JP4715703B2 - 光学フレア検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタによって得られる投射画像において問題となる光学フレアを、プロジェクタの検査段階において評価するための光学フレア検査装置および検査方法に関する。

スクリーン上に所望の画像を拡大投射するためには一般にプロジェクタが用いられている。こうしたプロジェクタは、例えば、特許文献１の図１に示されるように、投射光源と、色分離光学系と、光変調装置と、クロスダイクロイックプリズムと、投射レンズとからなる。ここで、投射光源は、水銀、またはハロゲンランプ等であり、単色でない光を発する。色分離光学系は、この光をダイクロイックミラーによって三色の色光Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に分離する。光変調装置は、分離されたＲＧＢの３種類の光束のそれぞれに対して設けられ、投射する画像のＲＧＢ情報に応じてそれぞれの光束を例えば液晶パネルによって変調する。クロスダイクロイックプリズムは、変調された３種類の光束を合成して光学像を形成する。最後に、投射レンズは、この光学像を拡大し、所望の画像を拡大してスクリーン上に投射する。

こうしたプロジェクタにおいては、投射画像における光学フレア（以下、フレア）の発生が問題になる。フレアは、投射画像における本来の発光領域（明るい領域）の周辺において発生する、本来の輝度よりも明るく表示される領域である。フレアは投射レンズを初めとする、プロジェクタの光学素子に起因して発生し、フレアが存在する投射画像は本来の画像を正確に再現したものとはならない。このため、こうしたプロジェクタの製造・検査工程において、スクリーン上の投射画像におけるフレアを検出し、評価する技術は重要である。こうした技術には、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されているものがある。特許文献１では、フレアの発生原因が投射レンズにある場合の投射レンズの検査方法が記載され、特許文献２では、プロジェクタ全体としての検査方法が記載されている。こうしたプロジェクタのフレア検査時には、フレアを検査するための検査パターンを用い、検査対象となるプロジェクタや投射レンズを用いて鮮明なこの検査パターンの投写画像を得る。このためには、各液晶パネルを投写レンズのフォーカスの位置に正確に配置するフォーカス調整を行なう。また、各液晶パネルの画素を合わせ込み、各液晶パネルの相対位置をアライメント調整して投射レンズに入る光軸を合わせ込み、ダイクロイックプリズムを含む光学装置に各液晶パネルを接合する。その後、所定の検査パターンをスクリーンに投射し、例えば投射レンズに起因するフレア量を目視で測定する。例えば、３枚の液晶パネルおよびクロスダイクロイックプリズムを含む光学装置を評価対象とする場合、まず、各液晶パネルの画像形成領域に光束を入射させ、クロスダイクロイックプリズムにおける光入射端面に入射し光出射端面から射出した光束をスクリーンに投射する。投射された検査パターンの投射画像を撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）で撮像して、画像取り込み装置で投射実画像を取り込み、画像処理部で投射画像を拡大表示する。あるいは、スクリーン上で作業者が目視によってフレア量を目視判定、目測によってフレア検査を行う。

撮像にＣＣＤカメラを用いる場合、例えば、標準的な投射レンズをマスターレンズとして検査装置に予め組み込んだものや、フレアの発生がほとんどない良好なプロジェクタを用いた場合の投射画像を撮像し、その撮像データを見本として記憶させることができる。この場合、この見本と評価対象の投射レンズを用いた場合の投射画像とを比較し、フレアを判定することができる。この場合も、投射画像を拡大表示して作業者が目視で比較判定を行なう。

このように、上記のフレア検査方法においては、装置の複雑な調整を行った後に、最終的に人間（作業者）が目視でフレアを検出していた。

特開２００１−４４９２号公報 特開２００４−４５８０９号公報

人間の目視によるフレア検出方法では、例えば、投射画像の発光領域に対しおおむね５０％程度の明るさ程度までをフレアと認識するという、検査作業者の主観的で感覚に依存した判断がなされていた。従って、作業者間によるばらつきや目の疲労による品質のばらつき、投射画像の見栄えの差異による誤判断が生じやすかった。

また、目視技能に優れる検査作業者にとっては、投射画像における明るい領域は、例えば、本来の発光領域と、３種類の(濃い、薄い、極めて薄い)フレアという、輝度による４種類に分類できることが経験的に知られている。この場合、これらの境界や、その基準となる各種類のフレアの数値基準を具体的に記述することは困難であった。さらに、輝度の絶対値等はプロジェクタの使用の態様に依存して変化する。例えば、光源の明るさが変動すれば輝度は変動し、同じ仕様のプロジェクタであっても、製造ロットによって、投射画像の輝度やフレア形状は異なることがある。さらに、投射倍率もプロジェクタの使用の態様によって変化し、この倍率によって、投射画像全体の大きさや輝度が変動する。こうした状況のすべてに対して普遍的に適合し、目視判定による感覚と一致し、上記のフレア種類を識別するロバストな判定規格の設定は困難であった。このため、フレア検査の自動化は極めて難しく、最終的には人間の感覚による評価が主に行われていた。

