(57)【要約】【課題】ディスプレイの検査装置などとして用いられる２次元測色装置において、走査機構の小型化および走査時間の短縮を図る。【解決手段】２次元の測定対象物２から対物レンズ３を通して入射した光を、複数のマイクロミラー４ａが２次元配列され、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイ４によって、フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに順次入射させ、その透過光を結像レンズ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚによって１点の結像位置に結像させ、共用の２次元アレイセンサ９で光強度を測定し、演算部１０が２次元の測定対象物２内の各点における色度ｘ，ｙを判定する。したがって、走査機構の小型化および測定（走査）時間の短縮を実現できる。【選択図】図１
2010117149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元の測定対象物内の各点における色を測定する刺激値直読型の２次元測色装置において、
複数のマイクロミラーが２次元配列されて成り、対物レンズを通して入射した光を、前記対物レンズからの光経路外で、３つ以上の相互に異なる方向へ順次走査して反射可能なマイクロミラーアレイと、
前記対物レンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外で、前記マイクロミラーアレイの前記３つ以上の反射方向に走査された光を受光する２次元センサユニットと、
前記各２次元センサユニットの各センサ素子で測定された光強度から、前記２次元の測定対象物内の各点における色を演算する演算部とを含むことを特徴とする２次元測色装置。
【請求項２】
前記２次元センサユニットは、
３刺激値にそれぞれ対応したフィルタと、
前記各フィルタに個別に対応して設けられ、前記フィルタからの透過光を予め定める１点の結像位置に結像する結像レンズと、
前記１点の結像位置に配置される２次元アレイセンサとを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元測色装置。
【請求項３】
前記３つ以上の方向は、前記対物レンズの光軸に対して所定のオフセット角を有する面上で、かつ前記光軸と直交方向に相互に間隔を開けて設定されることを特徴とする請求項１記載の２次元測色装置。
【請求項４】
前記マイクロミラーアレイの走査および前記２次元センサユニットの測定動作を制御する測色制御部を備え、該測色制御部は、各マイクロミラーアレイを前記予め定める光の積分時間で順次走査させる予備測定を行わせ、その予備測定において各２次元センサユニットの各センサ素子で測定された光強度から、各センサ素子での受光量が略等しくなるように、各マイクロミラーアレイの走査時間を調整して本測定を行い、
前記演算部は、測定結果を前記調整された走査時間で除算した値から、色判定を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次元測色装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイの検査装置などとして用いられ、２次元の拡がりを持つ測定対象物内の各点を所定の光の積分時間ずつ順次走査して、それぞれの色を測定する２次元測色装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な測色装置は、測定対象物の表面上のスポット領域の色を測定するものであるが、広い測定領域に対する色を測定するには、２次元的に測定できる装置が必要である。そこで、そのような２次元測色装置として、分光測色計に比べて簡単な構造で、物体や光源の色を測定できる刺激値直読型の測色方法が特許文献１で提案されている。その従来技術によれば、２次元アレイセンサの手前に、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する３〜４種類のフィルタを順次切換えて配置して測定を行い、その測定結果から色度ｘ，ｙを求めるというものである。
【特許文献１】特開２００３−４２８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、フィルタ切換えを、フィルタを嵌め込んだディスクを回転させて行うというものであり、非常に大掛かりになり、装置の小型化が困難であるとともに、信頼性（耐久性）が低いという問題がある。また、フィルタの切換えに時間がかかり、測定（走査）に時間を要するという問題もある。
【０００４】
