JP2021173545A - Optical measurement device and optical measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光学測定装置および光学測定方法に関する。 The present disclosure relates to an optical measuring device and an optical measuring method.
例えば特許文献1に開示されているように、レーザ光の干渉性によって生じるスペックルを測定することが行われている。特許文献1に記載されたスペックルコントラスト測定器は、移動拡散板で拡散されてスクリーン上に投影されたレーザ光を撮像し、撮像結果に基づいてスペックルコントラストを測定するように構成されている。また、ディスプレイ表面での外光の反射光が直接観察される効果を低減する、いわゆる防眩層を搭載したディスプレイにおけるスパークル(ぎらつき)コントラストの測定装置が提案されている(非許文献1)
For example, as disclosed in
しかしながら、特許文献1に記載のスペックルコントラスト測定器においては、スペックルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することについて何ら有効な提案がなされていない。
However, in the speckle contrast measuring device described in
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することができる光学測定装置および光学測定方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above points, and an object of the present disclosure is to provide an optical measuring device and an optical measuring method capable of appropriately determining the suitability of speckle contrast or sparkle contrast measuring conditions. do.
本開示による光学測定装置は、
スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの被測定面からの出射光の画像を撮像するイメージセンサと、
前記イメージセンサの第1画素領域で撮像された第1画像と前記イメージセンサの第2画素領域で撮像された第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差に基づいて、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する判定部と、を備える。
The optical measuring device according to the present disclosure is
An image sensor that captures an image of the light emitted from the surface under test with speckle contrast or sparkle contrast,
Based on the standard deviation of the difference in radiance between the corresponding pixels of the first image captured in the first pixel region of the image sensor and the second image captured in the second pixel region of the image sensor, the said A determination unit for determining the suitability of measurement conditions for speckle contrast or sparkle contrast is provided.
本開示による光学測定装置において、
前記第2画素領域は、前記第1画素領域に対して少なくとも部分的に位置が異なり、画素数が同じであってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The second pixel region may be at least partially different in position from the first pixel region and may have the same number of pixels.
本開示による光学測定装置において、
前記判定部は、前記第1画像の放射輝度の標準偏差に対する前記差分の標準偏差の比に基づいて、前記測定条件の適否を判定してもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The determination unit may determine the suitability of the measurement conditions based on the ratio of the standard deviation of the difference to the standard deviation of the radiance of the first image.
本開示による光学測定装置において、
前記判定部は、前記第2画像の放射輝度の標準偏差に対する前記差分の標準偏差の比に基づいて、前記測定条件の適否を判定してもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The determination unit may determine the suitability of the measurement conditions based on the ratio of the standard deviation of the difference to the standard deviation of the radiance of the second image.
本開示による光学測定装置において、
前記判定部は、前記第1画像の放射輝度の標準偏差と前記第2画像の放射輝度の標準偏差との平均値に対する前記差分の標準偏差の比に基づいて、前記測定条件の適否を判定してもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The determination unit determines the suitability of the measurement conditions based on the ratio of the standard deviation of the difference to the average value of the standard deviation of the radiance of the first image and the standard deviation of the radiance of the second image. You may.
本開示による光学測定装置において、
前記第1画像と前記第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分は、前記第1画像の放射輝度の平均値と前記第2画像の放射輝度の平均値とが揃うように補正された補正後の第1画像の放射輝度と補正後の第2画像の放射輝度との差分であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The difference in radiance between the corresponding pixels of the first image and the second image is corrected so that the average value of the radiance of the first image and the average value of the radiance of the second image are aligned. It may be the difference between the radiance of the corrected first image and the radiance of the corrected second image.
本開示による光学測定装置において、
前記差分の標準偏差は、前記第1画像の放射輝度の標準偏差と前記第2画像の放射輝度の標準偏差との二乗和平方根であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The standard deviation of the difference may be the square root of the sum of squares of the standard deviation of the radiance of the first image and the standard deviation of the radiance of the second image.
本開示による光学測定装置において、
前記第1画像と前記第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分は、前記第1画像の放射輝度の平均値と前記第2画像の放射輝度の平均値とが揃うように補正された補正後の第1画像の放射輝度と補正後の第2画像の放射輝度との差分であり、
前記判定部は、前記補正後の第1画像の放射輝度および前記補正後の第2画像の放射輝度に基づく前記差分の標準偏差の比が所定値である場合に、前記所定値が得られたときの前記第1画素領域および前記第2画素領域の画素数が、前記測定条件としての前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると判定してもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The difference in radiance between the corresponding pixels of the first image and the second image is corrected so that the average value of the radiance of the first image and the average value of the radiance of the second image are aligned. It is the difference between the radiance of the corrected first image and the radiance of the corrected second image.
The determination unit obtained the predetermined value when the ratio of the radiance of the corrected first image and the standard deviation of the difference based on the radiance of the corrected second image was a predetermined value. It may be determined that the number of pixels in the first pixel region and the second pixel region at the time is appropriate as the number of pixels used in the measurement of the speckle contrast or the sparkle contrast as the measurement condition.
本開示による光学測定装置において、
前記差分の標準偏差の比の所定値は、21/2であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The predetermined value of the ratio of the standard deviations of the differences may be 2 1/2.
本開示による光学測定装置において、
前記第1画素領域および前記第2画素領域の画素数は、前記第1画像の放射輝度の平均値と前記第2画像の放射輝度の平均値とが揃っている場合に前記差分の標準偏差の比を所定値にするような既知の画素数であり、
前記判定部は、前記差分の標準偏差の比が前記所定値と異なる場合に、前記所定値と異なる差分の標準偏差の比が得られたときの前記第1画像の放射輝度の平均値および前記第2画像の放射輝度の平均値が、前記測定条件としての前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画像の放射輝度の平均値として適切でないと判定してもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The number of pixels in the first pixel region and the second pixel region is the standard deviation of the difference when the average value of the radiance of the first image and the average value of the radiance of the second image are the same. It is a known number of pixels that makes the ratio a predetermined value,
When the ratio of the standard deviation of the difference is different from the predetermined value, the determination unit determines the average value of the radiance of the first image when the ratio of the standard deviation of the difference different from the predetermined value is obtained and the said. It may be determined that the average value of the radiance of the second image is not appropriate as the average value of the radiance of the image used for measuring the speckle contrast or the sparkle contrast as the measurement condition.
本開示による光学測定装置において、
前記第1画素領域と前記第2画素領域との対応する画素同士は、少なくともスペックルパターンまたはスパークルパターンの平均サイズの3倍以上離れていてもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The corresponding pixels of the first pixel region and the second pixel region may be separated by at least three times or more the average size of the speckle pattern or the sparkle pattern.
本開示による光学測定装置において、
前記被測定面は、防眩層を有する表示装置における前記防眩層の出射面であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The surface to be measured may be an exit surface of the antiglare layer in a display device having an antiglare layer.
本開示による光学測定装置において、
前記被測定面は、表示装置の画素マトリクス面であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The surface to be measured may be a pixel matrix surface of a display device.
本開示による光学測定装置において、
前記被測定面は、バックライト装置の出射面であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The surface to be measured may be an exit surface of the backlight device.
本開示による光学測定装置において、
前記被測定面は、プロジェクタから出射された光を投射するスクリーンの出射面であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The surface to be measured may be an exit surface of a screen that projects light emitted from the projector.
本開示による光学測定装置において、
適切と判定された測定条件にしたがってスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定する測定部を備えていてもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
A measuring unit for measuring speckle contrast or sparkle contrast according to measurement conditions determined to be appropriate may be provided.
