JP7188382B2 - 光計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、光計測装置に関する。

ディスプレイの輝度及び色度を計測する光計測装置においては、光センサーがディスプレイからの光を受光し受光した光に応じた光電流を出力し、積分器が出力された光電流を積分し積分信号を出力し、演算部が出力された積分信号から計測値を計測する。しかし、積分器が光信号を積分する積分期間の長さを示す積分時間には、制約がある。

ディスプレイの輝度及び色度は、過渡応答を含み、周期的に時間変化する。このため、ディスプレイの輝度及び色度の計測は、ディスプレイの輝度及び色度の周期的な時間変化に同期して行われなければならない。したがって、積分時間は、ディスプレイの輝度及び色度の時間変化の周期の整数倍に制限される。

ディスプレイの輝度及び色度の時間変化の周期は、フレームレートの逆数又は垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）期間の長さに一致する。このため、積分時間は、フレームレートの逆数又はＶｓｙｎｃ期間の長さの整数倍に制限される。ただし、焼き付き防止のために反転駆動が行われる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）においては、原理上フリッカーが発生する。このため、光計測装置がＬＣＤの輝度及び色度を計測する場合は、フリッカーの影響を受けずに正確な輝度及び色度を計測するために、輝度及び色度の時間変化の周期がフレームレートの逆数の２倍又はＶｓｙｎｃ期間の長さの２倍であるとみなされ、積分時間が当該周期の整数倍に制限される。

光計測装置においては、計測できる輝度の範囲を広げるために、積分器において複数のゲインを選択できるようにされ、露光が適正露光でない場合には選択されるゲインが変更される。例えば、露光が適正露光よりオーバー又はアンダーである場合にはそれぞれゲインダウン又はゲインアップが行われる。特許文献１に記載された技術は、その一例であり、高いＳ／Ｎ比を実現しながら低輝度から高輝度までの広い輝度の範囲を計測できるようにしている。

また、別の光計測装置においては、計測できる輝度の範囲を広げるために、光センサーに入射する光の光路に減光フィルター（ＮＤフィルター）を挿入できるようにされ、露光が適正露光よりオーバーである場合には減光フィルターが光路に挿入され光センサーに入射する光の光量が減少させられる。

特開２００５－３２１３１３号公報

しかし、従来の光計測装置には、計測できる輝度の範囲を広げるために、積分回路において多数のゲインを選択できるようにしなければならない、ＮＤフィルターを挿入するための減光機構（ＮＤ機構）を設けなければならない等の問題があった。このため、計測が行われる環境の変動、計測対象の個体ばらつき等に対する補正を行うために、多くの補正値及び演算が必要になり、そのための記憶容量が必要になっていた。例えば、多数のゲインにそれぞれ対応する多数のオフセット・ゲイン補正、環境補正値等が必要になっていた。

特に、光計測装置がディスプレイの輝度及び色度を計測する場合は、積分時間が先述のように制限されるため、Ｖｓｙｎｃ期間の長さに応じて適正露光が変化し輝度に対する飽和値が変化する。このため、必要なゲインの数が増加し、光計測装置にかかる負荷が大きくなる。

少数のゲインにより計測できる輝度の範囲を広げることも、選択できる少数のゲインにおいて隣接するふたつのゲインの差を示すゲインピッチを大きくすることにより可能である。しかし、ゲインピッチを大きくした場合は、選択されたゲインにおいて露光が適正露光よりアンダーとなる計測条件が発生するという問題が発生する。

以下で説明する発明は、この問題を解決することを目的とする。以下で説明する発明が解決しようとする課題は、光計測装置を複雑にすることなく光計測装置が計測できる輝度の範囲を広げることである。

光計測装置においては、光センサーが、ディスプレイからの光を受光し、光に応じた光電流を出力し、積分器が、時間的に連続して光電流を積分し積分信号を出力する。

計測値に対する要求精度、光の概算輝度並びに光の輝度及び色度の時間変化の周期が取得される。

要求精度及び概算輝度から光センサーの露光時間が決定される。積分器が飽和せず露光時間が周期及び積分時間の公倍数となるように積分時間が決定される。

光センサーの露光期間が少なくともひとつの積分期間からなり、露光期間の長さが決定された露光時間となり、少なくともひとつの積分期間の各々の長さが決定された積分時間となり、積分器が少なくともひとつの積分期間に光電流を積分し少なくともひとつの積分信号をそれぞれ出力するように積分器が制御される。

