TWI770161B - 光計測裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]在不使光計測裝置變複雜之下增加光計測裝置可計測的亮度的範圍。 　　[解決手段]於光計測裝置，光感測器接收來自顯示器的光，輸出與光對應的光電流，積分器時間上連續就光電流進行積分，輸出積分訊號。取得對於計測值的要求精度、光的概算亮度以及光的亮度及色度的時間變化的週期。根據要求精度及概算亮度決定曝光時間。以積分器不飽和、曝光時間成為週期及積分時間的公倍數的方式決定積分時間。積分器被控制為，曝光期間由至少一個積分期間所成，曝光期間的長度成為所決定的曝光時間，至少一個積分期間的個別的長度成為所決定的積分時間，積分器在至少一個積分期間就光電流進行積分，分別輸出至少一個積分訊號。根據至少一個積分訊號演算計測值。

Description

光計測裝置
本發明涉及光計測裝置。
於就顯示器的亮度及色度進行計測的光計測裝置，光感測器接收來自顯示器的光，輸出與所接收的光對應的光電流，積分器就所輸出的光電流進行積分，輸出積分訊號，演算部根據所輸出的積分訊號就計測值進行計測。其中，顯示積分器就光訊號進行積分的積分期間的長度的積分時間方面存在制約。
顯示器的亮度及色度包含瞬態響應，週期性發生時間變化。為此，顯示器的亮度及色度的計測，不得不與顯示器的亮度及色度的週期性的時間變化取得同步而進行。因此，積分時間受限制為顯示器的亮度及色度的時間變化的週期的整數倍。
顯示器的亮度及色度的時間變化的週期係與幀率的倒數或垂直同步(Vsync)期間的長度一致。為此，積分時間受限制為幀率的倒數或Vsync期間的長度的整數倍。其中，於為了燒傷防止而進行反轉驅動的液晶顯示器(LCD)，原則上會發生閃爍。為此，光計測裝置就LCD的亮度及色度進行計測的情況下，為了在不受閃爍的影響之下就正確的亮度及色度進行計測，亮度及色度的時間變化的週期視為幀率的倒數的2倍或Vsync期間的長度的2倍，積分時間受限制為該週期的整數倍。
於光計測裝置，為了增加可計測的亮度的範圍，作成可於積分器選擇複數個增益，曝光非恰當的曝光的情況下變更所選擇的增益。例如，曝光超過或不足恰當的曝光的情況下分別進行增益下降或增益上升。記載於專利文獻1之技術係其一例，一面實現高的S/N比一面可計測從低亮度至高亮度的寬亮度的範圍。
此外，於別的光計測裝置，為了增加可計測的亮度的範圍，作成可在入射於光感測器的光的光路徑插入中性灰度濾鏡(ND濾鏡)，在曝光超過恰當的曝光的情況下中性灰度濾鏡插入於光路徑而使入射於光感測器的光的光量減少。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-321313號公報
[發明所欲解決之問題]
其中，於歷來的光計測裝置，為了增加可計測的亮度的範圍，存在如下問題：不得不作成在積分電路可選擇數量多的增益、不得不設置供於插入ND濾鏡用的減光機構(ND機構)。為此，為了進行針對進行計測的環境的變動、計測對象的個體變異性等的校正，需要數量多的校正值及演算，需要供此用的記憶容量。例如，需要與數量多的增益分別對應的數量多的偏移、增益校正、環境校正值等。
尤其，光計測裝置就顯示器的亮度及色度進行計測的情況下，積分時間如前述般受限制，故恰當的曝光因Vsync期間的長度而變化，相對於亮度的飽和值發生變化。為此，必要的增益的數量增加，施加於光計測裝置的負載變大。
亦可透過於可選擇的數量少的增益方面增加增益間距，從而增加可透過數量少的增益而計測的亮度的範圍，該增益間距顯示鄰接的兩個增益的差。其中，增加增益間距的情況下，於所選擇的增益方面發生曝光不足恰當的曝光的計測條件如此的問題。
