WO2017038675A1

WO2017038675A1 - 二次元測色装置及び二次元測色方法

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Publication number: WO2017038675A1
Application number: PCT/JP2016/074958
Authority: WO
Inventors: 滋人大森
Original assignee: コニカミノルタ株式会社
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-09
Also published as: JP6915539B2; JPWO2017038675A1

Abstract

第１の光学センサは、測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像する。第２の光学センサは、前記二次元領域に含まれるスポット領域の輝度を示す信号を出力する。第２の測定部は、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象のフリッカ周期を測定する。設定部は、フレームレートの逆数をフレーム時間とし、露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する。第１の測定部は、設定された前記フレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。

Description

二次元測色装置及び二次元測色方法

　本発明は、例えば、液晶ディスプレイの画面の色に関する特性を測定する技術に関する。

　二次元測色計は、面、すなわち、二次元領域を測色する装置である。二次元測色計は、様々な産業分野で応用されており、例えば、液晶ディスプレイの画面の色度分布の測定に利用される。

　二次元測色計として、例えば、特許文献１は、測定対象からの光を二分割するビームスプリッタと、二分割された光の一方を受光する撮像部と、二分割された光の他方を受光する分光センサと、分光センサによって測定された測定点の分光分布を用いて、三刺激値を算出し、この三刺激値と、撮像部によって撮像された測定領域の各画素のデータとを用いて、各画素の三刺激値を算出する演算部と、を備える二次元測色計を開示している。

　液晶ディスプレイは、直流駆動されると寿命が短くなるので、交流駆動される。交流駆動では、フレーム毎に極性を反転させる。液晶ディスプレイの交流駆動の方式には、ライン反転駆動方式とドット反転駆動方式とがある。

　ライン反転駆動方式は、水平方向の１ライン毎に画素の極性を反転させる方式である。この方式は、小型の液晶ディスプレイで多く用いられている。ドット反転駆動方式は、垂直方向に隣り合う画素の極性、及び、水平方向に隣り合う画素の極性を反転させる方式である。この方式は、大型の液晶ディスプレイで多く用いられている。

　図１５及び図１６は、液晶ディスプレイに同じ画面を表示し続けている状態において、フレームの極性の変化を説明する説明図である。極性が正のフレームと極性が負のフレームとが交互に表れている。図１５に示すように、基準電位（Ｖｃｏｍ）と極性変化の波形の振幅中心とが等しい場合、極性が正のフレームと極性が負のフレームとでは、映像信号のレベルの絶対値が等しくなる。

　これに対して、図１６に示すように、基準電位と極性変化の波形の振幅中心とが異なる場合、極性が正のフレームと極性が負のフレームとでは、映像信号のレベルの絶対値が異なる。この場合、フレーム周波数の二分の一の周波数で映像信号が変化することになる。例えば、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合、映像信号の変化の周波数は、３０Ｈｚとなる。３０Ｈｚは、人間の目が応答できる周波数の最大値より低いので、フリッカ（画面のちらつき）として認識される。フリッカが発生すると、画面が見づらくなる。このため、液晶ディスプレイの製造工程には、フリッカの検査工程が含まれる。

　フリッカを検査できる装置として、例えば、特許文献２は、表示装置に表示された画像を所定時間だけ撮像するステップ（ａ）と、前記ステップ（ａ）で撮像された画像に関する複数の画像データを生成するステップ（ｂ）と、前記ステップ（ｂ）で得られた前記複数の画像データごとに複数の微小領域に分割するステップ（ｃ）と、分割された前記複数の微小領域の各々について、前記所定時間内における輝度の推移に基づく輝度変化量を求めるステップ（ｄ）と、所定の周波数に対する輝度変化量を前記画像に対応付けてマッピングしてマッピング・データを生成するステップ（ｅ）と、を備える輝度情報の処理方法を開示している。

　フリッカ検査の結果、フリッカが発生している液晶ディスプレイに対して、基準電位が調整される。基準電位を調整して、基準電位と極性変化の波形の振幅中心とを一致させることは難しく、誤差が不可避的に発生する。このため、フリッカを低減させることはできるが、完全になくすことは難しい。

　しかし、フリッカを低減させることができても、フリッカが発生していれば、液晶ディスプレイの色に関する特性の測定精度を低下させる原因となる。

特許第３２４６０２１号明細書特開２００３－２５４８６０号公報

　本発明は、二次元領域を測定範囲とする光学センサを用いた、色に関する特性の測定において、フリッカの影響を少なくできる二次元測色装置、及び、二次元測色方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明の第１の局面に係る二次元測色装置は、第１の光学センサ、第２の光学センサ、第１の測定部、第２の測定部、及び、設定部を備える。前記第１の光学センサは、測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像し、撮像した前記二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する。前記第２の光学センサは、前記二次元領域に含まれ、かつ、前記二次元領域より狭いスポット領域を測定範囲とし、前記スポット領域の輝度を示す信号を出力する。前記第１の測定部は、所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。前記第２の測定部は、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの周期であるフリッカ周期を測定する。前記設定部は、前記フレームレートの逆数をフレーム時間とし、前記露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する。前記第１の測定部は、前記設定部によって設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。