少なくともひとつの積分信号から計測値が演算される。
周期の長さに、要求精度及び概算輝度との所定の関係によって決定される整数を乗ずることによって露光時間が決定される。
積分器が飽和せず要求精度を確保できる適正な積分時間の上限である最大非飽和積分時間が概算輝度に基づいて決定される。
露光時間を最大非飽和積分時間で除した値の小数点以下を切り捨て得られる整数に１を加えた整数によって露光時間を除した値が積分時間として決定される。

以下で説明する発明によれば、光計測装置を複雑にすることなく光計測装置が計測できる輝度の範囲を広げることができる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

第１実施形態の光計測装置を図示するブロック図である。 第１実施形態の光計測装置における計測の流れを図示するフローチャートである。 第１実施形態の光計測装置における、要求Ｓ／Ｎ比及び概算輝度から露光時間を決定するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を図示する図である。 第１実施形態の光計測装置における、要求Ｓ／Ｎ比、垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）周波数及び概算輝度から積分時間を決定するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を図示する図である。 第１実施形態の光計測装置による計測の対象となるディスプレイ及び当該光計測装置に備えられる積分器の状態の時間変化の例を図示するタイミングチャートである。 第１実施形態の光計測装置による計測の対象となるディスプレイ及び当該光計測装置に備えられる積分器の状態の時間変化の例を図示するタイミングチャートである。 第１実施形態の光計測装置及び当該光計測装置に備えられる積分器の状態の時間変化の例を図示するタイミングチャートである。

１ 光計測装置
図１は、第１実施形態の光計測装置を図示するブロック図である。図２は、第１実施形態の光計測装置における計測の流れを図示するフローチャートである。

図１に図示される光計測装置１０００は、ディスプレイの輝度及び色度を計測し、光センサー１０２０、積分器１０２１、制御部１０２２及び周辺部１０２３を備える。光計測装置１０００がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。

光計測装置１０００においては、光センサー１０２０が、ディスプレイからの光を受光し、受光した光に応じた光電流を出力する。また、積分器１０２１が、出力された光電流を積分し、積分により蓄積された電荷の量に応じた積分信号を出力する。さらに、制御部１０２２が、出力された積分信号から計測値を演算する。

積分器１０２１は、積分回路１０４０、積分回路１０４１、スイッチ１０４２及びスイッチ１０４３を備える。

積分回路１０４０及び１０４１は、光電流を積分する。スイッチ１０４２及び１０４３は、制御部１０２２による制御にしたがって光電流を積分する積分回路を積分回路１０４０と積分回路１０４１との間で切り替える。このため、積分器１０２１は、光電流を時間的に連続して途切れることなく積分できる。

積分器１０２１が、選択可能な複数のゲインを有してもよい。これにより、計測できる輝度の範囲がさらに広がる。

制御部１０２２は、インストールされたプログラムにしたがって動作するコンピューターであり、要求精度取得部１０６０、概算輝度取得部１０６１、周期取得部１０６２、露光時間決定部１０６３、積分時間決定部１０６４、積分器制御部１０６５及び演算部１０６６を備える。コンピューターが担う処理の全部又は一部を、プログラムを実行しないハードウェアが担ってもよい。

周辺部１０２３は、表示部１０８０及び操作部１０８１を備える。

計測においては、操作者からの計測命令の受信に応答して、図２に示されるステップＳ１０１からステップＳ１０５までが実行される。

ステップＳ１０１においては、測定条件が取得される。測定条件は、操作部１０８１に備えられるハードウェアスイッチに対する操作から取得されてもよいし、表示部１０８０に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）に対して操作部１０８１を用いて行われる操作から取得されてもよい。