本開示による光学測定装置において、
スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの被測定面からの出射光を結像させる光学系と、
前記出射光が結像され、前記出射光の画像を撮像するイメージセンサと、
前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、前記イメージセンサの所定の画素領域で撮像された画像に基づいて測定されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストで表現される以下の数式(1)の値が、画素領域の画素数および光学系のFナンバーと数式(1)の値との既知の対応関係に示される許容範囲内に収まる場合に、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定したときの前記画素領域の画素数および前記光学系のFナンバーが、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件として適切であると判定してもよい。
An optical system that forms an image of the light emitted from the surface under test with speckle contrast or sparkle contrast,
An image sensor in which the emitted light is imaged and an image of the emitted light is captured.
A determination unit for determining the suitability of the speckle contrast or sparkle contrast measurement conditions is provided.
In the determination unit, the value of the following formula (1) expressed by speckle contrast or sparkle contrast measured based on the image captured in the predetermined pixel region of the image sensor is the number of pixels in the pixel region and the value of the following formula (1). When the F number of the optical system and the value of the mathematical formula (1) fall within the permissible range shown in the known correspondence, the number of pixels in the pixel region and the optical It may be determined that the F number of the system is appropriate as the measurement condition of the speckle contrast or the sparkle contrast.
本開示による光学測定装置において、
前記対応関係は、前記画素領域の画素数を横軸にとり、数式(1)の値を縦軸にとった場合に、横軸を基準として線対称な2つの曲線であって、前記画素領域の画素数の増加にしたがって縦軸0(%)に向かって収束する2つの曲線で囲まれる前記許容範囲内に、Fナンバーおよび画素数に応じて異なる数式(1)の複数の適正値が収まっている関係であってもよい。
In the optical measuring device according to the present disclosure,
The correspondence is two curves line-symmetrical with respect to the horizontal axis when the number of pixels in the pixel area is taken on the horizontal axis and the value of the mathematical formula (1) is taken on the vertical axis. Within the permissible range surrounded by two curves that converge toward 0 (%) on the vertical axis as the number of pixels increases, a plurality of appropriate values of the mathematical formula (1) that differ depending on the F number and the number of pixels are contained. It may be a relationship.
本開示による光学測定方法は、
スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの被測定面からの出射光の画像をイメージセンサで撮像し、
前記イメージセンサの第1画素領域で撮像された第1画像と前記イメージセンサの第2画素領域で撮像された第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差(σsub)に基づいて、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する。
The optical measurement method according to the present disclosure is
An image of the light emitted from the surface to be measured with speckle contrast or sparkle contrast is captured by an image sensor.
To the standard deviation (σ sub ) of the difference in radiance between the corresponding pixels of the first image captured in the first pixel region of the image sensor and the second image captured in the second pixel region of the image sensor. Based on this, the suitability of the measurement conditions for the speckle contrast or the sparkle contrast is determined.
本開示によれば、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することができる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately determine the suitability of the measurement conditions for speckle contrast or sparkle contrast.
以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, the scale, aspect ratio, etc. are appropriately changed from those of the actual product and exaggerated for the convenience of illustration and comprehension.
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「同等」、「同一」等の用語や、長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。以下の各実施形態の説明において、基本構成が同一または類似の箇所については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。 In addition, the terms such as "equivalent" and "same" and the values of length and angle used in the present specification to specify the shape and geometric conditions and their degrees are bound to a strict meaning. The interpretation shall be made to include the range in which similar functions can be expected. In the following description of each embodiment, the same reference numerals are used for parts having the same or similar basic configurations, and duplicate description will be omitted.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による光学測定装置1の一例を示す図である。図1に示される光学測定装置1は、発光型の電子ディスプレイないし発光面の、被測定面2上に形成される光学像に含まれるスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定するために用いることができる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the
一般に、スペックルとは、観察者の視覚系のセンサ面上でのコヒーレント光の干渉の結果生じる不規則な空間変調イメージをいう。スペックルは、統計的に不規則な光の放射輝度分布である。典型的には、光の放射輝度分布は輝度分布である。スペックルコントラストとは、スペックルがどの程度強く観察されるかを推定するために用いられるスペックルの代表的評価指数である。スペックルコントラストは、次式で定義される。 In general, speckle refers to an irregular spatially modulated image resulting from the interference of coherent light on the sensor surface of the observer's visual system. A speckle is a statistically irregular radiance distribution of light. Typically, the radiance distribution of light is the luminance distribution. Speckle contrast is a typical evaluation index of speckles used to estimate how strongly speckles are observed. Speckle contrast is defined by the following equation.
また、スパークルとは、直視型ディスプレイの画素マトリクスと当該ディスプレイの表面の近くに配置された拡散層との組合せによる観察者の視覚系のセンサ面上への結像の結果生じる不規則な空間変調イメージをいう。スパークルコントラストとは、スパークルの代表的評価指数であり、数式(2)と同様に平均放射輝度に対する標準偏差の比として定義できる。 Sparkle is an irregular spatial modulation that occurs as a result of imaging on the sensor surface of the observer's visual system by a combination of a pixel matrix of a direct-view display and a diffusion layer arranged near the surface of the display. Refers to an image. The sparkle contrast is a typical evaluation index of sparkle, and can be defined as the ratio of the standard deviation to the average radiance as in the equation (2).
このようなスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定すべき被測定面2は、電子ディスプレイや発光面の種類に応じて種々の態様をとり得る。 The surface to be measured 2 for which such speckle contrast or sparkle contrast should be measured may take various forms depending on the type of the electronic display or the light emitting surface.
例えば、図2に示すように、被測定面2は、画素マトリクス81とブラックマトリクス82とを有する表示装置8に積層された防眩層9すなわち拡散層の表面であってもよい。図2に示される例において、光学測定装置1は、被測定面2のスパークルコントラストを測定することができる。なお、表示装置8は、典型的には画素マトリクス81およびブラックマトリクス82を有する液晶パネルと、液晶パネルの背面に設置された図示しないバックライト装置とを備えた液晶表示装置である。バックライト装置は、導光板の側部に配置された光源から出射された光を導光板内で内部反射させて液晶パネル側に導くエッジライト方式であってもよく、または、液晶パネルの直下に複数の光源を均等に配置した直下型方式であってもよい。エッジライト方式の光源としては、例えば、インコヒーレント光を出射する冷陰極管や発光ダイオード(LED)を用いることができる。直下型方式の光源としては、例えば、発光ダイオードを用いることができる。ただし、表示装置は、液晶表示装置に限定されず、例えば、有機ELディスプレイや量子ドット(QD)ディスプレイなどであってもよい。
For example, as shown in FIG. 2, the surface to be measured 2 may be the surface of an
また、図3に示すように、被測定面2は、バックライト装置14の出射面であってもよい。図3に示される例において、バックライト装置14は、光源141と、光源141から出射された光を導光する導光板142と、導光板142の背面に積層された反射板143と、導光板142の前面に積層された拡散板144とで構成されている。被測定面2は、拡散板144の表面である。図14に示される例において、バックライト装置はエッジライト方式であるが、光学測定装置1は、直下型方式のバックライト装置のスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the surface to be measured 2 may be an exit surface of the
また、図4に示すように、被測定面2は、スクリーン15の出射面であってもよい。図4に示される例において、スクリーン15は、プロジェクタ16から投射されたコヒーレント光を画像として透過表示する装置である。なお、このようなプロジェクション光の測定時には、スペックルは発生するがスパークルは発生しない。スパークルコントラストの測定対象は、上述したように防眩層を有する直視型のディスプレイに限られる。
Further, as shown in FIG. 4, the surface to be measured 2 may be an exit surface of the
以上のような種々の被測定面2のスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定するための具体的な構成として、図1〜図4に示すように、光学測定装置1は、光学系3と、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの被測定面2からの出射光Lの画像を撮像するイメージセンサの一例である2次元センサアレイ4と、判定部5と、測定部6とを備える。以下、これらの光学測定装置1の構成部について詳しく説明する。
As a specific configuration for measuring the speckle contrast or sparkle contrast of the various measured
(光学系3)
光学系3は、レンズ31と、開口321が設けられた絞り32とを有する。
(Optical system 3)
The
光学系3は、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの被測定面2からの出射光Lを屈折させて2次元センサアレイ4の2次元センサアレイ面41上に結像させる。
The
図1に示される例において、光学系3は1枚のレンズ31を有しているが、光学系3は、複数枚のレンズを有していてもよい。この場合、複数枚のレンズは、出射光Lの収差を低減するのに好適な組み合わせのパワーを有していてもよい。また、光学系3は光学フィルター33を含んでいてもよい。具体的には、Yフィルター、あるいはXYZフィルター、RGBフィルター、直線偏光フィルター、円偏光フィルター、NDフィルター等である。例えば、図1には、絞り32とレンズ31との間に光学フィルター33を配置する例が示されているが、光学フィルター33の枚数や位置は、図1の例に限定されない。絞り32は、光学系3すなわちレンズ31のFナンバーを調整できるようにアクチュエータ等によって開口321の大きさを可変に構成されていてもよい。
In the example shown in FIG. 1, the
(2次元センサアレイ4)
2次元センサアレイ4は、被測定面2からの出射光Lが結像される2次元センサアレイ面41を有し、出射光Lの画像を撮像する。
(Two-dimensional sensor array 4)
The two-dimensional sensor array 4 has a two-dimensional
2次元センサアレイ4は、互いに隣接する複数の画素42を有し、画素42の表面が2次元センサアレイ面41を構成している。画素42で受光された出射光Lは、光電変換によって電気信号へと変換され、変換された電気信号は、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの算出に用いられる。
The two-dimensional sensor array 4 has a plurality of
2次元センサアレイ4は、固体撮像素子を有するイメージセンサであり、例えば、CCD(Charge Coupled Device)センサ、CMOSセンサであってもよい。 The two-dimensional sensor array 4 is an image sensor having a solid-state image sensor, and may be, for example, a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS sensor.
