JP2013217651A - 配光特性測定装置および配光特性測定方法 - Google Patents

配光特性測定装置および配光特性測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】装置構成を大きくすることなく、光源の配光特性を効率的に測定できる配光特性測定装置およびそれに向けられた配光特性測定方法を提供する。
【解決手段】源の配光特性を測定するための配光特性測定装置が提供される。配光特性測定装置は、所定の相対関係をもって配置された複数の検出器を含む。1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部は隣接する他の検出器の検出範囲と重複している。配光特性測定装置は、さらに、複数の検出器を一体として駆動することで、複数の検出器の光源に対する位置関係を更新する駆動手段と、複数の検出器が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果に基づいて、複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、光源の配光特性を算出する算出手段とを含む。
【選択図】図4

Description

本発明は、光源の配光特性を測定するための配光特性測定装置および配光特性測定方法に関する。
光源から照射される光の特性の一つとして、配光特性が知られている。配光特性は、光源による光度(あるいは、輝度)の空間分布を意味する。配光特性としては、絶対値配光および相対値配光のいずれもが使用される。絶対値配光は、光度の絶対値の空間分布を測定したものであり、光源が発生する全光束を求めるような場合などに利用される。一方、相対値配光は、光度の相対値の空間分布を測定したものであり、配光パターンを求めるような場合などに利用される。一般的に、複雑な配光パターンを有する光源や、その特性が未知の光源について、その配光特性を測定することは、容易ではない。
このような配光測定に関して、例えば、特開2008−70290号公報(特許文献1)は、測定対象の発光源試料を360度回転させる機構を備え、受光器をZ軸に対し一方向に±90度のみの移動で3次元配光特性を測定可能とする省スペースの装置を開示する。
特開2008−70290号公報
上述の先行技術に開示される装置では、発光面の比較的大きな光源についてその配光特性を測定することは容易ではない。すなわち、発光面が比較的大きな光源の配光特性を測定しようとすると、装置が複雑化および大型化するといった課題があった。
本発明の目的は、装置構成を大きくすることなく、光源の配光特性を効率的に測定できる配光特性測定装置およびそれに向けられた配光特性測定方法を提供することである。
本発明のある局面に従えば、光源の配光特性を測定するための配光特性測定装置が提供される。配光特性測定装置は、所定の相対関係をもって配置された複数の検出器を含む。1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部は隣接する他の検出器の検出範囲と重複している。配光特性測定装置は、さらに、複数の検出器を一体として駆動することで、複数の検出器の光源に対する位置関係を更新する駆動手段と、複数の検出器が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果に基づいて、複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、光源の配光特性を算出する算出手段とを含む。
好ましくは、複数の検出器は、各々の光軸方向が互いに平行になるとともに、各々の検出範囲の一部が他の検出器の検出範囲と重複するように、配置される。
さらに好ましくは、算出手段は、重複している検出範囲について対応する複数の検出器が算出したそれぞれの結果のうち1つの検出器が算出した結果のみを有効化する。
あるいは好ましくは、複数の検出器は、各々の光軸方向が予め定められた基準点を向くとともに、それぞれの検出範囲が実質的に一致するように、配置される。
さらに好ましくは、算出手段は、第1の検出器があるタイミングで取得した第1の検出結果を第1の検出器の位置情報に関連付けて格納するとともに、第2の検出器が当該タイミングで取得した第2の検出結果を、第1の検出器の位置情報を第1および第2の検出器の間の相対関係に応じて補正することで得られる位置情報に関連付けて格納する。
好ましくは、算出手段は、検出器の検出範囲に含まれる複数の測定点の別に、配光特性を算出する。
好ましくは、駆動手段は、光源と複数の検出器と間の位置関係を異なる2つの軸方向にそれぞれ独立に変更する。
本発明の別の局面に従えば、光源の配光特性を測定するための配光特性測定方法が提供される。配光特性測定方法は、複数の検出器を、所定の相対関係をもって配置するとともに、1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部を隣接する他の検出器の検出範囲と重複させて配置するステップと、複数の検出器を一体として駆動することで、複数の検出器の光源に対する位置関係を更新するステップと、複数の検出器が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果に基づいて、複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、光源の配光特性を算出するステップとを含む。
本発明によれば、装置構成を大きくすることなく、光源の配光特性を効率的に測定できる。
本実施の形態の関連技術に従って1台のカメラで光源の配光特性を測定する方法を説明するための図である。 本実施の形態の関連技術に従って1台のカメラで複数の発光面についての配光特性を測定する方法を説明するための図である。 本実施の形態の関連技術に従ってカメラおよび照度計のそれぞれで光源の配光特性を測定する方法を説明するための図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置の概要を説明するための図である。 光源を撮像する場合のカメラの設置位置を説明するための図である。 図5に示すそれぞれの設置位置において撮像された画像例を示す図である。 図6(b)に示すそれぞれの画像を合成して得られる合成画像を示す図である。 光源の色度を測定する場合のカメラの設置位置を説明するための図である。 図8に示すカメラによって撮像されたそれぞれの画像を合成して得られる色度測定結果を示す図である。 図9に示す色度測定結果から算出された光源表面の配光特性を示す図である。 図10に示す配光特性から算出された照度壁面の算出結果を示す図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置の構成例(光源移動型)を示す模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置の構成例(検出器移動型)を示す模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置の電気的構成を示す模式図である。 図14に示すコンピュータの内部構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置を用いた配光特性測定の全体処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う配光特性測定装置におけるX軸およびY軸の移動方法を説明するための図である。 図16のステップS7に示すデータ格納処理の処理手順を示すフローチャートである。 図18におけるカメラ視野範囲内の測定点の選択処理および測定値の取得処理を説明するための図である。 図18における測定空間座標値の算出処理を説明するための図である。 図18における測定角度の算出処理を説明するための図である。 図18における測定角度の算出処理を説明するための図である。 図18における測定撮像座標値の算出処理を説明するための図である。 図18における測定値の取得処理および格納処理を説明するための図である。 図18における測定値の取得処理および格納処理を説明するための図である。 図16のステップS10に示す照度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 図26における照度算出位置の決定処理を説明するための図である。 図26における照度算出位置に対する測定点の見込み角度の算出処理を説明するための図である。 図26における見込み角度の輝度の検索処理を説明するための図である。 図26における測定点における輝度の算出処理を説明するための図である。 図26における照度格納データへの光度の加算処理を説明するための図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置において複数のカメラを平行配置した構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置において複数のカメラを所定角度ずらして配置した構成を示す模式図である。 複数系統のカメラ群を用いた場合における光度の加算処理を説明するための図である。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