一方、光学的な計測値を元にしてフレアの判定を行なえば、検査を自動化して行うことが可能となるが、最終的には、人間の目視における投射画像の見栄えが重要であることも事実である。しかしながら、各フレア種類の目視における見栄えの感覚と、スクリーン上で測定されるプロジェククタ光学系の物理的な特性を示す光学的数値とを具体的に対応させる手段は存在しない。このため、フレアにおいては、例えば照度のような光学的数値と人間の目視感覚による感覚値とを対応させることは困難であった。従って、測定された光学的数値が良好であっても、実際には人間にとって見栄えの悪い投射画像である場合もあり、光学的数値を評価することにより適切な評価ができるとは限らなかった。すなわち、人間の視覚によらずに、人間の感覚と適合したフレア検査を行うことは特に困難であった。

このように、従来のフレアの検査方法においては、人間の感覚に適合した評価を自動化して行うことが困難であった。このため、フレア検査を再現性よく高い効率で行うことは困難であった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、上記課題を解決するプロジェクタの光学フレア検査方法および検査装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、発光画素を有する検査パターンをプロジェクタによって拡大投射した投射画像をスクリーン上に形成し、前記投射画像中において認識される本来の発光領域とフレアとを分類して検査する光学フレア検査装置であって、前記投射画像を撮像した画像を投射実画像として取り込む画像取り込み装置と、前記投射実画像を解析する画像処理装置とを有し、該画像処理装置は、前記投射実画像における各画素の輝度の出現頻度分布を作成し、該出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が本来の発光領域とフレアのいずれに含まれるかを判定するフレア検出・分類部を有することを特徴とする光学フレア検査装置に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記フレアが複数の種類に分類される場合に、前記フレア検出・分類部は、前記出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が前記複数の種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記輝度の出現頻度分布において、ピークと谷との組み合わせで複数の輝度の範囲が決定され、前記投射実画像中の各画素の輝度が前記複数の輝度の範囲のいずれに含まれるかを判定することにより、前記投射画像中の各画素が本来の発光領域および前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項２に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記画像処理装置は、前記フレアがＮ種類に分類される場合に、i番目のフレアに属する画素からなる領域の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
で求められるフレア規格量ＦＬ（ｉ）を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記画像処理装置は、前記投射実画像における各画素の輝度Ｉから、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、

で求められるフレア感覚量THflを求め、前記複数種類のフレア内の画素の最小輝度をMIN（I_FL(i)）、前記複数種類のフレアに属する画素の最大輝度をMAX（I_FL(i)）として、前記THflが、
の範囲にあるかどうかを判定することにより、前記各画素が前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項４に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、前記画像処理装置は、前記検査パターンにおける発光画素の最小単位に対応した前記投射実画像中の幅を基準単位として前記フレアの幅を規格化して定量化するピッチ演算部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、前記画像処理装置は、前記投射実画像における前記発光領域間の間隔と、前記検査パターンにおける発光画素間の画素数とから前記基準単位を算出することを特徴とする請求項６に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記画像処理装置は、複数種類のフレアが存在した場合に、該複数種類のフレアに属する画素からなる領域内の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ、Ｎはフレア種類の数）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
で求められるFL(i)を第一のフレア規格量として算出し、さらに前記複数種類のフレアの幅の総和を前記基準単位で規格化した量を第二のフレア規格量として算出し、前記画像処理装置は、前記第一のフレア規格量と前記第二のフレア規格量とから前記プロジェクタの投射性能の良否の判定を行なう画質判定部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記投射画像はカラー画像であり、前記画像処理装置は、前記投射実画像をモノクロ画像に変換して、前記出現頻度分布を作成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記モノクロ画像への変換において、前記投射実画像中の各画素の輝度をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分毎にそれぞれＩ_Ｒ、Ｉ_Ｇ、Ｉ_Ｂとして取り込み、前記投射実画像中の各画素の輝度Ｉを、
と変換することを特徴とする請求項９に記載の光学フレア検査装置に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、発光画素を有する検査パターンをプロジェクタによって拡大投射した投射画像をスクリーン上に形成し、前記投射画像中において認識される本来の発光領域とフレアとを分類して検査する光学フレア検査方法であって、前記投射画像を撮像した画像を投射実画像として取り込む工程と、前記投射実画像を解析する工程とを有し、前記投射実画像を解析する工程において、前記投射実画像における各画素の輝度の出現頻度分布を作成し、該出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が本来の発光領域とフレアのいずれに含まれるかを判定することを特徴とする光学フレア検査方法に存する。
請求項１２記載の発明の要旨は、前記フレアが複数の種類に分類される場合に、前記投射実画像を解析する工程において、前記出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が前記複数の種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１１に記載の光学フレア検査方法に存する。
請求項１３記載の発明の要旨は、前記輝度の出現頻度分布において、ピークと谷との組み合わせで複数の輝度の範囲が決定され、前記投射実画像中の各画素の輝度が前記複数の輝度の範囲のいずれに含まれるかを判定することにより、前記投射画像中の各画素が本来の発光領域および前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１２に記載の光学フレア検査方法に存する。
請求項１４記載の発明の要旨は、前記投射実画像を解析する工程において、複数種類のフレアが存在した場合に、該複数種類のフレアに属する画素からなる領域内の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ、Ｎはフレア種類の数）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
で求められるFL(i)を第一のフレア規格量として算出し、前記検査パターンにおける発光画素の最小単位に対応した前記投射実画像中の幅を基準単位として前記フレアの幅を規格化した量を第二のフレア規格量として算出し、前記第一のフレア規格量と前記第二の規格量とから前記プロジェクタの投射性能の良否の判定を行なうことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の光学フレア検査方法に存する。
請求項１５記載の発明の要旨は、前記投射画像はカラー画像であり、前記投射実画像を解析する工程において、前記投射実画像をモノクロ画像に変換して、前記出現頻度分布を作成することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光学フレア検査方法に存する。