(判定部5)
数式(2)に示したように、スペックルコントラストおよびスパークルコントラストは、平均放射輝度に対する放射輝度の標準偏差の比として表現される。スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定においては、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定したい領域を規定するため、2次元センサアレイ4の全画素42のうち、一部の画素領域すなわち一部の画素群での放射輝度の測定結果を用いてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを計算することがある。このようなスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素領域は、測定フィールドと言うこともできる。
(Judgment unit 5)
As shown in equation (2), speckle contrast and sparkle contrast are expressed as the ratio of the standard deviation of radiance to average radiance. In the measurement of speckle contrast or sparkle contrast, in order to define the region where the speckle contrast or sparkle contrast is to be measured, a part of the pixel area, that is, a part of the pixel group of the
しかるに、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素領域の画素数すなわちサンプル数が不十分である場合、仮に測定フィールド内の平均輝度が均一であるとしても、統計的なサンプル数が不十分であることに起因する標準偏差自体のばらつきを生じることがある。また、この画素領域における画像の平均放射輝度が、他の画素領域における画像の平均放射輝度と異なることがある。すなわち、2次元センサアレイ4で撮像された出射光Lの画像に、局所的な平均放射輝度の揺らぎが生じている場合である。 However, if the number of pixels in the pixel region used for measuring speckle contrast or sparkle contrast, that is, the number of samples, is insufficient, even if the average brightness in the measurement field is uniform, the statistical number of samples is insufficient. There may be some variation in the standard deviation itself. Further, the average radiance of the image in this pixel region may be different from the average radiance of the image in other pixel regions. That is, there is a local fluctuation in the average radiance in the image of the emitted light L captured by the two-dimensional sensor array 4.
このような局所的な平均放射輝度の揺らぎが生じる場合、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素領域の位置を異ならせれば、数式(2)の標準偏差に平均放射輝度の揺らぎの影響が加わり、また、局所的な平均放射輝度も異なるため、結果的にスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定結果も異なることになる。このように、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件として、測定に用いる画素領域の画素数が不足する場合、または局所的な平均放射輝度の揺らぎが生じている場合、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定誤差が生じ得る。 When such local fluctuations in average radiant brightness occur, if the positions of the pixel areas used for measuring speckle contrast or sparkle contrast are different, the effect of fluctuations in average radiated brightness is affected by the standard deviation in equation (2). In addition, the local average emission brightness is also different, and as a result, the measurement results of speckle contrast or sparkle contrast are also different. As described above, as the measurement condition of the speckle contrast or the sparkle contrast, when the number of pixels in the pixel area used for the measurement is insufficient or when the local average radiation brightness fluctuates, the speckle contrast or the sparkle contrast is measured. Measurement errors can occur.
このような測定誤差を含むスペックルコントラストおよびスパークルコントラストの測定結果は不正確であるため、正確な測定結果を得るためには、測定誤差が生じないように測定条件を設定または補正することが有効である。そのためには、現在の測定条件が測定誤差を生じさせないものかどうかを適切に評価することが有効である。 Since the measurement results of speckle contrast and sparkle contrast including such measurement errors are inaccurate, it is effective to set or correct the measurement conditions so that the measurement errors do not occur in order to obtain accurate measurement results. Is. For that purpose, it is effective to appropriately evaluate whether or not the current measurement conditions do not cause measurement error.
そこで、測定誤差を生じさせるか否かの観点に基づいて、判定部5は、2次元センサアレイ4で撮像された画像を用いてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する。
Therefore, based on the viewpoint of whether or not a measurement error is caused, the
具体的には、判定部5は、2次元センサアレイ4の第1画素領域で撮像された第1画像と2次元センサアレイ4の第2画素領域で撮像された第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差に基づいて、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する。対応する画素同士とは、例えば、位置的に対応する画素同士、すなわち、第1画素領域内および第2画素領域内において互いに同一の相対位置に配置されている画素同士である。第2画素領域は、第1画素領域に対して少なくとも部分的に位置が異なり、画素数が同じである。以下、第1画像と第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差のことを、差分標準偏差とも呼ぶ。
Specifically, the
差分標準偏差は、第1画像と第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分のばらつきを示す値であるが、差分標準偏差を算出するにあたっては、第1画像と第2画像の各画素の放射輝度データが集合として完全に独立しているとみなせる場合には、第1画像と第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分を個々に算出するプロセスを経ずとも差分標準偏差を簡便に算出することができる。 The difference standard deviation is a value indicating the variation in the difference in radiation brightness between the corresponding pixels of the first image and the second image, but in calculating the difference standard deviation, each of the first image and the second image is used. If the radiation brightness data of the pixels can be regarded as completely independent as a set, the difference standard does not go through the process of individually calculating the difference in radiation brightness between the corresponding pixels of the first image and the second image. The deviation can be calculated easily.
具体的には、差分標準偏差は、次式に示すように、第1画像の放射輝度の標準偏差と第2画像の放射輝度の標準偏差との二乗和平方根として算出することができる。
特に、第1画像と第2画像との間において平均放射輝度が同じであり、σ1とσ2が同じであり、第1画素領域および第2画素領域の画素数が十分多くて統計誤差が生じない場合、差分標準偏差は次式で表すことができる。
ただし、数式(4)は、第1画像および第2画像のそれぞれのスペックルパターンまたはスパークルパターンが統計的にランダムで独立しているときに成立する。第1、第2画像のそれぞれのスペックルパターンまたはスパークルパターンが統計的にランダムで独立しているためには、第1画素領域と第2画素領域との対応する画素同士が、少なくとも次式で示されるスペックルまたはスパークルの平均サイズRの3倍:3R離れていればよい。 However, the mathematical formula (4) is established when the speckle patterns or sparkle patterns of the first image and the second image are statistically random and independent. In order for the speckle patterns or sparkle patterns of the first and second images to be statistically random and independent, the corresponding pixels in the first pixel region and the second pixel region are at least in the following equation. 3 times the average size R of the indicated speckle or sparkle: 3R apart.