　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

本実施形態に係る二次元測色装置の構成を示すブロック図である。第１変形例に係る受光部の構成を示す模式図である。第２変形例に係る受光部の構成を示す模式図である。制御処理部の機能ブロックを説明する説明図である。スポット領域測色センサから出力された輝度信号の一例を示すグラフである。コントラスト方式を利用して、輝度信号のＶｍａｘ及びＶｍｉｎを求めるための一連の処理を説明する説明図である。本実施形態に係る二次元測色装置の動作を説明するフローチャートである。本実施形態に係る二次元測色装置の動作を説明するフローチャートである。露光時間の初期値が、フリッカ周期以上の場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第１例を示す模式図である。露光時間の初期値が、フリッカ周期以上の場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第２例を示す模式図である。露光時間の初期値が、フリッカ周期以上の場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第３例を示す模式図である。露光時間の初期値が、フリッカ周期より小さい場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第１例を示す模式図である。露光時間の初期値が、フリッカ周期より小さい場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第２例を示す模式図である。図１３において、フレームの位相をシフトさせた場合を示す模式図である。基準電位と極性変化の波形の振幅中心とが等しい場合において、フレームの極性の変化を説明する説明図である。基準電位と極性変化の波形の振幅中心とが異なる場合において、フレームの極性の変化を説明する説明図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る二次元測色装置１の構成を示すブロック図である。二次元測色装置１は、光源色を測定する二次元測色計であり、受光部２及び本体部３を備える。

　二次元測色装置１の測定対象４は、液晶ディスプレイの画面のような発光体である。測定対象４の色に関する特性（例えば、色度）及び測定対象４の輝度が、二次元測色装置１によって測定される。

　受光部２は、光学レンズ５、ビームスプリッタ６、二次元領域測色センサ７及びスポット領域測色センサ８を備える。本実施形態において、二次元領域測色センサ７が、第１の光学センサであり、スポット領域測色センサ８が、第２の光学センサである。

　光学レンズ５は、測定対象４からの光Ｌを集束する。ビームスプリッタ６（光分割部の一例）は、集束された光Ｌを二分割する。詳しく説明すると、ビームスプリッタ６は、上記集束された光Ｌの一部を透過し、残りを反射する。透過した光を光Ｌ１とし、反射した光を光Ｌ２とする。ビームスプリッタ６は、集束された光Ｌのうち、例えば、１０パーセントを透過し、９０パーセントを反射する。

　光Ｌ１の光路には、二次元領域測色センサ７が配置されている。二次元領域測色センサ７は、二次元イメージセンサ（不図示）を備え、光Ｌ１を受光することにより、測定対象４における二次元領域（例えば、液晶ディスプレイの画面全体又は画面の一部）の光源色を撮像し、撮像した二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する。各画素とは、二次元イメージセンサの各画素を指している。本実施形態では、各画素の色を示す信号として、ＸＹＺ表色系のＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を例に説明するが、各画素の色を示す信号であればよい（例えば、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）。Ｙ信号は、輝度信号であり、二次元領域の画像の各画素の輝度を示す。二次元イメージセンサは、例えば、ＣＣＤであり、二次元領域を測定範囲とする光学センサである。

　光Ｌ２の光路には、スポット領域測色センサ８が配置されている。スポット領域測色センサ８は、二次元領域測色センサ７が撮像する測定対象４の二次元領域に含まれるスポット領域（例えば、液晶ディスプレイの画面全体の中の一点）を測定範囲とする。スポット領域は、画角が、例えば０．１～３度であり、二次元領域よりも狭い。

　スポット領域測色センサ８は、三つのフォトダイオードを備え、光Ｌ２を受光することにより、スポット領域の光源色を示す、ＸＹＺ表色系のＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号をそれぞれ出力する。Ｙ信号は、輝度信号であり、スポット領域の輝度を示す。

　受光部には第１変形例及び第２変形例がある。図２は、第１変形例に係る受光部２ａの構成を示す模式図である。二次元領域測色センサ７は、光学レンズ５の光軸上に配置されている。スポット領域測色センサ８は、光学レンズ５の光軸以外の箇所から、光学レンズ５を通過した光Ｌを受光できる位置に配置されている。

　図３は、第２変形例に係る受光部２ｂの構成を示す模式図である。二次元領域測色センサ７は、光学レンズ５の光軸上に配置されている。スポット領域測色センサ８は、光Ｌのうち、二次元領域測色センサ７の受光面７０で反射された成分を受光できる位置に配置されている。第１変形例及び第２変形例によれば、ビームスプリッタ６（図１）を設けることなく、測定対象４からの光Ｌを、二次元領域測色センサ７及びスポット領域測色センサ８にそれぞれ受光させることができる。

　図１を参照して、本体部３は、制御処理部９、入力部１０及び出力部１１を備える。

　制御処理部９は、ＡＤ変換回路、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等によって実現されるマイクロコンピュータであり、図４に示すように、機能ブロックとして、二次元領域輝度・色度演算部２１、スポット領域輝度・色度演算部２２、輝度校正部２３、色度校正部２４、フリッカ測定部２５及び設定部２６を備える。これらのブロックの詳細は、後で説明する。