在以下說明的發明目的在於解決此問題。在以下說明的發明欲解決的課題係在不使光計測裝置變複雜之下增加光計測裝置可計測的亮度的範圍。 [解決問題之技術手段]
於光計測裝置，光感測器接收來自顯示器的光，輸出與光對應的光電流，積分器時間上連續就光電流進行積分，輸出積分訊號。
取得對於計測值的要求精度、光的概算亮度以及光的亮度及色度的時間變化的週期。
根據要求精度及概算亮度決定曝光時間。以積分器不飽和、曝光時間成為週期及積分時間的公倍數的方式決定積分時間。
積分器被控制為，曝光期間由至少一個積分期間所成，曝光期間的長度成為所決定的曝光時間，至少一個積分期間的個別的長度成為所決定的積分時間，積分器在至少一個積分期間就光電流進行積分，分別輸出至少一個積分訊號。
根據至少一個積分訊號演算計測值。 [對照先前技術之功效]
依在以下說明的發明時，可在不使光計測裝置變複雜之下增加光計測裝置可計測的亮度的範圍。
此發明的目的、特徵、方案及優點將因以下的詳細的說明與附圖而變為更加明朗。
1　光計測裝置 　　圖1係就第1實施方式的光計測裝置進行繪示的方塊圖。圖2係就在第1實施方式的光計測裝置的計測的流程進行繪示的流程圖。
示於圖1的光計測裝置1000就顯示器的亮度及色度進行計測，具備光感測器1020、積分器1021、控制部1022及周邊部1023。亦可光計測裝置1000具備此等構成物以外的構成物。
於光計測裝置1000，光感測器1020接收來自顯示器的光，輸出與所接收的光對應的光電流。此外，積分器1021就所輸出的光電流進行積分，輸出與透過積分而累積的電荷的量對應的積分訊號。再者，控制部1022根據所輸出的積分訊號就計測值進行演算。
積分器1021具備：積分電路1040、積分電路1041、切換器1042及切換器1043。
積分電路1040及1041就光電流進行積分。切換器1042及1043依利用控制部1022之下的控制而將就光電流進行積分的積分電路在積分電路1040與積分電路1041之間進行切換。為此，積分器1021可就光電流在時間上連續而不會中斷之下進行積分。
亦可積分器1021具有可選擇的複數個增益。藉此，可進一步增加可計測的亮度的範圍。
控制部1022係依所安裝的程式而動作的電腦，具備：要求精度取得部1060、概算亮度取得部1061、週期取得部1062、曝光時間決定部1063、積分時間決定部1064、積分器控制部1065及演算部1066。亦可不執行程式的硬體負擔電腦負責的處理的全部或一部分。
周邊部1023具備顯示部1080及操作部1081。
於計測係響應於來自操作者的計測命令的接收，執行示於圖2的步驟S101至步驟S105。
於步驟S101係取得測定條件。測定條件可從對於操作部1081所具備的硬體切換器的操作而取得，亦可從對於顯示在顯示部1080的圖形化使用者介面(GUI)利用操作部1081而進行的操作取得。
於測定條件的取得，要求精度取得部1060取得對於計測值的要求S/N比。要求精度取得部1060受理在與3個要求S/N比分別對應的高精度模式、標準模式及高速模式如此的3個模式中所含的1個模式的指定，從而取得與所指定的模式對應的要求S/N比。亦可變更要求S/N比的取得方法。例如，亦可要求精度取得部1060受理在與複數個要求S/N比分別對應的複數個精度範圍中所含的1個精度範圍的指定，從而取得與所指定的精度範圍對應的要求S/N比。精度範圍例如透過「…%以下」、「…%至…%」等而表現。亦可取得要求S/N比以外的要求精度。
