JP2010091400A - 画像表示デバイス検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスプレイなどの画像表示デバイス検査の際、検査画像を取得する撮像カメラの解像度が被検画像表示デバイスの解像度より低い構成でもデバイスの検査ができるようにすること。
【解決手段】画像検査方法は、画像シフト機構により撮像素子上で平行移動する像を電子画像データとして４枚取得し、それらの画像に含まれる画素の輝度Ｉを並べた取得輝度ベクトルＩ₀と、最終的に求める高解像度な推定画像に含まれる画素の輝度ｉを並べた推定輝度ベクトルｉ₀との関連性を規定した変換行列Ａを決定し、変換行列Ａの逆行列Ｂを求め、ｉ₀＝ＢＩ₀によって推定輝度ベクトルｉ₀を求め、推定輝度ベクトルから推定画像を求める。必要に応じて、得られた推定画像から所望の解像度に変換するための画像縮小処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示デバイス（例えば、ＬＣＤ，ＰＤＰ，有機ＥＬディスプレイなど）の検査技術に関するものである。

ＬＣＤ，ＰＤＰ，有機ＥＬディスプレイなどの画像表示デバイスは、画像を表示するための画素と呼ばれる微細なドット（点）の集合で構成されている。それらはそれぞれ高精度な技術で生産されているが、製造工程上のさまざまな要因により、全ての画素が正常に動作しない場合がある。例えば、画像表示デバイスに対して全て黒表示（全ての画像が消灯）の画像信号を入力しても、ある特定の画素だけ点灯する場合がある（輝点不良）。また、同様に画像表示デバイスに対して全て白表示（全ての画像が点灯）の画像信号を入力しても、ある特定の画素だけ消灯する場合がある（黒点不良）。そのため、実際の画像表示デバイス生産現場においては、完成品の画素が正常な動作をしているかどうか、検査を実施する必要がある。

具体的には、先に挙げた輝点不良、黒点不良を検出するために検査用画像信号（大抵は、前述のように全て黒，白または灰色の画像）を入力して、画像表示デバイスで表示させ各画素の点灯，消灯動作の確認（検査）を行う。そのような検査は、人間の目視で行う場合と、画像表示デバイスに表示された検査用画像を撮像カメラで検査画像データとして取得し、コンピュータを用いたマシンビジョンで自動的に行う場合がある。

従来の自動画像検査方法としては、ＣＣＤカメラで被検画像表示デバイスの点灯状態を画像データとして取得し、画像処理を経て検査しているものがある（例えば、特許文献１参照）。図１４は、特許文献１における検査装置の概略構成図である。

図１４において、画像表示デバイスである液晶パネル１は、液晶パネル１に検査用パターンを表示するためのパターンジェネレータ２に接続されている。そして、表示された検査用パターンをＣＣＤカメラ３で検査画像データとして取得し、コンピュータ４に内蔵された画像入力手段５、欠陥強調処理手段６、ノイズ除去手段７、欠陥抽出手段８、欠陥判別手段９を経て、その結果を画像表示装置１０へ表示する構成になっている。
特開２００７−０８６０５６号公報

しかしながら、特許文献１では、撮像手段であるＣＣＤカメラ（撮像カメラ）が被検物である液晶パネル以上の解像度を有するとしている。このように、従来の検査では、画像表示デバイスの検査画像を取得する取得手段に、画像表示デバイス以上の解像度を有する撮像手段を用いることが前提となっている。一般的に撮像手段として用いられる撮像カメラは、解像度が高くなると機器の価格も高くなり、専用のハードウェアが必要になる場合が多い。また、近年の画像表示デバイスの高解像度化は著しく、テレビジョン用ディスプレイもハイビジョン解像度が標準となりつつある。そのような商品サイクルが短い状況で、画像表示デバイスの検査では、更に高解像度な製品が出てきた場合に、検査用に準備した撮像カメラの解像度が不足して使えなくなるという課題を有している。画像表示デバイスの代表的な性能検査（輝点不良の検査，黒点不良の検査）では、特に解像度が不足すると、不良画素の見逃しなど、市場における重大な品質問題を起こす要因となる。

そこで、本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたもので、検査用の撮像カメラの解像度が被検物である画像表示デバイスの解像度よりも低くても、高解像度カメラを用いたのと同様に画像表示デバイスの輝点不良，黒点不良などの品質検査を行うことを可能とする高解像度画像を得ることを実現するためのものである。

