JP5865160B2

JP5865160B2 - 輝度測定装置及び方法

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Publication number: JP5865160B2
Application number: JP2012087598A
Authority: JP
Inventors: 哲士新田; 雅浩山崎; 知広銅田
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2032-04-06
Also published as: JP2013217735A

Description

本発明は輝度測定装置及び方法に関し、特に接触型輝度計を用いた低輝度領域における輝度測定に関する。

下記特許文献には、従来の液晶ディスプレイの輝度測定装置が開示されている。液晶ディスプレイは、その構造や反射防止膜の特性に起因して、画面を見る方向によって輝度が異なるという性質がある。また、その程度は、液晶ディスプレイの種類によって違っている。このため、測定視野角の広い接触型輝度計で測定した液晶ディスプレイの表示面の輝度は、測定視野角の極めて狭い望遠輝度計で測定したそれと異なる。また、その程度も、液晶ディスプレイの種類によって違っている。そこで下記特許文献に記載された装置では、補正ルックアップテーブルを液晶ディスプレイの種類ごとに用意しておき、測定対象である液晶ディスプレイの種類に対応する補正ルックアップテーブルを選択的に用いて、接触型輝度計による輝度測定値を望遠輝度計による輝度測定値に変換している。こうして、望遠輝度計よりも安価である接触型輝度計を用いて、望遠輝度計による測定に相当する高精度の輝度測定を、様々な種類の液晶ディスプレイに対して行うことができるようにしている。

特開２００３−２９４５２８号公報

しかしながら、上記従来の輝度測定装置によれば、補正ルックアップテーブルを多数用意しておかなければ、多くの種類の液晶ディスプレイに対して高精度の輝度測定を行うことができないし、ましてや、未知の種類の液晶ディスプレイに対しては、輝度測定自体が不可能である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、未知の種類の測定対象についても接触型輝度計を用いて高精度の輝度測定ができる輝度測定装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る輝度測定装置は、接触型輝度計を用いて第１の測定視野角及びそれよりも広い第２の測定視野角でそれぞれ測定した、第１の明るさで発光させた測定対象の輝度測定値を取得する第１の輝度測定値取得手段と、前記第１の輝度測定値取得手段により取得される、前記第１の測定視野角での輝度測定値と、前記第２の測定視野角での輝度測定値と、の関係を示すデータを記憶する第１の関係データ記憶手段と、前記接触型輝度計を用いて前記第２の視野角で測定した、前記第１の明るさよりも暗い第２の明るさで発光させた前記測定対象の輝度測定値を取得する第２の輝度測定値取得手段と、前記接触型輝度計を用いて前記第１の測定視野角で測定した所定の基準測定対象の輝度測定値と、望遠輝度計を用いて測定した前記所定の基準測定対象の輝度測定値と、の関係を示すデータを記憶する第２の関係データ記憶手段と、前記第１の関係データ記憶手段に記憶されるデータと、前記第２の関係データ記憶手段に記憶されるデータと、前記第２の輝度測定値取得手段により取得される輝度測定値と、に基づいて、前記第２の明るさを示す輝度値を出力する出力手段と、を含む。

また、本発明の一態様において、前記測定対象は表示装置であり、前記第１の明るさは前記表示装置に白色を表示させた明るさであり、前記第２の明るさは前記表示装置に黒色を表示させた明るさであり、前記出力手段は、前記第１の輝度測定値取得手段により取得される前記第２の測定視野角での輝度測定値と、前記第２の輝度測定値取得手段により取得される輝度測定値と、の比である前記表示装置のコントラスト比をさらに出力する。

また、本発明の一態様において、前記接触型輝度計の測定視野角を前記第１の測定視野角に狭めるアパーチャを含む。

また、本発明に係る輝度測定方法は、接触型輝度計を用い、第１の測定視野角及びそれよりも広い第２の測定視野角で、第１の明るさで発光させた測定対象の輝度を測定する第１の測定ステップと、前記接触型輝度計を用い、前記第２の視野角で、前記第１の明るさよりも暗い第２の明るさで発光させた前記測定対象の輝度を測定する第２の測定ステップと、前記第１及び第２の測定ステップでの輝度測定値と、前記接触型輝度計を用いて前記第１の測定視野角で測定した所定の基準測定対象の輝度測定値と、望遠輝度計を用いて測定した前記所定の基準測定対象の輝度測定値と、の関係を示すデータと、に基づいて、前記第２の明るさを示す輝度値を出力する出力ステップと、を含む。

