JP6486136B2 - 配光特性測定装置および配光特性測定方法 - Google Patents

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、特開２０１３−２１７６５１号公報（特許文献１）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を開示する。

指向性の強い光源を測定する場合には、測定対象となる光源の発光部分（明るい部分；以下「明部」とも称す。）と非発光部分（暗い部分；以下「暗部」とも称す。）との間の輝度の差が大きくなり、それぞれの部分の輝度を正確に測定することは容易ではない。本発明とは直接的には関連しない技術ではあるが、特開２００２−２９０８４１号公報（特許文献２）は、輝度の差が大きな被写体を測定する際に、黒レベルを適正化する技術を開示する。

特開２０１３−２１７６５１号公報 特開２００２−２９０８４１号公報

一般的な輝度測定では、光源の発光部分全体を測定して評価するため、撮像した画像内に含まれる発光部分は比較的大きい。これに対して、上述の特許文献１に開示される配光特性測定装置による配光特性の測定は、指向性の強い光源の輝度を測定するものであり、カメラで撮像した画像内に含まれる発光部分は非常に狭く、多くの部分が暗部で構成される。

また、特許文献１に開示される配光特性測定装置では、光源に対してカメラを異なる複数の角度に配置するとともに、それぞれの角度において撮像された画像の総和を用いて、照度分布や光度分布が算出されるため、撮像される画像内の暗部も測定結果に影響を与える。すなわち、一般的な輝度測定では、基本的には、光源の発光部分（明部）のみに注目するものであるが、特許文献１に開示される配光特性測定装置は、光源の発光部分（明部）および非発光部分（暗部）の両方に着目する必要がある。

例えば、自動車のヘッドライトの評価では、ランプの指向性を意図的に制御して暗部を作り出して測定する必要もあり、暗部を適切に測定および評価することが重要になっている。そのため、撮像部で光源を撮像することで配光特性を測定す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において、暗部をより正確に測定および評価することが要望されている。

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、処理手段と、光源に対して所定距離だけ離して配置された撮像部と、光源からの光が撮像部の受像面に入射することを阻害する阻害部材と、光源と撮像部との間の距離を維持したまま、光源に対する撮像部の位置関係を連続的に変化させる移動機構とを含む。処理手段は、撮像部による撮像された画像データの阻害部材に対応する領域の画素値から補正量を算出し、算出した補正量で画像データを補正することで得られる補正後の画像データと、補正後の画像データが撮像されたときの光源に対する撮像部の相対位置とに基づいて、光源の配光特性を算出する。

好ましくは、阻害部材は、撮像部と一体的に配置され、撮像部の撮像視野の一部を遮る部材を含む。

あるいは好ましくは、阻害部材は、光源と一体的に配置され、光源から照射される光の一部を遮る部材を含む。

好ましくは、処理手段は、阻害部材に対応する領域の画素値の平均値から補正量を算出する。

あるいは好ましくは、阻害部材は、光源からの光が入射しない領域が画像データ内に複数形成されるように構成され、処理手段は、阻害部材に対応するそれぞれの領域の画素値から画像データ内の強度分布を算出し、算出した強度分布と予め定められたパターンとに基づいて、画像データ内の補正パターンを決定する。

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、光源と撮像部との間の距離を維持したまま、光源に対する撮像部の位置関係を連続的に変化させるステップと、光源からの光が撮像部の受像面に入射することを阻害する阻害部材が設けられた状態で撮像された画像データを取得するステップと、画像データの阻害部材に対応する領域の画素値から補正量を算出し、算出した補正量で画像データを補正するステップと、補正後の画像データと、補正後の画像データが撮像されたときの光源に対する撮像部の相対位置とに基づいて、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、撮像部で光源を撮像することで配光特性を測定す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において、暗部をより正確に測定および評価することができる。

本実施の形態に従う配光特性測定方法の基本的な測定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外観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けるカメラの回転駆動に係る構成を示す模式図である。 図２に示す情報処理装置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が迷光の影響を低減する処理を説明するための模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定装置における不感帯領域を形成するための構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う配光特性測定方法におけるカメラの移動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方法の処理手順を示すフローチャートである。 図８のステップＳ９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９の輝度配光データの格納処理（ステップＳ９０１）での処理を説明するための図である。 図９の輝度配光データの格納処理（ステップＳ９０１）での処理を説明するための図である。 図９の照度算出点の決定処理（ステップＳ９０２）を説明するための図である。 図９の照度算出点に対する見込み角度の算出処理（ステップＳ９０４）を説明するための図である。 図９の見込み角度に関連する輝度を検索する処理（ステップＳ９０５）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よって撮像された画像データの一例を示す図である。 本実施の形態に従う配光特性測定方法によって得られた照度分布を画像化した結果を示す図である。 図１６に示す画像化された照度分布のＡ−Ａ’断面における照度を示す図である。 本実施の形態に従う配光特性測定方法における空間的な迷光補正処理を説明する模式図である。