上記目的を達成するために、本発明の画像表示デバイスの検査装置は、画像表示デバイスを載置する載置部と、前記画像表示デバイスを撮像する撮像部と、前記載置部と前記撮像部との間に配置された光学部材と、前記光学部材を前記撮像部の光軸に対して揺動させるシフト機構と、前記光学部材を揺動させながら前記撮像部で撮像した撮像結果に基づいて前記画像表示デバイスの検査を行う処理装置と、を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、検査画像を取得する撮像カメラの解像度が、被検物である画像表示デバイスの解像度より低くても、高解像度カメラを用いた場合と同様の検査を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態の検査装置の構成について、図１〜図５を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における画像表示デバイスの検査装置の概略構成図である。本実施の形態における画像表示デバイスの検査装置は、被検物である画像表示デバイス１１の載置部（図示せず），画像シフト機構１２，撮像レンズ１３，撮像カメラ１４，画像取得装置１６，画像処理装置１７，画像シフト機構制御装置２１より構成される。

図１において、被検物である画像表示デバイス１１の像は、画像シフト機構１２を介し、撮像レンズ１３により撮像カメラ１４内の撮像素子１５に結像される。そして、電子的な画像データとして生成され、画像取得装置１６を介して画像処理装置１７で取得される。その際、撮像素子１５に結像する画像表示デバイス１１の像は、撮像レンズ１３の焦点距離，撮像素子１５の面積，撮像レンズ１３から画像表示デバイス１１までの距離により決まる。前述の条件より求めた、本実施の形態での撮像カメラ１４での撮像領域１８を、図１中に示す。

本実施の形態では、撮像領域１８の中心，画像シフト機構１２の回転軸１９，撮像レンズ１３の中心，撮像素子１５の中心は、共通の基準軸２０上に配置する。また、画像シフト機構１２は、画像シフト機構制御装置２１を介して画像取得装置１６と接続されており、画像取得装置１６からその動作を制御可能である。

図２（ａ）は、実施の形態１における撮像領域１８を示す概略図であり、図２（ｂ）は、実施の形態１における撮像素子１５を示す概略図である。

撮像領域１８の幅と高さは、撮像レンズ１３の像倍率ｍと撮像素子１５の幅と高さにより決まる。本実施の形態では、撮像素子１５として、幅、高さがそれぞれｗ、ｈである撮像素子を用いる。このとき、撮像領域１８の幅Ｗ、高さＨには、下記式（１）、式（２）の関係が成り立つ。

本実施の形態で用いた撮像素子１５は、多数の画素を正方格子に配列させた構成であり、その画素幅はｄである。一方、本実施の形態での撮像領域１８は、撮像画素の画素幅ｄから、一辺がｄ／ｍとなる領域を、その分解能として観察可能である。

ここで、撮像領域１８側で必要とされる分解能Ｄ₀が、図１で示される構成で得られる分解能（ｄ／ｍ）の２倍である状況を想定して考察する（求められる分解能が、ちょうど２倍でなく、１倍〜２倍の間の倍率である場合については後述する）。

分解能の２倍である状態は、下記式（３）となる。

ここで、Ｄ₀ｍ＝Ｄと置き換えると、上記式（３）は、下記式（４）となる。

上記式（４）を用いることで、撮像領域１８で必要とされる分解能Ｄ₀と、撮像素子１５の画素幅ｄとの比較が、同じ撮像素子１５上での大小関係として比較できる。本実施の形態では、このとき、撮像素子１５上では、１辺がｄの正方形である撮像画素に対して、１辺がＤ＝ｄ／２の正方形である仮想画素が配置されていると考えることができる。

図３は、実施の形態１における画像シフト機構１２の構成を示す模式図である。ここで、図３は、基準軸２０近傍の断面図として示している。

図３において、画像シフト機構１２は、基板回転機構２２と、板厚ｔで硝材屈折率ｎであるガラス平面基板２３とから構成されており、基板回転機構２２の中空部にガラス平面基板２３を保持する構成となっている。ここで、ガラス平面基板２３の材料としては、例えば、光学ガラスであるＢＫ７を用いることができる。

基板回転機構２２に保持されたガラス平面基板２３は、（基板法線軸２４とは異なる）回転軸１９をその回転軸とし、基板回転機構２２の動作により、矢印２５の方向に自由度を持って回転する構成となっている。ここで、ガラス平面基板２３は、その平面に垂直な基板法線軸２４が回転軸１９に対して角度θだけ傾くように調整されている。従って、基板回転機構２２が回転すると、ガラス平面基板２３は回転軸１９の周りを角度θで歳差運動する。

基板回転機構２２の回転角度は、画像シフト機構制御装置２１によって取得することが可能であり、取得した情報を用いて基板回転機構２２を所望の角度に調整，移動させることが可能である。基板回転機構２２の回転角度の符号付けは、撮像領域１８から画像シフト機構１２を通して撮像カメラ１４を見た場合に、時計回りの方向を＋の方向とする。また、基板回転機構２２の回転角度に関する情報は、画像取得装置１６も利用することが可能である。

このように、ある光線（ここでは基準軸２０上の光線）に対してガラス平面基板２３が傾いて設置された場合、撮像領域１８からの光線は基準軸２０に対して垂直な方向にずれる。この状態について、図４を用いて説明する。