測定条件の取得においては、要求精度取得部１０６０が、計測値に対する要求Ｓ／Ｎ比を取得する。要求精度取得部１０６０は、３個の要求Ｓ／Ｎ比にそれぞれ対応する高精度モード、標準モード及び高速モードという３個のモードに含まれる１個のモードの指定を受け付けることにより、指定されたモードに対応する要求Ｓ／Ｎ比を取得する。要求Ｓ／Ｎ比の取得方法が変更されてもよい。例えば、要求精度取得部１０６０が、複数の要求Ｓ／Ｎ比にそれぞれ対応する複数の精度範囲に含まれる１個の精度範囲の指定を受け付けることにより、指定された精度範囲に対応する要求Ｓ／Ｎ比を取得してもよい。精度範囲は、例えば、「・・・％以下」、「・・・％から・・・％まで」等により表現される。要求Ｓ／Ｎ比以外の要求精度が取得されてもよい。

また、測定条件の取得においては、周期取得部１０６２が、ディスプレイの輝度及び色度の時間変化の周期に一致する垂直同期（Ｖｓｙｎｃ）期間の長さであるＶｓｙｎｃ時間を取得する。Ｖｓｙｎｃ時間は、表示部１０８０に表示されるＧＵＩに対して操作部１０８１を用いて行われる操作から取得される。Ｖｓｙｎｃ周波数が取得され、取得されたＶｓｙｎｃ周波数からＶｓｙｎｃ時間が取得されてもよい。Ｖｓｙｎｃ時間の取得方法が変更されてもよい。例えば、周期取得部１０６２にＶｓｙｎｃ信号が入力され、周期取得部１０６２が入力されたＶｓｙｎｃ信号からＶｓｙｎｃ時間を取得してもよい。反転駆動が行われる液晶ディスプレイの輝度及び色度が計測される場合は、Ｖｓｙｎｃ時間に代えて、液晶ディスプレイの輝度及び色度の時間変化の周期に一致する、Ｖｓｙｎｃ時間の２倍の時間が取得される。

続くステップＳ１０２においては、ディスプレイからの光の概算輝度が取得される。ステップＳ１０２がステップＳ１０１と同時に実行されてもよい。

概算輝度の取得においては、積分器制御部１０６５が、積分器１０２１を制御する。制御は、積分器１０２１が後述する複数の積分期間に先行する初期積分期間に光電流を積分し初期積分信号を出力するように行われる。また、概算輝度取得部１０６１が、初期積分信号からディスプレイからの光の概算輝度を取得する。初期積分期間は、短くてもかまわない。概算輝度の取得の方法が変更されてもよい。その一例は後述する。

続くステップＳ１０３においては、計測条件が決定される。

計測条件の決定においては、露光時間決定部１０６３が、取得された要求Ｓ／Ｎ比及び概算輝度から露光時間を決定する。露光時間は、要求Ｓ／Ｎに応じて変更可能である。露光時間は、要求Ｓ／Ｎ比及び概算輝度を変数に持つ関数により決定されてもよいし、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）により決定されてもよい。当該関数は、例えば式（１）で表される関数である。式（１）に含まれるｆ（要求Ｓ／Ｎ比，概算輝度）は、整数である。当該ＬＵＴは、例えば図３に図示される要求Ｓ／Ｎ比及び概算輝度から露光時間を決定するためのルックアップテーブルである。

露光時間＝Ｖｓｙｎｃ時間×ｆ（要求Ｓ／Ｎ比，概算輝度）・・・（１）

また、計測条件の取得においては、積分時間決定部１０６４が、取得された概算輝度から積分器１０２１が飽和せずＳ／Ｎ比を確保できる適正な積分時間の上限である最大非飽和積分時間を決定する。加えて、積分時間決定部１０６４が、決定された最大非飽和積分時間より積分時間が短く、決定された露光時間が取得されたＶｓｙｎｃ時間及び積分時間の公倍数となるように積分時間及び繰り返し回数を決定する。これにより、積分器１０２１が飽和せず露光時間がＶｓｙｎｃ時間及び積分時間の公倍数となる積分時間が決定される。

積分時間は、望ましくは、式（２）及び（３）を満たすような、先述の条件を満たす最長のものである。また、公倍数は、望ましくは最小公倍数である。これらにより、積分器１０２１が飽和しない範囲内で積分器１０２１に蓄積される電荷が増加し、Ｓ／Ｎ比が改善される。