判定部5は、差分標準偏差が数式(4)を満足する場合に、第1画素領域および第2画素領域の画素数が、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件としてのスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると判定する。
When the difference standard deviation satisfies the equation (4), the
ここで、撮像当初において第1画像と第2画像との間で平均放射輝度が異なる場合でも、判定部5は、第1画像および第2画像のそれぞれの画素毎の放射輝度を補正することで、第1画像および第2画像の平均放射輝度を事後的に揃えることができる。これは、スペックルパターンないしスパークルパターンにおいて、局所的な標準偏差と放射輝度の平均値の比率は一定であるという前提に基づいていている。すなわち、局所的に平均輝度が揺らいでいる場合、それに応じて局所的に標準偏差も同割合で揺らいでいるが、補正により本来あるべき一様な標準偏差と平均輝度の分布を得ることができる。
Here, even if the average radiance differs between the first image and the second image at the beginning of imaging, the
したがって、数式(4)において、σ1は、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃うように補正された補正後の第1画像の放射輝度の標準偏差であり、σ2は、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃うように補正された補正後の第2画像の放射輝度の標準偏差であってもよい。すなわち、数式(4)において、σsubは、補正後の第1画像の画素毎の放射輝度と補正後の第2画像の画素毎の放射輝度との対応する画素同士の差分についての標準偏差であってもよい。 Therefore, in equation (4), σ 1 is the standard deviation of the corrected radiance of the first image corrected so that the average radiance of the first image and the average radiance of the second image are aligned. σ 2 may be the standard deviation of the corrected radiance of the second image corrected so that the average radiance of the first image and the average radiance of the second image are aligned. That is, in the formula (4), σ sub is the standard deviation of the difference between the corresponding pixels of the radiance of each pixel of the corrected first image and the radiance of each pixel of the corrected second image. There may be.
このような補正後の第1画像の放射輝度および補正後の第2画像の放射輝度を用いる場合、第1画素領域および第2画素領域の画素数すなわちサンプル数が十分であれば数式(4)が成立する。 When the radiance of the corrected first image and the radiance of the corrected second image are used, if the number of pixels in the first pixel region and the second pixel region, that is, the number of samples is sufficient, the mathematical formula (4) Is established.
数式(4)の差分標準偏差に基づくスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の判定の具体例として、判定部5は、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1に基づいて測定条件の適否を判定してもよい。この場合、判定部3は、比σsub/σ1が所定値の一例である21/2である場合に、21/2が得られたときの第1画素領域および第2画素領域の画素数が、測定条件としてのスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると判定する。比σsub/σ1が21/2であることは、差分標準偏差σsubが数式(4)を満足することと等価である。ただし、画素数が適切であると判定されるために、比σsub/σ1は必ずしも厳密に21/2に一致する必要はなく、21/2に対して若干の許容誤差を有していてもよい。すなわち、判定部3は、比σsub/σ1がほぼ21/2であると判断される場合には、画素数が適切であると判定してもよい。
As a specific example of determining the measurement conditions of speckle contrast or sparkle contrast based on the difference standard deviation of the equation (4), the
なお、判定部5は、σsub/σ1の他にも、第2画像の放射輝度の標準偏差σ2に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ2に基づいて測定条件の適否を判定してもよい。あるいは、判定部3は、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1と第2画像の放射輝度の標準偏差σ2との平均値σaveに対する差分標準偏差σsubの比σsub/σaveに基づいて測定条件の適否を判定してもよい。これらの場合においても、判定部3は、比σsub/σ2,σsub/σaveが21/2である場合に、21/2が得られたときの第1画素領域および第2画素領域の画素数が、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると判定することができる。
In addition to σ sub / σ 1 , the
判定部5は、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の判定結果を測定部6に出力する。判定部5は、判定結果をディスプレイに表示してもよい。判定部5は、例えばCPUやメモリなどのハードウェアすなわちコンピュータで構成されている。判定部5の一部をソフトウェアで構成してもよい。
The
なお、判定部5は、判定結果に基づいてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定開始前のキャリブレーションすなわち測定条件の調整を行ってもよい。この場合、判定部5は、判定結果が否定的である場合に、肯定的な判定結果が得られるまで予め決められた補正量にしたがって測定条件を補正し、補正後の測定条件の適否を判定すればよい。具体的には、判定部5は、画素数が適切でないと判定した場合に、画素数が適切になるまで所定の増加量で第1画素領域および第2画素領域の画素数を増加させ、画素数増加後の第1、第2画素領域で撮像された第1、第2画像に基づく差分標準偏差を用いて画素数の適否を再判定すればよい。
The
(測定部6)
測定部6は、判定部5によって適切と判定された測定条件にしたがってスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定する。具体的には、測定部6は、判定部5によって適切と判定された画素数の画素領域で撮像された画像の平均放射輝度と、放射輝度の標準偏差とを算出し、算出された平均放射輝度と放射輝度の標準偏差とを数式(2)に代入することでスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを算出する。測定部6は、算出されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを出力する。測定部6は、算出されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを出力する。算出されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの出力先は、算出結果を記憶するメモリであってもよく、または、算出結果を表示するディスプレイであってもよい。算出部6は、例えばCPUやメモリなどのハードウェアすなわちコンピュータで構成されている。算出部6の一部をソフトウェアで構成してもよい。
(Measuring unit 6)
The measuring
(動作例)
次に、第1の実施形態による光学測定装置1の動作例について説明する。図5は、第1の実施形態による光学測定装置1の動作例を示すフローチャートである。
(Operation example)
Next, an operation example of the
まず、図5に示すように、2次元センサアレイ4は、光学系3を介して被測定面2からの出射光Lを2次元センサアレイ面41に結像させることで被測定面2を撮像する(ステップS1)。
First, as shown in FIG. 5, the two-dimensional sensor array 4 images the measured
図6は、第1の実施形態による光学測定装置1の動作例において、第1画像および第2画像の取得工程を示す図である。被測定面2を撮像した後、判定部5は、2次元センサアレイ面41から予め設定されたの画素数の第1画素領域と第2画素領域とを選択し、第1画素領域で撮像された第1画像と、第2画素領域で撮像された第2画像とを取得する(ステップS2)。例えば、図6に示すように、第1画素領域PA1および第2画素領域PA2は、X方向に所定画素数、Y方向に所定画素数を有する矩形領域である。第1画素領域と第2画素領域との対応する画素同士は、数式(5)に示されるスペックルまたはスパークルの平均サイズRの3倍以上位置がずれている。例えば、図6に示すように、第1画素領域PA1内の1つの画素P1(x1,y1)と、この画素P1(x1,y1)に位置的に対応する第2画素領域PA2内の1つの画素P2(x1+Δx,y1+Δy)とは、スペックルまたはスパークルの平均サイズRの3倍以上位置がずれている。これにより、第1画素領域で撮像された第1画像と第2画素領域で撮像された第2画像とは、スペックルパターンまたはスパークルパターンが統計的にランダムで独立している。なお、第1画素領域と第2画素領域とは、対応する画素同士の位置がスペックルまたはスパークルの平均サイズRの3倍以上ずれていればよく、第1画素領域および第2画素領域の全体としては部分的に重なっていてもよい。また、第1画素領域および第2画素領域は、ユーザの入力にしたがって設定されてもよく、または、プログラムにしたがって自動的に設定されてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a process of acquiring a first image and a second image in an operation example of the
第1画像および第2画像を取得した後、図5に示すように、判定部5は、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃うように第1画像の放射輝度と第2画像の放射輝度とを補正する(ステップS3)。放射輝度の補正は、例えば国際標準規格IEC62906−5−4にしたがって行う。
After acquiring the first image and the second image, as shown in FIG. 5, the