　入力部１０は、外部からコマンド（命令）やデータ等を二次元測色装置１に入力するための装置であり、例えば、タッチパネルやキーボード等である。あるいは、入力部１０は、測定対象４や測定条件に応じて、外部コントローラ（パソコン等）が設定したコマンドやデータ等を二次元測色装置１に入力するためのインターフェース部（ＵＳＢ端子等）を利用した装置でもよい。出力部１１は、入力部１０から入力されたコマンドやデータ、及び、制御処理部９の演算結果等を出力するための装置であり、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や有機ＥＬディスプレイ等の表示装置や、例えば、プリンタ等の印刷装置である。

　図１及び図４を参照して、二次元領域輝度・色度演算部２１（第１の測定部の一例）は、所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、二次元領域測色センサ７から出力されたＸ信号、Ｙ信号及びＺ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の色度を演算する。スポット領域輝度・色度演算部２２（第３の測定部の一例）は、スポット領域測色センサ８から出力されたＸ信号、Ｙ信号及びＺ信号を用いて、スポット領域の色度を演算する。

　輝度校正部２３は、スポット領域輝度・色度演算部２２で演算されたスポット領域の輝度を用いて、二次元領域輝度・色度演算部２１で演算された二次元領域の画像の各画素について、輝度を校正する。これにより、二次元領域の輝度をより高精度で測定することができる。

　色度校正部２４（校正部の一例）は、スポット領域輝度・色度演算部２２で演算されたスポット領域の色度を用いて、二次元領域輝度・色度演算部２１で演算された二次元領域の画像の各画素について、色度を校正する。これにより、二次元領域の色度をより高精度で測定することができる。なお、この処理に類似する処理が、上記特許文献１に詳細に説明されている。

　フリッカ測定部２５（第２の測定部の一例）は、測定対象４に発生するフリッカを測定する。フリッカは　スポット領域測色センサ８から出力された輝度信号（Ｙ信号）を用いて測定される。フリッカの測定方式として、コントラスト方式とＪＥＩＴＡ（Ｊａｐａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）方式とがある。フリッカ測定部２５は、コントラスト方式でフリッカを測定するが、ＪＥＩＴＡ方式でフリッカを測定してもよい。

　図５は、スポット領域測色センサ８から出力された輝度信号の一例を示すグラフである。横軸が時間を示し、縦軸が輝度信号を示す。輝度信号は、直流成分の上に交流成分が積み重なっていると見ることができる。輝度信号の波形は、サインカーブ状である。輝度信号の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎ、とすると、ＶｍａｘとＶｍｉｎとが交互に繰り返される。

　コントラスト方式によるフリッカ値は、以下の式で定義される。
　　フリッカ値＝交流成分／直流成分
　　　　　　　＝（Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎ）／｛（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２｝×１００

　フリッカ測定部２５は、フリッカ周期及びフリッカの大きさを示す指標値を算出する。フリッカ周期は、輝度信号の周期であり、隣り合うＶｍａｘとＶｍｉｎとにおいて、これらの時間間隔Ｔ１を２倍した値がフリッカ周期となる。

　フリッカの大きさを示す指標値は、Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎである。フリッカ値を指標値にしてもよい。

　このように、フリッカ周期及び指標値は、Ｖｍａｘ及びＶｍｉｎを基にして算出される。フリッカ測定部２５は、コントラスト方式を利用して、Ｖｍａｘ及びＶｍｉｎを以下のようにして求める。図６は、これらを求めるための一連の処理を説明する説明図である。フリッカ測定部２５は、（Ａ）に示すスポット領域測色センサ８から出力されたアナログの輝度信号に対して、（Ｂ）に示す周波数特性を有するローパスフィルタを用いて、この輝度信号に含まれる高調波成分を除去する。このローパスフィルタは、６０Ｈｚより大きい周波数をカットする。（Ｃ）は、高調波成分が除去された後の輝度信号を示す。

　フリッカ測定部２５は、（Ｃ）に示す輝度信号に対して、（Ｄ）に示すように、サンプリング期間をＴ２として、サンプリングをし、（Ｅ）に示すように、輝度信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。このサンプリングの周波数は、二次元領域測色センサ７によって二次元領域の色に関する特性を測定するときのフレームレートより高くされている。（Ｅ）において、黒丸がデジタル値に対応しており、デジタル値が数百個となるように、サンプリング周波数及びサンプリング期間Ｔ２が設定される。

　サンプリング期間Ｔ２におけるデジタル値の中で、最大値をＶ１ｍａｘ、最小値をＶ１ｍｉｎとする。フリッカ測定部２５は、Ｖ１ｍａｘ、Ｖ１ｍｉｎを決定し、Ｖ１ｍａｘを示す時刻ｔ１とＶ１ｍｉｎを示す時刻ｔ２との時間間隔Ｔ１を算出する。

　フリッカ測定部２５は、（Ｅ）に示すサンプリング期間Ｔ２のデジタル値を、（Ｆ）に示す周波数特性を有するデジタルローパスフィルタで処理する。このローパスフィルタの周波数特性は、（Ｂ）に示す周波数特性と同じである。フリッカ測定部２５は、（Ｂ）に示す周波数特性を有するローバスフィルタで輝度信号を処理することにより、輝度信号が減衰している。そこで、フリッカ測定部２５は、（Ｆ）に示す周波数特性を有するローパスフィルタで、（Ｅ）に示すサンプリング期間Ｔ２のデジタル値を処理することにより、減衰を回復させる。