本実施の形態においては、主として、サンプル光源(以下、単に「光源」とも称す。)の配光特性(典型的には、配光輝度特性)を測定可能な配光特性測定装置について例示する。但し、本実施の形態に従う配光特性測定装置は、単なる配光特性に限られず、配光特性から算出される、光源の色度および波長情報、ならびに光源から照射される全光束などの各種光学特性を測定することもできる。
<A.関連技術>
まず、本実施の形態に従う配光特性測定装置についての理解のため、本実施の形態の関連技術について説明する。本実施の形態の関連技術として、配光特性の測定方法について説明する。
(a1:関連技術に従う配光特性測定)
図1は、本実施の形態の関連技術に従って1台のカメラで光源の配光特性を測定する方法を説明するための図である。図1に示すように、所定の撮像視野を有するカメラ10(一種の2次元センサー)を用いて、測定対象となる光源2による照度の配光特性(あるいは、光度の配光特性)を測定することができる。この場合、カメラ10は、光源2の発光面の全体が撮像できる位置に、その光軸方向が発光面と垂直となるように設置される。ここで、カメラ10で撮像される画像に対して、上下方向をY軸、左右方向をY軸とする。また、カメラ10の光軸方向が光源2の発光面と垂直になった状態を、X軸角度=0°、Y軸角度=0°と定義する。この状態を以下では「初期状態」とも称す。X軸およびY軸のそれぞれに対して±180°の範囲でカメラ10を移動させつつ、カメラ10で光源2を撮像することで、光源2の発光面についての配光特性(配光輝度特性)を取得することができる。
次に、発光面が複数存在する場合について考える。図2は、本実施の形態の関連技術に従って1台のカメラで複数の発光面についての配光特性を測定する方法を説明するための図である。図2には、複数の発光面が存在する場合の典型例として、複数の光源2A,2Bが所定間隔だけ離れて配置されている例を示す。
図2(a)に示すように、X軸角度およびY軸角度がいずれも0°の位置にカメラ10が設置された場合、カメラ10の正面に位置する光源2Aの表面については、0°における配光特性を取得できる。このとき同時に、カメラ10の撮像エリア内にある別の光源2Aの配光特性を取得できる。これらの点における配光角度は、カメラ10の設置距離と発光点とのなす角度に相当する。
次に、図2(b)に示すように、カメラ10がY軸上を角度θだけ移動した場合、これらのなす角度はY軸角度が0°の状態におけるそれぞれの配光角度にY軸上の移動角度θを加算した角度となる。このように、角度を変えつつカメラ10で光源2A,2Bを撮像することで、それぞれの観測点における配光角度が算出される。これらの配光角度に基づいて、個々の光源表面における配光特性を求めることができる。ここで得られたデータは、測定対象である光源2A,2Bに固有の特性となる。
図3は、本実施の形態の関連技術に従ってカメラおよび照度計のそれぞれで光源2の配光特性を測定する方法を説明するための図である。図3(a)に示すような方法で取得された光源表面における配光特性に基づいて、光源2を点光源とみなせる距離における全天球の面照度を算出することができる。本来の配光特性は、図3(b)に示すように、光源2の発光面を点とみなせる距離で測定した結果に相当する。このような方法で取得された測定結果は、配光特性(照度の配光特性)となり、光度へ換算することで配光特性(光度の配光特性)を算出できる。このように光源表面の配光特性に基づく計算によって、任意の位置における照度を算出できる。
(a2:関連技術における不利点)
図3(a)に示すようなカメラ(2次元センサー)を用いて配光特性を測定する場合には、測定対象の光源2からの光をレンズで集光した上で、2次元センサーで受光し、この受光された結果に基づいて、光源2の表面輝度を測定する。この方法によれば、光源2に対する距離に依存することなく、光源2の表面輝度を測定することができる。さらに、二軸のゴニオメータに関連付けて、光源2を中心とする全球面/半球面にわたって、光源2を2次元センサーで測定することで、光源2の表面輝度の配光特性を取得できる。さらに、光源2の表面輝度の配光特性に基づいて、光源2を点光源とみなせる距離における照度を算出し、算出された照度を光度に変換することで、光源2の配光特性を取得できる。
この方法において、光源表面の情報についての空間分解能を高めるには、高精細な2次元センサーを用いる、および/または、光源2との距離を近づけて測定する、といった方法が採用される。これに対して、発光面が広い場合には、光源2とカメラ(2次元センサー)との距離を離す、および/または、視野範囲を拡大するための広角レンズを用いる、といった方法が採用される。
また、光源2から複数の情報(色度および波長情報など)を取得するためには、カメラ(2次元センサー)の前段に光学フィルターを装着する、および/または、ビームスプリッタなどを用いて、2次元センサーごとに光路を分けて計測を行なう、といった方法が採用される。このような2次元センサー(カメラ)を用いた配光測定については、以下のような不利点が挙げられる。
(1) 蛍光灯のように横長の光源の配光特性を1台のカメラを用いて測定する場合には、光源全体が撮像できる距離だけ離す必要があり、その撮像範囲内に光源の全体が含まれるようにカメラを設置した場合には、撮像範囲の縦方向に余分な空間(光源の測定に利用できない情報)が発生し、空間分解能が低下する。
(2) 互いに離れた複数の発光点を有する光源については、それらの発光点を撮像できる距離、および/または、それらの発光点を撮像できる広角レンズを用いる必要があり、空間分解能が低下する。
(3) カメラ(2次元センサー)の前段に光学フィルターを装着した場合には、光学フィルターを適宜切り替える必要があるため、全体の測定時間がフィルター数だけ必要となり、またビームスプリッタを用いる場合には、光量の低下や多重反射の影響を受ける。
一方、図3(b)に示すようなポイントセンサー(照度計)を用いて配光特性を測定する場合には、サンプルである光源を点光源とみなせる距離にポイントセンサーを設置する必要がある。また、指向性のある光源については、その指向性の受けにくい距離にポイントセンサーを設置する必要がある。このように設置されたポイントセンサーによって、照度を測定し、当該測定した照度を光度に換算し直すことで、対象となる光源の配光特性を取得できる。このようなポイントセンサーを用いた配光測定については、以下のような不利点が挙げられる。
(1) 光源が大きくなると、光源からより離れた位置にポイントセンサーを設置する必要があり、測定装置が大型化する。
(2) 指向性のある光源については、光源からの距離に依存してその特性が異なるため、配光特性を正確に測定することが難しい。
(3) 光源からの距離を異ならせた場合の測定結果を1回の測定で算出することができない。
<B.本実施の形態の概要>
次に、本実施の形態に従う配光特性測定装置の概要について説明する。図4は、本実施の形態に従う配光特性測定装置の概要を説明するための図である。図4を参照して、本実施の形態に従う配光特性測定装置は、所定の相対関係をもって配置された複数の検出器(2次元センサー/カメラ)を用いる。なお、後述するように、一方の検出器の検出範囲の少なくとも一部は、隣接する他の検出器の検出範囲と重複して設定される。図4(a)は、発光面が広い光源および/または複数の発光点を有する光源の配光特性を測定するのに適した構成例を示す。図4(b)は、光源から複数のデータ(色度および波長情報など)を測定するのに適した構成例を示す。以下、これらの構成例について概略する。
(b1:発光面が広い光源/複数の発光点を有する光源)
上述した関連技術に従えば、相対的に大きな光源を1台のカメラを用いて測定する場合には、光源とカメラ(2次元センサー)との距離を離す、および/または、視野範囲を拡大するための広角レンズを用いる、といった方法が採用される。また、複数の発光点を有する光源を1台のカメラを用いて測定する場合にも同様の手法が採用される。
これに対して、本実施の形態においては、図4(a)に示すように、平行に配置された複数のカメラ11,12が用いられる。カメラ11,12のそれぞれの光軸方向(撮像の向き)は、光源の表面の垂直方向と一致するように設定される。すなわち、複数の検出器(カメラ11,12)は、各々の光軸方向が互いに平行になるとともに、各々の検出範囲の一部が他の検出器の検出範囲と重複するように、配置される。
このようなカメラ11,12を採用することで、光源の配光特性を測定するのに必要なエリアを効率的に撮像することができる。すなわち、カメラ11,12を並列に設置することで、光源を拡大して撮像(測定)できる。
例えば、蛍光灯のように横長の光源を1台のカメラを用いて測定する場合には、撮像範囲の横方向に光源のすべてが含まれるようにその設置位置などが調整されるが、このように調整すると、撮像範囲の縦方向に余分な空間(光源の測定に利用できない情報)が発生し、空間分解能が低下する。また、光源の測定に利用できない情報を含む画像データを転送する無駄な時間が発生する。