此外，於測定條件的取得，週期取得部1062取得Vsync時間，該Vsync時間係與顯示器的亮度及色度的時間變化的週期一致的垂直同步(Vsync)期間的長度。Vsync時間從對顯示於顯示部1080的GUI利用操作部1081進行的操作而取得。亦可取得Vsync頻率，從取得的Vsync頻率取得Vsync時間。亦可變更Vsync時間的取得方法。例如，亦可對週期取得部1062輸入Vsync訊號，週期取得部1062根據所輸入的Vsync訊號取得Vsync時間。被計測進行反轉驅動的液晶顯示器的亮度及色度的情況下，代替Vsync時間，取得與液晶顯示器的亮度及色度的時間變化的週期一致的Vsync時間的2倍時間。
接著於步驟S102，取得來自顯示器的光的概算亮度。亦可步驟S102與步驟S101同時執行。
於概算亮度的取得，積分器控制部1065控制積分器1021。控制係以如下方式進行：積分器1021在後述的在複數個積分期間前面的初始積分期間就光電流進行積分，輸出初始積分訊號。此外，概算亮度取得部1061從初始積分訊號取得來自顯示器的光的概算亮度。初始積分期間短亦無妨。亦可變更概算亮度的取得的方法。其一例後述。
接著於步驟S103，決定計測條件。
於計測條件的決定，曝光時間決定部1063根據所取得的要求S/N比及概算亮度決定曝光時間。曝光時間可依要求S/N而變更。曝光時間可透過使要求S/N比及概算亮度作為變數的函數而決定，亦可透過查找表(LUT)而決定。該函數係例如以式(1)表示的函數。式(1)所含的f(要求S/N比，概算亮度)係整數。該LUT係例如供於根據示於圖3的要求S/N比及概算亮度而決定曝光時間用的查找表。
曝光時間＝Vsync時間×f(要求S/N比，概算亮度)…(1)
此外，於計測條件的取得，積分時間決定部1064根據所取得的概算亮度而決定最大非飽和積分時間，該最大非飽和積分時間係積分器1021不飽和而可確保S/N比的恰當的積分時間之上限。另外，積分時間決定部1064以積分時間比所決定的最大非飽和積分時間短、所決定的曝光時間成為所取得的Vsync時間及積分時間的公倍數的方式決定積分時間及反復次數。藉此，積分器1021不飽和而曝光時間成為Vsync時間及積分時間的公倍數的積分時間被決定。
積分時間優選上為與符合式(2)及(3)的前述的條件相符的最長之者。此外，公倍數優選上為最小公倍數。藉此等，使得在積分器1021不飽和的範圍內累積於積分器1021的電荷增加，改善S/N比。
反復次數＝Int(曝光時間/最大非飽和積分時間)＋1…(2) 積分時間＝曝光時間/反復次數…(3)
曝光時間的決定、最大非飽和積分時間的決定及積分時間的決定雖於不同程序進行，惟亦可於相同程序進行。例如，亦可透過示於圖4的以符合前述的條件的方式根據要求S/N比、Vsync頻率及概算亮度決定積分時間的LUT而直接地決定積分時間。
接著於步驟S104，進行計測。
於計測，積分器控制部1065控制積分器1021。控制係以如下方式進行：曝光期間由複數個積分期間所成，複數個積分期間的個數成為所決定的反復次數，曝光期間的長度成為所決定的曝光時間，複數個積分期間的個別的長度成為所決定的積分時間，積分器1021於複數個積分期間就光電流進行積分，分別輸出複數個積分訊號。藉此，進行依所決定的計測條件之下的計測。
接著於步驟S105，進行計測值的演算及輸出。
於計測值的演算及輸出，演算部1066取得分別表示所輸出的複數個積分訊號的大小的複數個積分訊號值，將所取得的複數個積分訊號值的平均值換算為每單位時間的值，對透過換算而得的值進行所需的演算處理，就亮度及色度的計測值進行演算。藉此，根據複數個積分訊號演算亮度及色度的計測值。亦可變更亮度及色度的計測值的演算的方法。另外，演算部1066輸出所演算的亮度及色度的演算值。