本発明によれば、狭い測定視野角（例えば望遠輝度計と同程度）での接触型輝度計による輝度測定値と望遠輝度計による輝度測定値との普遍的関係性に加え、測定対象の種類ごとに調べられる広狭２つの測定視野角での輝度測定値の関係性を用いて、広い測定視野角での接触型輝度計による輝度測定値を望遠輝度系による輝度測定値に変換することができ、この結果、未知の種類の測定対象についても接触型輝度計を用いて高精度の輝度測定ができる。

本発明の実施形態に係る輝度測定装置（狭測定視野角状態）の構成を示す図である。押し当て部を示す図である。本発明の実施形態に係る輝度測定装置（広測定視野角状態）の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る輝度測定装置に含まれる制御部及びコンピュータの構成を示す図である。本発明の実施形態に係る輝度測定装置の校正手順を示すフロー図である。本発明の実施形態に係る輝度測定装置による輝度測定を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る輝度測定装置（狭測定視野角状態）の構成を示す図である。同図に示すように、本実施形態に係る輝度測定装置１は接触型輝度計２及びコンピュータ３を含んで構成されている。この輝度測定装置１は、液晶ディスプレイ４０の表示輝度を測定するものであり、具体的には液晶ディスプレイ４０に白色を表示させてその輝度を測定し、黒色を表示させてその輝度を測定し、さらに白色表示時の輝度と黒色表示時の輝度との比であるコントラスト比を計算し、それら結果（白輝度、黒輝度、コントラスト比）を表示器に表示するものである。

接触型輝度計２は、測定対象である液晶ディスプレイ４０の表示面からの光を受ける光ファイバ１４を備えており、光ファイバ１２の先端は液晶ディスプレイ４０に向けられる。また、光ファイバ１２の基端側には凸レンズ１６、視感度補正フィルタ１８、減光（ＮＤ；Neutral Density）フィルタ２０，２２、遮光シャッタ板２４、光電子増倍管２６がこの順で配置されている。ここで、減光フィルタ２０，２２、遮光シャッタ板２４は、アクチュエータ３０により、それぞれ光路と交わる交差位置と光路から離れた退避位置とを相互に移動可能となっている。減光フィルタ２０，２２が交差位置に配置されている場合には、減光割合に応じた係数が測定値に乗算される。これにより測定範囲を広げることができる。また、遮光シャッタ板２４は光電子増倍管２６への入光を遮断するものである。入光を遮断した状態での光電子増倍管２６の出力電流に基づいて測定値を校正することが望ましい。また、アクチュエータ３０は、例えばソレノイドやサーボモータにより構成されてよい。光電子増倍管２６には電気回路により構成された制御部２８が接続されており、制御部２８は別体のコンピュータ３に接続されている。

液晶ディスプレイ４０の表示面から出射し、光ファイバ１４の先端に入射した光は、基端から出射し、凸レンズ１６に入射する。凸レンズ１６の出射光は平行光線３４となり、視感度補正フィルタ１８により人間の視感度に応じた波長分布を有する光に変換される。その後、必要に応じて交差位置に配置された減光フィルタ２０，２２により光量が所定割合だけ減ぜられる。そして、遮光シャッタ板２４が退避位置にある場合には光電子増倍管２６に光が入射する。光電子増倍管２６では入射光の強度に応じた電流を出力しており、制御部２８ではこの電流の値をデジタル値に変換し、コンピュータ３に送信している。コンピュータ３では、このデジタル値を輝度の測定値として利用している。なお、ここでは光ファイバ１４を用いて液晶ディスプレイ４０から出射した光を凸レンズ１６に導いたが、光ファイバ１４の代わりに遮光性の中空円筒として、液晶ディスプレイ４０から出射した光を凸レンズ１６に直接導いてもよい。また、液晶ディスプレイ４０から出射した光を１又は複数のレンズを介して凸レンズ１６に導いてもよい。