これに対して、本実施の形態に従う複数のカメラ11,12を用いる方法によれば、上述した蛍光灯のような横長の光源に対しては、カメラ11,12を横方向に並べて配置することで、撮像範囲をより有効に利用して光源を撮像することができる。これによって、空間分解能を損なうことなく、光源の配光特性を効率的に測定できる。また、光源との距離を変化させたり、光源の大きさに応じてレンズを交換したりする必要はない。
本実施の形態に従う配光特性測定装置によれば、以下のような利点がある。
(1) 光源の大きさに影響されることなく、空間分解能を維持しつつ、配光特性を測定できる。
(2) 互いに離れた複数の発光点を有する光源に対して、それぞれの発光点に対応してカメラをそれぞれ設置することで、空間分解能を維持しつつ、配光特性を測定できる。
(3) 光源の大きさなどに応じて、光源に対するカメラの距離を変える必要がない。
(4) 光源の大きさなどに応じて、レンズの種類を変える必要がない。
(5) 発光点の間の距離が相対的に大きい場合であっても、それぞれの発光点に合わせてカメラを設置することで、測定空間を無駄に大きくする必要がない。
(6) 既存の配光特性測定装置に対して、既存のものと同一のカメラを追加することで、本実施の形態に従う配光特性測定装置を実現できる。
(b2:複数のデータ(色度および波長情報など)の測定)
上述した関連技術に従えば、光源から複数の情報(色度および波長情報など)を取得するためには、カメラ(2次元センサー)の前段に光学フィルターを装着する、および/または、ビームスプリッタなどを用いて、2次元センサーごとに光路を分けて計測を行なう、といった方法が採用される。
これに対して、本実施の形態によれば、図4(b)に示すように、複数のカメラ11,12,13を光源からの距離が同一となるように並べて設置することで、複数の情報(色度および波長情報など)を取得する。より具体的には、カメラ11,12,13は、いずれも共通のゴニオメータによって、光源2の設置位置に対応する点を中心として回転可能に配置される。カメラ11,12,13のそれぞれの光軸方向(撮像の向き)は、回転軸の中心(光源2)に向いている。カメラ11,12,13の各々から回転軸の中心からまでの距離は互いに同一になっている。すなわち、複数の検出器(カメラ11,12,13)は、各々の光軸方向が予め定められた基準点(光源2の配置された中心位置)を向くとともに、それぞれの検出範囲が実質的に一致するように、配置される。
隣接するカメラ同士が回転軸の中心についてなす角度は、ゴニオメータがカメラ11,12,13を回転駆動する角度ステップ(1移動あたりの角度)の整数倍と一致するように設定される。このように、カメラ11,12,13を角度ステップの整数倍の角度に設定されることで、ゴニオメータを用いてカメラ11,12,13を回転する場合に、各カメラは、最終的には同一位置(空間および角度)で測定を行なうことになり、同一光路上を再現できる。
また、カメラ11,12,13をそれぞれ同時に撮像できるので、測定全体に要する時間を短縮できる。したがって、設置するカメラの台数に制約はなく、要求の測定時間などに応じて所定数のカメラを設置すればよい。カメラの台数に制約はないので、ビームスプリッタなどを用いる必要はなく、ビームスプリッタによる光量の低下や多重反射の影響を受けずに感度よく測定できる。
本実施の形態に従う配光特性測定装置定によれば、以下のような利点がある。
(1) 既存の配光特性測定装置に対してカメラを単純に追加するだけで、必要な情報を追加的に取得することができる。
(2) 既存の配光特性測定装置に対してカメラを単純に追加することで、同時測定が可能となり、これによって測定全体に要する時間を短縮できる。
<C.適用例>
次に、上述した本実施の形態に従う配光特性測定装置の適用例について説明する。以下の適用例では、自動車のヘッドライトをサンプル光源とした場合について説明する。
(c1:配光特性測定)
まず、自動車のヘッドライトの配光特性を測定する例について説明する。図5は、光源2を撮像する場合のカメラの設置位置を説明するための図である。図6は、図5に示すそれぞれの設置位置において撮像された画像例を示す図である。
自動車のヘッドライトは横長であるため、1台のカメラ10を用いて光源2の全体を撮像するためには、カメラ10を光源2から約900mmの距離だけ離して設置する必要がある。図5(a)に示すように、光源2の全体がその撮像範囲に含まれるように1台のカメラ10が設置される。この設置位置においてカメラ10で撮像される画像を図6(a)に示す。図6(a)に示す画像においては、上部および下部に余分な部分(光源2の測定に利用できない情報)が発生し、空間分解能が低下することがわかる。
これに対して、並べて設置された2台のカメラ11,12を用いて光源2を撮像する場合には、図5(b)に示すように、その合成した範囲が光源2の全体を含むように、カメラ11,12のそれぞれの撮像範囲が設定される。すなわち、その光軸が光源2の表面の垂直方向と一致するように配置されるとともに、並列に配置された2台のカメラ11,12を用いて、光源2をより拡大して撮像する。この設置位置においてカメラ11,12で撮像される画像を図6(b)に示す。図6(b)に示すそれぞれの画像は、一部をオーバーラップさせて光源2を撮像することになる。このように、複数台のカメラを用いることで、撮像エリアを拡大させることができる。これにより、カメラ11,12により撮像されたそれぞれの画像においては、上部および下部の余分な部分(光源2の測定に利用できない情報)が減少し、空間分解能を向上させることができる。
カメラ11,12によってそれぞれ撮像された画像は、それぞれの撮像範囲に応じて、合成される。図7は、図6(b)に示すそれぞれの画像を合成して得られる合成画像を示す図である。なお、図7には、光源2であるヘッドライトのランプを消灯した状態を示す。図7に示すように、並列に配置された2台のカメラでそれぞれ撮像された画像を合成することで、1台のカメラを用いて光源2を撮像した画像と同等に扱うことができる。このような合成処理と同様の処理を用いて、光源2の配光特性が取得される。
(c2:色度測定)
次に、光源2の色度を測定する例について説明する。図8は、光源2の色度を測定する場合のカメラの設置位置を説明するための図である。光源2に対する色度測定を行なう場合には、測定対象の3色に対応する等色関数の特性をそれぞれ有する3枚のバンドパスフィルターをカメラに装着し、同一位置(空間および角度)において、それぞれのフィルターを通じて撮像を行なう必要がある。
カメラを用いて色度を測定する場合には、同光路での測定が必要であるため、上述の関連技術では、1台のカメラに装着するフィルターを順次切り替えて3回ずつ測定する。
これに対して、本実施の形態においては、図8に示すように、3台のカメラ11,12,13を並べて配置するとともに、それぞれのカメラに対してバンドパスフィルターを装着する。3台のカメラ11,12,13を回転させつつ、各箇所での撮像(測定)を行なう。このとき、カメラ11,12,13は、ゴニオメータの回転中心から同一の距離に維持されるとともに、それぞれの光軸が回転中心を向くように設置される。これにより、同一エリアに対して、複数の角度からの画像を同時に撮像することができ、色度の情報を取得できる。
さらに、図8に示す構成例では、測定全体に要する時間を短縮化するために、3台のカメラ(カメラ群)を2系統配置する。すなわち、カメラ11,12,13に加えて、カメラ11#,12#,13#も光源2を撮像するように配置される。
図9は、図8に示すカメラ11,12,13,11#,12#,13#によって撮像されたそれぞれの画像を合成して得られる色度測定結果を示す図である。図9は、カメラ11がX軸角度=0°、Y軸角度=0°である場合に光源2を撮像して得られる画像をカラー合成したものである。図10は、図9に示す色度測定結果から算出された光源表面の配光特性を示す図である。図11は、図10に示す配光特性から算出された照度壁面の算出結果を示す図である。
図9に示すように、6台のカメラ11,12,13,11#,12#,13#を用いてそれぞれ光源2を撮像することで、より高い空間分解能で色度測定を行なうことができる。図9に示す合成画像は、それぞれ3つの色度データで構成される。これらのデータをX軸角度=0°、Y軸角度=0°(初期状態)における光源サンプルの映像をカラーに合成すると図10に示すような結果となる。図10に示す結果は、6台のカメラ11,12,13,11#,12#,13#による撮像結果から算出されたものであり、光源2が固有に有する特性である。図10に示す配光特性は、ヘッドライトの下向きランプのみが点灯された状態に相当するものであり、この算出結果は現実のサンプル光源をよく再現している。
さらに、図10に示す配光特性に基づいて、光源2で25m先の壁を照射したときに得られる照度分布を算出した結果を図11に示す。図11に示す配光特性から算出された壁面照度の算出結果は、現実の壁面照度をよく表わしていることが確認されている。
<D.配光特性測定装置の装置構成>
次に、本実施の形態に従う配光特性測定装置の装置構成について説明する。配光特性測定装置は、複数の検出器(カメラ11,12,13)を一体として駆動することで、複数の検出器(カメラ11,12,13)の光源2に対する位置関係を更新する駆動手段を有する。以下の説明では、駆動手段の一例として、カメラ(検出器)を固定し光源を回転移動させる光源移動型と、光源を固定しカメラ(検出器)を回転移動させる検出器移動型とを例示する。駆動手段は、光源2と複数の検出器(カメラ11,12,13)と間の位置関係(相対関係)を異なる2つの軸方向(以下の例では、X軸方向およびY軸方向)にそれぞれ独立に変更する。
