(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】二次元分光装置
(51)【国際特許分類】
G01M 11/00 20060101AFI20231205BHJP
G01J 3/46 20060101ALI20231205BHJP
【FI】
G01M11/00 T
G01J3/46 Z
(21)【出願番号】P 2021525954
(86)(22)【出願日】2020-05-14
(86)【国際出願番号】 JP2020019271
(87)【国際公開番号】W WO2020250619
(87)【国際公開日】2020-12-17
【審査請求日】2022-12-23
(31)【優先権主張番号】P 2019109818
(32)【優先日】2019-06-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099885
【氏名又は名称】高田 健市
(72)【発明者】
【氏名】平尾 祐亮
(72)【発明者】
【氏名】原田 孝仁
(72)【発明者】
【氏名】八代 武大
【審査官】横尾 雅一
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-033391(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2016/0161294(US,A1)
【文献】特開2014-157131(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2012/0038751(US,A1)
【文献】特開2007-248196(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01M 11/00 - G01M 11/08
G01J 3/00 - G01J 3/52
H04N 17/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物の少なくとも1つの発光素子の発光領域を含む領域を計測領域とし、前記計測領域における複数の波長毎の光の強度であるデータキューブを出力する二次元分光装置であって、
前記発光素子の発光領域は前記計測領域よりも小さく、
前記複数の波長毎の強度測定値に基づいて、前記計測領域の画像の画素毎に、発光領域の抽出用データを作成する抽出用データ作成手段と、
前記抽出用データに対する第1の閾値を設定する閾値設定手段と、
前記抽出用データが前記第1の閾値以上又は第1の閾値を超える画素を抽出し、抽出した画素の領域を前記発光領域
である第1の発光領域とする抽出手段と、
を備え
、
前記閾値設定手段は前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値を設定し、
前記抽出手段は、前記抽出用データが前記第1の閾値を超えないが前記第2の閾値以上又は第2の閾値を超える画素を抽出し、抽出した画素の領域を第2の発光領域とする二次元分光装置。
【請求項2】
前記抽出用データ作成手段は、ピーク波長における強度を前記抽出用データとする請求項1に記載の二次元分光装置。
【請求項3】
前記抽出用データ作成手段は、任意に設定された波長範囲の強度に重み付けをして抽出用データとする請求項1に記載の二次元分光装置。
【請求項4】
前記波長範囲は赤色、緑色、青色の各波長範囲である請求項3に記載の二次元分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、少なくとも一つの発光素子を有するディスプレイ等の測定対象物からの光の強度を、波長毎に分光して測定可能な二次元分光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
上記のような二次元分光装置はハイパースペクトルカメラとも称され、計測領域の各画素毎に異なる波長の強度分布をデータとして持つことができる。例えば、350nmから800nmの範囲を5nmごとの90バンドに分割し、90の各波長に応じた強度分布のデータを、計測領域の全域において持つことができる。
【0003】
ところで、発光素子を有するディスプレイは、LEDやOLEDといった自然光光源を用いることで、発光効率や鮮やかさを向上させてきている。また、発光光源のサイズは徐々に小さくなり、ディスプレイの解像度も高くなり、発光素子を分光評価することは困難になってきている。これまではスポット分光装置を用いて評価領域100μm内の分光スペクトルの平均値で充分な評価ができていたが、任意の発光素子に着目して分光評価したい場合、その実現が困難な状況になっている。このため、発光素子の発光領域を精度良く抽出することの必要性が高まっている。
【0004】