図４は、実施の形態１におけるガラス平面基板２３に光線２６が入射した時の状態を示す模式図である。

図４では、ガラス平面基板２３に対し、紙面左から基準軸２０に沿って光線２６が入射した時の状態を想定している。前述のように、ガラス平面基板２３は、基準軸２０に対して角度θだけ傾いているため、光線２６は、ガラス平面基板２３に入射および屈折して、図４に示すように光線２６の進行方向が変化する。ここで、ガラス平面基板２３に屈折率ｎが存在するため、ガラス平面基板２３内では、光線２６は、基準軸２０に対して角度θ´を有する。光線２６は、ガラス平面基板２３の内部を通過して紙面右側の面から出射する際に再度屈折し、その進行方向は、再び基準軸２０と平行になる。このようにして、光線２６がガラス平面基板２３を通過するときには、２回屈折し、その進行方向（光線２６の基準軸２０に対する角度）はズレ量δだけ平行にずれる。このズレ量δは、ガラス平面基板２３の屈折率ｎ、板厚ｔ、傾き角θを用いて、下記式（５）で表される。

したがって、図３に示したように基板回転機構２２でガラス平面基板２３を回転させると、ガラス平面基板２３を通過した後の像は、半径δで回転することになる。

ガラス平面基板２３の板厚ｔや角度θを適切に調整することで、δを所望の大きさに調整することが可能である。例えば、通常入手しやすい板厚を有する複数のガラス平面基板に対して、上記式（５）に従って、θが０から１〜２°付近まで０．０２°刻みで得られる条件を求め、δとθの数表を作成する。この数表を用いて、所望のδに最も近いｔとθの組合せを探し、その条件で画像シフト機構１２を調整することで、ズレ量δを所望の大きさに調整することができる。

本実施の形態では、前述の方法を用いて、δ＝Ｄ₀／（√２）となるように画像シフト機構１２を調整する。撮像素子１５を構成する１つの撮像画素での撮像範囲２７と、一辺が必要分解能Ｄである９つの仮想画素２８との関係を、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第１の位置関係を示す図であり、図５（ｂ）は、実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第２の位置関係を示す図であり、図５（ｃ）は、実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第３の位置関係を示す図であり、図５（ｄ）は、実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第４の位置関係を示す図である。これらは、それぞれ、図５（ａ）に対する図５（ｂ）が，図５（ｂ）に対する図５（ｃ）が，図５（ｃ）に対する図５（ｄ）が，図５（ｄ）に対する図５（ａ）が、画像シフト機構１２を＋方向に回転させた時の状態の遷移順序を表している。また、それぞれ、図５（ｂ）に対する図５（ａ）が，図５（ｃ）に対する図５（ｂ）が，図５（ｄ）に対する図５（ｃ）が，図５（ａ）に対する図５（ｄ）が、画像シフト機構１２を−方向に回転させた時の状態の遷移順序を表している。

画像シフト機構１２を通過した直後の像は半径δで回転するので、像倍率ｍの撮像レンズ１３を通過し撮像素子１５上に結像された像は、半径ｍδで回転することになる。ここで、実際には撮像素子１５に対して像の方が画像シフト機構１２により円軌道に沿って移動しているが、相対的な動きであると考えれば、撮像範囲２７が仮想画素２８に対して円軌道に沿って移動していると同様に考えられる。

図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、撮像素子での撮像範囲２７は、画像シフト機構１２によってシフトした状態で回転させることができるので、仮想画素２８１つ分だけ縦方向，横方向に移動できる。

ここで、画像シフト機構１２内の基板回転機構２２がある角度のときに図５（ａ）であったとする。そこから基板回転機構２２を＋９０°回転させると、仮想画素２８と撮像範囲２７の位置関係は図５（ｂ）の状態に変化する。さらに基板回転機構２２を＋９０°回転させると、仮想画素２８と撮像範囲２７の位置関係は図５（ｃ）の状態に変化する。さらに基板回転機構２２を＋９０度回転させると、仮想画素２８と撮像範囲２７の位置関係は図５（ｄ）の状態に変化する。さらに基板回転機構２２を＋９０°回転させると、仮想画素２８と撮像範囲２７の位置関係は元の図５（ａ）の状態に戻る。

ここで、画像シフト機構１２の回転に伴う、仮想画素２８と撮像範囲２７の相対的な位置，角度関係を分かりやすくするために、撮像範囲２７上のある１点に注目してそれを注目点２９とする。すると、図５（ａ）から図５（ｄ）に示すように、撮像範囲２７自体は回転せず、矢印３０で示すような円軌道で注目点２９が並進移動していることが分かる。