カメラは、典型的には、CCD(Charged Couple Device)イメージセンサーや、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサーといった2次元センサーを有している。
(d1:光源移動型)
図12は、本実施の形態に従う配光特性測定装置1Aの構成例(光源移動型)を示す模式図である。図12に示す配光特性測定装置1Aは、光源2が装着され、カメラ(検出器)を中心として当該装着された光源2を回転させるゴニオメータを有する。
より具体的には、配光特性測定装置1Aは、ベース20と、3台のカメラ11,12,13と、ベース20に装着されるとともに、カメラ11,12,13を支持する検出器支持部21と、ベース20に装着されたY軸支持部22と、Y軸支持部22に接続されたY軸モータ26と、Y軸モータ26によって回転されるY軸回転アーム23と、Y軸回転アーム23の先端に接続されたX軸モータ25と、X軸モータ25によって回転される光源支持部24とを含む。X軸モータ25の回転軸とY軸モータ26の回転軸との交点に光源2が配置される。X軸モータ25の回転およびY軸モータ26の回転駆動によって、光源2はそれぞれX軸およびY軸を中心に自在回転する。但し、光源2の中心位置は、X軸およびY軸のいずれの回転があっても、当該交点に維持される。これによって、光源2とカメラ11,12,13との間の相対関係が自在に変更される。
(d2:検出器移動型)
図13は、本実施の形態に従う配光特性測定装置1Bの構成例(検出器移動型)を示す模式図である。図13に示す配光特性測定装置1Bは、カメラ(検出器)が装着され、光源2を中心として当該装着されたカメラを回転させるゴニオメータを有する。
より具体的には、配光特性測定装置1Bは、ベース30と、3台のカメラ11,12,13と、カメラ11,12,13を支持する検出器支持アーム33と、検出器支持アーム33を回転するY軸モータ36と、その一端がY軸モータ36に接続されるとともに、X軸モータ35によって回転されるX軸回転アーム32と、ベース30に配置されるX軸モータ35とを含む。X軸モータ35の回転軸とY軸モータ36の回転軸との交点にカメラ11,12,13(実際には、カメラ11)が配置される。そして、X軸モータ35の回転およびY軸モータ36の回転駆動によって、カメラ11,12,13はそれぞれX軸およびY軸を中心に自在回転する。但し、光源2の中心位置は、X軸およびY軸のいずれの回転があっても、当該交点に維持される。これによって、光源2とカメラ11,12,13との間の相対関係が自在に変更される。
<E.配光特性測定装置の電気的構成>
次に、本実施の形態に従う配光特性測定装置の電気的構成について説明する。
(e1:配光特性測定装置全体の電気的構成)
図14は、本実施の形態に従う配光特性測定装置の電気的構成を示す模式図である。図14を参照して、本実施の形態に従う配光特性測定装置は、上述のX軸モータ25,35およびY軸モータ26,36ならびにカメラ11,12,13に加えて、コンピュータ100およびトリガー装置110を含む。
コンピュータ100は、ゴニオメータの回転制御を行なうとともに、カメラ11,12,13でそれぞれ撮像された画像データを取得して処理する機能を有する。トリガー装置110は、ゴニオメータによる光源2とカメラ11,12,13との間の相対関係の変更に連動して、カメラ11,12,13による撮像タイミングを管理する。トリガー装置110の機能については、コンピュータ100によって実現してもよいが、撮像タイミング(撮像位置)をより正確に制御する観点から、専用のハードウェア回路を含むトリガー装置110をコンピュータ100とは別に配置することが好ましい。
より具体的には、コンピュータ100は、X軸モータ25(または、X軸モータ35)およびY軸モータ26(または、Y軸モータ36)に対して、それぞれ駆動用コマンドを送出する。この駆動用コマンドは、X軸モータおよびY軸モータの移動速度および/または目標位置などを含む。本実施の形態においては、光源2を中心とする全球面/半球面にわたって測定を行なう必要があるので、駆動用コマンドとしては、Y軸に沿った一連の移動が完了するまで、X軸に沿った往復運動を繰り返すための命令を含む。コンピュータ100は、送信開始タイミングで駆動用コマンドを送出し、駆動用コマンドを受けたX軸モータおよびY軸モータ(および、X軸モータおよびY軸モータを駆動するモータドライバ)はそれぞれ移動を開始する。X軸モータおよびY軸モータは、それぞれ回転量を示すモータ駆動パルスをトリガー装置110へ出力する。
トリガー装置110は、受信したモータ駆動パルスを所定数で分周してX軸およびY軸における現在位置(角度)を算出するとともに、予め定められた測定点に対応する角度間隔で、撮像を指示するトリガーパルスをカメラ11,12,13へ出力する。
カメラ11,12,13の各々は、トリガー装置110からトリガーパルスを受信すると、撮像を行ない、その撮像によって取得された画像データをコンピュータ100へ出力する。カメラ11,12,13は、トリガー装置110からトリガーパルスを受信するたびに、撮像および画像データの送信を繰り返す。コンピュータ100は、画像データの撮像順序に基づいて、各撮像の測定位置(空間および角度)を特定する。そして、コンピュータ100は、取得された画像データに対して、後述するような処理を行なうことで、光源2の特性を算出する。
図14に示すような電気的構成を採用することで、ゴニオメータに多数のカメラが設置された場合であっても、コンピュータ100における撮像タイミングの制御に係る負荷は増加しないので、カメラの設置台数への制約は少なくなる。
代替的な構成として、コンピュータ100が1つのカメラに対してトリガーパルスを与え、当該カメラから他のいずれかのカメラへ当該受信したトリガーパルスを転送するように構成してもよい。このトリガーパルスを転送する構成を採用することで、コンピュータ100に接続されたカメラから末端に位置するカメラまで、トリガーパルスを順次転送できる。このように、トリガーパルスを各カメラで分岐して後続のカメラに順次与えるように構成することで、カメラの追加をより容易に行なうことができる。
(e2:コンピュータ100の電気的構成)
図15は、図14に示すコンピュータ100の内部構成を示す模式図である。コンピュータ100は、典型的には、汎用のパーソナルコンピュータで構成される。より具体的には、図15を参照して、コンピュータ100は、CPU(Central)101と、主メモリ102と、HDD(Hard Disk Drive)103と、通信インターフェイス(I/F)104と、表示部105と、入力部106とを含む。これらのコンポーネントは、バス107を介して互いに通信可能に接続されている。
CPU101は、HDD103などの格納されているプログラムを実行することで、本実施の形態に従う機能を実現するための演算処理部である。主メモリ102は、CPU101によるプログラムの実行に必要なワーキングエリアを提供する。このワーキングエリアには、プログラムに実行に必要な一時データや処理対象の画像データなどが格納される。HDD103は、CPU101で実行されるプログラムや処理の実行に必要なパラメータなどを不揮発的に記憶する。
HDD103にはCPU101で実行されるプログラムが予めインストールされる。このプログラムのインストールは、各種の方法を採用できる。例えば、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)やDVD(Digital Versatile Disk)といった各種の記録媒体に格納されたプログラムを対応する装置で読み出してHDD103へ格納する方法、あるいはネットワークを介してプログラムをダウンロードする方法などを採用できる。
通信インターフェイス104は、他の装置とデータを遣り取りする。具体的には、通信インターフェイス104は、X軸モータおよびY軸モータに対して駆動用コマンドを出力するとともに、カメラで撮像された画像データを受信する。
表示部105は、撮像された画像データや測定結果を表示する。具体的には、表示部105は、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)などから構成される。入力部106は、ユーザからの操作を受付ける。具体的には、入力部106は、マウスやキーボードなどから構成される。コンピュータ100には、必要に応じて、プリンタなどの他の出力装置が接続されてもよい。
本実施の形態に従う各種機能については、CPU101がプログラムを実行することで提供される形態に代えて、その全部または一部を専用のプロセッサまたはIC(集積回路)などを用いて実現するようにしてもよい。あるいは、専用のLSI(Large Scale Integration)を用いて実現してもよい。
<F.全体処理手順>
次に、本実施の形態に従う配光特性測定装置を用いて光源2の配光特性を測定する場合の処理手順について説明する。