具体的には、放射輝度の補正においては、図16に示すように、測定フィールドをマトリクス状に分割する。そして、要素(X,Y)内の全ての画素の放射輝度データに下記パラメータ
第1画像の放射輝度および第2画像の放射輝度を補正した後、図5に示すように、判定部5は、補正後の第1画像の放射輝度および補正後の第2画像の放射輝度に基づいて、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1を算出する(ステップS4)。
After correcting the radiance of the first image and the radiance of the second image, as shown in FIG. 5, the
第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1を算出した後、判定部5は、算出された比σsub/σ1がほぼ21/2、例えば1.40以上1.43以下であるか否かを判定する(ステップS5)。
After calculating the ratio sigma sub / sigma 1 difference standard deviation sigma sub to the standard deviation sigma 1 radiance of the first image, the determining
比σsub/σ1がほぼ21/2である場合(ステップS5:Yes)、判定部5は、画素数が適切であると判定する(ステップS6)。この場合、測定部6は、適切と判定された画素数を測定条件として設定し、設定された画素数の画素領域をスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる。
When the ratio σ sub / σ 1 is approximately 2 1/2 (step S5: Yes), the
一方、比σsub/σ1がほぼ21/2でない場合(ステップS5:No)、判定部5は、画素数が不適切であると判定する(ステップS6)。この場合、判定部5は、第1画素領域および第2画素領域の画素数を変更し、変更後の画素数の第1画素領域および第2画素領域を用いて判定を繰り返してもよい。
On the other hand, when the ratio σ sub / σ 1 is not approximately 2 1/2 (step S5: No), the
なお、比σsub/σ1がほぼ21/2になる画素数は、特定の画素数に限らず、ある程度の広がりを有する場合がある。例えば、画素数がX×Y:100×100画素あるいは150×150画素のときに初めて比σsub/σ1がほぼ21/2に収束し、これ以降は画素数の増加にしたがって比σsub/σ1がほぼ21/2に収束した状態が継続することもある。この場合、画素数が100×100画素あるいは150×150画素のときは、比σsub/σ1がほぼ21/2になったとしても画素数のわずかな減少に応じて比σsub/σ1が21/2を大きく逸脱し得る不安定な状態である。したがって、画素数が100×100画素あるいは150×150画素のときに比σsub/σ1がほぼ21/2になったとしても、画素数としてはなお不十分すなわち不適切と考えることもできる。したがって、画素数が適切であることについての信頼性が高い判定結果を得たい場合には、判定部5は、第1画素領域および第2画素領域の画素数を所定の増加量で順次増加させていき、その都度、画素数が増加された第1画素領域および第2画素領域の画像に基づいて取得されるσsub/σ1がほぼ21/2になるか否かの判定を繰り返し、肯定的な判定結果が所定回数連続して得られた場合に、その時点の画素数を適切な画素数であると判定してもよい。言い換えれば、判定部5は、σsub/σ1がほぼ21/2になる状態が所定の画素数の区間連続した場合に、その区間の最大画素数を適切な画素数と判定してもよい。一例として、判定部5は、画素数が100×100画素あるいは150×150画素のときに比σsub/σ1がほぼ21/2になったとしても、その時点で画素数が適切であるとは判定せず、ほぼ21/2の状態が200×200画素のときまで連続した場合に、200×200画素が適切であると判定してもよい。
The number of pixels in which the ratio σ sub / σ 1 becomes approximately 2 1/2 is not limited to a specific number of pixels, and may have a certain extent. For example, when the number of pixels is X × Y: 100 × 100 pixels or 150 × 150 pixels, the ratio σ sub / σ 1 converges to about 2 1/2 for the first time, and thereafter, the ratio σ sub as the number of pixels increases. The state in which / σ 1 has converged to approximately 2 1/2 may continue. In this case, when the number of pixels is 100 × 100 pixels or 150 × 150 pixels, even if the ratio σ sub / σ 1 becomes approximately 2 1/2 , the ratio σ sub / σ corresponds to a slight decrease in the number of pixels. 1 is an unstable state that can greatly deviate from 2 1/2. Therefore, even if the ratio σ sub / σ 1 becomes approximately 2 1/2 when the number of pixels is 100 × 100 pixels or 150 × 150 pixels, it can be considered that the number of pixels is still insufficient, that is, inappropriate. .. Therefore, when it is desired to obtain a highly reliable determination result that the number of pixels is appropriate, the
(実験例)
次に、図1の光学測定装置1の実験例として、拡散されたコヒーレント光を用いたスペックルコントラストおよび第1画像の放射輝度の標準偏差に対する差分標準偏差の比の測定例について説明する。図7は、時間的に拡散状態を変化されたコヒーレント光を用いた測定系を示す図である。
(Experimental example)
Next, as an experimental example of the
図7の測定系は、コヒーレント光として波長533nmのレーザ光を出射するSHG(Second Harmonic Generation)レーザ17と、回転ディフューザ18と、スクリーン20と、撮像カメラ10とで構成されている。
The measurement system of FIG. 7 includes an SHG (Second Harmonic Generation)
回転ディフューザ18は、SHGレーザ17から出射されたレーザ光を拡散させて干渉性を低減させる。直径約1cmのスポット光として回転ディフューザ18で拡散されたレーザ光は、回転ディフューザ18から1.2m離れたスクリーン20上に照射される。スクリーン20は、回転ディフューザ18から照射された拡散光を撮像カメラ10に向けて拡散反射させる。拡散反射された拡散光は、撮像カメラ10で受光されてスペックルコントラストが測定される。スクリーン20としては、ラブスフェア社製の拡散反射ターゲット:SRT−99−050を用いた。撮像カメラ10としては、無限遠に物点をとったときの焦点距離が50mmであり、像側の実効Fナンバーが2.1から33.3まで可変のレンズと、画素ピッチが9μmの冷却CCDとを備えた撮像カメラを用いた。また、図7に示すように、スクリーン20は、レーザ光の入射角が30°になるように配置した。また、スクリーン20から撮像カメラ10までの距離は、0.62mに固定した。
The
このような測定系に、レンズの実効FナンバーF#imageとして2.1、8.7、17.4、33.3を順次設定し、各実効Fナンバーの下で、第1画素領域および第2画素領域の画素数の変化に対するスペックルコントラストおよび比σsub/σ1の変化を測定した。 In such a measurement system, 2.1, 8.7, 17.4, and 33.3 are sequentially set as the effective F-number F # image of the lens, and under each effective F-number, the first pixel region and the first pixel region and the third are set. The speckle contrast and the change in the ratio σ sub / σ 1 with respect to the change in the number of pixels in the two-pixel region were measured.
なお、第1画素領域および第2画素領域は、対応する画素同士が30ピクセルすなわちセンサ面上で270μm離れるように設定した。図6に示したように、一部の条件では第1画素領域と第2画素領域とは部分的に重なるように設定した。このように部分的に重なる程度に第1画素領域と第2画素領域とを設定することで、第1画像と第2画像との平均輝度を揃えやすくすることができる。また、国際標準規格IEC62906−5−4にしたがって、第1画像と第2画像との平均輝度が揃うように第1画像および第2画像の低空間周波数の輝度分布を補正した。第1画素領域および第2画素領域の画素数は、10×10画素から200×200画素まで変化させた。 The first pixel region and the second pixel region are set so that the corresponding pixels are separated from each other by 30 pixels, that is, 270 μm on the sensor surface. As shown in FIG. 6, under some conditions, the first pixel region and the second pixel region are set to partially overlap. By setting the first pixel region and the second pixel region to such an extent that they partially overlap in this way, it is possible to make it easier to make the average brightness of the first image and the second image uniform. Further, according to the international standard IEC62906-5-4, the brightness distribution of the low spatial frequency of the first image and the second image was corrected so that the average brightness of the first image and the second image would be the same. The number of pixels in the first pixel region and the second pixel region was changed from 10 × 10 pixels to 200 × 200 pixels.