　このローパスフィルタで処理がされた後のＶ１ｍａｘ、Ｖ１ｍｉｎがそれぞれ、Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎとなる。

　以上説明したように、フリッカ測定部２５は、スポット領域測色センサ８から出力された輝度信号を、所定期間についてサンプリングし、サンプリングして得られた値の中から最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとを決定する。これは、フリッカ値の算出方式の１つであるコントラスト方式によって決定された最大値及び最小値を意味する。コントラスト方式によれば、フリッカ値を高速で測定できるので、コントラスト方式を利用するフリッカ測定部２５によれば、フリッカ周期を測定する速度を向上させることができ、その結果、二次元測色装置１によれば、二次元領域の色の特性の測定に要する時間を短くできる。

　二次元領域測色センサ７は、ＣＣＤのような二次元撮像素子を備えており、二次元撮像素子を用いた測定は、フレームレートが低い。従って、二次元領域測色センサ７を用いてフリッカを測定した場合、サンプリング周波数（＝フレームレート）が低いので、測定時間が長くなる。フリッカ測定部２５によれば、スポット領域の輝度を測定するスポット領域測色センサ８を用いてフリッカを測定する。従って、スポット領域測色センサ８から出力された信号（スポット領域の輝度を示す信号）のサンプリング周波数を、二次元領域測色センサ７を用いた測定（二次元領域の色に関する特性の測定）のフレームレートより高くできるので、フリッカ周期の測定に要する時間を短くでる。従って、二次元測色装置１において、二次元領域の色の特性の測定に要する時間を短くできる。

　図４に示す設定部２６について説明する。二次元領域輝度・色度演算部２１によって測定対象４の輝度及び色度を測定するときのフレームレートの逆数をフレーム時間とする。設定部２６は、二次元領域輝度・色度演算部２１によって測定対象４の輝度及び色度を測定するときの露光時間が、フリッカ測定部２５で算出されたフリッカ周期以上のとき、フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とするフレームレートを設定し、露光時間がフリッカ周期より短いとき、フリッカ周期を１より大きい整数で割った値をフレーム時間とするフレームレートを設定する。

　本実施形態に係る二次元測色装置１の動作を説明する。図７及び図８は、その動作を説明するフローチャートである。図４及び図７を参照して、操作者は、入力部１０（図１）を操作して、露光時間及びフレームレートを入力する。これにより、制御処理部９は、入力された露光時間及びフレームレートを、露光時間の初期値及びフレームレートの初期値として記憶する（ステップＳ１）。なお、制御処理部９が、測定対象４の周囲の明るさを基にして、露光時間の初期値及びフレームレートの初期値を計算して、記憶してもよい。

　操作者が入力部１０を操作して測定開始を指示する入力をしたとき、スポット領域測色センサ８（第２の光学センサの一例）は、測定対象４のスポット領域（例えば、液晶ディスプレイの画面の一点）からの光を受光し、スポット領域の色を示すＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を出力する（ステップＳ２）。

　フリッカ測定部２５（第２の測定部の一例）は、ステップＳ２のＹ信号（輝度信号）を用いて、測定対象４で発生しているフリッカについて、フリッカの大きさを示す指標値、及び、フリッカ周期を算出する（ステップＳ３）。指標値は、図５で説明した最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの差である。

　二次元領域輝度・色度演算部２１（第１の測定部の一例）は、ステップＳ３で算出された指標値が予め定められた値を超えているか否かを判断する（ステップＳ４）。

　二次元領域輝度・色度演算部２１が、指標値が予め定められた値以下と判断した場合（ステップＳ４でＮｏ）、すなわち、測定対象４で発生しているフリッカの大きさが、測定対象４の二次元領域の輝度及び色度の測定に影響を与えない場合、二次元領域の輝度及び色度が通常の方法で測定される。詳しく説明すると、二次元領域輝度・色度演算部２１は、ステップＳ１で記憶された露光時間の初期値及びフレームレートの初期値の下で、二次元領域測色センサ７（第１の光学センサの一例）から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の色度を演算し、そのＹ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の輝度を演算する（ステップＳ５）。

　スポット領域輝度・色度演算部２２（第３の測定部の一例）は、ステップＳ２で説明したスポット領域測色センサ８から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、スポット領域の色度を演算し、Ｙ信号（輝度信号）を用いて、スポット領域の輝度を演算する。輝度校正部２３は、スポット領域の輝度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ５で演算された輝度を校正する（ステップＳ６）。色度校正部２４は、スポット領域の色度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ５で演算された色度を校正する（ステップＳ６）。

　出力部１１は、ステップＳ６で校正された輝度及び色度を表示する（ステップＳ７）。これにより、二次元測色装置１の動作が終了する。

　二次元領域輝度・色度演算部２１が、指標値が予め定められた値を超えている判断した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、すなわち、測定対象４で発生しているフリッカの大きさが、測定対象４の二次元領域の輝度及び色度の測定に影響を与える場合、ステップＳ８へ進む。図４及び図８を参照して、ステップＳ８において、設定部２６は、ステップＳ１で記憶された露光時間の初期値が、ステップＳ３で測定されたフリッカ周期以上であるか否かを判断する。

　設定部２６が、露光時間の初期値が、フリッカ周期以上であると判断した場合（ステップＳ８でＹｅｓ）、フレーム時間を決定する（ステップＳ９）。フレーム時間とは、フレームレートの逆数である。