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、光源（以下、単に「サンプル」とも称す。）の配光特性（典型的には、配光輝度特性）を測定するための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光束によって生じる照度分布などの各種光学特性を測定することもできる。

＜Ａ．配光特性測定方法の概要＞
まず、本実施の形態に従う配光特性測定方法の概要について説明する。図１は、本実施の形態に従う配光特性測定方法の基本的な測定方法を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態に従う配光特性測定方法では、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、所定の立体角の範囲に亘ってサンプル２を測定することで、サンプル２の発光面についての配光特性を取得する。取得される配光特性は、典型的には、配光輝度特性を意味し、サンプル２の発光面の各点（以下、「測定点」とも称す。）における各照射角度（以下、「測定角度」とも称す。）についての輝度の情報を含む。

図１（ａ）に示すように、カメラ１０の光軸方向がサンプル２の発光面と垂直になっている状態を、以下では「初期状態」とも称す。便宜上、カメラ１０で撮像される画像に対して、左右方向をＹ軸とし、上下方向をＹ軸と定義する。初期状態では、Ｘ軸角度＝０°、Ｙ軸角度＝０°である。典型的には、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに関して±１８０°の範囲でカメラ１０を移動させつつ、カメラ１０でサンプル２を撮像することで、サンプル２の発光面についての配光特性を取得する。

図１（ａ）に示す状態では、カメラ１０には、主として、サンプル２の発光面の垂直方向に照射される光束（全光束の一部）が入射し、図１（ｂ）に示す状態では、サンプル２の発光面からカメラ１０が位置する方向に照射される光束（全光束の一部）が入射する。図１（ｂ）に示すように、カメラ１０がＹ軸上を角度θｙだけ移動した場合、これらのなす角度は、初期状態（Ｘ軸角度＝０°、Ｙ軸角度＝０°）にＹ軸上の角度θｙを加算した角度となる。すなわち、図１（ｂ）に示す例では、測定角度がＸ軸角度＝０°Ｙ軸角度＝θｙである測定点の輝度を測定できる。

以下同様に、サンプル２に対するカメラ１０の角度（立体角）を順次変化させて、サンプル２を順次撮像することで、各測定点の配光特性を取得できる。画像データを取得するカメラ１０の位置の各々を、以下「撮像ポイント」とも称す。

＜Ｂ．配光特性測定装置の構成＞
次に、本実施の形態に従う配光特性測定装置の構成について説明する。本実施の形態に従う配光特性測定装置は、サンプル２に対して所定距離だけ離して配置されたカメラ１０（撮像部）と、サンプル２とカメラ１０との間の距離を維持したまま、サンプル２に対するカメラ１０の位置関係（相対関係）を連続的に変化させる移動機構とを有する。移動機構は、サンプル２とカメラ１０との間の相対関係を異なる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可能になっている。

カメラ１０とサンプル２との間の相対関係を変化させる構成としては、典型的には、サンプル２を固定しておきカメラ１０を回転移動させる撮像部移動型と、カメラ１０を固定しておきサンプル２を回転移動させる光源移動型とが存在する。以下では、撮像部移動型を一例としてその構成などを説明する。但し、本発明は、光源移動型の構成を用いて実現してもよい。

図２は、本実施の形態に従う配光特性測定装置１の外観構成を示す模式図である。図２を参照して、配光特性測定装置１は、サンプル２を中心としてカメラ１０を回転移動させるゴニオメータ２００（移動機構）と、ゴニオメータ２００によるカメラ１０の回転移動を制御するとともに、カメラ１０で撮像された画像データを処理する情報処理装置１００（処理手段）とを含む。

ゴニオメータ２００は、ベース３０と、カメラ１０と、カメラ１０を支持する撮像部支持アーム３３と、撮像部支持アーム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１０が配置される。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１０はＸ軸およびＹ軸を中心に自在回転する。サンプル２の位置は、Ｘ軸とＹ軸との交点に維持される。これによって、サンプル２とカメラ１０との間の相対関係が自在に変更される。

カメラ１０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受光素子を有している。

図３は、本実施の形態に従う配光特性測定装置１におけるカメラの回転駆動に係る構成を示す模式図である。図３を参照して、本実施の形態に従う配光特性測定装置１は、図２に示すコンポーネントに加えて、トリガー装置１１０をさらに含む。

トリガー装置１１０は、ゴニオメータ２００によるサンプル２とカメラ１０との間の相対関係の変化に連動して、カメラ１０の撮像タイミング（図２に示す撮像ポイント）を管理する。トリガー装置１１０の機能については、情報処理装置１００によって実現してもよいが、撮像タイミング（撮像ポイント）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を情報処理装置１００とは別に配置することが好ましい。