本発明によれば、人間の目視で感覚的に判断されていたフレア量と製品の光学的数値との対応が容易となるため、人間の感覚に適合した光学フレアの検査の自動化が容易となる。これにより、光学フレアの検査を適切に効率よく行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係るプロジェクタの光学フレア検査装置および検査方法について、図面を参照して説明する。 図１は、本実施形態に係るプロジェクタの光学フレア検査装置の構成図である。この光学フレア検査装置１においては、投射レンズ２を搭載するプロジェクタ３を用いた場合に発生する光学フレア（以下、フレア）が検査される。パターン信号発生器４から送出された映像パターン５は、プロジェクタ３に送出される。映像パターン５は、後述するような、フレアの評価がしやすいように発光画素を有する検査パターンの映像である。これにより、検査パターンがプロジェクタ３によってスクリーン６に拡大投射され、検査パターンの投射画像がスクリーン６上で形成される。この投射画像が撮像装置７によってカラー撮像され、この撮像データがＲ、Ｇ、Ｂ成分に分離された投射実画像９として画像取り込み装置８に取り込まれる。さらに、この撮像データに適切に画像処理を施してフレアを検査するための画像処理装置１０が接続される。この検査装置１においては、プロジェクタ３における投射レンズ２は取り外し可能である。例えば、プロジェクタ３に搭載されている投射光学系と色光学系との組み合わせがフレアの主な原因である場合には、投射レンズ２を交換することにより、プロジェクタ３のより適切な評価をすることができる。また、投射レンズ２がフレアの主な原因である場合にも、これを交換して調べることにより、より適切な検査をすることができる。この検査装置において検査される投射画像には、検査パターンにおける発光画素が投射された本来の発光領域とフレアとが認識される。

撮像装置７としては、例えばＣＣＤカメラを用いることができる。図１に示すように、撮像装置は、スクリーン６の表示面から距離ｄだけ離れた位置に垂直に固定することが好ましい。これにより、フレアを測定しやすい投射映像の画端近傍にある投射映像内の検査パターンをさえぎることなく撮像することができる。

図３は、この検査装置１において、検査パターンをプロジェクタ３によってスクリーン６上に投射した投射画像の例である。後述するように、検査パターンは、フレアを検出しやすいように縦または横方向に並んだ発光画素からなる発光パターンを複数含むことが好ましい。図３において明るく見える領域は、検査パターンにおける発光画素に対応する領域である発光領域と、この周囲に形成されたフレアとなった領域とからなる。すなわち、発光領域は発光画素が投射された領域であり、フレアは、発光画素が投射された領域ではないが、発光領域に伴い、その周囲で明るく見える領域である。投射画像内で複数の発光領域がある場合、各発光領域に伴うフレアが畳重しないように、検査パターンにおける複数の発光パターンの間隔は複数画素間隔だけ離しておくことが好ましい。なお、ここで用いた検査パターンは、縦方向に発光画素が並んだものである。