　図９、図１０及び図１１は、露光時間の初期値が、フリッカ周期以上の場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第１例、第２例、第３例を示す模式図である。これらの図において、グラフの波形は、輝度信号の波形を示し、グラフの横軸は、時間を示し、グラフの縦軸は、輝度信号の値（電圧）を示している。設定部２６は、フリッカ周期に１以上の整数Ｎ１を掛けた値となるフレーム時間を決定する。この決定方法の一例を説明する。

　図９を参照して、設定部２６は、露光時間の初期値が、フリッカ周期に１以上の整数Ｎ１を掛けた値の場合、露光時間の初期値をフレーム時間と決定する。ここでの整数Ｎ１は、例えば、３である。

　図１０及び図１１を参照して、設定部２６は、露光時間の初期値が、フリッカ周期に１以上の整数Ｎ１を掛けた値でない場合、露光時間の初期値に時間ｄ１を加えた値が、フリッカ周期に１以上の整数Ｎ１を掛けた値になる時間ｄ１を演算し、又は、露光時間の初期値から時間ｄ２を引いた値が、フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値になる時間ｄ２を演算する。時間ｄ１は、露光時間の初期値に時間ｄ１を加えた値が、露光過多にならない値が選択される。時間ｄ２は、露光時間の初期値から時間ｄ２を引いた値が、露光過少にならない値が選択される。

　設定部２６は、図１０に示すように、露光時間の初期値に演算した時間ｄ１を加えた値、又は、図１１に示すように、露光時間の初期値から演算した時間ｄ２を引いた値をフレーム時間と決定する。

　設定部２６は、ステップＳ９で決定されたフレーム時間を、フレーム時間とするフレームレートを設定する（ステップＳ１０）。すなわち、ステップＳ９で決定されたフレーム時間の逆数が、フレームレートに設定される。

　二次元領域輝度・色度演算部２１は、ステップＳ９で決定されたフレーム時間を露光時間とし、この露光時間、及び、ステップＳ１０で設定されたフレームレートの下で、二次元領域測色センサ７から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の色度を演算し、そのＹ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の輝度を演算する（ステップＳ１１）。

　スポット領域輝度・色度演算部２２は、ステップＳ２で説明したスポット領域測色センサ８から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、スポット領域の色度を演算し、Ｙ信号（輝度信号）を用いて、スポット領域の輝度を演算する。輝度校正部２３は、スポット領域の輝度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１１で演算された輝度を校正する（ステップＳ１２）。色度校正部２４は、スポット領域の色度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１１で演算された色度を校正する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ７へ進む。

　設定部２６が、露光時間の初期値が、フリッカ周期より小さいと判断した場合（ステップＳ８でＮｏ）、フレーム時間を決定する（ステップＳ１３）。

　図１２及び図１３は、露光時間の初期値が、フリッカ周期より小さい場合において、露光時間、フリッカ周期及びフレーム時間の関係の第１例、第２例を示す模式図である。これらの図において、グラフの波形は、輝度信号の波形を示し、グラフの横軸は、時間を示し、グラフの縦軸は、輝度信号の値（電圧）を示している。設定部２６は、フリッカ周期を１より大きい整数Ｎ２で割った値となるフレーム時間を決定する。この決定方法の一例を説明する。

　設定部２６は、露光時間の初期値以上のフレーム時間のうち、フリッカ周期を１より大きい整数Ｎ２で割った値をフレーム時間として決定する。Ｎ２は、露出過少とならない値が選択される。ここでは、Ｎ２が、例えば、３として説明する。

　図１２は、設定部２６が決定したフレーム時間が露光時間の初期値と一致する場合を示し、図１３は、設定部２６が決定したフレーム時間が露光時間の初期値より大きくなる場合を示している。

　設定部２６は、ステップＳ１３で決定されたフレーム時間を、フレーム時間とするフレームレートを設定する（ステップＳ１４）。すなわち、ステップＳ１３で決定されたフレーム時間の逆数が、フレームレートに設定される。

　二次元領域輝度・色度演算部２１は、ステップＳ１で記憶された露光時間の初期値を露光時間とし、この露光時間、及び、ステップＳ１４で設定されたフレームレートの下で、二次元領域測色センサ７から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の色度を演算し、そのＹ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の輝度を演算する（ステップＳ１５）。

　二次元領域輝度・色度演算部２１は、ステップＳ１３で決定されたフレーム時間が、ステップＳ１５の露光時間（露光時間の初期値）より大きいか、又は、一致するかを判断する（ステップＳ１６）。二次元領域輝度・色度演算部２１が、図１２に示すように、フレーム時間と露光時間とが一致すると判断した場合（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１７へ進む。

　スポット領域輝度・色度演算部２２は、ステップＳ２で説明したスポット領域測色センサ８から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、スポット領域の色度を演算し、Ｙ信号（輝度信号）を用いて、スポット領域の輝度を演算する。輝度校正部２３は、スポット領域の輝度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１５で演算された輝度を校正する（ステップＳ１７）。色度校正部２４は、スポット領域の色度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１５で演算された色度を校正する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ７へ進む。