このような手段によって、撮像領域１８を撮像レンズ１３によって撮像素子１５上に結像させた像を、仮想的に必要分解能Ｄの格子（画素）に区切った仮想画素２８に対して、撮像画素１５の画素幅ｄの半分の量（仮想画素単位）で位置をシフトさせた画像データ取得をすることができる。

実際の撮像素子１５の仮想画素２８に対する動きは、上記式（３），式（４）を用いて、半径δｍ＝Ｄ₀×ｍ×（√２）／２＝Ｄ×（√２）／２＝ｄ×（√２）／４の円を描く。しかしながら、基板回転機構２２の９０°毎の位置だけに注目すれば、図５（ａ）から図５（ｄ）で示すように、それぞれ縦横方向にＤ＝ｄ／２だけ平行移動しているのと等価とみなすことができる。

次に、本実施の形態の検査手順について、図６〜図１３を用いて説明する。以下は、本実施の形態での、図１に示す装置を用いてシフト画像データを取得し、そこから目的である高解像度の推定画像データを求める手順である。はじめに手順の全体の流れを説明し、その後、個々の手順の詳細について説明している。

図６は、実施の形態１における検査工程の全体の流れを示すフローチャートである。

図６において、まず、検査動作を開始する（ステップＳ１）。

次に、画像シフト機構１２を用いて、画像表示デバイス１１の像をシフトさせながら、取得画像データを４枚分取得する（ステップＳ２）。

次に、ステップＳ２で取得した取得画像データから、取得輝度ベクトルＩ₀を生成する（ステップＳ３）。

次に、画像取得に用いた撮像素子の画素数に応じた大きさの変換行列Ａを決定し、その逆行列Ｂを求める（ステップＳ４）。

次に、ステップＳ３で生成した取得輝度ベクトルＩ₀と、ステップＳ４で求めた逆行列Ｂを用いて、推定輝度ベクトルｉ₀を求める（ステップＳ５）。

次に、ステップＳ４で求めた推定輝度ベクトルｉ₀を、仮想画素２８の推定輝度画像データｉ（ｕ，ｖ）へ変換する（ステップＳ６）。

次に、所望の解像度と撮像素子１５の持つ解像度の関係により、条件分岐する。この時点で、所望の解像度が撮像素子１５の持つ解像度の２倍であった場合は、ここまでの過程で所望の高解像度な推定輝度画像データが求められているので、ステップＳ９に分岐する。一方、所望の解像度が撮像素子１５の持つ解像度に対して１〜２倍の中間倍率であった場合は、ステップＳ８に条件分岐する（ステップＳ７）。

所望の解像度が撮像素子１５の持つ解像度に対して１〜２倍の中間倍率であった場合は、所望の解像度となるようにステップＳ６までで得られた推定輝度画像データに対し、平均画素法を用いて縮小処理を施す（ステップＳ８）。

次に、ステップＳ７，ステップＳ８を経た後に、得られた推定輝度画像データで欠陥検査を実施する（ステップＳ９）。

最後に、欠陥検査が完了したとして、一連の検査動作完了とする（ステップＳ１０）。

なお、ステップＳ９にある欠陥検査については本発明の要点ではないため、一般的に公知な欠陥検査法を用いるとして説明は省略する。

次に、詳細説明として、先に述べたシフト画像取得の手段を用いて、実際にシフト画像データを取得する手順を説明する。ここでは、撮像範囲２７の集合を撮像範囲群３１とし、仮想画素２８の集合を仮想画素群３２としている。

図７（ａ）は、実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１との位置関係を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）において仮想画素群３２のみを取り出して示した図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）において撮像範囲群３１のみを取り出して示した図である。ここで、図７（ｃ）での撮像範囲群３１は、水平方向にｐ個、垂直方向にｑ個の撮像範囲２７から構成されているとする。従って、図７（ｂ）での仮想画素群３２は、水平方向に２ｐ個、垂直方向に２ｑ個の仮想画素２８から構成されていることになる。

仮想画素２８の輝度データは、現時点では未知であるが、以降の手順によって求めることができ、これが推定画像データＸとなる。

図７（ａ）〜（ｃ）において、仮想画素２８は細い実線、撮像範囲２７は太い破線で示す。これらの仮想画素２８、撮像範囲２７について図７（ａ）〜（ｃ）の左上を原点として、水平方向と垂直方向に対して１から順に画素アドレスを付与する。表し方としては２次元座標平面の座標表示と同様の表記を用いて、もっとも左上の画素を（１，１）、その１画素右隣を（２，１）、（１，１）の１画素下を（１，２）のように表す。図７（ｂ）、（ｃ）の枠内には、その画素アドレスを記してある。

図８は、図７で示した仮想画素群３２と撮像範囲群３１について、図５を用いて説明した画像シフト機構１２によるシフト画像データ取得を適用した際の、仮想画素２８と撮像範囲２７の位置関係を示した図である。