図４は、前記の検査パターンをカラー画像として画像取り込み装置８で捉えた実際の緑（Ｇ）色の投射パターンの投射画像の例である。画像取り込み装置８で撮像された投射画像の投射実画像９から、後述するように、投射実画像９の輝度出現頻度情報から複数種類のフレアの境界となる輝度閾値を得る。これを基に、作業者が選択した図４中に矩形で示された部分選択画像内において、フレア検査が実施される。コンピュータを用いたパターン認識手段を用いれば、この部分選択画像を投射実画像から自動的に選択することも容易である。

次に、画像処理装置１０の構成およびフレア検査処理の動作について説明する。画像処理装置１０は、図２に示すように、画像前処理部２１、フレア検出・分類部２２、フレア演算部２３、ピッチ演算部２４、画質判定部２５から構成される。

画像前処理部２１では、カラー画像である投射実画像９における各画素の輝度をＩ＝（２８×Ｉ_Ｒ＋７７×Ｉ_Ｇ＋１５１×Ｉ_Ｂ）／２５６なる計算式に基づいて変換し、カラー画像をモノクロ画像に変換する（以下、この作業をモノクロ変換という）。ここで、Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｇ、Ｉ_Ｂはカラー投射実画像９における各画素のＲ、Ｇ、Ｂカラー実画像の色成分の輝度値であり、Ｉは同一位置でのモノクロ変換後の輝度となる。撮像装置７で撮像した画像がモノクロ画像であったり、スクリーン上の投射画像がモノクロ画像である場合にはモノクロ変換は不要である。

フレア検出・分類部２２では、投射実画像９における各画素の輝度の出現頻度分布を作成し、その結果から、本来の発光領域およびフレアを識別し、さらにこれらを定量化したデータを作成する。ここで、輝度としては、前記のモノクロ変換された輝度を用いてもよいし、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分ごとの輝度を用いてもよい。この出現頻度分布の例が図５である。図５においては、横軸が前記のモノクロ変換された輝度Ｉであり、縦軸が投射実画像中における各画素の輝度の出現頻度である。ここでは、輝度は０〜２５５の２５６階調で表現している。図５から明らかな様に、モノクロ変換された実画像全体を画像処理による２値化処理等でしきい値を上げて検査パターン領域範囲を絞り込むと、フレア領域に相当する領域は輝度の出現頻度分布上で輝度の出現頻度の小さな領域と常に一致する。この出現頻度の小さな領域を図５中において発光の影響領域と認識し、その左側にある出現頻度の大きな領域を背景領域と認識する。発光の影響領域と背景領域との境界は、例えば、出現頻度が出現頻度のピークの５％となる点と定義すること等により、容易に算出できる。図５中ではこの境界は輝度が６４の点となっている。本来の発光領域とフレアは、この発光の影響領域の中に含まれる。フレア検出・分類部２２は、この発光の影響領域中の輝度の出現頻度分布の中での各画素の輝度の値から、各画素が本来の発光領域とフレアのいずれに含まれるかを判断する。

本来の発光領域およびフレアの分類方法について詳細に説明する。フレアはその輝度に応じ、人間の目視により感覚的に、濃いフレア、薄いフレア、極薄フレアの３種類に分類されることが経験的に知られている。これらの各種類および本来の発光領域のそれぞれに対応するピークが、前記の発光の影響領域における輝度の出現頻度分布に存在する。図６は、図４の部分選択領域における４種類の状態の拡大図（左）および前記の発光の影響領域の輝度の出現頻度分布（右）である。ここで、（ａ）は本来の発光領域、（ｂ）は濃いフレア、（ｃ）は薄いフレア、（ｄ）は極薄フレアについて示してある。また、輝度の出現頻度分布（右）中には、目視検査によって作業者が決めたフレア境界との関係が示してある。輝度の出現頻度分布の波形には複数のピークおよび谷が存在している。観察者が感覚的に目視検査で決定していた各種フレアの境界は、この波形における決まった順位のピークと谷の組み合わせの領域と対応する。まず、図６（ａ）において、最も輝度の大きなピーク（一番右側のピーク）に隣接する左側の谷部よりも輝度の大きな（右側の）領域が、本来の発光領域に対応する。すなわち、フレアではない本来の発光領域は、最も輝度の大きなピークを含む領域に対応する。図６（ｂ）において、２番目に輝度の大きな（右から２番目の）ピークを含み、その両側に隣接した谷部で挟まれた領域が、フレアの中では濃いフレアに対応する。図６（ｃ）において、１番輝度の小さな（一番左の）ピークの右側に隣接した谷部と、前記の濃いフレアの領域との間に挟まれた、二つのピークを含む領域が、薄いフレアに対応する。図６（ｄ）においては、前記の薄いフレアよりも輝度の小さな（左側の）領域が極薄フレアに対応する。このように、発光領域および上記３種類のフレアに対応するピークが決定される。このように、フレアが複数の種類に分類される場合に、フレア検出・分類部２２は、出現頻度分布の中での各画素の輝度の値から、各画素が複数の種類のフレアのいずれに属するかを判断することができる。具体的には、前記の通り、ピークと谷との組み合わせで複数の輝度の範囲が決定され、各画素の輝度がこの複数の輝度の範囲のいずれに含まれるかを判定することにより、各画素が本来の発光領域および複数種類のフレアのいずれに属するかを判断することができる。