　二次元領域輝度・色度演算部２１が、図１３に示すように、フレーム時間が露光時間より大きいと判断した場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１８へ進む。図１４に示すように、二次元領域輝度・色度演算部２１は、フレームの位相を、フレーム時間から露光時間（露光時間の初期値）を引いた値Ｄだけシフトさせ、ステップＳ１５の露光時間（露光時間の初期値）及びフレームレートの条件の下で、二次元領域測色センサ７から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の色度を演算し、そのＹ信号を用いて、測定対象４の二次元領域の画像について、各画素の輝度を演算する（ステップＳ１８）。

　二次元領域輝度・色度演算部２１は、二次元領域の画像の各画素のそれぞれについて、ステップＳ１５で演算された輝度とステップＳ１８で演算された輝度とを加算平均した値を、二次元領域の画像の各画素の輝度とする（ステップＳ１９）。二次元領域輝度・色度演算部２１は、二次元領域の画像の各画素のそれぞれについて、ステップＳ１５で演算された色度とステップＳ１８で演算された色度とを加算平均した値を、二次元領域の画像の各画素の色度とする（ステップＳ１９）。

　スポット領域輝度・色度演算部２２は、ステップＳ２で説明したスポット領域測色センサ８から出力されたＸ信号、Ｙ信号、Ｚ信号を用いて、スポット領域の色度を演算し、Ｙ信号（輝度信号）を用いて、スポット領域の輝度を演算する。輝度校正部２３は、スポット領域の輝度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１９で演算された輝度を校正する（ステップＳ２０）。色度校正部２４は、スポット領域の色度を用いて、測定対象４の二次元領域の画像の各画素について、ステップＳ１９で演算された色度を校正する（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ７へ進む。

　なお、ユニフォミティを求める場合、ステップＳ６、ステップＳ１２、ステップＳ１７、ステップＳ２０の後、二次元領域輝度・色度演算部２１は、測定対象４の画面のサイズ（例えば、２３８０×１２００）を、例えば、７×５に分割して、ユニフォミティを算出する。

　本実施形態の主な効果を説明する。本実施形態に係る二次元測色装置１は、露光時間がフリッカ周期以上の場合（ステップＳ８でＹｅｓ）と、露光時間がフリッカ周期より短い場合（ステップＳ８でＮｏ）とに着目する。設定部２６は、前者の場合、フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とするフレームレートを設定し（ステップＳ９、図９～図１１）、後者の場合、フリッカ周期を１より大きい整数で割った値をフレーム時間とするフレームレートを設定する（ステップＳ１３、図１２、図１３）。このような関係が、フレーム時間とフリッカ周期との間に成立すれば、フリッカの影響を少なくすることができる。従って、本実施形態に係る二次元測色装置１によれば、二次元領域を測定範囲とする光学センサ（二次元領域測色センサ７）を用いた、色に関する特性の測定において、フリッカの影響を少なくできる。

　また、本実施形態によれば、図１３に示すように、露光時間の初期値が、フリッカ周期より短く、かつ、設定部２６によって設定されたフレームレートにおけるフレーム時間より短い場合（ステップＳ８でＮｏ、ステップＳ１６でＹｅｓ）、露光時間の初期値及び設定部２６によって設定されたフレームレートの条件の下で、二次元領域の色の特性を測定して第１の測定値を算出し（ステップＳ１５）、図１４に示すように、フレームの位相を、フレーム時間から露光時間を引いた値Ｄだけずらし、上記条件と同じ条件の下で、二次元領域の色の特性を測定して第２の測定値を算出し（ステップＳ１８）、第１の測定値と第２の測定値とを平均した値を算出する（ステップＳ１９）。

　露光時間の初期値が、フリッカ周期より短く、かつ、設定部２６によって設定されたフレームレートにおけるフレーム時間より短いとき（ステップＳ８でＮｏ、ステップＳ１６でＹｅｓ）、フリッカ周期の一部の期間しか露光されないことになり（図１３）、この時の測定値（すなわち第１の測定値）だけでは、フリッカの影響をキャンセルできない。そこで、本実施形態によれば、二次元領域輝度・色度演算部２１は、図１４に示すように、フレームの位相を、フレーム時間から露光時間を引いた値Ｄだけずらし、第１の測定値を求めたときの露光時間及びフレームレートの下で、測定対象４の色の特性を測定して第２の測定値を算出し、第１の測定値と第２の測定値とを平均した値を算出する。これにより、フレーム時間内の輝度変動が相殺され、フリッカの影響をキャンセルすることができる。

　本実施形態に係る二次元測色装置１は、図４に示すように、輝度校正部２３及び色度校正部２４を備えているが、これらを備えない態様でもよい。この態様では、スポット領域測色センサ８の替わりに、スポット領域の輝度を測定できる光学センサ（輝度センサ）を備える。

　（実施形態の纏め）
　本実施形態の第１の局面に係る二次元測色装置は、測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像し、撮像した前記二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する第１の光学センサと、前記二次元領域に含まれ、かつ、前記二次元領域より狭いスポット領域を測定範囲とし、前記スポット領域の輝度を示す信号を出力する第２の光学センサと、所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する第１の測定部と、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの周期であるフリッカ周期を測定する第２の測定部と、前記フレームレートの逆数をフレーム時間とし、前記露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する設定部と、を備え、前記第１の測定部は、前記設定部によって設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。