図８（ａ）は、実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第１の位置関係を示す図であり、図８（ｂ）は、実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第２の位置関係を示す図であり、図８（ｃ）は、実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第３の位置関係を示す図であり、図８（ｄ）は、実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第４の位置関係を示す図である。

図８（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）の状態から基板回転機構２２を９０°毎に回転させていった場合の仮想画素群３２と撮像範囲群３１の関係を示している。ここで、撮像範囲群３１のうちのある１画素を注目撮像範囲３３とし、その画素アドレスを（Ｕ，Ｖ）とする。ここで、Ｕ，Ｖは共に整数であり、１≦Ｕ≦ｐ、１≦Ｖ≦ｑを満たす。

図８（ａ）〜（ｄ）までの各状態において、撮像範囲群３１で得られる画像データにフレーム番号を付与し、図８（ａ）〜（ｄ）まで、それぞれフレーム１〜フレーム４とする。また、各撮像範囲２７の輝度データをＩ（Ｕ，Ｖ，ｆ）とする。Ｕ，Ｖは先述の画素アドレス番号であり、ｆはフレーム番号である。さらに、仮想画素群３２内のある仮想画素２８の画素アドレス（ｕ，ｖ）における推定輝度をｉ（ｕ，ｖ）とする。

続いて、図６のステップＳ２に相当する、画像データ取得の詳細な手順について説明する。

図９は、実施の形態１における画像データ取得のフローチャートである。

図９において、まず、画像データ取得を開始する（ステップＳ１１）。

次に、図８（ａ）の状態をｆ（フレーム番号）＝１の画像データとして定義する（ステップＳ１２）。

次に、ｆ＝１の状態で撮像範囲群３１の全ての画素アドレスの輝度データＩ（Ｕ，Ｖ，１）を取得する。なお、取得した画像データはすべて画像処理装置１７内に保存される（ステップＳ１３）。

次に、ステップＳ１３でｆが３以下であるか否かを確認する。これは、ステップＳ１３でｆ＝４の状態であれば必要な４枚の画像をすでに取得しているため、ステップＳ１７にて画像取得ルーチンを終了させる事を意味する（ステップＳ１４）。

次に、ステップＳ１４でｆが３以下であった場合は、ｆの値を１増加させる（ステップＳ１５）。

次に、ｆを１増加させた後に、基板回転機構２２を＋９０°回転させる。ここで、ステップＳ１４でｆ＝１であり、ステップＳ１５にてｆ＝２となった場合は、＋９０°回転させることにより、図８（ｂ）の状態にしてから、再びステップＳ１３へ戻り、ｆ＝３の画像データとして撮像範囲群３１の全ての画素アドレスの輝度データＩ（Ｕ，Ｖ，２）を取得する。以下同様にｆ＝３、ｆ＝４の画像データＩ（Ｕ，Ｖ，３）、Ｉ（Ｕ，Ｖ，４）を取得する。

図９に示す以上の手順により、図８（ａ）〜（ｄ）までの画像データが取得できる。

続いて、図９の手順で取得したシフト画像データを処理して、高解像度の推定画像データを取得する詳細な手順について説明する。

ここで、図７（ｂ）、図７（ｃ）で定義した画素アドレスと、図８（ａ）〜（ｄ）に示した注目撮像範囲３３と仮想画素群３２との関係から、各フレームでの注目撮像範囲３３における輝度Ｉ（Ｕ，Ｖ，ｆ）と仮想画素群３２内の仮想画素２８の推定輝度ｉ（ｕ，ｖ）の関係を求めると、以下に示す式（６）〜式（９）になる。

続いて、図６のステップＳ３〜ステップＳ６に相当する、図９の画像データから仮想画素群３２の各仮想画素２８の推定輝度ｉ（ｕ，ｖ），推定輝度画像データを求める詳細な手順を説明する。

図１０は、実施の形態１における推定画像データ構成のフローチャートである。

図１０において、まず、推定画像データ構成を開始する（ステップＳ１８）。

次に、取得輝度ベクトルＩ₀を生成する。取得画像ベクトルＩ₀は、下記式（１０）のように同一撮像範囲の輝度をフレーム番号順に並べ、更にそれらを画素アドレス毎に並べた成分を４ｐｑ個持つ縦ベクトルである。これらのベクトル成分はすでに求めてある取得画像データの輝度データＩ（Ｕ，Ｖ，ｆ）を用いる。なお、下記式（１０）中にある肩のＴ（^T）は転置を意味する（ステップＳ１９）。

