JP6589478B2 - 測定装置、電子機器、及び測定方法 - Google Patents
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Description
本適用例では、第一受光素子及び第二受光素子で露光時間が異なる。すなわち、各受光素子で異なる露光時間に対応する出力値を出力させることにより、同一の測定光に対して複数の出力値を得ることができる。
本適用例では、第一受光素子及び第二受光素子で受光感度が異なる。これにより、同一の測定光に対して、複数の出力値を得ることができる。また、第一受光素子及び第二受光素子から同一の露光時間で露光させた場合でも、異なる出力値を得ることができる。これにより、同一の受光感度の受光素子を用いて露光時間に応じた出力値を取得する場合と比べて、露光時間の短縮と、ダイナミックレンジの拡大との両立を図れる。例えば、測定対象における低輝度領域からの測定光を、高感度の受光素子によって短時間で露光することができ、露光時間の短縮を図ることができる。また、低輝度領域からの測定光を高感度の受光素子によって、高輝度領域からの測定光を低感度の受光素子で露光することにより、露光量を適切に検出でき、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
本適用例では、第一出力値及び第二出力のうち、出力値が大きい一方の出力値に基づいて重み値を設定し、重み付け合成を行う。
ところで、第二受光素子の第一出力値が、第二出力値よりも大きい場合、例えば、第一受光素子と比べて、例えば、露光時間が長く設定されているか、受光感度が大きく設定されており、同一の測定光に対する出力値が大きい。この場合、高輝度領域からの測定光に対しては、第一受光素子よりも第二受光素子の露光量が飽和し易く、光量を高精度に検出できない可能性がある。よって、飽和しやすい、上記一方の受光素子の出力値を基準にして、重み付け合成を行うことで、適切な重み付けを行うことができ、検出精度の低下を抑制し、かつ、ダイナミックレンジを拡大させることができる。
本適用例では、第一出力値及び第二出力値のうち、出力値が大きい一方の増減に基づいて重み値を変動させる。これにより、上述のように、飽和しやすい、上記一方の受光素子の出力値の増大に基づいて、重み付け合成を行うことで、適切な重み付けを行うことができ、検出精度の低下を抑制し、かつ、ダイナミックレンジを拡大させることができる。
本適用例では、第二出力値の増大にしたがって、第二出力値の重み値を小さくする。これにより、低輝度領域からの測定光を測定する場合は、低輝度領域における光量をより高精度に検出可能な第二受光素子の第二出力値の重み値を大きくすることができる。一方、高輝度領域からの測定光を測定する場合は、高輝度領域において飽和し易い第二受光素子の第二出力値の重み値を小さくすることができる。したがって、ダイナミックレンジを拡大させるとともに、光量の検出精度を向上させることができる。
本適用例では、第二出力値が最大の場合、第二出力値の重み値が0である。これにより、飽和している可能性がある第二受光素子の第二出力値が重み付け合成に用いられることがなく、適切に重み付け合成を実施できる。
本適用例では、第二出力値が0の場合に、極大となる第二出力値のn次関数を、第二出力値の重み値とする。このような構成では、例えば、第二出力値の増大に比例するように第二出力値の重み値を減少させる場合と比べて、第二出力値が0の近傍における、第二出力値の増大に応じた重み値の減少量を低減させることができる。したがって、低輝度領域において、第二出力値の重み値をより大きくすることができ、光量の検出精度を向上させることができる。
本適用例では、第一出力値及び第二出力値を用いて、下記式(1)を満たす合成値として合成反射率を算出できる。また、極大値を有する多項式関数(n次関数)として最小の次数である二次関数を用いて合成反射率を算出することにより、合成処理の処理負荷の増大を抑制できる。
本適用例によれば、第二出力値の重み値は、第二出力値が第一閾値までの間、第二値よりも大きい第一値、すなわち固定値に設定し、第二出力値が第一閾値から第二閾値までの間、第二出力値の増大にしたがって小さくし、第二出力値が第二閾値を超えた場合、第一値よりも小さい第二値、すなわち固定に設定する。すなわち、第一受光素子よりも第二受光素子の方が高精度に光量を検出可能な低輝度領域を測定する場合では、重み値を最大値に固定する。また、第二受光素子が飽和している可能性がある高輝度領域を測定する場合では、重み値を最小値に固定する。したがって、ダイナミックレンジを拡大しつつ、合成処理による処理負荷を低減できる。
本適用例では、第二出力値が第一閾値の場合に、極大となる第二出力値のn次関数を、第二出力値の重み値とする。このような構成では、例えば、第二出力値の増大に比例するように第二出力値の重み値を減少させる場合と比べて、第二出力値の重み値をより大きくすることができ、光量の検出精度を向上させることができる。
また、第二出力値が第一閾値に向かうにしたがって、第二出力値の重み値を第一値に漸近させることができる。したがって、第二出力値の重み値を、第一閾値の前後で滑らかに接続する第二出力値の関数とすることができる。これにより、重み付け合成を行う際に、第一閾値近傍にて重み値の変化量が大きいことによって、合成値が不連続になったり、急激に変化したりすることを抑制できる。