例えば、発光の影響領域において、ピークが一番右側のピーク一つしか認められない場合には、本来の発光領域しか存在せず、フレアは認識できないことになる。すなわち、前記の通り、輝度の出現頻度分布を解析することにより、フレアの有無を判定でき、さらにフレアが存在した場合にはこれを分類することができる。

投射レンズ性能、プロジェクタの光学装置の組み合わせ、光源の強度、投射レンズとスクリーンとの距離等が変動した場合、投射画像の輝度や大きさは変化する。しかしながら、上記の各種フレアに対応する領域におけるピークと谷の組み合わせは、それぞれの投射レンズ種類毎に一意的に決まる。従って、同じ光学特性を持つ投射レンズ種類毎に各種フレアに対応するピークと谷および、その組み合わせ位置を探索することにより、目視判断に一致するフレア境界領域を常に自動分類・抽出することが可能となる。さらに、図７に示すように、同一のレンズにおいてその特性に製品ばらつきがある場合においても、輝度の出現頻度分布の波形は、互いに相似的な関係となる。このため、輝度の出現頻度分布における輝度の絶対値や各フレアのサイズが大きく変化することがあっても、各ピークと各谷の順位および、その組み合わせは変化しない。このため、ロバストにフレア自動分類を実施することが可能である。このようにしてフレア検出・分類部２２は、輝度の出現頻度分布でのピークと谷の順位およびその組み合わせ情報を利用して、フレア検出やフレア種類を安定的かつ自動的にフレアを抽出・分類することができる。

フレア検出・分類部２２で検出されたフレアを定量的に評価する量としては、各種フレアの平均的輝度を示す第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）と、フレアの大きさを示す第二のフレア規格FLQがある。前記の通り、等写実画像の絶対的輝度や投射画像の大きさ（倍率）はプロジェクタの使用の態様によって変動するが、これらの量は、使用の態様によって変動しない普遍的な量である必要がある。

フレア演算部２３は、第一のフレア規格であるＦＬ（ｉ）を算出する。このため、まず、検出されたフレア種類のそれぞれの境界を形成する輝度の出現頻度データのピークと谷の組み合わせ位置となる各種フレア毎の領域内の輝度平均値Ｉ_ＦＬ（ｉ）を算出する。次にＩ_ＦＬ（ｉ）と検査パターン内の発光画素領域の平均輝度Ｐ_０から、第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）を次の数７によって算出する。ここで、ｉはフレア種類（発光領域、無発光領域も含む）を示すインデックスであり、０：発光領域、１：濃いフレア、２：薄いフレア、３：極薄フレア、４：無発光領域に対応する。無発光領域は前記の背景領域と等価である。なお、ここではフレアを３種類としているが、投射レンズ等の特性により、一般にＮ種類のフレアが認識される場合には、ｉ＝０の場合が発光領域、１≦ｉ≦Ｎの場合がフレア、ｉ＝Ｎ＋１の場合が無発光領域に対応する。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、明るさの異なる赤（Ｒ）色の検査パターンを投射した投射画像の例である。図９は、これらの場合の投射実画像をモノクロ化し、数７で計算した第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）を用いて定量化を実施した一例である。この第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）は、発光画素領域の平均輝度を１００％、無発光領域の平均輝度を０％とした時の各種フレアのコントラスト指標となる。図９において、横軸はフレア種類（ｉ）、縦軸は第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）である。また、図８におけるａ（明るい場合）は○印、ｂ（中間の場合）は×印、ｃ（暗い場合）は△印で表示してある。各フレア種類の中心位置にある値が各種フレアの第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）の代表値であり、白表示が上限及び下限、黒表示が平均値を示している。このように、図８（ａ）〜（ｃ）のように輝度の絶対値が大幅に異なっていても、数７による第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）は、各フレア種類毎にほぼ一定値をとる。従って、この第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）は見た目の明るさに依存せず、個々のフレア種類に固有の値となる。すなわち、プロジェクタの使用の態様に依存しない普遍的な量である。