上記の測定系の測定結果を図8〜図11に示す。図8は、レンズの実効Fナンバーが2.1のときに図7の測定系で測定されたスペックルコントラストおよび比σsub/σ1を示す図である。図9は、レンズの実効Fナンバーが8.7のときに図7の測定系で測定されたスペックルコントラストおよび比σsub/σ1を示す図である。図10は、レンズの実効Fナンバーが17.4のときに図7の測定系で測定されたスペックルコントラストおよび比σsub/σ1を示す図である。図11は、レンズの実効Fナンバーが33.3のときに図7の測定系で測定されたスペックルコントラストおよび比σsub/σ1を示す図である。 The measurement results of the above measurement system are shown in FIGS. 8 to 11. FIG. 8 is a diagram showing speckle contrast and ratio σ sub / σ 1 measured by the measurement system of FIG. 7 when the effective F number of the lens is 2.1. FIG. 9 is a diagram showing speckle contrast and ratio σ sub / σ 1 measured by the measurement system of FIG. 7 when the effective F number of the lens is 8.7. FIG. 10 is a diagram showing speckle contrast and ratio σ sub / σ 1 measured by the measurement system of FIG. 7 when the effective F number of the lens is 17.4. FIG. 11 is a diagram showing speckle contrast and ratio σ sub / σ 1 measured by the measurement system of FIG. 7 when the effective F number of the lens is 33.3.
図8〜図11に示すように、いずれの実効Fナンバーにおいても、比σsub/σ1は、画素数が概ね100×100画素を超えたときに、画素数の増加にしたがって21/2に向かって収束を開始し、200×200画素においてほぼ21/2に安定することが確認された。この結果によれば、200×200画素がスペックルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると考えることができる。言い換えれば、200×200画素のときに測定されたスペックルコントラストCsが適切な測定結果であると考えることができる。 As shown in FIGS. 8 to 11, in any effective F number, the ratio σ sub / σ 1 is 2 1/2 as the number of pixels increases when the number of pixels exceeds approximately 100 × 100 pixels. Convergence started toward, and it was confirmed that it was stable at about 2 1/2 at 200 × 200 pixels. According to this result, it can be considered that 200 × 200 pixels is appropriate as the number of pixels used for the measurement of speckle contrast. In other words, it can be considered that the speckle contrast Cs measured at the time of 200 × 200 pixels is an appropriate measurement result.
以上説明したように、第1の実施形態によれば、差分標準偏差σsubに基づいてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することができる。また、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1が21/2になるか否かに基づいて、測定条件としての画素数の適否を簡便かつ適切に判定することができる。また、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃うように第1画像および第2画像の放射輝度を補正し、補正後の第1画像の放射輝度および補正後の第2画像の放射輝度に基づいて取得された差分標準偏差を用いることで、画素数の適否をより適切に判定することができる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to appropriately determine the suitability of the measurement conditions for speckle contrast or sparkle contrast based on the difference standard deviation σ sub. Also, based on whether the ratio sigma sub / sigma 1 difference standard deviation sigma sub to the standard deviation sigma 1 radiance of the first image is 21/2, conveniently the appropriateness of the number of pixels as a measurement condition And it can be judged appropriately. Further, the radiance of the first image and the second image is corrected so that the average radiance of the first image and the average radiance of the second image are aligned, and the radiance of the corrected first image and the corrected first image are corrected. By using the difference standard deviation acquired based on the radiance of the two images, the suitability of the number of pixels can be determined more appropriately.
(第2の実施形態)
これまでは、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃うように第1画像および第2画像の放射輝度を補正し、補正後の第1画像および第2画像の放射輝度に基づいて取得された差分標準偏差を用いて、測定条件としての画素数の適否を判定する例について説明した。これに対して、第2の実施形態において、判定部5は、第1画像および第2画像の放射輝度の補正を前提とせず、撮像当初の第1画像および第2画像の放射輝度に基づいて取得された差分標準偏差に基づいて、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件としての局所的な平均放射輝度の面内分布の適否を判定する。ただし、第2の実施形態において、第1画素領域および第2画素領域の画素数は、第1画像の平均放射輝度と第2画像の平均放射輝度とが揃っている場合に第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1を所定値としての21/2にするような既知の画素数である。
(Second Embodiment)
So far, the radiance of the first image and the second image has been corrected so that the average radiance of the first image and the average radiance of the second image are the same, and the radiance of the corrected first image and the second image has been corrected. An example of determining the suitability of the number of pixels as a measurement condition using the difference standard deviation acquired based on the brightness has been described. On the other hand, in the second embodiment, the
すなわち、第2の実施形態においては、平均放射輝度の揺らぎが無い場合に比σsub/σ1が21/2になるような画素数を予め取得しておき、その画素数で撮像された画像に基づいて算出された比σsub/σ1が実際に21/2になるか否かに基づいて、低空間周波数の放射輝度の揺らぎの有無を判定する。 That is, in the second embodiment, the number of pixels such that the ratio σ sub / σ 1 becomes 2 1/2 when there is no fluctuation in the average radiance is acquired in advance, and the image is taken with that number of pixels. The presence or absence of fluctuations in radiance at low spatial frequencies is determined based on whether or not the ratio σ sub / σ 1 calculated based on the image is actually 2 1/2.
具体的には、判定部5は、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1が21/2と異なる場合に、当該21/2と異なる比σsub/σ1が得られたときの第1画像の平均放射輝度および第2画像の平均放射輝度が、測定条件としてのスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画像の平均放射輝度として適切でないと判定する。
Specifically, when the ratio σ sub / σ 1 of the difference standard deviation σ sub to the standard deviation σ 1 of the radiance of the first image is different from 2 1/2 , the
なお、判定部5は、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1の代わりに第2画像の放射輝度の標準偏差σ2に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ2または第1画像の放射輝度の標準偏差σ1と第2画像の放射輝度の標準偏差σ2との平均値σaveに対する差分標準偏差σsubの比σsub/σaveに基づいて平均放射輝度の適否を判定してもよい。
The
(動作例)
次に、第2の実施形態による光学測定装置1の動作例について説明する。図12は、第2の実施形態による光学測定装置1の動作例を示すフローチャートである。
(Operation example)
Next, an operation example of the
まず、図12に示すように、2次元センサアレイ4は、光学系3を介して被測定面2からの出射光Lを2次元センサアレイ面41に結像させることで被測定面2を撮像する(ステップS11)。
First, as shown in FIG. 12, the two-dimensional sensor array 4 images the measured
被測定面2を撮像した後、判定部5は、2次元センサアレイ面41から第1画像と第2画像との平均放射輝度が同じ場合に比σsub/σ1をほぼ21/2にするような既知の画素数を有する第1画素領域および第2画素領域を選択し、第1画素領域で撮像された第1画像と、第2画素領域で撮像された第2画像とを取得する(ステップS12)。なお、第1の実施形態と同様に、第1画素領域と第2画素領域とは、対応する画素同士がスペックルまたはスパークルの平均サイズRの3倍以上離れている。
After imaging the surface to be measured 2, the determination unit 5 reduces the ratio σ sub / σ 1 to approximately 2 1/2 when the average radiation brightness of the first image and the second image is the same from the two-dimensional
第1画像および第2画像を取得した後、判定部5は、第1画像の放射輝度および第2画像の放射輝度に基づいて、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1を算出する(ステップS13)。
After acquiring the first image and the second image, the determining
第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1を算出した後、判定部5は、算出された比σsub/σ1がほぼ21/2、例えば1.40以上1.43以下であるか否かを判定する(ステップS14)。
After calculating the ratio sigma sub / sigma 1 difference standard deviation sigma sub to the standard deviation sigma 1 radiance of the first image, the determining
比σsub/σ1がほぼ21/2である場合(ステップS14:Yes)、判定部5は、平均放射輝度が適切であると判定する(ステップS15)。この場合、測定部6は、平均放射輝度が適切であると判定された第1画像または第2画像を用いてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定する。
When the ratio σ sub / σ 1 is approximately 2 1/2 (step S14: Yes), the
一方、比σsub/σ1がほぼ21/2でない場合(ステップS14:No)、判定部5は、平均放射輝度が不適切であると判定する(ステップS16)。この場合、判定部5は、第1画像と第2画像との平均放射輝度が揃うように第1画像および第2画像の放射輝度を補正し、補正後の第1画像および第2画像の放射輝度に基づいて取得された比σsub/σ1を用いて判定を繰り返してもよい。
On the other hand, when the ratio σ sub / σ 1 is not approximately 2 1/2 (step S14: No), the
(実験例)
次に、第2の実施形態による光学測定装置1の実験例として、図7と同様の測定系を用いたスペックルコントラストおよび第1画像の放射輝度の標準偏差に対する差分標準偏差の比の測定例について説明する。
(Experimental example)
Next, as an experimental example of the
本測定例は、第1画像の平均輝度と第2画像の平均輝度とが揃うように第1画像の輝度および第2画像の輝度を補正していない点で、図7の測定例とは異なる。その他の測定条件は図7の測定例と同様である。 This measurement example differs from the measurement example of FIG. 7 in that the brightness of the first image and the brightness of the second image are not corrected so that the average brightness of the first image and the average brightness of the second image are the same. .. Other measurement conditions are the same as those in the measurement example of FIG.