本発明の目的は、小型化することができるとともに、測定時間を短縮することができる２次元測色装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の２次元測色装置は、２次元の測定対象物内の各点における色を測定する刺激値直読型の２次元測色装置において、複数のマイクロミラーが２次元配列されて成り、対物レンズを通して入射した光を、前記対物レンズからの光経路外で、３つ以上の相互に異なる方向へ順次走査して反射可能なマイクロミラーアレイと、前記対物レンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外で、前記マイクロミラーアレイの前記３つ以上の反射方向に走査された光を受光する２次元センサユニットと、前記各２次元センサユニットの各センサ素子で測定された光強度から、前記２次元の測定対象物内の各点における色を演算する演算部とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、ディスプレイの検査装置などとして用いられ、２次元の測定対象物内の各点を、所定の光の積分時間で順次走査して、それぞれの色を測定する２次元測色装置において、対物レンズを通して入射した光を、複数のマイクロミラーが２次元配列され、ＤＭＤ（Dgital Micromirror Device）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などから成るマイクロミラーアレイによって、前記対物レンズからの光経路外で、３つ以上の相互に異なる方向へ順次走査して反射（偏向）させ、その反射（偏向）光の強度を、前記対物レンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外で、前記マイクロミラーアレイの前記３つ以上の反射方向にそれぞれ配置した刺激値直読型（フィルタ型）の２次元センサユニットで測定し、その測定結果から、演算部が前記２次元の測定対象物内の各点における色を演算する。
【０００７】
したがって、２次元の測定対象物内の各点の色を測定するにあたって、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイの微少変位によって前記各点の順次走査を実現するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、測定（走査）時間を短縮することができる。
【０００８】
また、本発明の２次元測色装置では、前記２次元センサユニットは、３刺激値にそれぞれ対応したフィルタと、前記各フィルタに個別に対応して設けられ、前記フィルタからの透過光を予め定める１点の結像位置に結像する結像レンズと、前記１点の結像位置に配置される２次元アレイセンサとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、マイクロミラーアレイによる反射方向が３つで、それぞれの反射位置にフィルタが配置されても、その透過光を結像レンズによって１点に集め、そこに各点の光強度を測定する２次元アレイセンサを配置する。
【００１０】
したがって、２次元アレイセンサを時分割で共用し、３つの刺激値をそれぞれ測定することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の２次元測色装置では、前記３つ以上の方向は、前記対物レンズの光軸に対して所定のオフセット角を有する面上で、かつ前記光軸と直交方向に相互に間隔を開けて設定されることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、マイクロミラーアレイによる前記３つ以上の反射方向の設定にあたって、先ず前記対物レンズの光軸に対して所定のオフセット角を設定することで、反射方向を前記対物レンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外とすることができ、さらにマイクロミラーの走査方向については、前記光軸と直交方向とする。
【００１３】
したがって、マイクロミラーを駆動する駆動部に該マイクロミラーを前記所定のオフセット角を持たせて取付けることで、前記駆動部には１軸のみの走査を行うものを使用することができ、前記駆動部を簡素化することができる。
【００１４】
また、本発明の２次元測色装置では、前記マイクロミラーアレイの走査および前記２次元アレイセンサの測定動作を制御する測色制御部を備え、該測色制御部は、各マイクロミラーアレイを前記予め定める光の積分時間で順次走査させる予備測定を行わせ、その予備測定において各２次元センサユニットの各センサ素子で測定された光強度から、各センサ素子での受光量が略等しくなるように、各マイクロミラーアレイの走査時間を調整して本測定を行い、前記演算部は、測定結果を前記調整された走査時間で除算した値から、色判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、前記ディスプレイのような２次元の測定対象物では、表示画像によっては、各点の輝度にばらつきのある場合がある。そこで、前記マイクロミラーアレイの走査および前記２次元アレイセンサの測定動作を制御する測色制御部を設け、この測色制御部で、各マイクロミラーアレイを前記予め定める光の積分時間で順次走査させる予備測定を行わせるようにし、その結果から、暗い点のセンサ素子については対応するマイクロミラーの走査時間（光の積分時間）を長く、明るい点のセンサ素子については短くして、各センサ素子の受光量を等しくして本測定を行う。その測定後は、演算部で測定結果を調整された走査時間で除算することで、調整分を補正し、その補正した値から色判定を行う。
【００１６】