情報処理装置１００は、Ｘ軸モータ３５および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、サンプル２を中心とする全球面／半球面に亘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。情報処理装置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１０へ出力する。

カメラ１０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情報処理装置１００へ出力する。カメラ１０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。情報処理装置１００は、画像データの撮像順序に基づいて、各撮像における撮像ポイント（立体角など）を特定する。情報処理装置１００は、カメラ１０により撮像された複数の画像データと、それらの複数の画像データがそれぞれ撮像されたときのサンプル２に対するカメラ１０の相対位置とに基づいて、サンプル２の配光特性を算出する。このサンプル２の配光特性の算出処理については、後述する。

図４は、図２に示す情報処理装置１００の内部構成を示す模式図である。図４を参照して、情報処理装置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４を参照して、情報処理装置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配光特性測定プログラム１０８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カメラ１０の撮像によって取得された画像データなどが格納される。ＨＤＤ１０３は、ＣＰＵ１０１で実行される配光特性測定プログラム１０８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で実行される配光特性測定プログラム１０８が予めインストールされる。配光特性測定プログラム１０８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３５およびＹ軸モータ３６に対して駆動用コマンドをそれぞれ出力するとともに、カメラ１０が撮像して得ら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）などから構成される。入力部１０６は、測定者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。情報処理装置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。

＜Ｃ．測定の概要＞
本実施の形態に従う配光特性測定装置１は、暗部を測定する際に誤差要因となる、カメラ１０の内部に生じる迷光の影響を低減する処理を採用する。

図５は、本実施の形態に従う配光特性測定装置１が迷光の影響を低減する処理を説明するための模式図である。本実施の形態に従う配光特性測定装置１では、カメラ１０に内蔵される受光素子（ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサーなど）上に外部からの光が入射しない領域（以下、「不感帯領域」とも称する。）を形成し、この不感帯領域での検出結果を用いて迷光の影響を推定する。

図５（ａ）を参照して、カメラ１０は、受光素子１１と、受光素子１１に対応付けて配置されたレンズ１４と、レンズ１４よりサンプル２側に配置された不感帯生成部１５とを含む。サンプル２から照射された光束は、不感帯生成部１５を通じてレンズ１４に入射し、レンズ１４で収束されて受光素子１１に入射する。

不感帯生成部１５は、サンプル２からの光がカメラ１０の受像面（受光素子１１）に入射することを阻害する阻害部材に相当する。すなわち、不感帯生成部１５は、サンプル２から受光素子１１に入射する光束の一部を遮へいすることで、受光素子１１上に不感帯領域１３を形成する。受光素子１１上の不感帯領域１３以外の領域は、サンプル２からの光を検出可能な有効検出領域１２となる。但し、不感帯領域１３は、受光素子１１としての機能を失っているのではなく、カメラ１０内に存在する何らかの光を検出することはできる。

有効検出領域１２には、レンズ１４を通過したサンプル２からの光が収束して入射することになるが、一部の光は、レンズ１４内部での乱反射などによって、本来の光学経路から外れる。本来の光学経路から外れた光がカメラ１０の迷光となる。そのため、不感帯領域１３には（もし存在すれば）迷光成分が入射し、それが検出されることになる。

図５（ｂ）には、図５（ａ）に示される構成によって撮像された画像データ２０の一例を示す。画像データ２０は、明部が十分に大きなサンプル２を撮像した場合に取得された画像例であり、その全面に明部に対応する画素値の高い主領域２４が存在する。その四隅に不感帯領域１３に対応するパッチ領域２２が存在する。図５（ｂ）には、画像データ２０の四隅にパッチ状の領域を配置した例を示すが、本来の測定に影響を与えなければ、いずれの位置に不感帯領域１３を設けてもよい。また、不感帯領域１３に対応する領域の形状および個数についても特に制限されるものではない。但し、不感帯領域１３に対応するパッチ領域２２は、複数の画素から構成されることが好ましい。すなわち、任意の位置に連続配置された複数の画素または離散配置された複数の画素がパッチ領域２２として設定される。

不感帯領域１３に対応するパッチ領域２２は、迷光成分を反映していると考えられ、一方、明部に対応する画素値の高い主領域２４は、サンプル２の輝度成分と迷光成分との合計を反映していると考えられる。そのため、パッチ領域２２に含まれる各画素の画素値から受光素子１１に入射している迷光成分を推定し、この推定した迷光成分を、主領域２４に含まれる各画素の画素値から除くことで、迷光の影響を低減した画像データを取得することができる。