本測定例の測定結果を図13に示す。図13は、レンズの実効Fナンバーが17.4のときのスペックルコントラストおよび比σsub/σ1の測定結果を示す図である。 The measurement result of this measurement example is shown in FIG. FIG. 13 is a diagram showing the measurement results of the speckle contrast and the ratio σ sub / σ 1 when the effective F number of the lens is 17.4.
図13に示される例においては、第1画像の平均輝度と第2画像の平均輝度とが揃っている場合に比σsub/σ1をほぼ21/2にするような既知の画素数が200×200画素であることが前提とされている。しかし、図13に示される200×200画素において、比σsub/σ1は21/2と大きく異なっている。このことから、第1画像の平均輝度と第2画像との平均輝度が揃うように第1画像の輝度および第2画像の輝度が補正されていない場合には、画素数が十分であっても比σsub/σ1が21/2にならないことが確認された。 In the example shown in FIG. 13, when the average brightness of the first image and the average brightness of the second image are the same, the known number of pixels such that the ratio σ sub / σ 1 is approximately 2 1/2 is obtained. It is assumed that the number of pixels is 200 × 200. However, in the 200 × 200 pixels shown in FIG. 13, the ratio σ sub / σ 1 is significantly different from 2 1/2. From this, if the brightness of the first image and the brightness of the second image are not corrected so that the average brightness of the first image and the average brightness of the second image are the same, even if the number of pixels is sufficient. It was confirmed that the ratio σ sub / σ 1 did not become 2 1/2.
以上説明したように、第2の実施形態においても、差分標準偏差σsubに基づいてスペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することができる。また、第1画像の放射輝度の標準偏差σ1に対する差分標準偏差σsubの比σsub/σ1が21/2になるか否かに基づいて、測定条件としての局所的な平均放射輝度の分布の適否を簡便かつ適切に判定することができる。 As described above, also in the second embodiment, the suitability of the speckle contrast or sparkle contrast measurement conditions can be appropriately determined based on the difference standard deviation σ sub. Also, based on whether the ratio sigma sub / sigma 1 difference standard deviation sigma sub to the standard deviation sigma 1 radiance of the first image is 21/2, local average radiance as measurement conditions It is possible to easily and appropriately determine the suitability of the distribution of.
(第3の実施形態)
これまでは、差分標準偏差σsubに基づいて、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を事前に判定する例について説明した。これに対して、第3の実施形態において、判定部5は、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定結果に基づいて、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を事後的に判定する。
(Third Embodiment)
So far, an example in which the suitability of the measurement conditions of speckle contrast or sparkle contrast is determined in advance based on the difference standard deviation σ sub has been described. On the other hand, in the third embodiment, the
具体的には、判定部5は、2次元センサアレイ4の所定の画素領域で撮像された画像に基づいて測定されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストで表現される以下の数式(1)の値が、画素領域の画素数および光学系のFナンバーと数式(1)の値との既知の対応関係に示される許容範囲内に収まる場合に、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定したときの画素領域の画素数および光学系3のFナンバーが、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件として適切であると判定する。
画素数および光学系のFナンバーと数式(1)の値との既知の対応関係は、画素領域の画素数を横軸にとり、数式(1)の値を縦軸にとった場合に、横軸を基準として線対称な2つの曲線であって、画素領域の画素数の増加にしたがって縦軸0(%)に向かって収束する2つの曲線で囲まれる許容範囲内に、Fナンバーおよび画素数に応じて異なる数式(1)の複数の適正値が収まる関係であってもよい。なお、2つの曲線で囲まれ、かつ特定の画素数以上の領域を適正と設定することで、より統計誤差の少ないデータに絞り込むことができる。また、判定部5は、このような対応関係を判定のために予め記憶しておけばよい。
The known correspondence between the number of pixels and the F number of the optical system and the value of the formula (1) is that the horizontal axis is the number of pixels in the pixel area and the value of the formula (1) is on the vertical axis. The F number and the number of pixels are within the permissible range surrounded by the two curves that are line-symmetrical with respect to It may be a relationship in which a plurality of appropriate values of different mathematical formulas (1) are accommodated accordingly. By setting the area surrounded by two curves and having a specific number of pixels or more as appropriate, it is possible to narrow down the data to have less statistical error. Further, the
(動作例)
次に、第3の実施形態による光学測定装置1の動作例について説明する。図14は、第3の実施形態による光学測定装置1の動作例を示すフローチャートである。
(Operation example)
Next, an operation example of the
まず、図14に示すように、2次元センサアレイ4は、光学系3を介して被測定面2からの出射光Lを2次元センサアレイ面41に結像させることで被測定面2を撮像する(ステップS21)。
First, as shown in FIG. 14, the two-dimensional sensor array 4 images the measured
被測定面2の撮像後、判定部5は、2次元センサアレイ面41から所定の画素数の画素領域を選択し、選択された画素領域で撮像された画像を取得する(ステップS22)。
After imaging the surface to be measured 2, the
画像が取得された後、測定部6は、取得された画像の放射輝度に基づいてスペックルコントラストCS−Eを算出する(ステップS23)。
After the image has been acquired, the
スペックルコントラストCS−Eが算出された後、判定部5は、算出されたスペックルコントラストCS−Eと既知のCS−Cとに基づいて数式(1)の値を算出する(ステップS24)。
After speckle contrast C S-E has been calculated, the
数式(1)の値を算出した後、判定部5は、算出された数式(1)の値が、画素領域の画素数および光学系のFナンバーと数式(1)の値との既知の対応関係に示される許容範囲内に収まるか否かを判定する(ステップS25)。
After calculating the value of the formula (1), the
算出された数式(1)の値が許容範囲内に収まる場合(ステップS25:Yes)、判定部5は、スペックルコントラストCS−Eを測定したときの画素領域の画素数および光学系3のFナンバーが、スペックルコントラストの測定条件として適切であると判定する(ステップS26)。
When the calculated value of the mathematical formula (1) is within the permissible range (step S25: Yes), the
一方、算出された数式(1)の値が許容範囲内に収まらない場合(ステップS25:No)、判定部5は、スペックルコントラストCS−Eを測定したときの画素領域の画素数および光学系3のFナンバーが、スペックルコントラストの測定条件として不適切であると判定する(ステップS27)。
On the other hand, when the calculated value of the mathematical formula (1) does not fall within the permissible range (step S25: No), the
(実験例)
次に、第3の実施形態による光学測定装置1の実験例として、図7と同様の測定系を用いた画素領域の画素数および光学系のFナンバーと数式(1)との対応関係の測定例について説明する。
(Experimental example)
Next, as an experimental example of the
本測定例においては、第1画像の輝度に基づくスペックルコントラストCS−Eと、第2画像の輝度に基づくスペックルコントラストCS−Eとを、画素数およびFナンバーの条件を異ならせて複数通り算出し、算出された複数通りのスペックルコントラストCS−Eのそれぞれに基づいて、数式(1)の値を複数通り算出した。 In the present measurement example, the speckle contrast C S-E based on the luminance of the first image and the speckle contrast C S-E based on the luminance of the second image, with different conditions of number of pixels and the F-number calculated plurality of ways, based on the respective speckle contrast C S-E of plural kinds which are calculated, to calculate a plurality as a value of equation (1).