繰り返し回数＝Ｉｎｔ（露光時間／最大非飽和積分時間）＋１・・・（２）
積分時間＝露光時間／繰り返し回数・・・（３）

露光時間の決定、最大非飽和積分時間の決定及び積分時間の決定は、別工程において行われるが、同一工程において行われてもよい。例えば、図４に図示される、先述の条件を満たすように要求Ｓ／Ｎ比、Ｖｓｙｎｃ周波数及び概算輝度から積分時間を決定するＬＵＴにより積分時間が直接的に決定されてもよい。

続くステップＳ１０４においては、計測が行われる。

計測においては、積分器制御部１０６５が、積分器１０２１を制御する。制御は、露光期間が複数の積分期間からなり、複数の積分期間の数が決定された繰り返し回数になり、露光期間の長さが決定された露光時間となり、複数の積分期間の各々の長さが決定された積分時間になり、積分器１０２１が複数の積分期間に光電流を積分し複数の積分信号をそれぞれ出力するように行われる。これにより、決定された計測条件による計測が行われる。

続くステップＳ１０５においては、計測値の演算及び出力が行われる。

計測値の演算及び出力においては、演算部１０６６が、出力された複数の積分信号の大きさをそれぞれ示す複数の積分信号値を取得し、取得した複数の積分信号値の平均値を単位時間当たりの値に換算し、換算により得られた値に必要な演算処理を行い輝度及び色度の計測値を演算する。これにより、複数の積分信号から輝度及び色度の計測値が演算される。輝度及び色度の計測値の演算の方法が変更されてもよい。加えて、演算部１０６６は、演算した輝度及び色度の演算値を出力する。

第１実施形態の光計測装置におけるこのような計測によれば、選択可能なゲインの数を減らすことができ、光計測装置にかかる負荷を減らすことができ、光計測装置を簡潔にできる。このため、光計測装置を複雑にすることなく光計測装置が計測できる輝度の範囲を広げることができる。

２ 計測条件における露光時間、積分時間及びＶｓｙｎｃ時間の関係
図５及び図６の各々は、第１実施形態の光計測装置による計測の対象となるディスプレイ及び当該光計測装置に備えられる積分器の状態の時間変化の例を図示するタイミングチャートである。

図５は、ディスプレイのＶｓｙｎｃ周波数が高い場合の例を示す。図６は、ディスプレイのＶｓｙｎｃ周波数が低い場合の例を示す。

図５に図示される例においては、要求Ｓ／Ｎ比を確保するために必要な露光時間を有する露光期間１１００が、８個のＶｓｙｎｃ期間１１２０に等分割される。Ｖｓｙｎｃ時間は、例えば１ミリ秒から２秒程度である。また、露光期間１１００が、５個の積分期間１１４０に等分割される。このため、露光時間は、積分時間及びＶｓｙｎｃ時間の公倍数となっている。積分時間は、最大非飽和積分時間より短い。

図６に図示される例においては、要求Ｓ／Ｎ比を確保するために必要な露光時間を有する露光期間１１６０が、４個のＶｓｙｎｃ期間１１８０に等分割される。Ｖｓｙｎｃ時間は、例えば１ミリ秒から２秒程度である。また、露光期間１１６０が、５個の積分期間１２００に等分割される。このため、露光時間は、積分時間及びＶｓｙｎｃ時間の公倍数となっている。積分時間は、最大非飽和積分時間より短い。

３ 概算輝度を取得する方法の別例
図７は、第１実施形態の光計測装置及び当該光計測装置に備えられる積分器の状態の時間変化の例を図示するタイミングチャートである。

図７（ａ）に図示されるように、光計測装置１０００の状態は、操作者から計測命令を受信したタイミングＴ１に待機状態１２２０から計測状態１２４０に変化し、タイミングＴ１から露光時間が経過したタイミングＴ２に計測状態１２４０から待機状態１２６０に変化する。