本適用例では、第二出力値が第二閾値の場合に極小となる第二出力値のn次関数の値を、第二出力値の重み値とする。このような構成では、極小値である第二閾値近傍において、第二出力値の重み値を第二値に漸近させることができる。したがって、第二出力値の重み値を、第二閾値の前後で滑らかに接続する第二出力値の関数とすることができる。重み付け合成を行う際に、第二閾値近傍にて重み値の変化量が大きいことによって、合成値が不連続になったり、急激に変化したりすることを抑制できる。
本適用例では、受光部の各画素が第一受光素子及び第二受光素子を含み構成される。このような構成では、画素毎に第一出力値及び第二出力値の重み付け合成を行って合成値を算出し、各画素の合成値に基づいてダイナミックレンジが拡大された合成画像を生成することができる。
本適用例では、分光器によって分光された光を測定する。これにより、分光器によって選択された波長の光の合成値を取得することができる。また、複数の波長を選択可能な分光器を採用した場合、複数の選択波長についての合成値を取得することができ、当該合成値を用いて分光スペクトルや測色値を分光測定結果として算出することができる。
本適用例の電子機器は、上記適用例の測定装置を含む。この測定装置では、同一の測定光を受光した際に、異なる出力値を出力する第一受光素子及び第二受光素子を含み構成され、第一受光素子の第一出力値、及び第二受光素子の第二出力値を取得して、重み付け合成する。このような構成では、第一出力値及び第二出力値を重み付け合成して合成値(例えば合成反射率)を得ることにより、当該合成値のダイナミックレンジを拡大できる。したがって、電子機器は、より広いダイナミックレンジにおいて取得された測定結果を用いて処理(例えば分光スペクトルの推定や、測色値の算出や、分光画像を合成したカラー画像の生成等)を実施することができる。
また、同一の受光素子で異なる露光時間(露光量)に対応する出力値を取得可能な、上述の非破壊読出し可能な撮像素子を用いる場合と比べて、測定装置、ひいては電子機器の製造コストの増大を抑制できる。
本適用例の測定方法では、同一の測定光を受光することで取得され、それぞれ値が異なる第一出力値及び第二出力値を重み付け合成する。これにより、上記適用例と同様に、重み付け合成により得られる合成値のダイナミックレンジを拡大できる。
また、本適用例の測定方法によれば、第一受光素子の第一出力値、及び、第二受光素子の第二出力値を重み付け合成することにより合成値を取得することができる。したがって、上述の非破壊読出し可能な撮像素子を採用して、露光時間に応じた出力値を出力可能に構成する必要がなく、測定装置の製造コストの増大の抑制を図ることができる。
以下、本発明の測定装置、及び電子機器に係る第一実施形態としての測色装置について、図面に基づいて説明する。
[測色装置の構成]
図1は、第一実施形態に係る測色装置の概略構成を示すブロック図である。
測色装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、表示部21と、操作部22と、光学モジュール10及び表示部21を制御し、かつ、当該光学モジュール10から出力された信号を処理する制御部30と、を備えている。
この測色装置1は、測定対象Xに対して光を照射し、測定対象Xで反射した測定対象光における各波長の分光画像として、各画素値が異なる第一分光画像及び第二分光画像を取得し、これら各分光画像を合成してダイナミックレンジが拡大された合成分光画像を各波長について取得する。そして、測色装置1は、各波長について取得した合成分光画像を用いて撮像範囲の測色結果を取得する。
光学モジュール10は、光源部11と、受光部12と、信号処理回路13と、電圧制御回路14と、光源制御回路15と、を備える。また、受光部12は、波長可変干渉フィルター5と、撮像素子16と、を備える。
この光学モジュール10は、光源部11から照明光を測定対象Xに照射し、測定対象Xで反射された測定対象光を、入射光学系(図示略)を通して、受光部12の波長可変干渉フィルター5に導き、波長可変干渉フィルター5を透過した光を撮像素子16で受光する。そして、撮像素子16から出力された検出信号は、信号処理回路13を介して制御部30に出力される。
光源部11は、白色光を照射し、測定対象Xを照明する。この光源部11は、例えば赤色、緑色、及び青色の3色のLEDにより構成されている。なお、青色LEDと、青色LEDから青色光を励起光として黄色光を発光する蛍光体とを組み合わせた白色LEDや、紫LEDにより、赤色、緑色、及び青色の発光体を発光させて白色を得る白色LED等を用いてもよい。また、例えば、光源部11として、ハロゲンランプ等の他の光源を用いてもよい。
図2は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図である。図3は、図2のA−A線で切断した波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の分光器に相当し、図2及び図3に示すように、固定基板51及び可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶等により形成されており、本実施形態では、石英ガラスにより構成されるものとする。そして、これらの基板51,52は、図3に示すように、接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。具体的には、固定基板51の第一接合部513、及び可動基板52の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等により構成された接合膜53により接合されている。