図16は、本実施の形態に従う配光特性測定装置を用いた配光特性測定の全体処理手順を示すフローチャートである。事前準備として、複数の検出器(カメラ)を、所定の相対関係をもって配置するとともに、1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部を隣接する他の検出器の検出範囲と重複させて配置する。また、図16に示す各ステップは、コンピュータ100のCPU101およびトリガー装置110によって実行される。
図16を参照して、測定開始が指示されると、コンピュータ100のCPU101は、駆動用コマンドをY軸モータへ出力し、Y軸に沿った移動を開始する(ステップS1)。続いて、コンピュータ100のCPU101は、駆動用コマンドをX軸モータへ出力し、X軸に沿った移動を開始する(ステップS2)。ステップS1およびS2において、X軸およびY軸は、予め定められた角度範囲(典型的には、X軸およびY軸のそれぞれについて±180°)を予め定められた角度ステップ(1移動あたりの角度)で回転駆動される。このX軸およびY軸の移動の詳細については、後述する。
続いて、トリガー装置110は、X軸が予め定められた角度ステップ分移動したか否かを判断する(ステップS3)。より具体的には、トリガー装置110は、X軸モータからのモータ駆動パルスをカウントし、そのカウント値が予め定められた角度ステップに対応する値だけインクリメントされたか否かを判断する。X軸が予め定められた角度ステップ分移動していない場合(ステップS3においてNOの場合)には、ステップS2以下の処理が繰り返される。
X軸が予め定められた角度ステップ分移動した場合(ステップS3においてYESの場合)には、トリガー装置110は、トリガーパルスをそれぞれのカメラ11,12,13へ出力する(ステップS4)。カメラ11,12,13の各々は、トリガーパルスの受信に応答して撮像を行ない(ステップS5)、撮像によって得られた画像データをコンピュータ100へ出力する(ステップS6)。すなわち、カメラ11,12,13の各々は、トリガーパルスを受信することで撮像(測定)を開始する。
コンピュータ100は、カメラ11,12,13から受信したそれぞれの画像データを格納するとともに、トリガーパルスが出力されたタイミングに対応する測定点についての輝度を算出して、配光データとして格納する(ステップS7)。
このステップS7においては、複数の検出器(カメラ11,12,13)が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果(撮像されたそれぞれの画像)に基づいて、複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、光源2の配光特性を算出する。このデータ格納処理の詳細については、後述する。
続いて、トリガー装置110は、X軸が予め定められた角度範囲の移動を完了したか否かを判断する(ステップS8)。X軸が予め定められた角度範囲の移動を完了していない場合(ステップS8においてNOの場合)には、ステップS2以下の処理が繰り返される。すなわち、ステップS4〜S7に示す一連の処理が終了すると、X軸を次の位置へ移動させて、同様の処理を実行させる。
これに対して、X軸が予め定められた角度範囲の移動を完了した場合(ステップS8においてYESの場合)には、トリガー装置110は、Y軸が予め定められた角度範囲の移動を完了したか否かを判断する(ステップS9)。Y軸が予め定められた角度範囲の移動を完了していない場合(ステップS9においてNOの場合)には、ステップS1以下の処理が繰り返される。すなわち、X軸についての予め定められた角度範囲における測定処理が完了すると、Y軸を次の位置へ移動させ、X軸については初期位置から一連の作業が繰り返される。
これに対して、Y軸が予め定められた角度範囲の移動を完了した場合(ステップS9においてYESの場合)には、ステップS7において格納されたデータに基づいて、照度を算出する(ステップS10)。すなわち、X軸およびY軸の両方についての移動測定が完了すると、照度が算出される。そして、処理は終了する。
<G.X軸/Y軸の移動方法>
次に、図16のステップS1およびS2に示すX軸およびY軸の移動方法について説明する。図17は、本実施の形態に従う配光特性測定装置におけるX軸およびY軸の移動方法を説明するための図である。移動方法の一例として、図17(a)は、X軸およびY軸の両方を同時に移動させる方式(両軸同時駆動方式)を示し、図17(b)は、X軸およびY軸の一方をそれぞれ移動させる方式(軸単独駆動方式)を示す。
図17(a)に示す両軸同時駆動方式では、Y軸方向に停止しないので、停止時にカメラが揺れるといった状態を回避できるという利点があり、かつ測定全体に要する時間を短縮化できるという利点もある。但し、カメラによる撮像点(測定点)のY軸における角度間隔は一定ではないので、データ格納処理などにおいて、角度間隔が一定ではないことによる誤差が発生しないような処理を行なう必要がある。
図17(b)に示す軸単独駆動方式は、Y軸方向の移動が停止する際に、カメラに揺れが発生するので、この揺れによる誤差影響を受けないように対策を施す必要があるが、Y軸上の撮像間隔を一定にできるため、後処理を簡素化できる。
図17に示すように、X軸上には往復運動を繰り返すことになり、図16のステップS3において説明したように、トリガー装置110は、X軸上の予め決められた角度間隔で、トリガーパルスをカメラ11,12,13へ出力し、撮像を行なう。
<H.データ格納処理>
次に、図16のステップS7に示すデータ格納処理の詳細について説明する。一例として、図12に示す光源移動型の配光特性測定装置を用いた場合の処理手順について説明する。光源移動型の配光特性測定装置では、ゴニオメータによってX軸および/またはY軸の位置を変更すると光源2が移動する。このとき、カメラ11,12,13に対する測定対象の光源2の撮像位置も変化する。
カメラ11,12,13は、予め決められた光源2の表面位置について、各軸を移動させつつ測定するので、光源2の撮像位置を逐次特定(追従)する必要がある。そこで、本実施の形態においては、光源2に対する測定点を予め測定開始前に決定しておき、これを基準に移動に伴って測定されるデータに対する処理を行なう。処理の便宜上、各軸の中心を空間座標値(0,0,0)として、それぞれの測定点の空間座標値を決定する。
図18は、図16のステップS7に示すデータ格納処理の処理手順を示すフローチャートである。図18に示す処理手順は、基本的には、互いに関連付けて設置されているカメラの台数分だけ並列的に実行される。複数のカメラの間で重複している撮像範囲内の情報に対しては、後述するような調整処理が実行される。
図18を参照して、まず、コンピュータ100のCPU101は、カメラの視野範囲内のいずれか1つの測定点Vを選択する(ステップS701)。続いて、コンピュータ100のCPU101は、初期空間座標値の取得処理を実行する(ステップS702)。この初期空間座標値の取得処理では、カメラの視野範囲内にある複数の測定点のうち1つが測定点Vとして選択され、カメラ11,12,13が初期状態(X軸角度=0°、Y軸角度=0°)にあるときの当該測定点Vが存在する空間座標値(初期空間座標値)が取得される。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、X軸角度およびY軸角度を取得する(ステップS703)とともに、測定空間座標値の算出処理を実行する(ステップS704)。この測定空間座標値の算出処理では、X軸および/またはY軸の回転に伴って移動する測定点Vの座標値が算出される。より具体的には、ステップS702において算出された測定点Vについての初期空間座標値とX軸角度およびY軸角度とから、測定点Vの移動後の空間座標値が算出される。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、測定角度の算出処理を実行する(ステップS705)。この測定角度の算出処理では、測定点Vの移動後の空間座標値に対するカメラ11,12,13の見込み角度を算出し、X軸およびY軸におけるそれぞれの移動角度に当該見込み角度を加算することで、測定角度が算出される。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、測定撮像座標値の算出処理を実行する(ステップS706)。この測定撮像座標値の算出処理では、カメラの撮像範囲内における測定点Vの座標値(カメラの撮像座標値)が算出される。すなわち、カメラの撮像座標値と測定点Vとの位置関係は、測定座標値とカメラの撮像座標値との関係に相当し、測定点Vの空間座標値を与えることで、カメラの撮像座標値を算出できる。すなわち、カメラの撮像位置から測定点Vを特定できる。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、測定値の取得処理を実行する(ステップS707)。この測定値の取得処理では、撮像された画像から特定した測定点Vの値(明るさ)を読み取る。カメラ11,12,13にY視感度フィルターが装着されている場合には、撮像画像の明暗が明るさ(Y値)を示すことになる。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、測定値の格納処理を実行する(ステップS708)。この測定値の格納処理では、ステップS707において取得された測定点Vの値が、測定点Vの測定角度(ステップS705において算出)および初期空間座標値(ステップS702において算出)と関連付けて格納される。