なお特許文献1には、測光領域を過度に大きくすることなく、測光量の測定精度を向上させることができる二次元測色装置が提案されている。具体的には、二次元測色装置は、二次元に配置された第1画素を有し、所定の色が表示されたカラーディスプレイ画面の画像を撮像する二次元撮像部と、2以上の第1画素を含む複数の測光領域を、複数の測定領域に対応させて設定し、測光領域に対応する測定領域の測光量(例えば、色度)について、二次元測色装置とカラーディスプレイ画面との位置関係による測定バラツキが所定の範囲に収まるように、測光領域を調節する第1処理を、複数の測光領域のそれぞれに対して実行する調節部と、を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載された二次元測色装置は、発光素子の発光領域の抽出に関連する技術ではなく、このため、発光素子の発光領域を精度良く抽出することに対して、解決策を提供しうるものではない。
【0007】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、発光素子の発光領域を精度良く抽出して、任意の発光素子についての分光評価を可能とする二次元分光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的は以下の手段によって達成される。
(1)測定対象物の少なくとも1つの発光素子の発光領域を含む領域を計測領域とし、前記計測領域における複数の波長毎の光の強度であるデータキューブを出力する二次元分光装置であって、前記発光素子の発光領域は前記計測領域よりも小さく、前記複数の波長毎の強度測定値に基づいて、前記計測領域の画像の画素毎に、発光領域の抽出用データを作成する抽出用データ作成手段と、前記抽出用データに対する第1の閾値を設定する閾値設定手段と、前記抽出用データが前記第1の閾値以上又は第1の閾値を超える画素を抽出し、抽出した画素の領域を前記発光領域である第1の発光領域とする抽出手段と、を備え、前記閾値設定手段は前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値を設定し、前記抽出手段は、前記抽出用データが前記第1の閾値を超えないが前記第2の閾値以上又は第2の閾値を超える画素を抽出し、抽出した画素の領域を第2の発光領域とする二次元分光装置。
(2)前記抽出用データ作成手段は、ピーク波長における強度を前記抽出用データとする前項1に記載の二次元分光装置。
(3)前記抽出用データ作成手段は、任意に設定された波長範囲の強度に重み付けをして抽出用データとする前項1に記載の二次元分光装置。
(4)前記波長範囲は赤色、緑色、青色の各波長範囲である前項3に記載の二次元分光装置。
【発明の効果】
【0009】
前項(1)に記載の発明によれば、二次元分光装置は、測定対象物の1つの発光素子の発光領域を含む領域を計測領域とし、計測領域における複数の波長毎の光の強度であるデータキューブを出力する。複数の波長毎の強度測定値に基づいて、計測領域の画像の画素毎に、発光領域の抽出用データを作成する。さらに抽出用データに対する第1の閾値が設定され、抽出用データが第1の閾値以上又は第1の閾値を超える画素が抽出され、抽出された画素の領域が発光素子の発光領域である第1の発光領域として抽出される。
【0010】
このように、発光素子の発光領域を自動的に抽出することができるから、抽出された発光領域を計測領域に設定することができる。その結果、例えば測定対象物がディスプレイのように、100μm乃至数十μm幅程度の微小な発光素子が多数並ぶ光源を分光評価する場合、評価したい光源のみを含む領域についてデータを取得することができる。特に、発光素子の発光領域が、計測領域として設定しやすい四角形や円形でない場合、手動で発光領域を設定するとなると多大な労力を要するのに対し、本発明では、自動的に発光領域を抽出できるから、多大な労力を要することなく、発光領域を計測領域に設定することができる。
また、第1の閾値よりも小さい第2の閾値を設定し、抽出用データを、第1の閾値及び第2の閾値と比較することにより、発光強度が弱く、想定と異なる領域を光らせてしまっている光漏れ等による第2の発光領域を抽出することができる。
【0011】
前項(2)に記載の発明によれば、ピーク波長における強度を抽出用データとすることで、発光領域の抽出を容易に行うことができる。特に、近年の自発光のディスプレイ等では、赤色、緑色、青色といった特徴的な波長にピークを持つ構成が主流となっており、こうした各色のサブピクセルの発光領域を抽出するのに最適なものとなる。
【0012】
前項(3)に記載の発明によれば、任意に設定された波長範囲の強度に重み付けをして抽出用データとするから、ノイズの影響が少なくより精度の高い発光領域の抽出を行うことができる。
【0013】
前項(4)に記載の発明によれば、赤色、緑色、青色の各波長範囲の強度に重み付けをして抽出用データとするから、各色のサブピクセルの発光領域を抽出するのに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】この発明の一実施形態に係る二次元分光装置の構成を示すブロック図である。
【
図3】赤色発光素子のスペクトル分布の一例を示すグラフである。
【
図4】
図2の一部を拡大して示すもので、発光領域、非発光領域のそれぞれに対応する画素についての説明図である。
【