図５に示す本実施の形態に従う配光特性測定装置１では、サンプル２の輝度を測定するためのカメラ１０の内部に不感帯領域１３を形成し、この不感帯領域１３に対応する画素にて、レンズ１４内部で生じる迷光を選択的に検出する。すなわち、本実施の形態に従う配光特性測定装置１は、サンプル２を撮像して画像データを取得するとともに、その取得された画像データ内で不感帯領域１３に対応する画素の画素値を算出し、さらに迷光成分を示すオフセット値を算出するとともに、取得された画像データ全体からこの算出されたオフセット値を差し引く。

配光特性測定装置１（情報処理装置１００）は、不感帯領域１３に対応する領域の画素値の平均値からオフセット値（迷光補正量）を算出する。具体的には、この補正処理は以下のような数式で表現できる。ここで、主領域２４の画素値をＰｍ（ｘ，ｙ）とし、パッチ領域２２の画素値をＰｓ（ｘ，ｙ）とする。まず、以下の（１）式に従って、パッチ領域２２の画素値の平均値からオフセット値Ｐｏｆｆｓｅｔが算出される。

Ｐｏｆｆｓｅｔ＝Σ（Ｐｓ（ｘ，ｙ））／（パッチ領域２２の画素数） …（１）
そして、以下の（２）式に従って、算出されたオフセット値Ｐｏｆｆｓｅｔが主領域２４の画素値からＰｍ（ｘ，ｙ）が差し引かれる。なお、（２）式の処理は、主領域２４に含まれるすべての画素について実行される。

Ｐｍ（ｘ，ｙ）←Ｐｍ（ｘ，ｙ）−Ｐｏｆｆｓｅｔ …（２）
上述の補正処理によって、迷光の影響を低減した画像データを取得することができる。この迷光成分を示すオフセット値を差し引かれた後の画像データは、迷光成分を含まないサンプル２の輝度を示す画像データとして、後続の処理に用いられる。

以上のような補正処理を採用することで、カメラ１０の入力側にシャッターを設けた上で、そのシャッターを閉じた状態で測定された暗電流の大きさを測定値から減じるという、ダーク測定などを不要することができる。

なお、後述する配光輝度の算出処理や照度・光度の算出処理では、サンプル２に対するカメラ１０の角度（立体角）を順次変化させて、サンプル２を順次撮像するとともに、上述の迷光補正後の画像データをサンプル２の輝度を示す画像データとして順次格納する。すなわち、配光特性測定装置１（情報処理装置１００）は、カメラ１０による撮像された画像データの不感帯領域１３に対応する領域の画素値からオフセット値（迷光補正量）を算出し、算出した迷光補正量で画像データを補正することで補正後の画像データを取得する。そして、配光特性測定装置１（情報処理装置１００）は、取得した補正後の画像データと、補正後の画像データが撮像されたときのサンプル２に対するカメラ１０の相対位置とに基づいて、サンプル２の配光特性を算出する。

＜Ｄ．不感帯領域の形成＞
上述したような不感帯領域を形成するための構成例を例示する。図６は、本実施の形態に従う配光特性測定装置１における不感帯領域を形成するための構成例を示す模式図である。

図６（ａ）には、レンズ１４の前段にフィルター１６を配置し、フィルター１６上に不感帯領域を形成するためのフード１７を設けた構成例を示す。不感帯領域のターゲットとなるフード１７は、カメラ１０の一部として配置される。すなわち、フード１７は、カメラ１０と一体的に配置され、カメラ１０の撮像視野の一部を遮る部材に相当する。なお、「一体的」とは、カメラ１０とフード１７とが構造的に一体化している必要は必ずしもなく、カメラ１０が回転移動しても、カメラ１０とフード１７との間の位置関係が維持できる構成であれば、どのような構造を採用してもよい。

この構成例では、カメラ１０とサンプル２との間の相対関係が変化しても、カメラ１０とフード１７との間の相対関係は変化しないので、受光素子１１に対するターゲットの位置、すなわち画像データ内に現れる不感帯領域の位置は不変である。

図６（ｂ）には、レンズ１４の前段にフィルター１６を配置するとともに、不感帯領域を形成するためのフード１８を回転軸上に配置した構成例を示す。図６（ｂ）は、カメラ１０を固定しておきサンプル２を回転移動させる光源移動型での構成例を示す。このとき、不感帯領域のターゲットとなるフード１８は、サンプル２の回転移動に依存せず、カメラ１０とフード１８との間の相対関係は変化しない。そのため、受光素子１１に対するターゲットの位置、すなわち画像データ内に現れる不感帯領域の位置は不変である。フード１８は、サンプル２と一体的に配置され、サンプル２から照射される光の一部を遮る部材に相当する。なお、「一体的」とは、サンプル２とフード１７とが構造的に一体化している必要は必ずしもなく、サンプル２が回転移動しても、サンプル２とフード１７との間の位置関係が維持できる構成であれば、どのような構造を採用してもよい。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、不感帯領域のターゲット（フード１７またはフード１８）は、カメラ１０の一部として配置され、あるいは、サンプル２の回転軸上に配置されることが好ましい。