図１に示すように、光ファイバ１４の先端には押し当て部１２が取り付けられている。押し当て部１２は、図２（ａ）にその外観斜視図が示されているように、無底円筒状をなす本体部１２ａを有しており、先端にはスポンジ等の柔軟な材料により円環状に形成されたクッション部１２ｂが取り付けられている。ここでクッション部１２ｂの内径と本体部１２ａの内径は等しい。また、押し当て部１２は、その中心軸が光ファイバ１２の中心軸と一致するように設けられる。

本体部１２ａの側面には２つの開口１２ｅ，１２ｆが形成されており、開口１２ｆには同図（ｂ）に示すアパーチャ板１２ｄが、開口１２ｅには同図（ｃ）に示すアパーチャ板１２ｃがそれぞれ挿入される。開口１２ｅ，１２ｆのそれぞれの奥側にも図示しない開口が形成されている。同図（ｂ）に示すように、アパーチャ板１２ｄは長方形の外形を有し、小径の円形開口１２ｉと大径の円形開口１２ｈが内部に形成されている。また、同図（ｃ）に示すように、アパーチャ板１２ｃも長方形の外形を有し、小径の円形開口１２ｆと大径の円形開口１２ｇが形成されている。ここで円形開口１２ｈと円形開口１２ｇとは同径であり、いずれも本体部１２ａの内径と等しい。一方、円形開口１２ｉは円形開口１２ｆよりも小径であり、光ファイバ１４の先端部よりも小径である。アパーチャ板１２ｃは開口１２ｅ及び対向面に形成された図示しない開口に挿通され、本体部１２ａの中心軸と円形開口１２ｇの中心とが一致する広測定視野角位置と、本体部１２ａの中心軸と円形開口１２ｆの中心とが一致する狭測定視野角位置と、の間をスライド移動可能となっている。同様に、アパーチャ板１２ｄは開口１２ｆ及び対向面に形成された図示しない開口に挿通され、本体部１２ａの中心軸と円形開口１２ｈの中心とが一致する広測定視野角位置と、本体部１２ａの中心軸と円形開口１２ｉの中心とが一致する狭測定視野角位置と、の間をスライド移動可能となっている。ここではアパーチャ板１２ｃ，１２ｄをユーザが手で移動させることとするが、各種アクチュエータにより移動させてもよい。

図１は、アパーチャ板１２ｃ，１２ｄがいずれも狭測定視野角位置に移動した状態、すなわち狭測定視野角状態の接触型輝度計２を示している。一方、図３は、アパーチャ板１２ｃ，１２ｄがいずれも広測定視野角位置に移動した状態、すなわち広測定視野角状態の接触型輝度計２を示している。図１及び図３を比較して判るように、狭測定視野角状態では、液晶ディスプレイ４０の表示面におけるクッション部１２ｂが当接する領域により囲まれる領域の中心部分から発せられる光がアパーチャ板１２ｃ，１２ｄの円形開口１２ｆ，１２ｉを通過して光ファイバ１４の先端面に入射する。このため、光ファイバ１４の先端面における中心部分のみに光が入射する。すなわち、狭測定視野角状態では、円形開口１２ｆ，１２ｉにより規定される小さな円錐台状の空間領域３２ａを通って液晶ディスプレイ４０からの光が光ファイバ１４の先端面に入射する。そして、光電子増倍管２６に入射する平行光線３４の径は比較的小さい。この狭測定視野角状態の接触型輝度計２の測定視野角は望遠輝度計のそれとほぼ等しく、例えば１度程度である。