なお、以降の説明にあたり、固定基板51又は可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
そして、波長可変干渉フィルター5には、反射膜54,55間のギャップG1の距離(ギャップ寸法)を調整するのに用いられる、本発明のギャップ変更部である静電アクチュエーター56が設けられている。この静電アクチュエーター56は、固定基板51に設けられた固定電極561と、可動基板52に設けられた可動電極562と、を備え、各電極561,562が対向することにより構成されている。これらの固定電極561,可動電極562は、電極間ギャップを介して対向する。ここで、これらの電極561,562は、それぞれ固定基板51及び可動基板52の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップよりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター5により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップG1を電極間ギャップよりも大きく形成してもよい。
また、フィルター平面視において、可動基板52の一辺側(例えば、図2における辺C3−C4)は、固定基板51の辺C3´−C4´よりも外側に突出する。この可動基板52の突出部分は、固定基板51と接合されない電装部524であり、波長可変干渉フィルター5を固定基板51側から見た際に露出する面は、後述する電極パッド564P,565Pが設けられる電装面525となる。
同様に、フィルター平面視において、固定基板51の一辺側(電装部524とは反対側)は、可動基板52よりも外側に突出する。
固定基板51には、エッチングにより電極配置溝511及び反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561及び可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
そして、固定基板51には、固定電極561の外周縁に接続された固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563は、電極配置溝511から辺C3´−C4´側(電装部524側)に向かって形成された接続電極溝(図示略)に沿って設けられている。この接続電極溝には、可動基板52側に向かって突設されたバンプ部565Aが設けられ、固定引出電極563は、バンプ部565A上まで延出する。そして、バンプ部565A上で可動基板52側に設けられた固定接続電極565に当接し、電気的に接続される。この固定接続電極565は、接続電極溝に対向する領域から電装面525まで延出し、電装面525において固定電極パッド565Pを構成する。
この反射膜設置部512には、図3に示すように、固定反射膜54が設置されている。この固定反射膜54としては、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした誘電体多層膜を用いてもよい。更に、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)を積層した反射膜や、金属膜(又は合金膜)上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層(TiO2やSiO2等)と金属膜(又は合金膜)とを積層した反射膜などを用いてもよい。
可動基板52は、フィルター中心点を中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、を備えている。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップが反射膜間ギャップG1の寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、赤外線や遠赤外線を用いる場合等、分光画像の取得対象波長域によっては、ギャップG1の寸法が、電極間ギャップの寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、フィルター中心点を中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
図4は、撮像素子16を模式的に示す平面図である。
撮像素子16は、図1に示すように、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光(検出)し、受光量に基づいた検出信号を信号処理回路13に出力する。この撮像素子16は、図4に示すように、第一受光素子161及び第二受光素子162を含み構成される画素160を複数備え、複数の画素160が、二次元アレイ状に配置され構成される。なお、撮像素子16が備える画素160の数、配置等は図示例に限定されない。
信号処理回路13は、制御部30の制御信号に基づいて、撮像素子16に検出信号を出力させる。また、信号処理回路13は、撮像素子16から出力された検出信号(アナログ信号)を増幅したのち、デジタル信号に変換して制御部30に出力する。信号処理回路13は、検出信号を増幅するアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器等により構成される。
信号処理回路13は、撮像素子16の各受光素子161,162から出力されたアナログ信号(例えば電圧値)を、各受光素子161,162のダイナミックレンジに基づいて設定された所定のbit数(本実施形態では10bitの1024階調)のデジタル信号に変換し、各受光素子161,162の出力値として制御部30に出力する。