そして、コンピュータ100のCPU101は、カメラの視野範囲内にあるすべての測定点に対する処理が完了したか否かを判断する(ステップS709)。カメラの視野範囲内にあるすべての測定点に対する処理が完了していない場合(ステップS709においてNOの場合)には、コンピュータ100のCPU101は、別の測定点Vを選択し(ステップS710)、ステップS702以下の処理を実行する。
一方、カメラの視野範囲内にあるすべての測定点に対する処理が完了した場合(ステップS709においてYESの場合)には、処理はリターンする。
以下、主要なステップの処理内容について、より詳細に説明する。
(h1:カメラ視野範囲内の測定点の選択処理および測定値の取得処理)
まず、図18のステップS701およびS710に示すカメラ視野範囲内の測定点の選択処理、ならびにステップS707に示す測定値の取得処理について説明する。図19は、図18におけるカメラ視野範囲内の測定点の選択処理および測定値の取得処理を説明するための図である。
図19を参照して、測定点Vは、カメラで撮像される画像(CCDなどの2次元センサー上の撮像画像ピクセル)内の座標として特定される。ステップS707において測定点Vの測定値が取得される場合には、測定点Vを含む1または複数のピクセルの輝度が取得される。好ましくは、測定点Vを基準として設定される予め定められたエリア内(測定点計測エリア)における撮像画像の明るさの積算平均値が用いられる。
ここで、測定点計測エリアの大きさは適宜設定すればよい。測定点計測エリアを大きくすると、S/N(Signal to Noise)比は向上するが、測定立体角が広がるため、測定角度の分解能が低下し得る。そのため、要求される分解能などに応じて、測定点計測エリアの大きさは適宜設計される。
(h2:測定空間座標値の算出処理)
次に、図18のステップS704に示す測定空間座標値の算出処理について説明する。図20は、図18における測定空間座標値の算出処理を説明するための図である。図20には、一例として、まず、初期位置AがX軸に沿って移動角度(X軸移動角度)φxだけ回転されてX軸移動後の位置Bへ移動し、さらに、Y軸に沿って移動角度(Y軸移動角度)φyだけ回転されてY軸移動後の位置Cへ移動した場合を考える。
図20(a)に示すように、X軸移動後の位置Bの座標値(xb,yb,zb)は、初期位置Aの座標値(xa,ya,za)および移動角度φxを用いて、以下のように算出される。
xb=xa*cosφx−za*sinφx
yb=ya
zb=xa*sinφx−za*cosφx
続いて、図20(b)に示すように、さらにY軸移動後の位置Cの座標値(xc,yc,zc)について検討する。
X軸移動後の位置Bと中心座標との距離Rは、以下のようになる。
R=yb/cosθ
また、位置Bと中心座標のY軸とのなす角度θは、以下のようになる。
θ=atan(zb/yb)
これらの値を利用して、Y軸移動後の位置Cの座標値(xc,yc,zc)は、以下のように算出される。
xc=xb=xa*cosφx−za*sinφx
yc=R*cos(φy+θ)
zc=R*sin(φy+θ)
X軸方向および/またはY軸方向のいずれの回転であっても、上述と同様の方法で順次算出できる。
(h3:測定角度の算出処理)
次に、図18のステップS705に示す測定角度の算出処理について説明する。図21および図22は、図18における測定角度の算出処理を説明するための図である。より具体的には、図21は見込み角度の算出方法を示し、図22は移動角度から測定角度を算出する方法を示す。
図21(a)に示すように、カメラ設置位置をCamera(pxc,pyc,pzc)とし、カメラの視野範囲内のいずれか1つの測定点Vの座標値を(xv,yv,zv)とする。この測定点Vは、光源2上の発光点に対応する。図21(b)に示すように、各軸の中心を空間座標値(0,0,0)とすると、測定点Vの見込み角度θx,θyは、それぞれ以下のようになる。
θx=atan{(xv−pxc)/(zv−pzc)}
θy=atan{(yv−pyc)/(zv−pzc)}
次に、図22に示すような手順に従って、測定点Vの移動角度から測定角度が算出される。例えば、測定点VがX軸に沿って移動角度(X軸移動角度)φxだけ回転したとする。このX軸に沿った回転によって、初期状態の測定点Vが測定点V’(xv’,yv,zv’)に移動したとする。移動後の測定点V’の空間座標は、回転移動量と測定座標との関係から算出される。測定点V’の見込み角度θx’は、以下の式で算出される。
θx’=atan{(xv’−pxc)/(zv’−pzc)}
そして、測定点V’についての測定角度は、移動角度φx−見込み角度θx’として算出できる。
(h4:測定撮像座標値の算出処理)
次に、図18のステップS706に示す測定撮像座標値の算出処理について説明する。図23は、図18における測定撮像座標値の算出処理を説明するための図である。
図23を参照して、撮像座標空間をその中心が軸中心に一致するように設定する。また、X座標面およびY座標面は、各回転軸と垂直な面とする。
測定点Vに対するカメラの撮像角度θxおよびθyは、以下の式で算出される。
θx=atan((pzc−zv)/xv)
θy=atan((pzc−zv)/yv)
カメラの撮像面(撮像空間座標)は、Z座標が0であるX−Y平面と仮定する。このとき、撮像面上の撮像座標値C(xc,yc,zc)は、撮像角度θxおよびθyから以下の式で算出される。
xc=pzc*tanθx
yc=pzc*tanθy
zc=0
カメラの2次元センサー(CCD)上の座標に対する座標は、以下の式で算出される。
px=xc*(ccd_x_num/width)
py=yc*(ccd_y_num/height)
但し、ccd_x_numおよびccd_y_numは、それぞれCCDの横側画素数および縦側画素数を示し、widthおよびheightは、それぞれ撮像範囲の横幅および縦幅を示す。
(h5:測定値の取得処理および格納処理)
次に、図18のステップS707に示す測定値の取得処理およびステップS708に示す測定値の格納処理について説明する。図24および図25は、図18における測定値の取得処理および格納処理を説明するための図である。
図24(a)に示すように、各測定点について、測定角度毎の輝度が取得される。この輝度の取得処理については、図19を参照して説明した。測定角度毎の輝度の集合が輝度配光データとなる。図24(b)に示すように、各測定点について、各測定角度における輝度が取得される。すなわち、測定点の数に相当する複数の測定角度の各々について輝度が取得される。このように、本実施の形態においては、検出器(カメラ)の検出範囲(撮像範囲)に含まれる複数の測定点の別に、配光特性が算出される。
例えば、図25に示すような配列構造を利用して、測定角度に関連付けられたそれぞれの輝度が格納される。この配列構造に格納されるそれぞれの輝度が輝度配光データの要素となる。すなわち、各測定点について、測定角度(X軸成分およびY軸成分)における輝度が2次元配列で格納される。光源が配光特性を有する場合には、図25に示すように、輝度の大きさが測定角度毎に異なる。
もちろん、図25に示すような配列構造に代えて、任意のデータ格納方法を採用してもよい。
<I.照度算出処理>
次に、図16のステップS10に示す照度算出処理の詳細について説明する。この照度算出処理においては、算出対象の位置に入射する光源からの光線(輝度)をその配光特性を考慮して合算することで、当該位置における照度を算出する。そのため、照度を算出する位置に入射する測定点を特定するとともに、各測定点の見込み角度を反映して、その輝度を合算する処理を実行する。
図26は、図16のステップS10に示す照度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図26に示す各ステップは、主として、コンピュータ100のCPU101が実行する。
図26を参照して、コンピュータ100のCPU101は、照度算出位置の決定処理を実行する(ステップS1001)。この照度算出位置の決定処理において、CPU101は、照度を算出すべき領域(典型的には、壁面)を任意に設定し、その設定した領域に含まれる1つの点を照度算出位置として決定し、その空間座標を取得する。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、先に輝度配光データを取得した複数の測定点のうちいずれか1つの測定点を選択する(ステップS1002)。続いて、コンピュータ100のCPU101は、選択した測定点について、照度算出位置に対する測定点の見込み角度を算出する(ステップS1003)。この見込み角度の算出処理の詳細については、後述する。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、選択した測定点に関連付けられた輝度配光データから、ステップS1003において算出した見込み角度の輝度を検索する(ステップS1004)。すなわち、算出された見込み角度に対応する輝度が検索される。