ＦＬ（ｉ）と同様にして、数８により、等写実画像における各画素の輝度Ｉをフレア感覚量THflに変換することができる。

これによると、フレア感覚量THflは、発光領域で１００、無発光領域で０となり、各フレア領域ではこの中間的な値をとる。このため、THflは、プロジェクタの使用の態様が変動して輝度の絶対値が変動しても変わらず、発光領域とフレア領域を識別するための指標となる。また、輝度とは異なり、フレアと無関係の無発光領域を０、発光領域を１００としているため、人間の感覚に近い指標である。すなわち、THflを用いてフレア検査を行うことにより、人間の感覚に適合し、かつ輝度等の変動に対しても普遍的に対応することができる。各画素におけるTHflの値から、この画素が発光領域および３種類のフレアのいずれに属するかの判定は、数９により行うことができる。すなわち、THflが数９の範囲にある場合にはiに対応した発光領域、３種類のフレア、無発光領域のいずれかに属している。ここで、指数iの領域内の画素の最小輝度をMIN（Ｉ_ＦＬ（ｉ））、指数iの領域内の画素の最大輝度をMAX（Ｉ_ＦＬ（ｉ））とする。
図９において各フレア種類に対する上限値、下限値、平均値は、それぞれのフレア種類のフレア量の上限境界値、下限境界値、フレア幅中心位置の値を示している。投射レンズ特性毎に、フレア種類は、フレア検出・分類部２２で判別・分類され、フレア演算部２３で各種フレアの存在範囲はフレア量の上限境界値、下限境界値の数値情報として記憶される。

ピッチ演算部２４は、第二のフレア規格FLQを算出する。第二のフレア規格FLQは、例えば発光画素が縦方向に並んだパターンを複数有する構成の検査パターンを用いて算出される。図１０はこの場合にピッチ演算部２４で行われるピッチ計算方法を示すための概念図である。図１０はこうした検査パターンを用いた場合の投写実画像の例であり、検査パターンにおける発光画素に対応して、左右両端に発光領域が存在している。この場合、例えば左右のうちの一端の発光領域が原因で発生したフレアと他端の発光領域とが重畳しないように、検査パターン中の発光画素の間隔を充分に離しておくことが好ましい。なお、発光画素の配置を縦線とせずに、横線として形成してもよい。検査パターンにおける発光画素間の間隔に対応する画素の個数は予め設計値（Ｍ）として設定される。こうした検査パターンによって形成された投射実画像をモノクロ化した画像中では、前記の通り、輝度が発光領域の最低の輝度値以上となる領域が発光領域として識別される。図１０の例では、左右の発光領域において横方向における重心を求め、この重心位置を発光領域中心としており、左側の発光領域中心の座標がＸ１、右側の発光領域中心の座標がＸ２である。

前記の二つの発光領域の重心の座標値Ｘ１とＸ２を求め、さらに、発光画素間の画素個数Ｍから、数１０に基づいて、投射実画像上での検査パターン画素ピッチである基準単位ΔPdが算出される。ΔPdは検査パターンにおける画素に対応した、投射実画像における単位となる。プロジェクタの投射倍率が検査パターンの縦横で異なる場合には、それぞれの方向で異なる値とする場合もある。

次に、ピッチ演算部２４は、投射実画像をモノクロ化した画像中において発光領域を識別した前記の方法と同様にして、各種フレア領域を識別する。こうして、図１１に示すように、各フレア種類の境界線を形成する輪郭線を求めることができる。

この輪郭線の位置から算出されるフレア幅平均の和を発光領域端からの相対的なフレア長さとして算出する。図１１において、幅L1の領域は濃いフレア、幅L2の領域は薄いフレア、幅L3の領域は極薄フレアである。この各種フレア幅Li (ｉ =１、２、３) の和に基づく第二のフレア規格FLQは数１１に基づいて算出される。

FLQは、基準単位ΔPdを基本単位としたフレア領域全体の大きさとなる。プロジェクタの使用の態様によって投射実画像の倍率（大きさ）、分解能が変化した場合でも、FLQはΔPdで規格化されているため、普遍的な量となる。同様に、各種類のフレア領域の大きさも、ΔPdを単位として表せば（L1／ΔPd、L2／ΔPd、L3／ΔPd）、これらの距離に依存しない量となる。図１２は前記の方法で投射実画像上での基準単位ΔPdを求めた場合の投射実画像の例である。図１３は、前記３種類のフレア端の発光領域からの距離となる、L1、L1＋L2、L1＋L2＋L3をΔPdで規格化した無次元量を算出した例を順に示している。図１３においては、最も右側のデータが前記のFLQとなる。