表示部21は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル(PDP;Plasma Display Panel)、有機ELディスプレイパネル等の各種表示装置により構成されている。表示部21は、制御部30の制御に基づいて、撮像された画像や測色結果等を表示する。
操作部22は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル等のユーザー操作を検出可能な各種装置で構成されている。
次に、測色装置1の制御部30について説明する。
制御部30は、例えばCPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、測色装置1の全体動作を制御する。この制御部30は、図1に示すように、記憶部31と処理部32とを備えている。
記憶部31は、測色装置1を制御するための各種プログラムや、各種データが記憶されている。当該データは、例えば、静電アクチュエーター56に印加する駆動電圧に対する透過光の波長を示すV−λデータや、測定対象Xを測定する際の測定波長に関する情報(測定開始波長、波長の変更間隔、及び測定終了波長等)である。
なお、本実施形態では、処理部32が、記憶部31に記録されたプログラム(ソフトウェア)を読み込んで実行することで、ソフトウェアとハードウェアの協働により、上記各機能を実現する例を示すが、これに限定されない。例えば、各機能を有するハードウェアとしての回路が設けられる構成などとしてもよい。
光源制御部322は、光源制御回路15を制御し、測色時等の所定のタイミングで光源部11に駆動電圧を印加させ、光源部11を点灯させる。
次に、上述したような測色装置1の動作の一例として、本発明の測定方法を利用する測色方法について、図面に基づいて以下に説明する。
図5は、本実施形態における測色方法を示すフローチャートである。
測色装置1は、図5に示すように所定の測定波長のそれぞれについて、第一受光素子161の第一出力値に対応する第一分光画像と、第二受光素子162の第二出力値に対応する第二分光画像と、を取得し、同一波長についての第一分光画像及び第二分光画像の重み付け合成処理を実施する。また、測色装置1は、合成結果に基づいて撮像範囲の測色値を算出する。
本実施形態の測色装置1では、操作者の操作部22の操作により測色処理の開始指示が入力されると、図5に示すように、光源制御部322は、光源部11を点灯させ、この後、フィルター制御部321は、電圧制御回路14を制御して、所定の測定対象波長域(例えば可視光域)における所定間隔(例えば20nm間隔)毎の波長に対応する駆動電圧を順次静電アクチュエーター56に印加させ、波長可変干渉フィルター5の透過光の波長を測定波長に設定する。そして、撮像素子16により撮像された各波長の第一分光画像及び第二分光画像を取得する(ステップS1)。例えば、400nm〜700nmの測定対象波長域に対して、20nm間隔で分光画像を取得する場合は、16個の波長に対する分光画像が取得される。
また、受光制御部323は、露光開始から、第二露光時間が経過したタイミングで、各画素160の第二受光素子162に、露光量に対応する第二出力値(電圧値)を出力させ、信号処理回路13を介して、第二出力値を取得する。受光制御部323は、各画素160の第二出力値を、画素位置と、測定波長とを対応づけて記憶部31に記憶することにより、設定された測定波長における第二分光画像を取得する。
ステップS1では、上述の第一分光画像及び第二分光画像を、16個の各測定波長で取得する。
図6は、第一露光時間T1に対応する第一出力値D1、及び、第二露光時間T2に対応する第二出力値D2の例を示す図であり、(A)は、比較的、測定対象Xにおける高反射率の領域からの光を受光した場合について、(B)は、比較的、測定対象Xにおける低反射率の領域からの光を受光した場合について示す。
図6(A)に示すように、高反射率、すなわち高輝度領域からの光を受光した場合、撮像素子16のダイナミックレンジの上限値に到達し、第二受光素子162の受光量が許容値を超える場合がある。このような場合でも、図6(A)に示すように、第一出力値D1を撮像素子16のダイナミックレンジの上限値未満の値となるように、短時間である第一露光時間T1を閾値以下に設定することにより、各出力値D1,D2の両方が、上限値となることを抑制できる。
さらに、第一出力値D1が上限値に到達し、かつ、第二出力値D2が許容値を下回ることがないように、第一露光時間T1及び第二露光時間T2を適宜設定すればよい。
次に、重み付け合成部324は、取得した第一分光画像及び第二分光画像を用いて、重み付け合成処理を実施する(ステップS2)。
重み付け合成部324は、同一波長について取得された第一分光画像及び第二分光画像の同一画素における第一出力値D1及び第二出力値D2のそれぞれに、第二出力値D2に応じた重み値(第一出力値D1に対する第一重み値W1は下記式(3)を、第二出力値D2に対する第二重み値W2は下記式(4)を参照)を用いた重み付け合成を行い(下記式(5)参照)、合成反射率RHDRを算出する。重み付け合成部324、この合成反射率RHDRを各画素160について算出することにより、第一分光画像及び第二分光画像の重み付け合成処理の結果としての合成分光画像を生成する。重み付け合成部324は、全測定波長(本実施形態では16波長)について重み付け合成処理を実施し、合成分光画像を生成する。