一方、広い測定視野角状態では、液晶ディスプレイ４０の表示面におけるクッション部１２ｂが当接する領域により囲まれる領域の全域から発せられる光がアパーチャ板１２ｃ，１２ｄの円形開口１２ｇ，１２ｈを通過して光ファイバ１４の先端面に入射する。このため、光ファイバ１４の先端面の全域に光が入射する。この結果、光電子増倍管２６に入射する平行光線３４の径は比較的大きい。すなわち、狭測定視野角状態では、クッション部１２ｂの内径と光ファイバ１４の先端面の径とにより規定される比較的大きな円錐台状の空間領域３２ｂを通って液晶ディスプレイ４０からの光が光ファイバ１４の先端面に入射する。広測定視野角状態の接触型輝度計２の測定視野角は望遠輝度計のそれよりは十分に大きい。このため、広測定視野角状態では、光電子増倍管２６に入射する光量が多くなり、特に低輝度領域における測定に適している。

次に、図４は、本発明の実施形態に係る輝度測定装置に含まれる制御部２８及びコンピュータ３の構成を示している。同図に示すように、制御部２８は通信制御部２８ａ、ＰＭＴ駆動部２８ｂ、測定信号入力部２８ｃ及びアクチュエータ駆動部２８ｄを備えている。通信制御部２８ａはコンピュータ３との間でデータを送受信する通信インタフェースハードウェアである。また、ＰＭＴ駆動部２８ｂは、コンピュータ３からの指示に従って光電子増倍管２６に駆動電力を供給する。また、測定信号入力部２８ｃには光電子増倍管２６から出力される電流の値をデジタル値に変換し、通信制御部２８ａを介してコンピュータ３に送信する。アクチュエータ駆動部２８ｄは、コンピュータ３からの指示に従ってアクチュエータ３０を駆動し、減光フィルタ２０，２２や遮光シャッタ板２４を移動させる。また、コンピュータ３は通信制御部５０ａ、測定処理部５０ｂ及び表示部５０ｃを備えている。通信制御部５０ａは制御部２８との間でデータを送受信する通信インタフェースハードウェアである。また、測定処理部５０ｂは、コンピュータ３で実行されるプログラムにより実現されるものであり、通信制御部５０ａを介して制御部２８に各種の指示を送信したり、制御部２８から送信される測定値を受け取って処理し、液晶ディスプレイ４０の白輝度、黒輝度及びコントラスト比を表示部５０ｃに表示させたりするものである。表示部５０ｃは、各種の表示デバイスにより構成されており、測定対象である液晶ディスプレイ４０の白輝度、黒輝度及びコントラスト比を表示したり、各種のメッセージを表示したりする。

本実施形態に係る輝度測定装置１は、接触型輝度計２を用いて液晶ディスプレイ４０の輝度を測定することから、その測定値を、望遠輝度計を用いた測定値に変換できるようにするため、変換係数を事前に調べ、測定処理部５０ｂに記憶しておくようにしている。図５は、この変換係数を決定する手順を説明するフロー図であり、輝度測定装置１の出荷前にメーカー側で実施されるものである。同図に示すように、変換係数を決定するには、まず校正用の液晶ディスプレイ（基準測定対象）を用意し、例えば全面に白色を表示させる。そして、その輝度を望遠輝度計（図示せず）により測定する（Ｓ１０１）。この際の測定値をＹとする。次に、同じ液晶ディスプレイに、全面白色を表示させた状態で、輝度測定装置１を用いて輝度測定する（Ｓ１０２）。この際、輝度測定装置１は狭測定視野角状態とする。また、この際の測定値をａとする。そして、Ｓ１０１で得られた測定値をＳ１０２で得られた測定値で除して変換係数αを算出し（Ｓ１０３）、これを測定処理部５０ｂに格納する。