次に、変換行列Ａを生成する。この変換行列Ａの生成の詳細な手順は、後述する（ステップＳ２０）。

次に、変換行列Ａが正則行列であることを利用して、既知の方法により逆行列Ｂを求める（ステップＳ２１）。

次に、ステップＳ２１で求めた逆行列Ｂと、ステップＳ１９で生成した取得輝度ベクトルＩ₀から、推定輝度ベクトルｉ₀を求める。推定輝度ベクトルｉ₀の詳細な定義方法は、後述するが推定輝度ベクトルｉ₀は、下記式（１１）として求められる（ステップＳ２２）。

次に、推定輝度ベクトルｉ₀から仮想画素群３２の推定輝度データｉ（１≦ｕ≦２ｐ，１≦ｖ≦２ｑ）を求める。推定輝度ベクトルｉ₀は縦ベクトルのデータであるから、後述する定義により、仮想画素群３２の推定輝度データｉ（１≦ｕ≦２ｐ，１≦ｖ≦２ｑ）に変換し、これを推定画像データＸとする。以上により高分解能の推定画像データＸが得られる（ステップＳ２３）。

以上のステップにより、推定画像データ構築を完了する（ステップＳ２４）。

ここで、図１０のステップＳ２２に示されている推定輝度ベクトルｉ₀の詳細な定義手順について説明する。推定輝度ベクトルｉ₀は、下記式（１２）のように、仮想画素群３２内の仮想画素２８の推定輝度ｉを画素アドレス順に並べた成分を４ｐｑ個持つ縦ベクトルである。

ここで、変換行列Ａの構成について説明する。

図１１は、実施の形態１における変換行列Ａの構成を示した模式図である。

実際の変換行列Ａは、図１１中の太線内の数値を成分に持つ行列である。図１１には変換行列の左側と上側に、変換行列Ａのそれぞれの行、列に対応した、Ｕ，Ｖ，ｆとｕ，ｖが記載してある。これは、行側が取得画像データから得られた輝度Ｉ（Ｕ，Ｖ，ｆ）に、列側が推定輝度ｉ（ｕ，ｖ）に対応している事を意味する。まず、ある輝度Ｉに対応する行位置を定める。すると、Ｕ，Ｖ，ｆの組み合わせが１通りに決まる。次にそのＵ，Ｖ，ｆの値を上記式（６）〜式（９）の中でｆの値に合致する式に対して代入する。

例えば、（Ｕ，Ｖ，ｆ）＝（２，１，３）の場合、ｆ＝３に対応する上記式（８）にＵ，Ｖの値を代入して、下記式（１３）の関係が得られる。

推定輝度ｉ（ｕ，ｖ）は１≦ｕ≦２ｐ，１≦ｖ≦２ｑの範囲で定義されているので、ｉ（２，０）、ｉ（３，０）は無視すると、ｉ（２，１）、ｉ（３，１）が残る。つまり、（Ｕ，Ｖ，ｆ）＝（２，１，３）の行ではｉ（ｕ，ｖ）＝ｉ（２，１）、ｉ（３，１）が推定輝度ｉの項として存在する。この場合、変換行列の列方向に示しているの（ｕ，ｖ）の値が（ｕ，ｖ）＝（２，１）、（３，１）の行列成分だけ１を設定し、同じ行の残りの成分は０とする。このような操作を全ての行、つまり全ての（Ｕ，Ｖ，ｆ）の組み合わせについて実行し、変換行列Ａの成分に０か１を設定することにより、変換行列Ａが得られる。

続いて、図１０におけるステップＳ２０に相当する、変換行列Ａを決定する詳細な手順について説明する。

図１２は、実施の形態１における変換行列Ａを決定するフローチャートである。

図１２において、まず、変換行列決定を開始する（ステップＳ２５）。

次に、変換行列Ａの数値を決定していく画素アドレスとフレーム番号として（Ｕ，Ｖ，ｆ）＝（１，１，１）を設定する（ステップＳ２６）。

次に、撮像素子１５の水平方向画素数ｐ、垂直方向画素数ｑで決まる４ｐｑ行×４ｐｑ列で全て成分が０である行列を用意する（これが変換行列Ａの入れ物となる）。そして、図１１で示したように、行列成分を推定輝度Ｉ（１≦Ｕ≦ｐ，１≦Ｖ≦ｑ，１≦ｆ≦４）と推定輝度ｉ（１≦ｕ≦２ｐ，１≦ｖ≦２ｑ）の組み合わせに対応付けする（ステップＳ２７）。

次に、全ての（Ｕ，Ｖ，ｆ）の組み合わせを総当りで上記式（６）〜式（９）に代入していき、その代入後の式の右辺に存在する推定輝度ｉ（ｕ，ｖ）の項に対応する行列成分に対して１を設定する操作を行う（ステップＳ２８、Ｓ２９）。