なお、本実施形態において上記式(3),(4)における最大出力値Dmaxは1023である。また、上記式(5)の第一重み値W1及び第二重み値W2にそれぞれ、上記式(3),(4)を代入することにより上記式(1)を得る。
図7及び式(3),(4)に示すように、第一重み値W1及び第二重み値W2は、第二出力値D2の二次関数の値であり、第一重み値W1及び第二重み値W2の和は所定値(本実施形態では1)である。また、長時間露光側の第二出力値D2の増大にしたがって、第一重み値W1は増大し、第二重み値W2は減少する。また、第二重み値W2は、第二出力値D2の下限値である0において極大値を取り、第二出力値D2の上限値である1023において0となる。これにより、長時間露光側の第二出力値D2の出力値が上限値に達するまで徐々に第二重み値W2を減少させることができる。また、第二出力値D2の出力値が上限値の場合は、第二重み値W2を0とし、第一出力値D1の第一重み値W1を1とすることにより、ダイナミックレンジの上限を拡大することができる。また、第二出力値D2が0の場合の第二重み値W2を極大値に設定することにより、第二出力値D2が0の場合に第二重み値W2を極大値としない場合と比べて、受光量がダイナミックレンジの低輝度側における第二重み値W2をより大きく設定することができる。このため、低輝度側において、長時間露光の第二出力値D2の比率を、第一出力値D1よりも大きくでき、SN比をより確実に向上させることができる。
次に、測色制御部325は、ステップS2において取得した16波長分の合成分光画像を用いて、測色結果を算出する(ステップS3)。
すなわち、測色制御部325は、重み付け合成部324によって生成された16バンド分の合成分光画像における各画素の反射率を用いて、画素毎に分光スペクトルを推定する。そして、推定された分光スペクトルから、撮像範囲の測色結果を算出し、測色結果を記憶部31に記憶する。そして、制御部30は、本フローチャートによる測色処理を終了させる。
測色装置1は、第一受光素子161及び第二受光素子162を含み一画素が構成される撮像素子16を備え、同一の測定光を受光した際に、第一受光素子161及び第二受光素子162から異なる出力値を取得する。そして、測色装置1は、これら第一出力値D1及び第二出力値D2を重み付け合成して合成反射率RHDRを算出する。測色装置1は、各測定波長について各画素160の合成反射率RHDRを算出することにより、全測定波長の分光画像を取得する。
このように、第一出力値D1及び第二出力値D2を重み付け合成して合成反射率RHDRを取得することにより、ダイナミックレンジが拡大された合成反射率RHDRを取得できる。
また、測色装置1は、第一受光素子161及び第二受光素子162から異なる露光時間に対応する出力値を出力させる。すなわち、測色装置1では、同一の測定光を受光する二つの受光素子の露光時間を異ならせることで、異なる2つの出力値を得ることができる。したがって、同一の受光素子で異なる露光時間(露光量)に対応する出力値を取得可能な非破壊読出し可能な撮像素子を用いる場合と比べて、製造コストの増大を抑制できる。
また、測色装置1は、第一出力値D1及び第二出力値D2と、上記式(1)(又は、上記式(3)〜(5))とにより、合成反射率RHDRを算出できる。
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、重み付け合成部324は、第二出力値D2の全変動範囲に亘って、第二出力値D2の増大に応じて増大する第一重み値W1と、減少する第二重み値W2とを設定する構成を例示した。また、重み付け合成部324は、第二出力値D2の二次関数の値として各重み値W1,W2を設定する構成を例示した。
これに対して、第二実施形態では、重み付け合成部324による重み付け合成処理の内容が異なる点以外は、基本的に、第一実施形態と同様である。すなわち、重み付け合成部324は、第二出力値D2が所定の第一閾値d1以上かつ第二閾値d2以下の範囲において、第二出力値D2の増大に応じて増大する第一重み値W1と、減少する第二重み値W2とを設定する。また、重み付け合成部324は、第二出力値D2の三次関数の値として各重み値W1,W2を設定する。
以下に、重み付け合成部324による重み付け合成処理の詳細について説明する。なお、以降の説明にあたり、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図8は、横軸に第二出力値D2を、縦軸に各重み値W1,W2を示すグラフである。
重み付け合成部324は、図8に示すように、第二出力値D2が第一閾値d1未満の範囲では、第一重み値W1を0に設定し、第二重み値を所定値である1に設定する(下記式(6)参照)。
また、第二出力値D2が第一閾値d1以上、かつ、第二閾値d2以下の範囲では、第二出力値D2に応じた第一重み値W1(下記式(7)参照)、及び、第二重み値W2(下記式(8)参照)を設定する。具体的には、第一重み値W1及び第二重み値W2は、第二出力値D2の三次関数の値であり、第一重み値W1及び第二重み値W2の和は所定値(本実施形態では1)である。まだ、第二出力値D2は、第二出力値D2が第一閾値d1の場合に極大値を、第二閾値d2の場合に極小値を取る。第一出力値D1は、逆に、第一閾値d1の場合に極小値を、第二閾値d2の場合に極大値を取る。
また、本実施形態では、第二出力値D2が第二閾値d2を超える範囲では、第一重み値W1を1(第一値)に設定し、第二重み値を所定値である0(第二値)に設定する(下記式(9)参照)。なお、第一値及び第二値は、所定値に設定されていればよく、上記設定値に限定されない。