一方、図６（ｃ）には、レンズ１４の前段にフィルター１６を配置するとともに、不感帯領域を形成するためのフード１８をサンプル２と一体化して配置した構成例を示す。図６（ｃ）は、カメラ１０を固定しておきサンプル２を回転移動させる光源移動型での構成例を示す。図６（ｃ）に示す構成においては、カメラ１０とサンプル２との間の相対関係が変化すると、カメラ１０とフード１８との間の相対関係も変化する。そのため、画像データ内に現れる不感帯領域の位置も変化するが、この場合には、各種の画像処理技術を用いて不感帯領域をトラッキングすればよい。但し、カメラ１０の視野範囲に対して、サンプル２の移動量が大きくなると、画像データ内に不感帯領域が存在しなくなるので、図６（ｃ）に示す構成例は、サンプル２に対するカメラ１０の角度（立体角）の範囲が比較的狭い場合に有効である。

＜Ｅ．配光特性測定方法の処理手順＞
次に、本実施の形態に従う配光特性測定方法の処理手順について説明する。

上述したように、本実施の形態に従う配光特性測定方法では、サンプル２とカメラ１０との間の距離を維持したまま、サンプル２に対するカメラ１０の位置関係（相対関係）を連続的に変化させる。図２に示す配光特性測定装置１を用いた場合には、カメラ１０を回転移動させることになる。

図７は、本実施の形態に従う配光特性測定方法におけるカメラ１０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７（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７（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７に示すように、カメラ１０を移動させるとともに、周期的または非周期的にサンプル２を含む視野範囲を順次撮像することで、必要な画像データを取得する。

図７（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、撮像点のＹ軸における角度間隔が一定ではないので、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に前処理が必要になる。

図７（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、演算処理を簡素化できる。

図８は、本実施の形態に従う配光特性測定方法の処理手順を示すフローチャートである。図８に示す各ステップは、主として、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１およびトリガー装置１１０によって実行される。

図８を参照して、測定開始が指示されると、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１は、Ｘ軸モータ３５およびＹ軸モータ３６のそれぞれへ駆動用コマンドを出力し、カメラ１０の回転移動を開始する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、ＣＰＵ１０１は、カメラ１０が図７に示すような軌道に沿って移動するように、駆動用コマンドを生成および出力する。すなわち、ＣＰＵ１０１は、サンプル２とカメラ１０との間の距離を維持したまま、サンプル２に対するカメラ１０の位置関係を連続的に変化させる。

続いて、トリガー装置１１０は、カメラ１０が予め定められた撮像ポイントに到達したか否かを判断する（ステップＳ２）。より具体的には、トリガー装置１１０は、Ｘ軸モータ３５からのモータ駆動パルスおよびＹ軸モータ３６からのモータ駆動パルスをそれぞれカウントし、それぞれのカウント値が撮像ポイントを示す条件に合致するか否かを判断する。カメラ１０が予め定められた撮像ポイントに到達していなければ（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ２以下の処理が繰り返される。

カメラ１０が予め定められた撮像ポイントに到達していれば（ステップＳ２においてＹＥＳ）、トリガー装置１１０は、カメラ１０へトリガーパルスを出力する（ステップＳ３）。カメラ１０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Ｓ４）、撮像によって取得された画像データを情報処理装置１００へ送信する（ステップＳ５）。これらのステップは、サンプル２からの光がカメラ１０の受像面に入射することを阻害する不感帯生成部１５が設けられた状態で撮像された画像データを取得するステップに相当する。

情報処理装置１００は、取得された画像データに対して迷光補正処理を実行する。より具体的には、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１は、取得した画像データに含まれるパッチ領域の画素値の総和を画素数で除算することで、迷光の強度を示すオフセット値を算出する（ステップＳ６）。そして、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１は、取得した画像データを構成する各画素の画素値から算出したオフセット値を差し引くことで、迷光補正後の画像データを生成する（ステップＳ７）。この迷光補正後の画像データが輝度測定用の画像として格納される。これらのステップは、画像データの不感帯領域の画素値から補正量を算出し、算出した補正量で画像データを補正するステップに相当する。

続いて、トリガー装置１１０は、カメラ１０が到達した撮像ポイントが最後の撮像ポイントであるか否かを判断する（ステップＳ８）。より具体的には、トリガー装置１１０は、Ｘ軸モータ３５からのモータ駆動パルスおよびＹ軸モータ３６からのモータ駆動パルスをそれぞれカウントし、それぞれのカウント値が最後の撮像ポイントを示す条件に合致するか否かを判断する。カメラ１０が到達した撮像ポイントが最後の撮像ポイントでなければ（ステップＳ８においてＮＯ）、ステップＳ２以下の処理が繰り返される。