以上により、変換行列Ａが決定される（ステップＳ３０）。

ここで、より詳しくは、ステップＳ２８は、画素アドレスとフレーム番号（Ｕ，Ｖ，ｆ）の組み合わせに対して上記式（６）〜式（９）を適用し、項の有無によって変換行列Ａ中に０または１を設定していくステップである。また、ステップＳ２９は、全ての（Ｕ，Ｖ，ｆ）の組み合わせをステップＳ２８で総当りさせるためのパラメータ設定を行うステップである。なお、ステップＳ２８の内容からも分かるように、変換行列Ａの行列成分は必ず０または１となる。

変換行列Ａの具体例として、撮像範囲群３１の画素数が４×４画素（ｐ＝ｑ＝４）、仮想画素群３２の画素数が８×８画素（２ｐ＝２ｑ＝８）の場合の変換行列Ａを図１３に示す。

図１３は、実施の形態１における変換行列Ａの具体例を示す図である。

以上、図９〜１３で得られた推定画像データＸは、撮像領域１８で求められる分解能Ｄ₀を図１で示される通常の構成で得られる分解能（すなわちｄ／ｍ）の２倍であるとし、また、撮像素子１５上で求められる分解能Ｄを図１で示される通常の構成で得られる分解能（すなわちｄ）の２倍であるとし、Ｄ₀とｄ，Ｄとｄの関係を上記式（３），式（４）で規定して、それらを前提に求めた推定画像データである。

しかしここで改めて、撮像領域１８で求められる分解能Ｄ₀を図１で示される通常の構成で得られる分解能（すなわちｄ／ｍ）のｋ倍であるとし、また撮像素子１５上で求められる分解能Ｄを図１で示される通常の構成で得られる分解能（すなわちｄ）のｋ倍であると規定する。ただし、ｋの範囲は１＜ｋ≦２（ｋは実数）とする。このとき上記式（３）は、下記式（１４）となる。

Ｄ₀ｍ＝Ｄと置き換えると、上記式（１４）は、下記式（１５）となる。

上記式（１４），式（１５）から明らかなように、これらの式は、それぞれ、式（３），式（４）中の数字の２をｋに置き換えたものとなっている。

この場合、求めるべき推定画像データＸ₀は、ｋ＝２として求めた推定画像データＸをｋ／２倍に縮小したものになっている。従って、１＜ｋ＜２であるような分解能Ｄ₀、Ｄが必要な場合は、はじめに図６のステップＳ１〜ステップＳ６の手順によってｋ＝２で推定画像データＸを求めておき、ステップＳ７において１＜ｋ＜２であるからステップＳ８へ移り、ステップＳ８で推定画像データＸを平均画素法（これは既知の画像縮小手段である）によりｋ／２倍に変換することで、所望のｋに対応する推定画像データＸ₀が得られる。なお、推定画像データの縮小アルゴリズムとして平均画素法以外のデータを用いると不必要なエイリアシングや偽色の発生を招く場合があるため、平均画素法を用いることが望ましい。また、ここまでで述べた画像データ取得より後の画像データ演算処理、行列データ演算処理、推定画像データ縮小処理の一切は、画像処理装置１７で実行される。

以上の方法により、水平方向画素数ｐ、垂直方向画素数ｑの撮像素子から得られた４枚分の画像データＩから、水平方向画素数ｋｐ、垂直方向画素数ｋｑの推定画像データとして推定輝度ｉを取得することができる。これにより、通常は撮像領域１８における分解能が、下記式（１６）でしか得られないところを、本発明の方法を用いることで、下記式（１７）で得られるようになる（ただし、ｋの範囲は１＜ｋ≦２（ｋは実数））。

つまり撮像素子１５が持つ解像度のｋ倍の解像度を持つ高解像度画像を得られる。このことにより、通常、撮像素子１５で取得する画像データでは解像度不足により輝点不良，黒点不良を見逃してしまうが、高解像度画像データでそれらを見逃すことなく検知することが可能となる。

なお、撮像素子１５は撮像画素が正方格子状に整列した構成のものであれば何でも良く、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのエリアカメラや、フォトダイオードを格子状に配列したエリアセンサでも良い。

また、近年の高性能なパソコンや汎用コンピュータ，汎用ハードウェアで実現されているように、画像取得装置１６，画像処理装置１７，画像シフト機構制御装置２１の３つを適宜組み合わせて、同一の機器とすることも可能である。

また、本実施例では画像取得装置１６による画像データ取得手順より後に行われる、画像データ演算処理，行列データ演算処理，推定画像データ縮小処理の一切は、別途用意した専用ハードウェアに処理をさせて、その結果を画像処理装置１７で表示、保存させる構成としても構わない。

また、複数種類の画像表示デバイスを検査対象とする場合も考えられる。この場合は、画像表示デバイスの解像度を予め調べておき、画像表示デバイスの解像度が撮像素子の解像度よりも大きい場合にのみ本発明の検査を行う（検査方式を切替える）ことも可能である。これにより、複数種類の画像表示デバイスを検査する場合に、適宜ふさわしい検査方式を選択することができる。この切り替え方法としては、画像表示デバイスの解像度が撮像素子の解像度よりも小さい場合に、ガラス平面基板を撮像レンズの光軸と一致させる（ガラス平面基板のシフト機能を解除する）ことが考えられる。