　本実施形態の第１の局面に係る二次元測色装置は、露光時間がフリッカ周期以上の場合と、露光時間がフリッカ周期より短い場合とに着目する。設定部は、前者の場合、フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とするフレームレートを設定し、後者の場合、フリッカ周期を１より大きい整数で割った値をフレーム時間とするフレームレートを設定する。このような関係が、フレーム時間とフリッカ周期との間に成立すれば、フリッカの影響を少なくすることができる。従って、本実施形態の第１の局面に係る二次元測色装置によれば、二次元領域を測定範囲とする光学センサを用いた、色に関する特性の測定において、フリッカの影響を少なくできる。なお、各画素とは、第１の光学センサの各画素を指している。

　上記構成において、前記第２の測定部は、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの大きさを示す指標値を測定し、前記第１の測定部は、前記指標値が予め定められた値を超えていれば、前記設定部で設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定し、前記指標値が予め定められた値以下であれば、前記設定部で前記フレームレートが設定される前に予め定められていた前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。

　第１の測定部が、指標値が予め定められた値を超えている判断した場合、すなわち、測定対象で発生しているフリッカの大きさが、測定対象の二次元領域の色に関する特性の測定に影響を与える場合、設定部で設定されたフレームレートの下で、二次元領域の色に関する特性を測定する。これに対して、第１の測定部が、指標値が予め定められた値以下と判断した場合、すなわち、測定対象で発生しているフリッカの大きさが、測定対象の二次元領域の色に関する特性の測定に影響を与えない場合、予め定められていたフレームレートの下で、二次元領域の色に関する特性を測定する。すなわち、通常の方法で二次元領域の色に関する特性を測定する。

　上記構成において、前記第２の測定部は、前記第２の光学センサから出力された、前記スポット領域の輝度を示す信号を、所定期間についてサンプリングし、サンプリングして得られた値の中から最大値と最小値とを決定し、前記最大値を示す時刻と前記最小値を示す時刻との差の二倍を、前記フリッカ周期とする。

　第２の測定部は、第２の光学センサから出力された信号（スポット領域の輝度を示す信号）を、所定期間についてサンプリングし、サンプリングして得られた値の中から最大値と最小値とを決定する。これは、フリッカ値の算出方式の１つであるコントラスト方式によって決定された最大値及び最小値を意味する。コントラスト方式によれば、フリッカ値を高速で測定できるので、コントラスト方式を利用するこの構成によれば、フリッカ周期を測定する速度を向上させることができ、その結果、二次元領域の色の特性の測定に要する時間を短くできる。

　上記構成において、前記第２の測定部は、前記第２の光学センサから出力された、前記スポット領域の輝度を示す信号を、前記フレームレートより高いサンプリング周波数でサンプリングする。

　二次元領域測色センサは、ＣＣＤのような二次元撮像素子を備えており、二次元撮像素子を用いた測定は、フレームレートが低い。従って、二次元領域測色センサを用いてフリッカを測定した場合、サンプリング周波数（＝フレームレート）が低いので、測定時間が長くなる。この構成によれば、スポット領域の輝度を測定する第２の光学センサを用いてフリッカを測定する。従って、第２の光学センサから出力された信号（スポット領域の輝度を示す信号）のサンプリング周波数を、二次元領域測色センサを用いた測定（二次元領域の色に関する特性の測定）のフレームレートより高くできるので、フリッカ周期の測定に要する時間を短くでき、その結果、二次元領域の色の特性の測定に要する時間を短くできる。

　上記構成において、前記第１の測定部は、前記露光時間が、前記フリッカ周期より短く、かつ、前記設定部によって設定された前記フレームレートにおける前記フレーム時間より短い場合、前記露光時間及び前記設定部によって設定された前記フレームレートの条件の下で、前記二次元領域の色の特性を測定して第１の測定値を算出し、フレームの位相を、前記フレーム時間から前記露光時間を引いた値だけずらし、前記条件の下で、前記二次元領域の色の特性を測定して第２の測定値を算出し、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを平均した値を算出する。

　露光時間が、フリッカ周期より短く、かつ、設定部によって設定されたフレームレートにおけるフレーム時間より短いとき、フリッカ周期の一部の期間しか露光されないことになり、この時の測定値（すなわち第１の測定値）だけでは、フリッカの影響をキャンセルできない。そこで、この構成によれば、第１の測定部は、フレームの位相を、フレーム時間から露光時間を引いた値だけずらし、第１の測定値を求めたときの露光時間及びフレームレートの下で、測定対象の色の特性を測定して第２の測定値を算出し、第１の測定値と第２の測定値とを平均した値を算出する。これにより、フレーム時間内の輝度変動が相殺され、フリッカの影響をキャンセルすることができる。

　上記構成において、前記第２の光学センサは、前記スポット領域の三刺激値を示す三つの信号を出力し、前記三つの信号の一つは、前記スポット領域の輝度を示す信号であり、前記第２の光学センサを用いて、前記スポット領域の色に関する特性を測定する第３の測定部と、前記第３の測定部で測定された値を用いて、前記第１の測定部で測定された前記二次元領域の各画素の色に関する特性の値を校正する校正部と、をさらに備える。

　この構成によれば、二次元領域の色に関する特性をより高精度に測定することができる。

　上記構成において、前記測定対象からの光を二分割する光分割部をさらに備え、前記第１の光学センサは、前記二分割された一方の光の光路に配置されており、前記第２の光学センサは、前記二分割された他方の光の光路に配置されている。