なお、上記式(5)の第一重み値W1及び第二重み値W2にそれぞれ、下記式(7),(8)を代入することにより上記式(2)を得る。
また、第二閾値d2は、例えば、露光時間が長い第二受光素子162の露光量が上限値に近づき、検出精度が許容値未満となることがないように、例えば、許容値となる範囲の最大値となるように、第二受光素子162の受光感度や、露光時間T2等に応じて適宜設定される。これにより、合成反射率RHDRを高精度に算出することができる。
なお、本実施形態では、一例として、第一閾値d1を512、第二閾値d2を920に設定している。この場合における第一重み値W1を下記式(10)に、第二重み値W2を下記式(11)に示す。
本実施形態の測色装置は、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができるほか、下記の作用効果を得ることができる。
測色装置は、第二出力値D2が第一閾値d1未満の場合では、低輝度領域において、より高精度に光量を検出可能な第二受光素子162の第二重み値W2を1(最大値)として、第二出力値D2の重みを最大とし、第二出力値D2が第二閾値d2を超える場合では、第二出力値を用いず、高輝度領域においてより高精度に光量を検出可能な第一受光素子の第一出力値を採用する。これにより、ダイナミックレンジを拡大するとともに、光量の検出精度を向上させることができる。
第一閾値d1において第二重み値W2を極大とすることにより、第一実施形態と同様に、低輝度領域において、第二出力値D2の重みをより大きくすることができ、光量の検出精度を向上させることができる。
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、撮像素子16の各画素160は、同一の受光感度を有する第一受光素子161及び第二受光素子162を含み構成され、各受光素子161,162の露光時間を異ならせることにより、同一の測定光に対して異なる大きさの出力値を取得可能に構成されていた。これに対して、第三実施形態では、撮像素子の各画素が、互いに受光感度が異なる第一受光素子及び第二受光素子を含み構成され、これにより同一の測定光に対して異なる大きさの出力値を取得する。
本実施形態の測色装置は、上述のように、各画素が、互いに受光感度が異なる第一受光素子及び第二受光素子を含み構成される撮像素子を備える。本実施形態では、第一受光素子の受光感度は、第二受光素子の受光感度よりも低い。
そして、測色装置は、露光開始から所定の露光時間T3が経過したタイミングで、低感度の第一受光素子から第一出力値D1の出力信号を、高感度の第二受光素子から第二出力値D2の出力信号を、それぞれ出力させる。
第一受光素子及び第二受光素子で受光感度が異なる。これにより、同一の測定光に対して、複数の出力値を得ることができる。このように、一方の受光素子の受光感度を他方よりも大きくすることにより、同一の受光感度の受光素子を用いて露光時間に応じた出力値を取得する場合と比べて、測定対象における低輝度領域からの測定光を、高感度の受光素子によって短時間で露光することができるため、露光時間の短縮を図ることができる。また、低輝度領域からの測定光を高感度の受光素子によって、高輝度領域からの測定光を低感度の受光素子で露光することにより、露光量を適切に検出でき、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
次に、本発明に係る第四実施形態について説明する。
第四実施形態では、本発明の電子機器に相当するプリンター60(インクジェットプリンター)について説明する。
図10は、第四実施形態のプリンター60の外観の構成例を示す図である。図11は、本実施形態のプリンター60の概略構成を示すブロック図である。
図10に示すように、プリンター60は、供給ユニット61、搬送ユニット62と、キャリッジ63と、キャリッジ移動ユニット64と、制御ユニット65(図11参照)と、を備えている。このプリンター60は、例えばパーソナルコンピューター等の外部機器から入力された印刷データに基づいて、各ユニット61,62,64及びキャリッジ63を制御し、媒体A上に画像を印刷する。
供給ユニット61は、画像形成対象となる媒体A(本実施形態では、白色紙面を例示)を、画像形成位置に供給するユニットである。この供給ユニット61は、例えば媒体Aが巻装されたロール体611、ロール駆動モーター(図示略)、及びロール駆動輪列(図示略)等を備える。そして、制御ユニット65からの指令に基づいて、ロール駆動モーターが回転駆動され、ロール駆動モーターの回転力がロール駆動輪列を介してロール体611に伝達される。これにより、ロール体611が回転し、ロール体611に巻装された紙面がY方向(副走査方向)における下流側(+Y方向)に供給される。
なお、本実施形態では、ロール体611に巻装された紙面を供給する例を示すがこれに限定されない。例えば、トレイ等に積載された紙面等の媒体Aをローラー等によって例えば1枚ずつ供給する等、如何なる供給方法によって媒体Aが供給されてもよい。
搬送ローラー621は、図示略の搬送モーターからの駆動力が伝達され、制御ユニット65の制御により搬送モーターが駆動されると、その回転力により回転駆動されて、従動ローラーとの間に媒体Aを挟み込んだ状態でY方向に沿って搬送する。また、搬送ローラー621のY方向の下流側(+Y側)には、キャリッジ63に対向するプラテン622が設けられている。
キャリッジ63は、媒体Aに印刷された測定対象の測色を行うための分光画像を取得する光学モジュール10と、媒体Aに対して画像を印刷する印刷部66と、を備えている。