次に、図６は、本発明の実施形態に係る輝度測定装置１による輝度測定を示すフロー図である。同図に示すように、輝度測定装置１を用いた輝度測定では、まず測定対象である液晶ディスプレイ４０の表示面の全面に白色を表示させ、狭測定視野角状態の接触型輝度径２の押し当て部１２ｂを表示面に軽く押し当て、輝度を測定し、測定処理部５０ｂは測定値を取得する（Ｓ２０１）。この際の測定値をａ１とする。さらに、液晶ディスプレイ４０の表示面の全面に白色を表示させたまま、接触型輝度計２を広測定視野角状態にして輝度を測定し、測定処理部５０ｂは測定値を取得する（Ｓ２０２）。この際の測定値をｂ１とする。次に、測定処理部５０ｂはＳ２０１で得られた測定値ａ１をＳ２０２で得られた測定値ｂ１で除して変換係数βを算出し、これを記憶する（Ｓ２０３）。

さらに、接触型輝度計２を広測定視野角状態としたまま、液晶ディスプレイ４０の表示面の全面に黒色を表示させ、輝度を測定し、測定処理部５０ｂは測定値を取得する（Ｓ２０４）。この際の測定値をｂ２とする。その後、測定処理部５０ｂは、Ｓ２０４で得られた測定値ｂ２を望遠輝度計による測定値に変換する（Ｓ２０５）。具体的には、ｂ２×α×βを計算し、これを黒輝度として表示部５０ｃに表示させる。さらに、測定処理部５０ｃは、Ｓ２０１で得られた測定値ａ１を望遠輝度計による測定値に変換する（Ｓ２０６）。具体的には、ａ１×αを計算し、これを白輝度として表示部５０ｃに表示させる。さらに、測定処理部５０ｃはｂ１／ｂ２を計算し、これをコントラスト比として表示部５０ｃに表示させる。

上述したように、狭測定視野角状態の接触型輝度計２の測定視野角は望遠輝度計のそれとほぼ等しく、両測定値は比例関係にある。また、比例係数（変換係数α）は液晶ディスプレイの種類に依らない。これは、測定視野角が十分に小さいため、液晶ディスプレイ４０の表示面から様々な方向に出射する光のうち、正面方向に出射する光の輝度だけを測定するからである。一方、狭測定視野角状態の接触型輝度計２では、光電子増倍管２６に入射する光の光量が小さく、黒輝度を精度よく測定することができない。そこで、本実施形態では、黒輝度を広測定視野角状態の接触型輝度計２で計測するようにしている。また、広測定視野角状態の測定値と狭測定視野角状態の測定値との間には比例関係があるが、比例係数（変換係数β）は液晶ディスプレイ４０の構造の違いに起因するものと考えられる。そこで、本実施形態では、測定対象の種類ごとに変換係数βを計算し、黒輝度の換算に用いるようにしている。

以上説明した輝度測定装置１によれば、狭測定視野角（例えば望遠輝度計と同程度）での接触型輝度計２による輝度測定値と望遠輝度計による輝度測定値との普遍的関係性（係数α）に加えて、測定対象である液晶ディスプレイ４０の種類ごとに調べられる広狭２つの測定視野角での輝度測定値の関係性（係数β）を用いて、広い測定視野角での接触型輝度計２による黒輝度の測定値を望遠輝度計による測定値に変換するようにしたので、未知の種類の液晶ディスプレイ４０についても接触型輝度計を用いて高精度の黒輝度の測定ができるようになる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、以上の説明では、狭測定視野角の接触型輝度計２の測定値と望遠輝度計の測定値の関係を示すデータとして、変換係数αを測定処理部５０ｂに記憶させておくようにしたが、図５のＳ１０１及びＳ１０２で得られた測定値Ｙ及びａ自体を代わりに記憶させておくようにしてもよい。また、狭測定視野角状態での測定値と広測定視野角状態での測定値との関係を示すデータとして、変換係数βを用いる代わりに、図６のＳ２０１及びＳ２０２で得られた測定値ａ１及びｂ１自体を用いてもよい。また、変換係数βを算出するために、図６のＳ２０１及びＳ２０２では必ずしも液晶ディスプレイ４０に白色を表示させる必要はなく、赤や黄色など、他の色を表示させてもよい。また、本発明は液晶ディスプレイの輝度測定に限らず、輝度に方向依存性がある他の種類の光源の輝度測定にも同様に適用してよい。さらに、変換係数βは、液晶ディスプレイの種類ごとに１回計算され、コンピュータ３に保存されていれば、同じ種類の液晶ディスプレイの輝度測定では既に保存されている変換係数βを用いることにより、白輝度、黒輝度及びコントラスト比を計算して表示できる。具体的には、広測定視野角状態の接触型輝度計２により白色を表示した液晶ディスプレイの輝度を測定して測定値ｂ１を取得し、同じく広測定視野角状態の接触型輝度計２により黒色を表示した液晶ディスプレイの輝度を測定して測定値ｂ２を取得する。そして、コンピュータ３に記憶されているα及びβを用いて、白輝度及び黒輝度としてｂ１×α×β及びｂ２×α×βをそれぞれ計算し、表示する。さらに、コントラスト比としてｂ１／ｂ２を計算し、表示する。こうすれば、既に変換係数βが計算されている種類の液晶ディスプレイについては、輝度測定を速やかに行うことができる。