図5】各発光素子の発光領域を抽出した状態を示す図である。
【
図7】赤色、緑色、青色の各発光素子のスペクトル分布の一例を示す図である。
【
図8】
図6の測定対象物における赤色発光領域を抽出した状態を示す図である。
【
図9】
図6の測定対象物における緑色発光領域を抽出した状態を示す図である。
【
図10】
図6の測定対象物における青色発光領域を抽出した状態を示す図である。
【
図11】
図6の測定対象物における各発光素子の発光領域を抽出した状態を示す図である。
【
図12】赤色、緑色、青色の各発光素子のスペクトル分布の他の例を示すグラフである。
【
図13】本来の発光素子の他に、励起光として利用されず漏れ出てしまった弱い青色発光部を有する被測定物の一例を示す図である。
【
図14】青色発光部からの光のスペクトル分布と第1及び第2の閾値との関係を示すグラフである。
【
図15】青色発光部の発光領域を抽出した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、この発明の一実施形態に係る二次元分光装置1の構成を示す図である。二次元分光装置1はいわゆるハイパースペクトルカメラと称されるものであり、この実施形態では、ディスプレイのような複数の発光素子3を有する光源を測定対象物2としている。
【0018】
図1に示すように、二次元分光装置1は、受光センサ11と、スペクトル測定部12と、抽出用データ作成部13と、閾値設定部14と、抽出部15を備えている。
【0019】
受光センサ11は、二次元に配置された複数の画素を有している。スペクトル測定部12は、受光センサ11の各画素で受光した測定対象物2からの光の強度を複数の波長λ毎に測定して、データキューブを出力するものである。光の強度を複数の波長毎に測定して、データキューブを出力する方法については公知であるので、説明は省略するが、空中スキャン方式でも良く、波長スキャン方式でも良く、受光センサの各画素にバンド数分の異なる波長を露光する受光領域を設けた方式でもよく、任意の方式を用いれば良い。
【0020】
抽出用データ作成部13は、受光センサ11により得られた測定対象物2の計測領域の画像の各画素が、発光領域であるかどうかを判断するための抽出用データを、スペクトル測定部12で測定された複数の波長についての強度測定値に基づいて、画素毎に作成する。この点については後述する。
【0021】
閾値設定部14は、作成された抽出用データに対して閾値を設定するものである。閾値は予め設定されていても良いし、ユーザーにより設定されても良い。
【0022】
抽出部15は、作成された抽出用データと設定された閾値との比較により、発光領域であると判断される画素を抽出し、抽出された画素の領域を発光領域4として抽出する。具体的には、抽出用データが前記第1の閾値以上又は第1の閾値を超える場合に、その画素は発光領域であると判断する。
【0023】
次に、発光素子3の発光領域4の具体的な抽出処理について説明する。
[第1の実施形態]
この実施形態では、
図2に示すように、単色の赤色(ピーク波長670nm)発光素子31が縦横に等間隔(例えば30μm間隔)で並んでいるディスプレイを測定対象物2とし、
図2の描画領域を受光センサ11による計測領域5とする。従って
図2に示すように、発光素子31の発光領域(実線で囲んだ部分)41は計測領域5よりも小さく、計測領域5内に少なくとも1個合計複数個の発光素子31の発光領域41が存在している。
【0024】
発光領域41の抽出が必要なときは、ユーザーは図示しないモードボタン等を操作して、抽出モードを設定する。抽出モードが設定されると、計測領域5の画像の画素毎に複数の波長についての強度が測定される。つまり、計測領域5に対し、各波長で測定された2次元強度分布のデータ(データキューブ)が得られる。測定された強度を校正することで、輝度を得ることができる。
【0025】
測定された赤色発光素子31のスペクトル分布の一例を
図3に示す。
図3に示されたスペクトル分布は、
図4に示すように、発光素子31の発光領域41に対応する画素について測定されたスペクトルであり、赤色の波長範囲において強度が強くなっている。一方、
図4に示すように、発光素子31、31間の非発光領域に対応する画素について、各波長における強度はゼロに近くなる。
【0026】
次に、画素毎に抽出用データを作成する。抽出用データの一例としては、測定されたスペクトル分布におけるピーク波長λ1の強度Pを挙げることができる。ピーク波長λ1は各画素毎に測定されたスペクトル分布のピーク波長であっても良いし、代表的な赤色スペクトル分布におけるピーク波長でも良いし、計測領域5の全域の画素、あるいは任意の参照領域内の画素についてのピーク波長の平均値であっても良い。
【0027】