　この構成によれば、測定対象からの光を、光分割部を利用して、第１の光学センサ及び第２の光学センサに送ることができる。

　本実施形態の第２の局面に係る二次元測色方法は、測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像し、撮像した前記二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する第１の光学センサと、前記二次元領域に含まれ、かつ、前記二次元領域より狭いスポット領域を測定範囲とし、前記スポット領域の輝度を示す信号を出力する第２の光学センサと、を備える二次元測色装置を用いる測色方法であって、所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する第１のステップと、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの周期であるフリッカ周期を測定する第２のステップと、前記フレームレートの逆数をフレーム時間とし、前記露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する第３のステップと、を備え、前記第１のステップは、前記第３のステップによって設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する。

　本実施形態の第２の局面に係る二次元測色方法は、本実施形態の第１の局面に係る二次元測色装置と同様の理由により、フリッカの影響を少なくできる。

　この出願は、２０１５年９月２日に出願された日本国特許出願特願２０１５－１７２６９６を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

　本発明によれば、二次元測色装置及び二次元測色方法を提供することができる。

Claims

　測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像し、撮像した前記二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する第１の光学センサと、
　前記二次元領域に含まれ、かつ、前記二次元領域より狭いスポット領域を測定範囲とし、前記スポット領域の輝度を示す信号を出力する第２の光学センサと、
　所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する第１の測定部と、
　前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの周期であるフリッカ周期を測定する第２の測定部と、
　前記フレームレートの逆数をフレーム時間とし、前記露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する設定部と、を備え、
　前記第１の測定部は、前記設定部によって設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する二次元測色装置。
　前記第２の測定部は、前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの大きさを示す指標値を測定し、
　前記第１の測定部は、前記指標値が予め定められた値を超えていれば、前記設定部で設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定し、前記指標値が予め定められた値以下であれば、前記設定部で前記フレームレートが設定される前に予め定められていた前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する請求項１に記載の二次元測色装置。
　前記第２の測定部は、前記第２の光学センサから出力された、前記スポット領域の輝度を示す信号を、所定期間についてサンプリングし、サンプリングして得られた値の中から最大値と最小値とを決定し、前記最大値を示す時刻と前記最小値を示す時刻との差の二倍を、前記フリッカ周期とする請求項１又は２に記載の二次元測色装置。
　前記第２の測定部は、前記第２の光学センサから出力された、前記スポット領域の輝度を示す信号を、前記フレームレートより高いサンプリング周波数でサンプリングする請求項３に記載の二次元測色装置。
　前記第１の測定部は、前記露光時間が、前記フリッカ周期より短く、かつ、前記設定部によって設定された前記フレームレートにおける前記フレーム時間より短い場合、前記露光時間及び前記設定部によって設定された前記フレームレートの条件の下で、前記二次元領域の色の特性を測定して第１の測定値を算出し、フレームの位相を、前記フレーム時間から前記露光時間を引いた値だけずらし、前記条件の下で、前記二次元領域の色の特性を測定して第２の測定値を算出し、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを平均した値を算出する請求項１～４のいずれか一項に記載の二次元測色装置。
　前記第２の光学センサは、前記スポット領域の三刺激値を示す三つの信号を出力し、
　前記三つの信号の一つは、前記スポット領域の輝度を示す信号であり、
　前記第２の光学センサを用いて、前記スポット領域の色に関する特性を測定する第３の測定部と、
　前記第３の測定部で測定された値を用いて、前記第１の測定部で測定された前記二次元領域の各画素の色に関する特性の値を校正する校正部と、をさらに備える請求項１～５のいずれか一項に記載の二次元測色装置。
　前記測定対象からの光を二分割する光分割部をさらに備え、
　前記第１の光学センサは、前記二分割された一方の光の光路に配置されており、
　前記第２の光学センサは、前記二分割された他方の光の光路に配置されている請求項１～６のいずれか一項に記載の二次元測色装置。
　測定対象における二次元領域を測定範囲として撮像し、撮像した前記二次元領域の画像について、各画素の色を示す信号を出力する第１の光学センサと、前記二次元領域に含まれ、かつ、前記二次元領域より狭いスポット領域を測定範囲とし、前記スポット領域の輝度を示す信号を出力する第２の光学センサと、を備える二次元測色装置を用いる測色方法であって、
　所定の露光時間及び所定のフレームレートの下で、前記第１の光学センサを用いて、前記二次元領域の色に関する特性を測定する第１のステップと、
　前記第２の光学センサを用いて、前記測定対象に生じるフリッカの周期であるフリッカ周期を測定する第２のステップと、
　前記フレームレートの逆数をフレーム時間とし、前記露光時間が前記フリッカ周期以上のとき、前記フリッカ周期に１以上の整数を掛けた値をフレーム時間とする前記フレームレートを設定し、前記露光時間が前記フリッカ周期より短いとき、前記フリッカ周期を１より大きい整数で割った値を前記フレーム時間とする前記フレームレートを設定する第３のステップと、を備え、
　前記第１のステップは、前記第３のステップによって設定された前記フレームレートの下で、前記二次元領域の色に関する特性を測定する二次元測色方法。