また、図７（ｂ）に図示されるように、積分器１０２１の状態は、タイミングＴ１に積分回路リセット動作を行っている状態１２８０から積分動作を行っている状態１３００に変化し、タイミングＴ２に積分動作を行っている状態１３００から積分回路リセット動作を行っている状態１３２０に変化する。したがって、積分器１０２１は、光計測装置１０００が待機状態１２２０及び１２６０である場合は、それぞれ積分回路リセット動作を行っている状態１２８０及び１３２０となっており、光計測装置１０００が計測状態１２４０である場合は、積分動作を行っている状態１３００となっている。

積分器１０２１は、積分回路リセット動作を行っている状態１２８０及び１３２０においても、常時光信号を積分でき積分信号を出力できる。このため、積分器制御部１０６５が、繰り返し到来する待機時積分期間１３４０に光電流を積分し待機時積分信号を出力するように積分器１０２１を制御し、概算輝度取得部１０６１が、露光期間の直前に到来した待機時積分期間を初期積分期間とみなして概算輝度を取得してもよい。これにより、計測が開始されるタイミングＴ１の前に概算輝度が取得されるので、計測に要する時間が短縮される。繰り返し到来する待機時積分期間１３４０の長さは、設定可能な最短時間としてもよい。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０００ 光計測装置
１０２０ 光センサー
１０２１ 積分器
１０２２ 制御部
１０６０ 要求精度取得部
１０６１ 概算輝度取得部
１０６２ 周期取得部
１０６３ 露光時間決定部
１０６４ 積分時間決定部
１０６５ 積分器制御部
１０６６ 演算部

Claims (6)

1. ディスプレイからの光を受光し、前記光に応じた光電流を出力する光センサーと、
   時間的に連続して前記光電流を積分し積分信号を出力する積分器と、
   計測値に対する要求精度を取得する要求精度取得部と、
   前記光の概算輝度を取得する概算輝度取得部と、
   前記光の輝度及び色度の時間変化の周期を取得する周期取得部と、
   前記要求精度及び前記概算輝度から前記光センサーの露光時間を決定する露光時間決定部と、
   前記積分器の積分時間を、前記積分器が飽和せず前記露光時間が前記周期及び前記積分時間の公倍数となるように決定する積分時間決定部と、
   前記光センサーの露光期間が少なくともひとつの積分期間からなり、前記露光期間の長さが前記露光時間となり、前記少なくともひとつの積分期間の各々の長さが前記積分時間となり、前記積分器が前記少なくともひとつの積分期間に前記光電流を積分し少なくともひとつの積分信号をそれぞれ出力するように前記積分器を制御する積分器制御部と、
   前記少なくともひとつの積分信号から前記計測値を演算する演算部と、
   を備え、
   前記露光時間決定部は、前記周期の長さに、前記要求精度及び前記概算輝度との所定の関係によって決定される整数を乗ずることによって前記露光時間を決定し、
   前記積分時間決定部は、
   前記積分器が飽和せず前記要求精度を確保できる適正な積分時間の上限である最大非飽和積分時間を前記概算輝度に基づいて決定し、
   前記露光時間を前記最大非飽和積分時間で除した値の小数点以下を切り捨て得られる整数に１を加えた整数によって前記露光時間を除した値を前記積分時間として決定する光計測装置。
2. 前記積分器制御部は、前記積分器が前記少なくともひとつの積分期間に先行する初期積分期間に前記光電流を積分し初期積分信号を出力するように前記積分器を制御し、
   前記概算輝度取得部は、前記初期積分信号から前記概算輝度を取得する
   請求項１の光計測装置。
3. 前記積分器制御部は、繰り返し到来する待機時積分期間に前記光電流を積分し待機時積分信号を出力するように前記積分器を制御し、
   前記初期積分期間は、前記露光期間の直前に到来した待機時積分期間である
   請求項２の光計測装置。
4. 前記公倍数は、最小公倍数である
   請求項１から３までのいずれかの光計測装置。
5. 前記露光時間は、前記要求精度に応じて変更可能である
   請求項１から４までのいずれかの光計測装置。
6. 前記積分器は、選択可能な複数のゲインを有する
   請求項１から５までのいずれかの光計測装置。

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