カメラ１０が到達した撮像ポイントが最後の撮像ポイントであれば（ステップＳ８においてＹＥＳ）、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１は、照度算出処理を実行する（ステップＳ９）。このステップは、補正後の画像データと、補正後の画像データが撮像されたときのサンプル２に対するカメラ１０の相対位置とに基づいて、サンプル２の配光特性を算出するステップに相当する。照度算出処理による処理結果が出力されると、処理は終了する。

＜Ｆ．照度算出処理の概要＞
次に、照度算出処理（図８のステップＳ９）について説明する。図９は、図８のステップＳ９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９に示す各ステップは、主として、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１によって実行される。

図９を参照して、情報処理装置１００のＣＰＵ１０１は、迷光補正後の画像データから対応する撮像ポイントについての輝度分布を算出して、輝度配光データとして格納する（ステップＳ９０１）。

図１０および図１１は、図９の輝度配光データの格納処理（ステップＳ９０１）での処理を説明するための図である。図１０（ａ）に示すように、迷光補正後の１または複数の画像データから、各測定点Ｖｎ（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）について、測定角度毎の輝度が取得される。各測定点Ｖｎは、カメラ１０で撮像される画像データ（受光素子上の画素値の集合）内の座標として特定される。測定点Ｖｎを含む１または複数のピクセルの画素値を用いて、測定角度毎の輝度が算出される。好ましくは、測定点Ｖｎを基準として設定される予め定められたエリア内における撮像画像の明るさの累積平均値が用いられる。また、カメラ１０の位置（カメラ位置Ｃａｍｅｒａ（ｐｘｃ，ｐｙｃ，ｐｚｃ））と各測定点Ｖｎ（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）との位置関係（相対位置）から測定角度が決定される。

最終的に、各測定点Ｖｎ（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）について、測定角度毎の輝度Ｂ（Ｖｎ，Ｘ１，Ｙ１），Ｂ（Ｖｎ，Ｘ２，Ｙ２），Ｂ（Ｖｎ，Ｘ３，Ｙ３），…が算出される。

例えば、図１１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。サンプル２が有する配光特性に応じて、輝度の大きさは測定角度毎に異なり得る。図１１に示す配列構造に限らず、任意のデータ格納方法を採用してもよい。

再度図９を参照して、ＣＰＵ１０１は、照度算出点の決定処理を実行する（ステップＳ９０２）。この照度算出点の決定処理において、ＣＰＵ１０１は、照度を算出すべき領域を任意に設定し、その設定した領域に含まれる１つの点を照度算出点として決定し、その空間座標を取得する。

図１２は、図９の照度算出点の決定処理（ステップＳ９０２）を説明するための図である。照度算出点は、どのような座標系を用いて定義してもよいが、例えば、ＸＹ座標系、αβ座標系、φθ座標系などを用いることができる。図１２には、ＸＹ座標系で照度を算出すべき領域を定義するとともに、その領域上に設定される照度算出点の一例を示す。図１２に示すＸＹ座標系においは、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点が定義される。

再度図９を参照して、ＣＰＵ１０１は、輝度配光データを取得している複数の測定点のうちいずれか１つの測定点を選択し（ステップＳ９０３）、選択した測定点について、照度算出点に対する見込み角度を算出する（ステップＳ９０４）。

図１３は、図９の照度算出点に対する見込み角度の算出処理（ステップＳ９０４）を説明するための図である。図１３を参照して、選択された測定点Ｖｎの座標値を（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）とし、照度算出点Ｇｎの座標値を（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）とする。これらの座標値の関係から、選択された測定点Ｖｎについて、照度算出点Ｇｎに対する見込み角度Θｘ，Θｙがそれぞれ算出される。見込み角度Θｘ，Θｙは、選択された測定点Ｖｎから照射された光束が照度算出点Ｇｎに到達するための角度である。

再度図９を参照して、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Ｓ９０４において算出した見込み角度に関連する輝度を検索する（ステップＳ９０５）。

図１４は、図９の見込み角度に関連する輝度を検索する処理（ステップＳ９０５）を説明するための図である。図１４に示すように、各測定点Ｖｎ（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）について、測定角度毎の輝度が算出されているが、それぞれの測定角度は離散的に決定されるため、ステップＳ９０４において算出した見込み角度に対応する輝度が格納されていない場合が多い。そのため、図１４に示すような配列構造を利用して、算出された見込み角度Θｘ，Θｙに近接している見込み角に対応する輝度を用いて、見込み角度Θｘ，Θｙに対応する輝度を算出する。図１４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に近接する４つの格納アドレス（配列位置３０１，３０２，３０３，３０４）が抽出される。