したがって、測定対象物の各点の輝度にばらつきがあっても、略等しいＳ／Ｎで測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の２次元測色装置は、以上のように、ディスプレイの検査装置などとして用いられ、２次元の測定対象物内の各点を、所定の光の積分時間で順次走査して、それぞれの色を測定する刺激値直読型の２次元測色装置において、対物レンズを通して入射した光を、複数のマイクロミラーが２次元配列され、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイによって、前記対物レンズからの光経路外で、３つ以上の相互に異なる方向へ順次走査して反射（偏向）させ、その反射（偏向）光の強度を、前記対物レンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外で、前記マイクロミラーアレイの前記３つ以上の反射方向にそれぞれ配置した２次元センサユニットで測定し、その測定結果から、演算部が前記２次元の測定対象物内の各点における色を演算する。
【００１８】
それゆえ、２次元の測定対象物内の各点の色を測定するにあたって、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイの微少変位によって前記各点の順次走査を実現するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、測定（走査）時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の第１の形態に係る２次元測色装置１の光学系を説明するための斜視図であり、図２はその光路図である。この２次元測色装置１は、ディスプレイの検査などのために用いられ、２次元の測定対象物２内の各点を順次走査して、３刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚから、それぞれの色度ｘ，ｙおよび必要に応じて輝度Ｌｖを測定するものである。注目すべきは、この２次元測色装置１は、前記測定対象物２の像を対物レンズ３で取込み、その対物レンズ３の焦点位置には、複数のマイクロミラー４ａが２次元配列されて成るマイクロミラーアレイ４が配置されていることである。そして、このマイクロミラーアレイ４は、入射光を３つ以上（本実施の形態では、前記３刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ対応した３つの方向に、対物レンズ３（入射）方向を加えた４つとする）の相互に異なる方向へ順次走査して反射可能であり、反射光は、固定ミラー５を介して、前記対物レンズ３からマイクロミラーアレイ４までの光経路外に配置される２次元センサユニット６に入射する。
【００２０】
前記２次元センサユニット６では、前記マイクロミラーアレイ４からの反射光は、前記３刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれのフィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに入射し、前記各刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分が抽出された後、各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに対応して設けられる結像レンズ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚによって１点の結像位置に結像され、その１点の結像位置に配置される２次元アレイセンサ９の各センサ素子によって前記各刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分の強度が測定される。その測定された光強度から、演算部１０は、前記２次元の測定対象物２内の各点における前記色度ｘ，ｙおよび輝度Ｌｖを判定する。
【００２１】
前記色度ｘ，ｙおよび輝度Ｌｖの求め方は、以下の通りである。先ず、前記各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚは、２次元アレイセンサ９の各センサ素子との組合わせで、ＣＩＥ１９３１で規定された等色関数ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）に近似した分光応答度をもつように設計されている。演算部１０に入力された各センサ素子の出力は、信号増幅され、アナログ／デジタル変換される。ここで得られた各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚの出力に対応するデジタル値Ｘ，Ｙ，Ｚは、測定対象物２の或る点の分光放射輝度をＳ（λ）、センサ素子の各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚでの分光応答度をｘ’（λ），ｙ’（λ），ｚ’（λ）とすると、
Ｘ＝∫Ｓ（λ）・ｘ’（λ）ｄλ                              ・・・（１−１）
Ｙ＝∫Ｓ（λ）・ｙ’（λ）ｄλ                              ・・・（１−２）
Ｚ＝∫Ｓ（λ）・ｚ’（λ）ｄλ                              ・・・（１−３）
となる（ここで、λは波長。波長範囲は可視光の波長領域。）。そして、得られたデジタル値Ｘ，Ｙ，Ｚを用いて、下記の演算を行うことで、色度ｘ，ｙおよび輝度Ｌｖを算出することができる。
【００２２】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）                                      ・・・（２−１）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）                                      ・・・（２−２）