以上のように、本発明によれば、画像表示デバイスの解像度よりも低い解像度を有する検査用撮像カメラであっても、高解像度画像を得ることが可能となり、高解像度を有する画像表示デバイスの検査画像取得検査が可能となる。そして、画像表示デバイスの高解像度化にも検査装置自体に大きな変更を加えることなく検査画像を取得し検査を行うことが可能となる。また、画像表示デバイスのみならず幅広い画像検査の高解像度画像取得手段として利用することも可能である。

実施の形態１における画像表示デバイスの検査装置の概略構成図 （ａ）実施の形態１における撮像領域１８を示す概略図、（ｂ）実施の形態１における撮像素子１５を示す概略図 実施の形態１における画像シフト機構１２の構成を示す模式図 実施の形態１におけるガラス平面基板２３に光線２６が入射した時の状態を示す模式図 （ａ）実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第１の位置関係を示す図、（ｂ）実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第２の位置関係を示す図、（ｃ）実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第３の位置関係を示す図、（ｄ）実施の形態１における撮像範囲２７と仮想画素２８との第４の位置関係を示す図 実施の形態１における検査工程の全体の流れを示すフローチャート （ａ）実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１との位置関係を示す図、（ｂ）図７（ａ）において仮想画素群３２のみを取り出して示した図、（ｃ）図７（ａ）において撮像範囲群３１のみを取り出して示した図 （ａ）実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第１の位置関係を示す図、（ｂ）実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第２の位置関係を示す図、（ｃ）実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第３の位置関係を示す図、（ｄ）実施の形態１における仮想画素群３２と撮像範囲群３１の第４の位置関係を示す図 実施の形態１における画像データ取得のフローチャート 実施の形態１における推定画像データ構成のフローチャート 実施の形態１における変換行列Ａの構成を示した模式図 実施の形態１における変換行列Ａを決定するフローチャート 実施の形態１における変換行列Ａの具体例を示す図 特許文献１における検査装置の概略構成図

符号の説明

１ 液晶パネル
２ パターンジェネレータ
３ ＣＣＤカメラ
４ コンピュータ
５ 画像入力手段
６ 欠陥強調処理手段
７ ノイズ除去手段
８ 欠陥抽出手段
９ 欠陥判別手段
１０ 画像表示装置
１１ 画像表示デバイス
１２ 画像シフト機構
１３ 撮像レンズ
１４ 撮像カメラ
１５ 撮像素子
１６ 画像取得装置
１７ 画像処理装置
１８ 撮像領域
１９ 回転軸
２０ 基準軸
２１ 画像シフト機構制御装置
２２ 基板回転機構
２３ ガラス平面基板
２４ 基板法線軸
２５ 矢印
２６ 光線
２７ 撮像範囲
２８ 仮想画素
２９ 注目点
３０ 矢印
３１ 撮像範囲群
３２ 仮想画素群
３３ 注目撮像範囲

Claims (6)

1. 画像表示デバイスを載置する載置部と、
   前記画像表示デバイスを撮像する撮像部と、
   前記載置部と前記撮像部との間に配置された光学部材と、
   前記光学部材を前記撮像部の光軸に対して揺動させるシフト機構と、
   前記光学部材を揺動させながら前記撮像部で撮像した撮像結果に基づいて前記画像表示デバイスの検査を行う処理装置と、を備えること
   を特徴とする画像表示デバイス検査装置。
2. 前記シフト機構は、前記撮像部の光軸中心に前記光学部材を回転させる機能を更に有すること
   を特徴とする請求項１記載の画像表示デバイス検査装置。
3. 前記光学部材は、ガラス平面基板であること
   を特徴とする請求項１または２記載の画像表示デバイス検査装置。
4. 前記シフト機構は、前記光学部材の表面に垂直な軸と前記撮像部の光軸との間に所定の角度を設けた状態で前記光学部材を揺動させるものであること
   を特徴とする請求項３記載の画像表示デバイス検査装置。
5. 前記撮像部の撮像面上の前記画像表示デバイスの像を、前記シフト機構を用いて前記撮像面上で平行シフト移動させる制御手段を更に有すること
   を特徴とする請求項１から４いずれか記載の画像表示デバイス検査装置。
6. 前記処理装置は、前記シフト機構により前記撮像面上で平行シフト移動した取得した複数の画像データを前記撮像部の画素数に基づいた変換行列を用いて変換し、変換したデータに基づいて前記画像表示デバイスの検査を行うものであること
   を特徴とする請求項５記載の画像表示デバイス検査装置。

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