再度図９を参照して、ＣＰＵ１０１は、見込み角度の近傍にある複数の輝度から、算出した見込み角度に対応する輝度を算出し（ステップＳ９０６）、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点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Ｓ９０７）。

そして、ＣＰＵ１０１は、輝度配光データを取得している複数の測定点のすべてについての選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ９０８）。複数の測定点のうち選択が完了していないものがあれば（ステップＳ９０８においてＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、別の測定点を選択し（ステップＳ９０９）、ステップＳ９０４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の選択が完了していれば（ステップＳ９０８においてＹＥＳ）には、ＣＰＵ１０１は、選択されている照度算出点に関連付けられた照度格納データの値を、当該照度算出点における照度として出力する（ステップＳ９１０）。

すなわち、１つの照度算出点について、すべての測定点から照射される輝度（または、変換によって得られる光度）が加算される。そして、すべての測定点についての輝度（または、光度）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点における照度となる。

この一連の処理が他の照度算出点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点が順次特定され、上述した処理が繰り返し実行される。より具体的には、ＣＰＵ１０１は、照度を算出すべき領域に含まれる複数の照度算出点のすべてについての選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ９１１）。複数の照度算出点のうち選択が完了していないものがあれば（ステップＳ９１１においてＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、別の照度算出点を選択し（ステップＳ９１２）、ステップＳ９０４以下の処理を実行する。

これに対して、複数の照度算出点のすべてについての選択が完了していれば（ステップＳ９１１においてＹＥＳ）、照度算出処理（図８のステップＳ９）は終了する。

＜Ｇ．測定結果例＞
次に、本実施の形態に従う配光特性測定方法によって得られた測定結果の一例を示す。

図１５は、本実施の形態に従う配光特性測定装置１によって撮像された画像データの一例を示す図である。図１５（ａ）には、輝度が最大となる部分でも飽和しないように撮像感度を調整して撮像された画像データを示し、図１５（ｂ）には、図１５（ａ）に示す画像データが撮像されたときの撮像感度を１０倍にして撮像された画像データを示す。いずれの画像データにおいても、不感帯領域は四隅にパッチ状に配置されている。特に、図１５（ｂ）に示す状態で撮像された画像データでは、暗部に対する迷光の影響が大きくなるが、上述したような迷光補正処理を実施することで、その影響を低減できる。

図１６は、本実施の形態に従う配光特性測定方法によって得られた照度分布を画像化した結果を示す図である。図１７は、図１６に示す画像化された照度分布のＡ−Ａ’断面における照度を示す図である。図１７には、同一のサンプルについて、本実施の形態に従う迷光補正を行なった場合の測定結果と、そうでない場合の測定結果を比較して示す。

図１６に示すような画像内の一部に照度のピーク（明部）が存在するようなサンプルに対して、本実施の形態に従う配光特性測定方法は、図１７に示すように、暗部の生じる迷光の影響を低減できていることがわかる。

＜Ｈ．空間的な迷光補正処理＞
上述したような取得された画像データ全体から算出されたオフセット値を差し引くような迷光補正処理を採用してもよいが、空間的な分布を考慮して、迷光補正処理を行なってもよい。

カメラ１０の受光素子１１およびレンズ１４が有している空間的な広がりに依存して、発生する迷光の強度に位置の分布が生じ得る。そのため、被写体となるサンプル２を囲むように複数の不感帯領域を配置し、これらの不感帯領域の画素値（迷光強度）を用いて迷光強度分布を推定し、推定した迷光強度分布に応じた迷光補正量を画像データに反映してもよい。このとき、サンプル２からの光がカメラ１０の受像面に入射することを阻害する阻害部材（図６（ａ）のフード１７または図６（ｂ）のフード１８）は、サンプル２からの光が入射しない領域（不感帯領域）が画像データ内に複数形成されるように構成される。

図１８は、本実施の形態に従う配光特性測定方法における空間的な迷光補正処理を説明する模式図である。図１８（ａ）に示すように、撮像された画像データ２０内のそれぞれのパッチ領域２２の画素値（迷光強度）によって仮想的に定義される迷光強度分布２６を想定する。説明の便宜上、図１８（ａ）には、平面状の迷光強度分布２６を示すが、より多くの次数を有する曲面を採用してもよい。平面状の迷光強度分布２６は、パッチ領域２２の迷光強度から線形補間によって決定でき、曲面の迷光強度分布２６は、パッチ領域２２の迷光強度からスプライン補間などによって決定できる。

図１８（ｂ）は、あるカメラ１０に生じ得る迷光寄与パターンの一例を示す図である。発生する迷光の空間分布は、サンプル２の位置および形状、ならびにカメラ１０の受像面（受光素子１１）の位置などに依存して変化する。迷光寄与パターンは、発生する迷光の空間分布を規格化したものである。この迷光寄与パターンは、カメラ１０の受像面に対する迷光の分布を予め計測することで取得できる。