Ｌｖ＝Ｙ                                                      ・・・（２−３）
前記マイクロミラーアレイ４は、ＤＭＤ（Dgital Micromirror Device）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などから成り、各マイクロミラー４ａは、走査制御回路１１によって電圧が印加されることで、個別に、参照符号４ｖで示すチルト方向と参照符号４ｈで示すパン方向との２軸走査（偏向）が可能となっている。また、電圧が印加されないと、ミラー面を平行、すなわち光軸と垂直に保ち、したがって入射光を対物レンズ３（入射）方向に反射する。このマイクロミラー４ａは、２次元アレイセンサ９の各センサ素子に対して、予め対応関係が定められている。たとえば、マイクロミラー４ａ１個に対して、センサ素子が１０個という具合である。解像度は、前記マイクロミラー４ａの分解能と２次元アレイセンサ９の分解能との粗い（素子数が少ない）方によって決定される。上述の例では、図２で示すように、対物レンズ３によって、マイクロミラーアレイ４上で測定対象物２の像が一旦結像されているが、対物レンズ３の後にマイクロレンズアレイを挿入し、平行光にして、結像しないようにしてもよい。
【００２３】
上述のように構成される２次元測色装置１において、前記マイクロミラーアレイ４の走査および前記２次元センサユニット６の測定動作を制御する測色制御部１２が設けられており、その測色制御部１２は、各マイクロミラーアレイ４を予め定める光の積分時間で順次走査させる予備測定を行わせ、その予備測定において２次元アレイセンサ９の各センサ素子で測定された光強度（前記デジタル値Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、各センサ素子での受光量が略等しくなるように、各マイクロミラーアレイ４の走査時間を調整して本測定を行う。
【００２４】
具体的には、測色制御部１２は、先ず、後述する通常の測定を前記予め定める光の積分時間（露光時間）、すなわちマイクロミラー４ａを既定の走査時間ずつ、順次各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに振り向け、前記各刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分の強度測定を行い、その測定結果から、演算部１０で、輝度値Ｌｖを求める前記予備測定を１または複数回行う。こうして得られた２次元の測定対象物２内の各点の輝度値或いはその平均値などから、測色制御部１２は、次に、暗い点のセンサ素子については対応するマイクロミラーの走査時間（光の積分時間）を長く、明るい点のセンサ素子については短くするように、各マイクロミラー４ａの走査時間を決定し、本測定にあたって、走査制御回路１１に設定する。１つのマイクロミラー４ａに対して、２次元アレイセンサ９のセンサ素子が複数対応している場合には、各センサ素子の予備測定の結果の平均値や最大輝度値に対応して、走査時間が決定されればよい。
【００２５】
本測定では、前記通常の測定を設定された走査時間で行うことになり、順次各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを使用して、前記各刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分の強度測定を行う。詳しくは、測定開始時点では、総てのマイクロミラー４ａは、前記各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚの何れか（図２では８Ｙ）に向けて走査（偏向）しており、設定された走査時間が経過すると、図３で示すように、そのミラー４ｂだけ、走査制御回路１１は、前述のように印加電圧を０として、ミラー面を平行に切換え、入射光を対物レンズ３（入射）方向に反射させ、センサ素子へ向わないようにする。この反射方向の切換えの際、一部のマイクロミラーで、他のマイクロミラーの光路と交差し、反射光が他のフィルタやセンサ素子に入射してしまう可能性があるが、前記ＤＭＤやＭＥＭＳ素子の動きは俊敏であり、殆ど問題にはならない。
【００２６】
こうして、設定された走査時間の最も長い値が経過して、総てのマイクロミラー４ａが対物レンズ３（入射）方向に復帰すると、走査制御回路１１は、図２において、参照符号４ｃで示すように、総てのマイクロミラー４ａを次のフィルタ８Ｚに向けて走査を行わせる。一方、演算部１０にはまた、前記測色制御部１２から走査制御回路１１に設定された前記走査時間が入力されており、該演算部１０は、上述のようにして総ての刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分の強度測定を行った後、その測定結果を、上述のようにして調整された走査時間で除算することで、調整分を補正し、その補正した値から、前記色度ｘ，ｙおよび必要に応じて輝度Ｌｖを演算する。これによって、ディスプレイなどの測定対象物２の各点からのセンサ受光量を等しくして、本測定を行うことができ、測定対象物２の各点の輝度にばらつきがあっても、略等しいＳ／Ｎで測定を行うことができるようになっている。なお、測定の信頼性を上げるため、本測定の動作も、複数回繰り返して行われてもよい。
【００２７】