あるいはまた、赤色の波長範囲(570nm~750nm)を着目波長範囲とし、この着目波長範囲において赤色発光のスペクトル分布に合わせて測定データに重み付けを行い、着目波長範囲における強度を演算して抽出用データとしても良い。スペクトル分布に合わせた重み付けは、着目波長範囲の中央値の近傍では測定データの重みを大きくし、着目波長範囲の境界値に近付くほど測定データの重みを小さくして、着目波長範囲における全体の強度を演算合成し、着目波長範囲の強度とする。なお、着目波長範囲をユーザーが設定できるようにしても良い。このように、着目波長範囲において測定データに重み付けを行って着目波長範囲の強度を求め抽出用データを作成した方が、発光素子31の発光ばらつきの影響を抑制でき、より精度の高い発光領域41の抽出を行える点で望ましい。
【0028】
抽出用データに対して、
図3に破線で示すように閾値(第1の閾値に相当)S1を設定する。閾値S1は、例えば代表的な赤色スペクトル分布における最大値の50%であっても良いし、計測領域5の全域の画素、あるいは任意の参照領域内の画素についての最大値の50%であっても良いし、他の値であっても良い。また、閾値はユーザーが設定しても良い。
【0029】
ここで、抽出用データが閾値S1以上又は閾値S1を超える画素は、発光素子31の発光領域41に対応し、閾値S1を下回る又は閾値S1以下の画素は発光素子31、31間の非発光領域に対応する。つまり計測領域5内の各画素について、抽出用データが閾値S1以上かどうか、又は閾値S1を超えるかどうかを調べ、閾値S1以上又は閾値S1を超える画素を抽出し、抽出された画素の領域を発光領域とする。このような処理により、
図5に破線で囲んだように、各発光素子31の発光領域41が自動的に抽出される。抽出された発光領域41は画面上に表示されても良く、抽出された任意の発光領域41を画面上等で計測領域として設定することができる。従って、設定された独立する計測領域ごとにスペクトルを再度測定演算し、発光素子31毎の発光スペクトルを評価することができる。
【0030】
本実施形態では全て同じ発光スペクトルを持つ赤色発光素子31が並んでいる場合について示しており、発光素子31毎にスペクトルを再度計算しても同じスペクトル分布となる。しかし、発光素子31が発光波長にバラツキを持つ場合、発光スペクトルは発光素子31ごとに異なる。
【0031】
このようにこの実施形態では、複数の波長毎の測定値に基づいて発光領域41の抽出用データが作成され、さらに抽出用データに対する閾値S1が設定され、抽出用データが第1の閾値S1以上又は第1の閾値S1を超える画素の領域が発光領域41として抽出される。このように、発光素子31の発光領域41を自動的に抽出することができるから、抽出された発光領域41を計測領域に設定することができる。その結果、例えば測定対象物がディスプレイのように、100μm乃至数十μm幅程度の微小な発光素子が多数並ぶ光源を分光評価する場合、評価したい光源のみを含む領域についてデータを取得することができる。特に、発光素子31の発光領域41が、計測領域として設定しやすい四角形や円形でない場合、手動で発光領域を設定するとなると多大な労力を要するのに対し、本発明では、自動的に発光領域を抽出できるから、多大な労力を要することなく、発光領域を計測領域に設定することができる。
[第2の実施形態]
第1の実施形態では、測定対象物2の発光素子31が単色の赤色である場合について説明したが、この実施形態は、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の各発光素子が混在している場合の例である。
【0032】
具体的には、
図6に示すように、赤色発光素子31、緑色発光素子32、青色発光素子33が縦列に同一色で等間隔(例えば30μm間隔)に配置され、横列には交互に等間隔(例えば30μm間隔)で配置されたディスプレイを測定対象物2としている。
【0033】
図6の描画領域を受光センサ11の計測領域5とする。各発光素子31~33の発光領域41~43は計測領域5よりも小さく、計測領域5内に各発光素子31~33について少なくとも1個合計複数個の発光領域41~43が存在している。
【0034】
各発光素子31~33の発光領域の抽出が必要なときは、ユーザーは図示しないモードボタン等を操作して、抽出モードを設定する。抽出モードが設定されると、計測領域5の画像の画素毎に複数の波長についての強度が測定される。つまり、計測領域5に対し、各波長で測定された2次元強度分布のデータが得られる。測定された強度を校正することで、輝度を得ることができる。
【0035】
赤色、緑色、青色の各発光素子31~33のスペクトル分布の一例を
図7に示す。
図7に示されたスペクトル分布は、矢印で示すように、赤色、緑色、青色の各波長範囲においてピーク波長とピーク強度を有する。従って、赤色、緑色、青色の発光素子31~33のうちいずれかの発光素子の発光領域に対応する画素については、ベクトル分布においていずれかのピークを示す。
【0036】
そこで、実施形態1と同様に、各画素のピーク波長におけるピーク強度を抽出用データとし、閾値を設定して抽出用データと比較し、計測領域5の画像の各画素について、抽出用データが閾値以上かどうか、又は閾値を超えるかどうかを調べ、閾値以上又は閾値を超える画素を抽出し、抽出された画素の領域を発光領域とする。
【0037】