続いて設定された画質判定部２５では、評価の基準となるプロジェクタによる投射画像におけるＦＬ（ｉ）、FLQ等を予め記憶し、検査における閾値とする。検査の対象となるプロジェクタによる投射画像におけるこれらの量を測定し、これらの閾値と比較することにより、検査対象のプロジェクタの良否判定を自動的に実行する。画質判定部２５を用いず、最終的判定を人間が行うことも可能である。この場合でも、作業者は適切に規格化された量であるＦＬ（ｉ）やFLQの値を判断基準とすることができるため、適切な評価を高効率で行うことができる。

また、この光学フレア検査装置においては、例えば、第一のフレア規格とスクリーン上で得た投射画像を照度計で測定した値との対応をとることもできる。例えば、図１４はＲ、Ｇ、Ｂの各色の検査パターンの明るさ（階調）を順次変えてプロジェクタでスクリーンに投射し、画像取り込み装置８のレンズにＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタを取り付けて、スクリーン投射映像を撮像した場合の光学的に測定した発光領域の平均輝度Ｐ_０を調べた結果である。ここで、便宜上Ｐ_０を、光学的な設計指針としてより便利なＮＤフィルタの透過率に換算し直しており、透過率が高いほど大きな平均輝度であることを表している。フレア演算部２３に記憶された発光領域の平均輝度Ｐ_０より透過率が検査パターンの階調ごとに換算され、データのないところではフレア演算部２３で最小自乗法等で補間される。また、この輝度データＰ_０と照度計の投射画像における発光領域を直接照度計で計測した照度Vは比例関係となる。このため、輝度を用いて表された前記数７で表される第一のフレア規格ＦＬ（ｉ）を照度Vや前記の透過率で表すことができる。図１５はＦＬ（ｉ）と前記の透過率との関係をＲ、Ｇ、Ｂの各色で求めた実測値の例である。このように、フレア規格を、光学的な設計指針として便利な透過率に換算して表現することも可能である。これにより、プロジェクタの設計指針を明確にしたり、品質管理を容易にすることが可能である。

本発明の実施の形態である光学フレア検査装置の構成図である。 本発明の実施の形態である光学フレア検査装置における画像処理装置の構成図である。 検査パターンをスクリーンに投射した投射画像の一例である。 投射画像において検査領域となる部分を選択した一例である。 等写実画像における各画素の輝度の出現頻度分布の一例を示す図である。 発光領域と３種類のフレアの範囲と、輝度の出現頻度分布との関係を示す一例の図である。 同じレンズ特性を持つ投射レンズの製品ばらつきによる輝度の出現頻度分布の関係を模式的に示す図である。 赤（Ｒ）色の検査パターンを投射して見た目の明るさを主要な３段階で変化させた場合の投射画像の一例である。 明るさを変化させた赤色検査パターンで各フレア種類に対する第一のフレア規格および、各フレア種類の範囲を算出した一例の図である。 基準単位ΔPdを求める方法を模式的に示す図である。 各フレア種類のフレア幅と発光領域との位置関係を示す図である。 基準単位ΔPdを求めた実施例を示す図である。 各フレア端の位置を基準単位で規格化た量及び第２のフレア規格FLQを計算した一例である。 検査パターンにおいてＲ、Ｇ、Ｂの輝度を変化させて得られた発光領域の輝度をＮＤフィルタの透過率に換算して示した一例を示す図である。 図１４の結果においてＲ、Ｇ、Ｂ各輝度情報を第一のフレア検査規格算出に用いて算出した場合の、第一のフレア規格とＮＤフィルタの光透過率との関係を示す図である。

符号の説明

１ 光学フレア検査装置
２ 投射レンズ
３ プロジェクタ
４ パターン信号発生器
５ 映像パターン
６ スクリーン
７ 撮像装置
８ 画像取り込み装置
９ 投射実画像
１０ 画像処理装置
２１ 画像前処理部
２２ フレア検出・分類部
２３ フレア演算部
２４ ピッチ演算部
２５ 画質判定部

Claims (15)

1. 発光画素を有する検査パターンをプロジェクタによって拡大投射した投射画像をスクリーン上に形成し、前記投射画像中において認識される本来の発光領域とフレアとを分類して検査する光学フレア検査装置であって、
   前記投射画像を撮像した画像を投射実画像として取り込む画像取り込み装置と、前記投射実画像を解析する画像処理装置とを有し、
   該画像処理装置は、前記投射実画像における各画素の輝度の出現頻度分布を作成し、該出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が本来の発光領域とフレアのいずれに含まれるかを判定するフレア検出・分類部を有することを特徴とする光学フレア検査装置。
2. 前記フレアが複数の種類に分類される場合に、前記フレア検出・分類部は、前記出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が前記複数の種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１に記載の光学フレア検査装置。
3. 前記輝度の出現頻度分布において、ピークと谷との組み合わせで複数の輝度の範囲が決定され、前記投射実画像中の各画素の輝度が前記複数の輝度の範囲のいずれに含まれるかを判定することにより、前記投射画像中の各画素が本来の発光領域および前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項２に記載の光学フレア検査装置。
4. 前記画像処理装置は、
   前記フレアがＮ種類に分類される場合に、i番目のフレアに属する画素からなる領域の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
   で求められるフレア規格量ＦＬ（ｉ）を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の光学フレア検査装置。
5. 前記画像処理装置は、前記投射実画像における各画素の輝度Ｉから、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
   