１輝度測定装置、２接触型輝度計、３コンピュータ、１２押し当て部、１４光ファイバ、１６凸レンズ、２８視感度補正フィルタ、２０，２２減光フィルタ、２４遮光シャッタ板、２６光電子増倍管、２８制御部。

Claims

接触型輝度計を用いて第１の測定視野角及びそれよりも広い第２の測定視野角でそれぞれ測定した、第１の明るさで発光させた測定対象の輝度測定値を取得する第１の輝度測定値取得手段と、
前記第１の輝度測定値取得手段により取得される、前記第１の測定視野角での輝度測定値と、前記第２の測定視野角での輝度測定値と、の関係を示すデータを記憶する第１の関係データ記憶手段と、
前記接触型輝度計を用いて前記第２の測定視野角で測定した、前記第１の明るさよりも暗い第２の明るさで発光させた前記測定対象の輝度測定値を取得する第２の輝度測定値取得手段と、
前記接触型輝度計を用いて前記第１の測定視野角で測定した所定の基準測定対象の輝度測定値と、望遠輝度計を用いて測定した前記所定の基準測定対象の輝度測定値と、の関係を示すデータを記憶する第２の関係データ記憶手段と、
前記第１の関係データ記憶手段に記憶されるデータと、前記第２の関係データ記憶手段に記憶されるデータと、前記第２の輝度測定値取得手段により取得される輝度測定値と、に基づいて、前記第２の明るさを示す輝度値を出力する出力手段と、
を含むことを特徴とする輝度測定装置。
請求項１に記載の輝度測定装置において、
前記測定対象は表示装置であり、
前記第１の明るさは前記表示装置に白色を表示させた明るさであり、
前記第２の明るさは前記表示装置に黒色を表示させた明るさであり、
前記出力手段は、前記第１の輝度測定値取得手段により取得される前記第２の測定視野角での輝度測定値と、前記第２の輝度測定値取得手段により取得される輝度測定値と、の比である前記表示装置のコントラスト比をさらに出力する
ことを特徴とする輝度測定装置。
請求項１又は２に記載の輝度測定装置において、
前記接触型輝度計の測定視野角を前記第１の測定視野角に狭めるアパーチャを含む
ことを特徴とする輝度測定装置。
接触型輝度計を用い、第１の測定視野角及びそれよりも広い第２の測定視野角で、第１の明るさで発光させた測定対象の輝度を測定する第１の測定ステップと、
前記接触型輝度計を用い、前記第２の測定視野角で、前記第１の明るさよりも暗い第２の明るさで発光させた前記測定対象の輝度を測定する第２の測定ステップと、
前記第２の測定ステップでの輝度測定値と、前記第１の測定ステップにおける前記第１の測定視野角での輝度測定値と前記第２の測定視野角での輝度測定値との関係を示すデータと、前記接触型輝度計を用いて前記第１の測定視野角で測定した所定の基準測定対象の輝度測定値と、望遠輝度計を用いて測定した前記所定の基準測定対象の輝度測定値と、の関係を示すデータと、に基づいて、前記第２の明るさを示す輝度値を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とする輝度測定方法。