図8は、赤色の波長範囲におけるピーク強度を抽出用データとしたときに、破線で囲んであるように、各赤色発光素子31の発光領域41を抽出した状態を示している。
【0038】
図9は、緑色の波長範囲におけるピーク強度を抽出用データとしたときに、破線で囲んであるように、各緑色発光素子32の発光領域42を抽出した状態を示している。
【0039】
図10は、青色の波長範囲におけるピーク強度を抽出用データとしたときに、破線で囲んであるように、各青色発光素子33の発光領域43を抽出した状態を示している。
【0040】
なお、抽出された各色の発光領域41~43は各色毎に画面上に表示されても良いし、
図11に示すように、各色の発光領域41~43が合成された状態で画面上に表示されても良い。
【0041】
こうして、抽出された赤色、緑色、青色の各発光素子31~33の任意の発光領域41~43を、画面上等において計測領域に設定することができる。従って、設定された独立する計測領域ごとにスペクトルを再度測定演算し、発光素子31~33毎の発光スペクトルを評価することができる。
[第3の実施形態]
第2の実施形態では、各画素についての抽出用データがピーク波長におけるピーク強度である場合について説明したが、赤色の波長範囲(570nm~750nm)、緑色の波長範囲(500nm~600nm)、青色の波長範囲(400nm~500nm)を着目波長範囲とし、これらの各着目波長範囲において、赤色発光、緑色発光、青色発光の各スペクトル分布に合わせて測定データに重み付けを行い、各着目波長範囲における強度を演算して抽出用データとしても良い。
図12に示すスペクトル分布において、破線で囲まれた範囲が青色波長範囲を、一点鎖線で囲まれた範囲が緑色波長範囲を、二点鎖線で囲まれた範囲が青色波長範囲を、それぞれ示している。
【0042】
スペクトル分布に合わせた重み付けは、各着目波長範囲の中央値の近傍では測定データの重みを大きくし、着目波長範囲の境界値に近付くほど測定データの重みを小さくして、各着目波長範囲における全体の強度を演算合成し、着目波長範囲の強度とすれば良い。この場合も、抽出用データと閾値との比較を行うことで、
図8~
図10に示した発光領域と同様の発光領域を抽出することができる。この場合も、抽出された各色の発光領域41~43は各色毎に画面上に表示されても良いし、
図11に示すように、各色の発光領域41~43が合成された状態で画面上に表示されても良い。
【0043】
なお、着目波長範囲を3個としたが、2個でも良いし或いは4個以上でも良く、ユーザーが任意に選択できるようにしても良い。
[第4の実施形態]
この実施形態では、発光領域かどうかを判定するための閾値が異なる値で2個設定されている。
【0044】
ディスプレイ等では、
図13の測定対象物2に示すように、青色に蛍光発色させた緑色や赤色光を発光素子に用いることがある。このような場合に、本来の発光素子33の他に、励起光として利用されず漏れ出てしまった弱い青色発光部33aが生じることがある。本実施形態では、このような弱い青色発光部33aの発光領域を抽出する。
【0045】
青色発光部33aの発光領域に存在する画素についての光のスペクトル分布を
図14に示す。
図14からわかるように、青色発光部33aからの光は青色波長においてピーク強度を有するが、ピーク強度は通常の青色発光素子33のピーク強度よりも小さく、第1~第3実施形態で使用した第1の閾値S1よりも小さく、第1の閾値S1との比較によっては発光領域を抽出できない。
【0046】
そこで、閾値S1よりも小さい第2の閾値S2を設定し、ピーク強度が第1の閾値S1を超えないが第2の閾値S2以上又は第2の閾値S2を超える画素を抽出し、抽出された画素の領域を
図15に示すように青色発光部33aの発光領域43aとする。
【0047】
なお、ピーク強度を抽出用データとして第1の閾値S1、第2の閾値S2と比較したが、青色波長範囲で強度に重み付けをして抽出用データを作成しても良い。また、ピーク強度等を第1の閾値S1、第2の閾値S2と直接に比較するのではなく、通常の青色発光素子33のピーク強度等との差分に基づいて、青色発光部33aからの光のピーク強度等と各閾値を比較評価しても良い。
【0048】
このように、第4の実施形態では、第1の閾値S1よりも小さい第2の閾値S2を設定し、抽出用データを、第1の閾値S1及び第2の閾値S2と比較することにより、発光強度が弱く、想定と異なる領域を光らせてしまっている光漏れ等による発光領域43aを抽出することができる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明は、少なくとも一つの発光素子を有するディスプレイ等の測定対象物からの光の強度を、波長毎に分光して測定する際に利用可能である。
【符号の説明】
【0050】
1 二次元分光装置
11 受光センサ
12 スペクトル測定部
13 強度断面作成部
14 閾値設定部
15 抽出部
2 測定対象物
3 発光素子
31 赤色発光素子
32 緑色発光素子
33 青色発光素子
33a 青色発光部
4、41~43、43a 発光領域
5 計測領域
5a、5b 画素
S1 第1の閾値
S2 第2の閾値