依在第1實施方式的光計測裝置方面的如此的計測時，可減少可選擇的增益的數量，可減少施加於光計測裝置的負載，可使光計測裝置變簡潔。為此，可在不使光計測裝置變複雜之下增加光計測裝置可計測的亮度的範圍。
2　計測條件中的曝光時間、積分時間及Vsync時間的關係 　　圖5及圖6的各者係就作為利用第1實施方式的光計測裝置之下的計測的對象之顯示器及該光計測裝置所具備的積分器的狀態的時間變化之例進行繪示的時序圖。
圖5示出顯示器的Vsync頻率高的情況下之例。圖6示出顯示器的Vsync頻率低的情況下之例。
於示於圖5之例，具有為了確保要求S/N比所需的曝光時間的曝光期間1100被等量分割為8個Vsync期間1120。Vsync時間係例如1毫秒至2秒程度。此外，曝光期間1100等量分割為5個積分期間1140。為此，曝光時間成為積分時間及Vsync時間的公倍數。積分時間比最大非飽和積分時間短。
於示於圖6之例，具有為了確保要求S/N比所需的曝光時間的曝光期間1160被等量分割為4個Vsync期間1180。Vsync時間係例如1毫秒至2秒程度。此外，曝光期間1160等量分割為5個積分期間1200。為此，曝光時間成為積分時間及Vsync時間的公倍數。積分時間比最大非飽和積分時間短。
3　取得概算亮度的方法的別例 　　圖7係就第1實施方式的光計測裝置及該光計測裝置所具備的積分器的狀態的時間變化之例進行繪示的時序圖。
如示於圖7(a)，光計測裝置1000的狀態係在從操作者接收計測命令的時點T1從待機狀態1220變化為計測狀態1240，在從時點T1經過曝光時間的時點T2從計測狀態1240變化為待機狀態1260。
此外，如示於圖7(b)，積分器1021的狀態係在時點T1從進行積分電路重置動作的狀態1280變化為進行積分動作的狀態1300，在時點T2從進行積分動作的狀態1300變化為進行積分電路重置動作的狀態1320。因此，積分器1021係光計測裝置1000為待機狀態1220及1260的情況下，分別成為進行積分電路重置動作的狀態1280及1320，光計測裝置1000為計測狀態1240的情況下，成為進行積分動作的狀態1300。
積分器1021係於進行積分電路重置動作的狀態1280及1320，亦可常時就光訊號進行積分，可輸出積分訊號。為此，亦可積分器控制部1065以在反復到來的待機時積分期間1340就光電流進行積分並輸出待機時積分訊號的方式控制積分器1021，概算亮度取得部1061將在緊接著曝光期間之前到來的待機時積分期間視為初始積分期間而取得概算亮度。藉此，在計測開始的時點T1之前取得概算亮度，故縮短計測所需的時間。反復到來的待機時積分期間1340的長度可為可設定的最短時間。
雖詳細說明此發明，惟上述的說明係於所有的方面皆為例示，並非此發明受其等限定者。未例示的無數的變形例應解為在不脫離此發明的範圍之下可設想者。
1000‧‧‧光計測裝置1020‧‧‧光感測器1021‧‧‧積分器1022‧‧‧控制部1060‧‧‧要求精度取得部1061‧‧‧概算亮度取得部1062‧‧‧週期取得部1063‧‧‧曝光時間決定部1064‧‧‧積分時間決定部1065‧‧‧積分器控制部1066‧‧‧演算部