続いて、コンピュータ100のCPU101は、算出された見込み角度の近傍にある輝度配光データが格納されている格納アドレスを取得するとともに、検索した配光データの範囲に含まれる輝度を近似化することで、選択された測定点の輝度を算出する(ステップS1005)。そして、コンピュータ100のCPU101は、光度補正係数を用いて、算出した輝度を光度に変換し、選択されている照度算出位置に関連付けられた照度格納データに当該算出した光度を加算する(ステップS1006)。
そして、コンピュータ100のCPU101は、先に輝度配光データを取得した複数の測定点のすべてについて選択が完了したか否かを判断する(ステップS1007)。複数の測定点のうち選択が完了していないものがある場合(ステップS1007においてNOの場合)には、CPU101は、別の測定点を選択し(ステップS1008)、ステップS1003以下の処理を実行する。
これに対して、複数の測定点のすべてについて選択が完了した場合(ステップS1007においてYESの場合)には、CPU101は、選択されている照度算出位置に関連付けられた照度格納データの値を、当該照度算出位置における照度として出力する(ステップS1009)。
すなわち、1つの照度算出位置について、すべての測定点について輝度(あるいは、変換によって得られる光度)の加算処理が実行される。そして、すべての測定点についての照度格納データへの加算処理が完了すると、その加算結果が対応する照度算出位置における照度となる。
この一連の処理が他の照度算出位置についてもそれぞれ実行される。すなわち、照度を算出すべき領域から照度算出位置が順次特定され、上述した処理が繰り返し実行される。より具体的には、コンピュータ100のCPU101は、照度を算出すべきとして設定された領域に含まれる複数の照度算出位置のすべてについて選択が完了したか否かを判断する(ステップS1010)。複数の照度算出位置のうち選択が完了していないものがある場合(ステップS1010においてNOの場合)には、CPU101は、別の照度算出位置を選択し(ステップS1011)、ステップS1002以下の処理を実行する。
これに対して、複数の照度算出位置のすべてについて選択が完了した場合(ステップS1010においてYESの場合)には、処理はリターンする。
(i1:照度算出位置の決定処理)
まず、図26のステップS1001に示す照度算出位置の決定処理について説明する。図27は、図26における照度算出位置の決定処理を説明するための図である。
図27を参照して、一般に、照度算出位置は、X−Y座標系、α−β座標系、φ−θ座標系で与えられる。図27(a)は、X−Y座標系で照度の算出対象となる領域を定義した場合の例を示す。照度算出位置は、これらの領域上に設定される。典型的には、いずれかの座標系において等間隔に設定される位置が照度算出位置となる。図27(a)に示す例では、X軸ステップおよびY軸ステップの間隔で照度算出位置が設定される。すべての空間に照度算出位置を設定した例を図27(b)に示す。
計算の便宜上、軸の中心を空間座標の原点(0,0,0)として、設定された照度算出位置を示す空間座標値が決定される。
(i2:照度算出位置に対する測定点の見込み角度の算出処理)
次に、図26のステップS1003に示す照度算出位置に対する測定点の見込み角度の算出処理について説明する。図28は、図26における照度算出位置に対する測定点の見込み角度の算出処理を説明するための図である。
図28に示すように、いずれか1つの測定点Vの座標値を(xv,yv,zv)とし、照度算出位置Gの座標値を(xg,yg,zg)とする。このとき、照度算出位置Gに対する測定点Vの見込み角度Θx,Θyは、それぞれ以下のようになる。
Θx=atan{(xg−xv)/(zg−zv)}
Θy=atan{(yg−yv)/(zg−zv)}
(i3:見込み角度の輝度の検索処理)
次に、図26のステップS1004に示す見込み角度の輝度の検索処理について説明する。図29は、図26における見込み角度の輝度の検索処理を説明するための図である。
上述した図25に示すような配列構造を利用して、測定角度に関連付けられたそれぞれの輝度が格納される。このような配列構造を利用して、照度算出位置に対する測定点の見込み角度Θx,Θyとの前後に対応する、配光データにおける格納アドレス(見込み角度θx,θy)が検索される。
図29に示す例では、2次元配列上の見込み角度Θxと見込み角度Θyとの交点300に隣接する4つの格納アドレス(配列位置301,302,303,304)が検索される。すなわち、対応する照度算出位置では、これらの検索された4つのアドレスに囲まれた範囲の照度値が生じると判断できる。
(i4:測定点における輝度の算出処理)
次に、図26のステップS1005に示す測定点における輝度の算出処理について説明する。図30は、図26における測定点における輝度の算出処理を説明するための図である。
上述の図29を用いて説明したように、照度算出位置に対する測定点の見込み角度Θx,Θyの近傍にある格納アドレスに格納されたデータに基づいて、輝度が算出される。例えば、図30(a)を参照して、配光角度(xe1,ye1),(xe2,ye1),(xe2,ye2),(xe1,ye2)に対応する輝度で定義される輝度面について、当該輝度面上の照度算出軸に対応する輝度が算出される。照度算出軸は、照度算出位置に対する測定点の見込み角度Θx,Θyに対応して定義されるものであり、X軸角度γxおよびY軸角度γyを用いて定義される。
より具体的には、図30(b)に示すように、一次補間を利用して、隣接の輝度配光データから照度算出位置の輝度が算出される。図30(b)の例では、測定輝度L(xe1,ye2)および(xe2,ye2)の2点を通る直線を近似直線L1(γx,ye2)とする。同様に、測定輝度L(xe1,ye1)および(xe2,ye1)の2点を通る直線を近似直線L2(γx,ye1)とする。さらに、近似直線L1と近似直線L2とを通る直線から近似直線L3(γx,γy)を決定し、照度算出点からの見込み角(γx,γy)に対応する輝度に算出する。
(i5:照度格納データへの光度の加算処理)
次に、図26のステップS1006に示す照度格納データへの光度の加算処理について説明する。図31は、図26における照度格納データへの光度の加算処理を説明するための図である。ある照度算出位置における照度は、当該照度算出位置に入射する光の強度(光度)の総和として算出できる。
まず、CPU101は、光度補正係数kを用いて、算出された各測定点の輝度Lを光度Iに変換する。ここで、照度Eは、光度Iに比例するとともに、光源からの距離dの二乗に半比例するので、各測定点からの照度Eは以下の式で算出される。
照度E(lx)=光度I(cd)/距離d(mm)
なお、距離dについては、照度算出位置G(xg,yg,zg)と各測定点の座標値とに応じて順次算出される。
そして、照度算出位置における照度は、それぞれの測定点からの照度Eの総和となる。このようにして、照度算出位置Gにおける照度が算出される。
<J.複数カメラに係る調整処理>
本実施の形態においては、所定の相対関係をもって配置された複数の検出器を用いて光源を測定する。上述した測定処理は、検出器毎に互いに独立して実行することができる。この場合、光源の同一の領域について評価した結果については、検出器の間で互いに干渉しないような調整処理が実行される。
一方、光源から複数の情報(色度および波長情報など)を取得するために、それぞれの複数の検出器を用いる場合には、検出器の間で互いに干渉は生じないので、検出器の間の相対的な位置関係を利用して、効率的に情報を取得する処理が実行される。
(j1:発光面が広い光源/複数の発光点を有する光源)
上述したように、発光面が広い光源および/または複数の発光点を有する光源の配光特性を測定する際には、上述の図4(a)に示すように、平行に配置された複数のカメラ11,12が用いられる。この場合、カメラ11,12の撮像範囲は互いに重複しており、この重複している範囲の測定結果を適切に調整する必要がある。より具体的には、重複している検出範囲について対応する複数の検出器(カメラ)が算出したそれぞれの結果のうち1つの検出器が算出した結果のみを有効化する。
図32は、本実施の形態に従う配光特性測定装置において複数のカメラを平行配置した構成を示す模式図である。図32を参照して、光源を複数のカメラを用いて撮像することで、視野範囲(撮像範囲)を拡大する場合には、その光軸方向がX−Y平面に対して垂直になすように、それぞれのカメラを設置する。また、カメラ同士は平行に設置する。
それぞれのカメラの撮像面11P,12P上の撮像座標値と各測定点との関係は、それぞれのカメラの設置位置(設置空間座標値)と測定点の空間座標値とを用いて、上述の図23を参照して説明したように、算出できる。
例えば、図32に示す重複範囲に含まれる測定点については、カメラ11および12のいずれの検出結果からも評価できる。そのため、複数のカメラで同一の測定点を測定する場合には、いずれか一方のカメラによる測定結果を無効化する処理、あるいは、同一の測定点についての測定結果を平均化するといった処理を実行する。これにより、重複して測定されることで測定結果が本来の値からずれるといった事態を回避できる。
(j2:複数のデータ(色度および波長情報など)の測定)