本測定例における数式(1)の値の算出結果を図15に示す。図15には、スペックルコントラストCS−Eに基づいて算出された数式(1)の値が、横軸を画素数、縦軸を数式(1)の値とした座標系上にドットとしてプロットされている。なお、図15の脚注には、プロットされているドットに対応するFナンバーおよび画像の種類が記載されている。例えば、「#2.1−1」が付されたドットは、実効Fナンバーが2.1のときの第1画像に基づく数式(1)の値を示す。「#3.0−2」が付されたドットは、実効Fナンバーが3.0のときの第2画像に基づく数式(1)の値を示す。 The calculation result of the value of the mathematical formula (1) in this measurement example is shown in FIG. Figure 15, plots the values of the calculated equation (1) based on the speckle contrast C S-E is the number of pixels on the horizontal axis, and the vertical axis is the dot on the value and the coordinate system of the formula (1) Has been done. In the footnote of FIG. 15, the F number and the type of image corresponding to the plotted dots are described. For example, the dots with "# 2.1-1" indicate the value of the mathematical formula (1) based on the first image when the effective F number is 2.1. The dots with "# 3.0-2" indicate the value of the mathematical formula (1) based on the second image when the effective F number is 3.0.
図15に示すように、画素数および光学系のFナンバーと数式(1)との対応関係は、画素数の増加にしたがって縦軸0(%)に向かって収束する2つの曲線(図15の破線部参照)で囲まれる許容範囲内に、Fナンバーおよび画素数に応じて異なる数式(1)の複数の適正値が収まる関係であることが分かる。判定部5は、このような対応関係を用いて画素数およびFナンバーの適否を判定することができる。
As shown in FIG. 15, the correspondence between the number of pixels and the F number of the optical system and the mathematical formula (1) is two curves that converge toward the vertical axis 0 (%) as the number of pixels increases (FIG. 15). It can be seen that the relationship is such that a plurality of appropriate values of the mathematical formula (1), which differ depending on the F number and the number of pixels, fall within the permissible range surrounded by the broken line portion). The
以上説明したように、第3の実施形態によれば、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定結果に基づいて、スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を適切に判定することができる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to appropriately determine the suitability of the measurement conditions of the speckle contrast or the sparkle contrast based on the measurement result of the speckle contrast or the sparkle contrast.
なお、上述した複数の実施形態は、これらを適宜組み合わせて適用することも可能である。 It should be noted that the plurality of embodiments described above can be applied in combination thereof as appropriate.
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspects of the present disclosure are not limited to the individual embodiments described above, but also include various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present disclosure are not limited to the contents described above. That is, various additions, changes and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and purpose of the present disclosure derived from the contents defined in the claims and their equivalents.
1 光学測定装置
7 被測定面
4 2次元センサアレイ
5 判定部
1 Optical measuring device 7 Measured surface 4 Two-
Claims (19)
前記イメージセンサの第1画素領域で撮像された第1画像と前記イメージセンサの第2画素領域で撮像された第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差に基づいて、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する判定部と、を備える光学測定装置。 An image sensor that captures an image of the light emitted from the surface under test with speckle contrast or sparkle contrast,
Based on the standard deviation of the difference in radiance between the corresponding pixels of the first image captured in the first pixel region of the image sensor and the second image captured in the second pixel region of the image sensor, the said An optical measuring device including a determination unit for determining the suitability of measurement conditions for speckle contrast or sparkle contrast.
前記判定部は、前記補正後の第1画像の放射輝度および前記補正後の第2画像の放射輝度に基づく前記差分の標準偏差の比が所定値である場合に、前記所定値が得られたときの前記第1画素領域および前記第2画素領域の画素数が、前記測定条件としての前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画素数として適切であると判定する、請求項3乃至5に記載の光学測定装置。 The difference in radiance between the corresponding pixels of the first image and the second image is corrected so that the average value of the radiance of the first image and the average value of the radiance of the second image are aligned. It is the difference between the radiance of the corrected first image and the radiance of the corrected second image.
The determination unit obtained the predetermined value when the ratio of the standard deviation of the difference based on the radiation brightness of the corrected first image and the radiation brightness of the corrected second image was a predetermined value. According to claims 3 to 5, it is determined that the number of pixels in the first pixel region and the second pixel region is appropriate as the number of pixels used for measuring the speckle contrast or sparkle contrast as the measurement condition. The optical measuring device described.
前記判定部は、前記差分の標準偏差の比が前記所定値と異なる場合に、前記所定値と異なる差分の標準偏差の比が得られたときの前記第1画像の放射輝度の平均値および前記第2画像の放射輝度の平均値が、前記測定条件としての前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定に用いる画像の放射輝度の平均値として適切でないと判定する、請求項3乃至5に記載の光学測定装置。 The number of pixels in the first pixel region and the second pixel region is the standard deviation of the difference when the average value of the radiance of the first image and the average value of the radiance of the second image are the same. It is a known number of pixels that makes the ratio a predetermined value,
When the ratio of the standard deviation of the difference is different from the predetermined value, the determination unit determines the average value of the radiation brightness of the first image when the ratio of the standard deviation of the difference different from the predetermined value is obtained and the said. The optical according to claims 3 to 5, wherein it is determined that the average value of the radiation brightness of the second image is not appropriate as the average value of the radiation brightness of the image used for measuring the speckle contrast or the sparkle contrast as the measurement condition. measuring device.
前記出射光が結像され、前記出射光の画像を撮像するイメージセンサと、
前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、前記イメージセンサの所定の画素領域で撮像された画像に基づいて測定されたスペックルコントラストまたはスパークルコントラストで表現される以下の数式(1)の値が、画素領域の画素数および光学系のFナンバーと数式(1)の値との既知の対応関係に示される許容範囲内に収まる場合に、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストを測定したときの前記画素領域の画素数および前記光学系のFナンバーが、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件として適切であると判定する、光学測定装置。
An image sensor in which the emitted light is imaged and an image of the emitted light is captured.
A determination unit for determining the suitability of the speckle contrast or sparkle contrast measurement conditions is provided.
In the determination unit, the value of the following formula (1) expressed by speckle contrast or sparkle contrast measured based on the image captured in the predetermined pixel region of the image sensor is the number of pixels in the pixel region and the value of the following formula (1). When the F number of the optical system and the value of the mathematical formula (1) fall within the permissible range shown in the known correspondence, the number of pixels in the pixel region and the optical An optical measuring device for determining that the F number of the system is appropriate as a measurement condition for the speckle contrast or the sparkle contrast.
前記イメージセンサの第1画素領域で撮像された第1画像と前記イメージセンサの第2画素領域で撮像された第2画像との対応する画素同士の放射輝度の差分の標準偏差に基づいて、前記スペックルコントラストまたはスパークルコントラストの測定条件の適否を判定する、光学測定方法。 An image of the light emitted from the surface to be measured with speckle contrast or sparkle contrast is captured by an image sensor.
Based on the standard deviation of the difference in radiant brightness between the corresponding pixels of the first image captured in the first pixel region of the image sensor and the second image captured in the second pixel region of the image sensor, the said An optical measurement method that determines the suitability of speckle contrast or sparkle contrast measurement conditions.
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