[圖1]就第1實施方式的光計測裝置進行繪示的方塊圖。 　　[圖2]就在第1實施方式的光計測裝置的計測的流程進行繪示的流程圖。 　　[圖3]就在第1實施方式的光計測裝置方面的供於根據要求S/N比及概算亮度決定曝光時間用的查找表(LUT)進行繪示的圖。 　　[圖4]就在第1實施方式的光計測裝置方面的供於根據要求S/N比、垂直同步(Vsync)頻率及概算亮度而決定積分時間用的查找表(LUT)進行繪示的圖。 　　[圖5]就作為利用第1實施方式的光計測裝置之下的計測的對象之顯示器及該光計測裝置所具備的積分器的狀態的時間變化之例進行繪示的時序圖。 　　[圖6]就作為利用第1實施方式的光計測裝置之下的計測的對象之顯示器及該光計測裝置所具備的積分器的狀態的時間變化之例進行繪示的時序圖。 　　[圖7]就第1實施方式的光計測裝置及該光計測裝置所具備的積分器的狀態的時間變化之例進行繪示的時序圖。
1000‧‧‧光計測裝置
1020‧‧‧光感測器
1021‧‧‧積分器
1022‧‧‧控制部
1023‧‧‧周邊部
1040‧‧‧積分電路
1041‧‧‧積分電路
1042‧‧‧切換器
1043‧‧‧切換器
1060‧‧‧要求精度取得部
1061‧‧‧概算亮度取得部
1062‧‧‧週期取得部
1063‧‧‧曝光時間決定部
1064‧‧‧積分時間決定部
1065‧‧‧積分器控制部
1066‧‧‧演算部
1080‧‧‧顯示部
1081‧‧‧操作部

Claims (7)

  1. 一種光計測裝置，其計測顯示器的亮度及色度，前述光計測裝置具備：光感測器，其接收來自前述顯示器的光，輸出與前述光對應的光電流；積分器，其時間上連續就前述光電流進行積分，輸出積分訊號；要求精度取得部，其在計測前取得對於前述亮度及色度的計測值的要求精度；概算亮度取得部，其在計測前取得前述光的概算亮度；週期取得部，其在計測前取得前述光的亮度及色度的時間變化的週期；曝光時間決定部，其在計測前根據前述要求精度取得部取得的前述要求精度及前述概算亮度取得部取得的前述概算亮度以決定前述光感測器的曝光時間；積分時間決定部，其在計測前將前述積分器的積分時間以前述積分器不飽和、前述曝光時間成為前述週期及前述積分時間的公倍數的方式予以決定；積分器控制部，其將前述積分器控制為，前述光感測器的的曝光期間由至少一個積分期間所成，前述曝光期間的長度成為前述曝光時間，前述至少一個積分期間的個別的長度成為前述積分時間，於計測中，前述積分器在前述 至少一個積分期間就前述光電流進行積分，分別輸出至少一個積分訊號；和演算部，其根據前述至少一個積分訊號演算前述計測值。
  2. 如第1項的光計測裝置，其中，前述積分器控制部將前述積分器控制為，前述積分器在前述至少一個積分期間前面的初始積分期間就前述光電流進行積分，輸出初始積分訊號，前述概算亮度取得部從前述初始積分訊號取得前述概算亮度。
  3. 如第2項的光計測裝置，其中，前述積分器控制部將前述積分器控制為，在反復到來的待機時積分期間就前述光電流進行積分，輸出待機時積分訊號，前述初始積分期間係在緊接著前述曝光期間之前到來的待機時積分期間。
  4. 如第1項至第3項中任一項的光計測裝置，其中，前述公倍數係最小公倍數。
  5. 如第1項至第3項中任一項的光計測裝置，其中，前述曝光時間可依前述要求精度而變更。
  6. 如第1項至第3項中任一項的光計測裝置，其中，前述積分器具有可選擇的複數個增益。
  7. 如第1項的光計測裝置，其中，前述曝光時間決定部透過對前述週期的長度乘上依前述要求精度及前述概算亮度的既定的關係而決定的整數從而決定前述曝光時間，前述積分時間決定部根據前述概算亮度而決定作為前述積分器不飽和且可確保前述要求精度的合理的積分時間的上限之最大非飽和積分時間，將以對捨去將前述曝光時間除以前述最大非飽和積分時間之值的小數點以下而獲得之整數加1的整數從而除前述曝光時間之值決定為前述積分時間，請求項1的光計測裝置。
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