上述したように、光源から複数の情報(色度および波長情報など)を測定する際には、測定対象の情報に対応する複数のカメラを光源からの距離が同一となるように並べて設置する。各カメラは、複数の情報のうち割り当てられた1つの情報を測定する。このため、各カメラの前段には、測定対象の情報に応じた光学フィルターが装着される。
図33は、本実施の形態に従う配光特性測定装置において複数のカメラを所定角度ずらして配置した構成を示す模式図である。図33を参照して、カメラ11,12,13は、互いに同等の性能を有している。カメラ12および13は、カメラ11に対して、X軸またはY軸の中心から角度θだけずらした位置に設置される。すなわち、カメラ11,12,13の全体を、角度θがずれている方向に同じ角度θだけ回転させると、カメラ12またはカメラ13の回転後の設置座標は、カメラ11の回転前の設置座標と一致する。
言い換えれば、これらのカメラ11,12,13を用いて同時に撮像すると、カメラ11の設置位置(移動角度)における画像と、当該カメラ11の移動角度に対して角度θだけずれた(加算および減算された)位置における画像(撮像面12P,13P)とが取得されることになる。そのため、第1の検出器(カメラ11)があるタイミングで取得した第1の検出結果(撮像画像)を第1の検出器の位置情報(移動角度)に関連付けて格納するとともに、第2の検出器(カメラ12,13)が当該タイミングで取得した第2の検出結果を、第1の検出器の位置情報を第1および第2の検出器の間の相対関係(角度θ)に応じて補正することで得られる位置情報(移動角度+角度θ)に関連付けて格納する。
すなわち、カメラ11が原点位置(移動角度=0°)である場合には、カメラ12で撮像された画像は、移動角度=θにおいて撮像された画像に相当し、カメラ13で撮像された画像は、移動角度=−θにおいて撮像された画像に相当する。そのため、配光データとして格納する場合には、カメラ12およびカメラ13によって取得された配光データについては、同時に撮像されたカメラ11の配光データに対応する移動角度から角度θだけ加算/減算した移動角度に関連付けて格納される。
光源から複数の情報(色度および波長情報など)を測定する場合には、カメラ11,12,13による測定結果は互いに干渉しないので、それぞれの測定結果を調整する必要はない。所定の測定範囲にわたって、これらのカメラを移動させながら測定することで、最終的に必要な情報を取得できる。すなわち、カメラ11,12,13を360°回転させる場合には、カメラ11の移動角度は0°から360°まで変化し、配光データはこの移動角度に関連付けて格納される。これに対して、カメラ12の移動角度はθから(θ+360)°まで変化し、配光データはこの移動角度に関連付けて格納される。同様に、カメラ12の移動角度は−θから(−θ+360)°まで変化し、配光データはこの移動角度に関連付けて格納される。言い換えれば、あるタイミングにおいてそれぞれのカメラによって撮像された画像から算出された測定結果は、それぞれのカメラの移動角度に関連付けて格納されることになるが、測定範囲に亘って測定操作を繰り返し行なうことで、最終的には、必要な測定範囲に亘る複数の情報を取得できる。
(j3:複数系統のカメラ群)
上述の図8を参照して説明したように、複数のデータ(色度および波長情報など)を測定するために複数のカメラ(カメラ群)を設置するとともに、同様のカメラ群をさらに設置してもよい。すなわち、図8に示すように、カメラ11,12,13に加えて、カメラ11#,12#,13#が光源2を撮像するように配置される。
例えば、色度を測定する場合には、カメラ11,12,13(Camera1x,1y,1z)に対して、それぞれ色度フィルターが装着されるとともに、カメラ11#,12#,13#(Camera2x,2y,2z)に対しても、それぞれ同様の色度フィルターが装着される。カメラ11,12,13と、カメラ11#,12#,13#とは互いに平行に配置される。
図34は、複数系統のカメラ群を用いた場合における光度の加算処理を説明するための図である。図34を参照して、カメラ11,12,13(Camera1x,1y,1z)が測定点V1およびV2について3つ(色度X,Y,Z)のパラメータの配光特性を取得し、カメラ11,12,13(Camera1x,1y,1z)が測定点V3およびV4について3つ(色度X,Y,Z)のパラメータの配光特性を取得したものとする。これらの取得されたパラメータは、カメラ別に格納されることになる。
そのため、カメラ同士で撮像範囲の重複がなければ、隣接するカメラ同士の間で測定点V1〜V4についての測定結果を共有して、上述の図31を参照して説明したのと同様の方法で、各測定点からの放射される輝度(色度)を加算することで、任意の色度算出位置における色度を算出できる。
また、隣接するカメラ同士で撮像範囲が重複する場合には、上述の(j1)項において説明したのと同様の方法で、測定点の重複が排除された上で、加算処理が実行される。
<K.利点>
本実施の形態に従う配光特性測定装置によれば、複数の検出器(カメラ)で光源を撮像できるので、光源の大きさに影響されることなく、空間分解能を維持しつつ、配光特性を測定できる。また、互いに離れた複数の発光点を有する光源に対しても、空間分解能を維持しつつ、配光特性を測定できる。さらに、複数の検出器を用いて同時に撮像(測定)を行なうので、測定全体に係る時間を短縮化できる。
上述した説明によって、本実施の形態に従う配光特性測定装置に係るそれ以外の利点については明らかになるであろう。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1A,1B 配光特性測定装置、2,2A,2B 光源、10,11,12,13 カメラ、20,30 ベース、21 検出器支持部、22 Y軸支持部、23 Y軸回転アーム、24 光源支持部、25,35 X軸モータ、26,36 Y軸モータ、32 X軸回転アーム、33 検出器支持アーム、100 コンピュータ、101 CPU、102 主メモリ、103 HDD、104 通信インターフェイス、105 表示部、106 入力部、107 バス、110 トリガー装置。

Claims (8)

  1. 光源の配光特性を測定するための配光特性測定装置であって、
    所定の相対関係をもって配置された複数の検出器を備え、1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部は隣接する他の検出器の検出範囲と重複しており、さらに
    前記複数の検出器を一体として駆動することで、前記複数の検出器の前記光源に対する位置関係を更新する駆動手段と、
    前記複数の検出器が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果に基づいて、前記複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、前記光源の配光特性を算出する算出手段とを備える、配光特性測定装置。
  2. 前記複数の検出器は、各々の光軸方向が互いに平行になるとともに、各々の検出範囲の一部が他の検出器の検出範囲と重複するように、配置される、請求項1に記載の配光特性測定装置。
  3. 前記算出手段は、重複している検出範囲について対応する複数の検出器が算出したそれぞれの結果のうち1つの検出器が算出した結果のみを有効化する、請求項2に記載の配光特性測定装置。
  4. 前記複数の検出器は、各々の光軸方向が予め定められた基準点を向くとともに、それぞれの検出範囲が実質的に一致するように、配置される、請求項1に記載の配光特性測定装置。
  5. 前記算出手段は、第1の検出器があるタイミングで取得した第1の検出結果を前記第1の検出器の位置情報に関連付けて格納するとともに、第2の検出器が当該タイミングで取得した第2の検出結果を、前記第1の検出器の位置情報を第1および第2の検出器の間の相対関係に応じて補正することで得られる位置情報に関連付けて格納する、請求項4に記載の配光特性測定装置。
  6. 前記算出手段は、検出器の検出範囲に含まれる複数の測定点の別に、配光特性を算出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の配光特性測定装置。
  7. 前記駆動手段は、前記光源と前記複数の検出器と間の位置関係を異なる2つの軸方向にそれぞれ独立に変更する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の配光特性測定装置。
  8. 光源の配光特性を測定するための配光特性測定方法であって、
    複数の検出器を、所定の相対関係をもって配置するとともに、1つの検出器の検出範囲の少なくとも一部を隣接する他の検出器の検出範囲と重複させて配置するステップと、
    前記複数の検出器を一体として駆動することで、前記複数の検出器の前記光源に対する位置関係を更新するステップと、
    前記複数の検出器が同一のタイミングで取得したそれぞれの検出結果に基づいて、前記複数の検出器の相対関係および検出範囲の重複の少なくとも一方に応じた処理を行ない、前記光源の配光特性を算出するステップとを備える、配光特性測定方法。
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