このキャリッジ63は、キャリッジ移動ユニット64によって、Y方向と交差する主走査方向(X方向)に沿って移動可能に設けられている。
また、キャリッジ63は、フレキシブル回路631により制御ユニット65(図10参照)に接続され、制御ユニット65からの指令に基づいて、印刷部66による印刷処理(媒体Aに対する画像形成処理)及び、光学モジュール10による測色処理(第一乃至第三実施形態参照)を実施する。
この印刷部66は、複数色のインクに対応したインクカートリッジ661が着脱自在に装着されており、各インクカートリッジ661からインクタンク(図示略)にチューブ(図示略)を介してインクが供給される。また、印刷部66の下面(媒体Aに対向する位置)には、インク滴を吐出するノズル(図示略)が、各色に対応して設けられている。これらのノズルには、例えばピエゾ素子が配置されており、ピエゾ素子を駆動させることで、インクタンクから供給されたインク滴が吐出されて媒体Aに着弾し、ドットが形成される。
キャリッジ移動ユニット64は、本発明における移動機構を構成し、制御ユニット65からの指令に基づいて、キャリッジ63をX方向に沿って往復移動させる。
このキャリッジ移動ユニット64は、例えば、キャリッジガイド軸641と、キャリッジモーター642と、タイミングベルト643と、を含んで構成されている。
キャリッジガイド軸641は、X方向に沿って配置され、両端部がプリンター60の例えば筐体に固定されている。キャリッジモーター642は、タイミングベルト643を駆動させる。タイミングベルト643は、キャリッジガイド軸641と略平行に支持され、キャリッジ63の一部が固定されている。そして、制御ユニット65の指令に基づいてキャリッジモーター642が駆動されると、タイミングベルト643が正逆走行され、タイミングベルト643に固定されたキャリッジ63がキャリッジガイド軸641にガイドされて往復移動する。
制御ユニット65は、図11に示すように、I/F651と、ユニット制御回路652と、メモリー653と、CPU(Central Processing Unit)654と、を含んで構成されている。この制御ユニット65は、第一乃至第三実施形態における制御部30と同様の機能を実現可能に構成される。
I/F651は、外部機器70から入力される印刷データをCPU654に入力する。
ユニット制御回路652は、光学モジュール10、供給ユニット61、搬送ユニット62、キャリッジ移動ユニット64、及び印刷部66をそれぞれ制御する制御回路を備えており、CPU654からの指令信号に基づいて、光学モジュール10、印刷部66、及び各ユニット61,62,64の動作を制御する。すなわち、光学モジュール10と制御ユニット65とを含み本発明の測定装置が構成される。なお、図1に示す、信号処理回路13、電圧制御回路14、及び光源制御回路15は、ユニット制御回路652に設けられてもよい。この場合、キャリッジ63には、光学モジュール10のうちの光源部11と受光部12とが設けられる。
各種データとしては、例えば、波長可変干渉フィルター5を制御する際の、静電アクチュエーター56への印加電圧に対する、波長可変干渉フィルター5を透過する光の波長を示したV−λデータ、印刷データとして含まれる色データに対する各インクの吐出量を記憶した印刷プロファイルデータ等が挙げられる。また、光源部11(図1参照)の各波長に対する発光特性(発光スペクトル)や、撮像素子16(図1参照)の各波長に対する受光特性(受光感度特性)等が記憶されていてもよい。
本実施形態のプリンター60は、光学モジュール10を備え、媒体Aに印刷された画像の分光画像を取得し、当該分光画像を用いた測色処理を実施可能に構成される。この際、第一乃至第三実施形態のいずれかに記載の測定方法によりダイナミックレンジが拡大された分光画像を取得する。したがって、プリンター60は、第一乃至第三実施形態に記載の測色方法と同様の効果を得ることができる。すなわち、プリンター60によれば、画像の測色を高精度に実施することができ、印刷部によって媒体Aに印刷された画像の測色結果を高精度に取得することができる。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、受光部12は、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子16を備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、二つの撮像素子に同一の測定光を入射させ、対応する2つの受光素子の出力値を重み付け合成し、合成反射率を算出してもよい。例えば、受光部は、第一受光素子を有する第一撮像素子と、第二受光素子を有する第二撮像素子と、波長可変干渉フィルターと、波長可変干渉フィルターからの光を分離して第一撮像素子及び第二撮像素子に入射させる導光光学系と、を含み、第一撮像素子の第一受光素子と、第二撮像素子の第二受光素子とに、測定対象における同一位置からの測定光を受光させるように構成される。このような受光部を用いる場合でも、各撮像素子の露光時間や受光感度を異ならせることにより、対応する2つの受光素子から異なる値の出力値を取得することができる。そして、2つの出力値を重み付け合成することにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、一つの撮像素子の2つの受光素子で1つの画素を構成する場合と比べて、解像度を向上させることができる。また、2つの撮像素子を個別に駆動すればよく、制御回路の構成や処理を簡略化できる。