この迷光寄与パターンに対して、実際の測定時に生じている迷光強度分布２６を反映して、現実の迷光補正量を算出する。図１８（ｃ）には、２次元的な迷光補正量を示す迷光画像の一例を示す。図１８（ｃ）に示す迷光画像は、図１８（ｂ）に示す迷光寄与パターンに迷光強度分布２６を乗じたものである。図１８（ｃ）に示す迷光画像の例では、紙面左上側により多くの迷光が発生していることがわかる。この迷光補正量を画像データから差し引くことで、迷光補正後の画像データを生成する。

上述のように、配光特性測定装置１（情報処理装置１００）は、それぞれの不感帯領域１３の画素値から画像データ内の迷光強度分布２６を算出し、算出した迷光強度分布２６と予め定められた迷光寄与パターンとに基づいて、画像データ内の補正パターン（２次元的な迷光補正量）を決定する。

このような空間的な迷光補正処理を行なうことで、例えば、カメラ１０内部の温度変化などによって迷光の発生度合いに空間的な偏りが生じるような場合であっても、適切な迷光補正が可能になる。

＜Ｉ．利点＞
自動車のヘッドライトなどのように、指向性の強い光源を測定する場合には、カメラで撮像した画像内に含まれる発光部分は非常に狭く、多くの部分が暗部で構成される。照度および光度を算出する処理では、測定対象となる光源の発光部分（明部）だけではなく、非発光部分（暗部）の情報も必要となるが、本実施の形態に従う迷光補正処理を実施することで、より高い精度での測定が可能になる。

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および配光特性測定方法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。

１ 配光特性測定装置、２ サンプル、１０ カメラ、１１ 受光素子、１２ 有効検出領域、１３ 不感帯領域、１４ レンズ、１５ 不感帯生成部、１６ フィルター、１７，１８ フード、２０ 画像データ、２２ パッチ領域、２４ 主領域、２６ 迷光強度分布、３０ ベース、３２ Ｘ軸回転アーム、３３ 撮像部支持アーム、３５ Ｘ軸モータ、３６ Ｙ軸モータ、１００ 情報処理装置、１０１ ＣＰＵ、１０２ 主メモリ、１０４ 通信インターフェイス、１０５ 表示部、１０６ 入力部、１０７ バス、１０８ 配光特性測定プログラム、１１０ トリガー装置、２００ ゴニオメータ。

Claims (6)

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、
   処理手段と、
   前記光源に対して所定距離だけ離して配置された撮像部と、
   前記光源からの光が前記撮像部の一部の受像面に入射することを阻害するための、前記撮像部の受像面から離れた位置に配置された阻害部材と、
   前記光源と前記撮像部との間の距離を維持したまま、前記光源に対する前記撮像部の位置関係を連続的に変化させる移動機構とを備え、
   前記処理手段は、
   前記撮像部による撮像された画像データの前記阻害部材に対応する領域の画素値から補正量を算出し、
   前記算出した補正量で前記画像データを補正することで得られる補正後の画像データと、前記補正後の画像データが撮像されたときの前記光源に対する前記撮像部の相対位置とに基づいて、前記光源の配光特性を算出する、配光特性測定装置。
2. 前記阻害部材は、前記撮像部と一体的に配置され、前記撮像部の撮像視野の一部を遮る部材を含む、請求項１に記載の配光特性測定装置。
3. 前記阻害部材は、前記光源と一体的に配置され、前記光源から照射される光の一部を遮る部材を含む、請求項１に記載の配光特性測定装置。
4. 前記処理手段は、前記阻害部材に対応する領域の画素値の平均値から前記補正量を算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の配光特性測定装置。
5. 前記阻害部材は、前記光源からの光が入射しない領域が画像データ内に複数形成されるように構成され、
   前記処理手段は、前記阻害部材に対応するそれぞれの領域の画素値から画像データ内の強度分布を算出し、前記算出した強度分布と予め定められたパターンとに基づいて、画像データ内の補正パターンを決定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の配光特性測定装置。
6. 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、
   前記光源と撮像部との間の距離を維持したまま、前記光源に対する前記撮像部の位置関係を連続的に変化させるステップと、
   前記光源からの光が前記撮像部の一部の受像面に入射することを阻害するための、前記撮像部の受像面から離れた位置に配置された阻害部材が設けられた状態で撮像された画像データを取得するステップと、
   前記画像データの前記阻害部材に対応する領域の画素値から補正量を算出し、前記算出した補正量で前記画像データを補正するステップと、
   前記補正後の画像データと、前記補正後の画像データが撮像されたときの前記光源に対する前記撮像部の相対位置とに基づいて、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。