   で求められるフレア感覚量THflを求め、前記複数種類のフレア内の画素の最小輝度をMIN（I_FL(i)）、前記複数種類のフレアに属する画素の最大輝度をMAX（I_FL(i)）として、前記THflが、
   の範囲にあるかどうかを判定することにより、前記各画素が前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項４に記載の光学フレア検査装置。
6. 前記画像処理装置は、前記検査パターンにおける発光画素の最小単位に対応した前記投射実画像中の幅を基準単位として前記フレアの幅を規格化して定量化するピッチ演算部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学フレア検査装置。
7. 前記画像処理装置は、前記投射実画像における前記発光領域間の間隔と、前記検査パターンにおける発光画素間の画素数とから前記基準単位を算出することを特徴とする請求項６に記載の光学フレア検査装置。
8. 前記画像処理装置は、
   複数種類のフレアが存在した場合に、該複数種類のフレアに属する画素からなる領域内の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ、Ｎはフレア種類の数）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
   で求められるFL(i)を第一のフレア規格量として算出し、
   さらに前記複数種類のフレアの幅の総和を前記基準単位で規格化した量を第二のフレア規格量として算出し、
   前記画像処理装置は、前記第一のフレア規格量と前記第二のフレア規格量とから前記プロジェクタの投射性能の良否の判定を行なう画質判定部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の光学フレア検査装置。
9. 前記投射画像はカラー画像であり、前記画像処理装置は、前記投射実画像をモノクロ画像に変換して、前記出現頻度分布を作成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学フレア検査装置。
10. 前記モノクロ画像への変換において、前記投射実画像中の各画素の輝度をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分毎にそれぞれＩ_Ｒ、Ｉ_Ｇ、Ｉ_Ｂとして取り込み、前記投射実画像中の各画素の輝度Ｉを、
    と変換することを特徴とする請求項９に記載の光学フレア検査装置。
11. 発光画素を有する検査パターンをプロジェクタによって拡大投射した投射画像をスクリーン上に形成し、前記投射画像中において認識される本来の発光領域とフレアとを分類して検査する光学フレア検査方法であって、
    前記投射画像を撮像した画像を投射実画像として取り込む工程と、前記投射実画像を解析する工程とを有し、
    前記投射実画像を解析する工程において、前記投射実画像における各画素の輝度の出現頻度分布を作成し、該出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が本来の発光領域とフレアのいずれに含まれるかを判定することを特徴とする光学フレア検査方法。
12. 前記フレアが複数の種類に分類される場合に、前記投射実画像を解析する工程において、前記出現頻度分布の中での前記各画素の輝度の値から、前記各画素が前記複数の種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１１に記載の光学フレア検査方法。
13. 前記輝度の出現頻度分布において、ピークと谷との組み合わせで複数の輝度の範囲が決定され、前記投射実画像中の各画素の輝度が前記複数の輝度の範囲のいずれに含まれるかを判定することにより、前記投射画像中の各画素が本来の発光領域および前記複数種類のフレアのいずれに属するかを判定することを特徴とする請求項１２に記載の光学フレア検査方法。
14. 前記投射実画像を解析する工程において、
    複数種類のフレアが存在した場合に、該複数種類のフレアに属する画素からなる領域内の輝度平均値をＩ_ＦＬ（ｉ）（ここで、ｉはフレアの種類に対応する指数であり、１≦ｉ≦Ｎ、Ｎはフレア種類の数）とし、本来の発光領域内の輝度平均値をＰ_０として、
    で求められるFL(i)を第一のフレア規格量として算出し、
    前記検査パターンにおける発光画素の最小単位に対応した前記投射実画像中の幅を基準単位として前記フレアの幅を規格化した量を第二のフレア規格量として算出し、
    前記第一のフレア規格量と前記第二の規格量とから前記プロジェクタの投射性能の良否の判定を行なうことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の光学フレア検査方法。
15. 前記投射画像はカラー画像であり、前記投射実画像を解析する工程において、前記投射実画像をモノクロ画像に変換して、前記出現頻度分布を作成することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光学フレア検査方法。