なお、第一実施形態では、重み値が変動する第二出力値の変動範囲の下限値を極大点とし、さらに第二実施形態では、変動範囲の上限値を極小点としていたが、本発明はこれに限定されず、変動範囲の下限値及び上限値が多項式関数の極大点や極小点以外の点であってもよい。
対向する状態で接合され、固定基板51に固定反射膜54が設けられ、可動基板52に可動反射膜55が設けられる波長可変干渉フィルター5を例示したが、これに限らない。
例えば、固定基板51及び可動基板52が接合されておらず、これらの基板間に圧電素子等の反射膜間ギャップを変更するギャップ変更部が設けられる構成などとしてもよい。
また、2つ基板により構成される構成に限られない。例えば、1つの基板上に犠牲層を介して2つの反射膜を積層し、犠牲層をエッチング等により除去してギャップを形成した波長可変干渉フィルターを用いてもよい。
また、分光フィルターとして、例えばAOTF(Acoustic Optic Tunable Filter)やLCTF(Liquid Crystal Tunable Filter)が用いられてもよい。ただし、装置の小型化の観点から上記実施形態のようにファブリーペローフィルターを用いることが好ましい。
Claims (8)
- 測定光を受光し、第一出力値を出力する第一受光素子と、
前記測定光を受光し、前記第一出力値とは異なる第二出力値を出力する第二受光素子と、を含み、
前記第一出力値と前記第二出力値とを重み付け合成し、
前記第二出力値が前記第一出力値よりも大きいとき、前記第二出力値の増大にしたがって、前記第二出力値の重み値を小さくし、
前記第一出力値をD1、前記第一出力値の参照値をDref1、前記第二出力値をD2、前記第二出力値の参照値をDref2、及び、前記第二出力値の最大値をDmaxとすると、前記第一出力値と前記第二出力値との重み付け合成の結果である合成反射率R HDR は、下記式(1)を満たす
- 測定光を受光し、第一出力値を出力する第一受光素子と、
前記測定光を受光し、前記第一出力値とは異なる第二出力値を出力する第二受光素子と、を含み、
前記第一出力値と前記第二出力値とを重み付け合成し、
前記第二出力値が前記第一出力値よりも大きいとき、前記第二出力値の増大にしたがって、前記第二出力値の重み値を小さくし、
前記第二出力値の重み値は、前記第二出力値が第一閾値までの間、第一値であり、前記第二出力値が前記第一閾値から第二閾値までの間、前記第二出力値の増大にしたがって小さくなり、前記第二閾値を越えた場合、第二値であり、
前記第一出力値をD1、前記第一出力値の参照値をDref1、前記第二出力値をD2、前記第二出力値の参照値をDref2、前記第一閾値をd1、及び、前記第二閾値をd2とすると、前記第一出力値と前記第二出力値との重み付け合成の結果である合成反射率R HDR は、下記式(2)を満たす
- 請求項1または請求項2に記載の測定装置において、
前記第一受光素子及び前記第二受光素子は、露光時間が異なる
ことを特徴とする測定装置。 - 請求項1または請求項2に記載の測定装置において、
前記第一受光素子及び前記第二受光素子は、受光感度が異なる
ことを特徴とする測定装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の測定装置において、
対象からの光を分光し、前記測定光を前記第一受光素子及び前記第二受光素子に出射する分光器を含む
ことを特徴とする測定装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の測定装置を含む
ことを特徴とする電子機器。 - 測定光を受光し、第一出力値を出力する第一受光素子と、前記測定光を受光し、前記第一出力値とは異なる第二出力値を出力する第二受光素子と、を含む測定装置における測定方法であって、
前記第一出力値と前記第二出力値とを取得する第一ステップと、
前記第一出力値と前記第二出力値とを重み付け合成する第二ステップと、を実施し、
前記第二ステップでは、前記第二出力値が前記第一出力値よりも大きいとき、前記第二出力値の増大にしたがって、前記第二出力値の重み値を小さくし、
前記第一出力値をD1、前記第一出力値の参照値をDref1、前記第二出力値をD2、前記第二出力値の参照値をDref2、及び、前記第二出力値の最大値をDmaxとして、前記第一出力値と前記第二出力値との重み付け合成の結果である合成反射率R HDR を、下記式(1)により算出する
- 測定光を受光し、第一出力値を出力する第一受光素子と、前記測定光を受光し、前記第一出力値とは異なる第二出力値を出力する第二受光素子と、を含む測定装置における測定方法であって、
前記第一出力値と前記第二出力値とを取得する第一ステップと、
前記第一出力値と前記第二出力値とを重み付け合成する第二ステップと、を実施し、
前記第二ステップでは、前記第二出力値が前記第一出力値よりも大きいとき、前記第二出力値の増大にしたがって、前記第二出力値の重み値を小さくし、当該第二出力値の重み値は、前記第二出力値が第一閾値までの間、第一値であり、前記第二出力値が前記第一閾値から第二閾値までの間、前記第二出力値の増大にしたがって小さくなり、前記第二閾値を越えた場合、第二値であり、
前記第一出力値をD1、前記第一出力値の参照値をDref1、前記第二出力値をD2、前記第二出力値の参照値をDref2、前記第一閾値をd1、及び、前記第二閾値をd2とすると、前記第一出力値と前記第二出力値との重み付け合成の結果である合成反射率R HDR を、下記式(2)により算出する
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