評価する構成とすればよい。

また、上記実施の形態において、撮像装置１０と評価装置２０とが別体に構成され、ケーブル線などにより通信可能に接続される面内均一性評価システム１を例示したが、これら撮像装置１０および評価装置２０が一体化された面内均一性評価装置として構成してもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

本発明に係る一実施の形態に係る面内均一性評価システムの概略を示す全体ブロック図である。 フリッカ周期を１／６０秒とした場合におけるプロジェクタの光源から射出される光束の光量の変化を示す図である。 前記実施の形態における評価装置の概略構成を示すブロック図である。 時間データテーブルの概略構成を示す図である。 １フリッカ周期をシャッタ時間で分割した際の、シャッタ時間毎に出力されるイメージセンサの信号の電圧の変位を示す図である。 面内均一性評価システム１における面内均一性評価処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…面内均一性評価装置としての面内均一性評価システム、１０…受光手段および撮像手段としての撮像装置、１１…光学系、２０…評価装置、２３…記憶手段、３０…表示装置を構成するプロジェクタ、４１…時間データ、１１１…固定絞り、１１２…撮像レンズ、１２２…受光素子および撮像素子としてのイメージセンサ、１２１…電子シャッタ機能を有するイメージセンサ制御回路、２５３…シャッタ条件設定手段および初期駆動手段を構成する初期条件選択手段、２５４…シャッタ条件設定手段および初期駆動手段を構成する信号最大値認識手段、２５５…シャッタ条件設定手段を構成する電圧比較手段、２５６…シャッタ条件設定手段を構成するシャッタ時間設定手段としての最適シャッタ時間演算手段、２５７…受光制御手段としての撮像制御手段、２５８…平均値演算手段としての電圧平均化手段、２５９…評価手段。

Claims (7)

1. 交流電圧によるフリッカ周期により面内の明るさが変化する表示装置の面内均一性を評価する面内均一性評価装置であって、
   前記測定対象光を受光するとともに、受光した光量に応じた信号電圧値の信号を出力する複数の受光素子、および前記受光素子への前記測定対象光の光路を所定のシャッタ時間間隔で遮断するシャッタを備えた受光手段と、
   各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように、前記シャッタ時間を設定するシャッタ条件設定手段と、
   前記シャッタ条件設定手段により設定された前記シャッタ時間間隔で、前記シャッタを連続駆動させて、前記受光手段により前記測定対象光を受光させる制御をする受光制御手段と、
   前記シャッタ時間毎に前記受光素子から出力される前記信号電圧値を認識するとともに、前記フリッカ周期における前記信号電圧値の平均値を演算する平均値演算手段と、
   各受光素子における前記信号電圧値の平均値に基づいて、前記面内の明るさの均一性を評価する評価手段と、
   を具備したことを特徴とする面内均一性評価装置。
2. 請求項１に記載の面内均一性評価装置において、
   前記シャッタ条件設定手段は、
   予め設定された最低シャッタ時間間隔で前記シャッタを駆動させ、前記受光手段により前記測定対象光を受光させ、前記受光素子から出力される前記信号電圧値のうちから最大電圧値を認識する初期駆動手段と、
   前記初期駆動手段により認識される前記最大電圧値と、前記受光素子から出力される前記信号電圧の限界電圧値より小さく設定される所定の閾値とを比較する電圧比較手段と、
   前記電圧比較手段により前記電圧最大値が前記閾値より小さいと判断された場合に、前記最低シャッタ時間、前記閾値、および前記電圧最大値に基づいて、前記電圧最大値が前記閾値以上前記限界電圧値未満となるシャッタ時間を設定するシャッタ時間設定手段と、
   を備えたことを特徴とする面内均一性評価装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の面内均一性評価装置であって、
   前記シャッタ条件設定手段は、各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さく、かつ前記フリッカ周期の分数倍および整数倍のうちいずれか一方となる前記シャッタ時間を設定する
   ことを特徴とする面内均一性評価装置。
4. 請求項２または３に記載の面内均一性評価装置であって、
   前記フリッカ周期の分数倍および整数倍のうちいずれか一方となるシャッタ時間が記録される時間データを複数記憶した記憶手段を備え、
   前記初期設定手段は、前記記憶手段から前記シャッタ時間が最低となる時間データを認識するとともに、この時刻データに記録される時間を前記最低シャッタ時間として前記シャッタを駆動させ、
   前記シャッタ時間設定手段は、前記電圧比較手段により前記電圧最大値が前記閾値より小さいと判断された場合に、前記電圧最大値が前記閾値以上前記限界電圧値未満となる最適シャッタ時間を算出するとともに、この最適シャッタ時間以下で、かつこの最適シャッタ時間に最も近似する時間の時間データを認識し、この時間データの時間を前記シャッタ時間として設定する
   ことを特徴とする面内均一性評価装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の面内均一性評価装置であって、
   前記受光素子は、前記測定対象光を撮像する撮像素子であり、
   前記受光手段は、複数の前記撮像素子により、前記表示装置の面内を撮像する撮像手段である
   ことを特徴とする面内均一性評価装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の面内均一性評価装置であって、
   前記表示装置の前記面内からの測定対象光を透過させるレンズおよび前記測定対象光の光量を所定量に調整する固定絞りを備えた光学系を備え、
   前記受光手段は、前記光学系を透過した前記測定対象光を受光する
   ことを特徴とする面内均一性評価装置。
7. 交流電圧によるフリッカ周期により面内の明るさが変化する表示装置の面内からの測定対象光を受光するとともに、受光した光量に応じた信号電圧値の信号を出力する複数の受光素子、および前記光学系から前記受光素子への前記測定対象光の光路を所定のシャッタ時間間隔で遮断するシャッタを備えた受光手段を備えた面内均一性評価装置における面内均一性評価方法であって、
   各受光素子から出力される信号電圧値が、当該受光素子から出力可能な限界電圧値よりも小さくなるように、前記シャッタ時間を設定し、
   この設定された前記シャッタ時間間隔で、前記シャッタを連続駆動させて、前記受光手段により前記測定対象光を受光させる制御をし、
   前記シャッタ時間毎に前記受光素子から出力される前記信号電圧値を認識するとともに、前記フリッカ周期における前記信号電圧値の平均値を演算し、
   各受光素子における前記信号電圧値の平均値に基づいて、前記面内の明るさの均一性を評価する
   ことを特徴とする面内均一性評価方法。

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