以上のように、本実施の形態の２次元測色装置１では、対物レンズ２を通して入射した光を、複数のマイクロミラー４ａが２次元配列され、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイ４によって、刺激値直読型の２次元センサユニット６で測定し、その測定結果から、演算部１０が前記２次元の測定対象物２内の各点における色度ｘ，ｙを演算するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、測定（走査）時間を短縮することができる。
【００２８】
また、前記刺激値直読型の２次元センサユニット６を、３つの刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ成分に対応したフィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚと、前記各フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに個別に対応して設けられ、前記フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚからの透過光を予め定める１点の結像位置に結像する結像レンズ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚと、前記１点の結像位置に配置される２次元アレイセンサ９とを備えて構成することで、２次元アレイセンサ９を時分割で共用し、３つの刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ測定することができる。
【００２９】
このような２次元測色装置１の校正は、既存の点（スポット）測定が可能な３刺激値測色計の校正と同様に行うことができる。すなわち、校正用光源に、基準となる点測定が可能な３刺激値測色計を用意し、校正用光源のＷＲＧＢそれぞれに対し、２次元アレイセンサ９の１画素１画素に対応するその校正用光源の１点１点を、前記基準となる３刺激値測色計で測定して３刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを求め、これを列ベクトルＡ’＝（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）とする。同様に、校正用光源に対して、本実施の形態の２次元測色装置１によって、ＷＲＧＢそれぞれに対し通常測定を行い、測定結果の列ベクトルＡ＝（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。そして、Ａ’＝ＷＡが成立するような３×３行列Ｗを求め、補正係数として、実際の本測定時に、測定結果をこの行列Ｗでマトリクス校正する。
【００３０】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の第２の形態に係る２次元測色装置２１の全体構成を示すブロック図である。この２次元測色装置２１は、前述の２次元測色装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。前述のマイクロミラーアレイ４の各マイクロミラー４ａが、チルト方向４ｖとパン方向４ｈとの２軸走査（偏向）が可能なＤＭＤまたはＭＥＭＳ素子から成るのに対して、注目すべきは、本実施の形態では、マイクロミラーアレイ２４のマイクロミラー２４ａは、該マイクロミラー２４ａを駆動する図示しない駆動部に、対物レンズ３の光軸３ａに対して所定のオフセット角θを有するように取付けられ（図５の例では、チルト方向に）、前記駆動部には１軸のみの走査（偏向）を行うものが使用されることである。
【００３１】
このため、２次元センサユニット２６では、前記フィルタ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚおよびそれに対応する結像レンズ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚが、前記光軸３ａと直交方向で、前記１軸で走査可能なパン方向（１次元方向）４ｈに相互に間隔を開けて配置される。このように構成することで、前記マイクロミラーアレイ２４における駆動部および走査制御回路１１などを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る２次元測色装置の光学系を説明するための斜視図である。
【図２】前記２次元測色装置の光路図である。
【図３】前記２次元測色装置の走査（露光）時間調整動作を説明するための光路図である。
【図４】本発明の実施の第２の形態に係る２次元測色装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，２１    ２次元測色装置
２    測定対象物
３    対物レンズ
４，２４    マイクロミラーアレイ
４ａ，４ｂ，４ｃ，２４ａ    マイクロミラー
５    固定ミラー
６，２６    ２次元センサユニット
７Ｘ，７Ｙ，７Ｚ    フィルタ
８Ｘ，８Ｙ，８Ｚ    結像レンズ
９    ２次元アレイセンサ
１０    演算部
１１    走査制御回路
１２    測色制御部
【図１】
2010117149.tif 000003
【図２】
2010117149.tif 000004
【図３】
2010117149.tif 000005
【図４】
2010117149.tif 000006