発光状態測定装置
【課題】指向性の狭い発光体の近傍に配置したカメラでその発光体全体を測定できる発光状態測定装置を提供する。
【解決手段】光変換手段１１の凹面鏡１４は発光体５の全体から射出された平行光を入射し、これを集光した後、再び平行光に戻して射出する。撮像手段１２は、光変換手段１１を介して発光体５を撮像し、解析手段１３は撮像手段１２が撮像した画像を解析して発光体５の各部の発光状態を検査する。光変換手段１１を設けることで、レンズ開口が発光体５より小さい撮像手段１２を用いて、発光体５の射出する平行光全体を平行光のまま受光して撮像できる。
【解決手段】光変換手段１１の凹面鏡１４は発光体５の全体から射出された平行光を入射し、これを集光した後、再び平行光に戻して射出する。撮像手段１２は、光変換手段１１を介して発光体５を撮像し、解析手段１３は撮像手段１２が撮像した画像を解析して発光体５の各部の発光状態を検査する。光変換手段１１を設けることで、レンズ開口が発光体５より小さい撮像手段１２を用いて、発光体５の射出する平行光全体を平行光のまま受光して撮像できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ表示器や信号灯器などの発光体の発光状態を測定する発光状態測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を配列して構成された発光体の平均輝度や各部の輝度のばらつき（均整度）を測定するとき、従来は、測定器を１つ１つのＬＥＤに近づけて測定する方法が採られていた。
【０００３】
また、１回の測定で複数ポイントに対する輝度測定を可能とするために、測定対象を２次元のＣＣＤカメラで撮像し、設定された複数の測定点について、その画素の階調データから輝度値を換算するようにした輝度測定装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６２２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くのＬＥＤ素子を１つ１つ個別に測定すると、最初のＬＥＤ素子を測定した時点と最後のＬＥＤ素子を測定した時点との時間差が大きく、その間にＬＥＤ素子の発光量が変化してしまうので、測定誤差が生じてしまう。また、ＬＥＤ素子の輝度を個別に測定すると、発光体全体としての輝度のばらつき（均整度）やＬＥＤ素子の位置ずれなどを判定できなかった。さらに、個々のＬＥＤ素子の指向性が狭い場合には、各ＬＥＤ素子を測定する際に測定器が僅かに傾くだけでも受光量が変化して測定誤差が生じやすかった。また、ＬＥＤ素子は発光面積が小さいので、測定位置の僅かな位置ずれが測定誤差につながっていた。
【０００６】
これに対し、カメラで発光体を撮像して一度に複数ポイントを測定する方法は、測定時間が短縮されると共に、発光体全体における輝度均整度の測定にも適するなど、多くの利点を有している。しかし、図１３に示すように、各ＬＥＤ素子２０１の指向性が狭い場合に測定用のカメラ２０２を発光体２０３の近くに設置すると、カメラレンズの正面に対して側方へ離れた位置にあるＬＥＤ素子２０１ａの指向性範囲からカメラレンズが外れてしまい、ＬＥＤ素子２０１ａの射出する光がカメラレンズに入射しなくなってしまう。
【０００７】
交通信号灯器のように発光体が大型の場合はこの現象が顕著になり、指向性の狭い発光体全体をカメラで撮像するためには、カメラを信号灯器の充分遠方に配置しなければならなかった。このような遠方への配置は、空気中での光の減衰のほか、途中の障害物を排除したり、測定のために広い場所を要したりするなどの問題があり、測定の精度や効率を低下させていた。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、指向性の狭い発光体の近傍に配置したカメラを用いて一度にその発光体の発光状態を広範囲に測定できる発光状態測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は以下に示す各構成の発明により達成される。
【００１０】
請求項１に係わる発明は、所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する光変換手段（１１、３１）と、
前記光変換手段（１１、３１）の入射部（１４、３４）前方の前記所定方向に配置された発光体（５）を、前記光変換手段（１１、３１）を介して撮像する撮像手段（１２）と、
前記撮像手段（１２）が撮像した画像から前記発光体（５）の各部の発光状態を解析する解析手段（１３、３３）と
を有する
ことを特徴とする発光状態測定装置である。
【００１１】
上記発明によれば、光変換手段（１１、３１）は、発光体（５）の存する方向から入射する平行光を集光した後、平行光に戻して射出するので、光変換手段（１１、３１）を介して発光体（５）を見ると、発光体（５）が小さく縮小されたに等しくなる。したがって、撮像手段（１２）で撮像可能な発光体（５）のサイズが光変換手段（１１、３１）を介することで実質的に大きくなり、発光体（５）と撮像手段（１２）とを遠くに離さなくても、撮像手段（１２）のレンズ開口より大きい発光体（５）の輝度を測定可能になる。発光状態とは、輝度のほか、発光体全体での平均輝度、測定範囲における輝度均整度、発光箇所の欠落や発光不良、光軸の傾きなどでもよい。
【００１２】
請求項２に係わる発明は、前記光変換手段（１１、３１）の入射部（１４、３４）全体から前記所定方向に平行光を射出した場合にこの平行光が照射される範囲内を測定可能領域とする
ことを特徴とする請求項１に記載の発光状態測定装置である。
【００１３】
上記発明によれば、入射部（１４、３４）の所定方向の真正面となる範囲内が測定可能領域になる。言い換えると、測定対象の発光体（５）と入射部（１４、３４）とを近づけて密着させた場合に、入射部（１４、３４）の中に収まる範囲が測定可能範囲になる。
【００１４】
請求項３に係わる発明は、前記光変換手段（１１）の入射部（１４）を、測定対象の発光体（５）全体が前記測定可能領域に収まるように形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置である。
【００１５】
上記発明によれば、測定対象の発光体（５）と入射部（１４）とを近づけて密着させた場合に、入射部（１４）の中に発光体（５）全体が収まるように入射部（１４）の大きさや形状が設定される。これにより、一度に発光体（５）全体を撮像することが可能になる。
【００１６】
請求項４に係わる発明は、前記光変換手段（３１）の入射部（３４）を細長い帯状の形状にし、
前記帯状の入射部（３４）に対応して前記発光体（５）上に形成される帯状の測定可能領域がその長手方向と異なる方向へ発光体（５）上で移動するように前記発光体（５）を前記光変換手段（３１）に対して相対移動させる移動手段（３７）を有し、
前記測定可能領域に対する測定を前記相対移動させながら繰り返すことで、２次元領域を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置である。
【００１７】
上記発明によれば、細長い帯状形状の入射部（３４）と発光体（５）とを相対移動させることで２次元領域に対する測定が行なわれる。移動方向は、測定可能領域と直交する方向が好ましい。
【００１８】
請求項５に係わる発明は、前記発光体（５）は、複数の光源（７）を配列したものであり、
前記解析手段（１３、３３）は、前記撮像手段（１２）が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさからその明領域に対応する光源（７）の輝度を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置である。
【００１９】
上記発明によれば、撮像手段（１２）で撮像した画像の中で明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域であってその特徴量（面積や形状など）が規定範囲にあるものを光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさから各明領域に対応する光源（７）の輝度を求めている。明るさから輝度への換算は、たとえば、当該発光状態測定装置で輝度が既知の光源（７）を測定して画像の明るさと輝度との対応関係を実測することを、輝度を様々に変えて行ない、画像の明るさを輝度に変換する変換特性を予め求めておき、これを利用すればよい。また、面積や形状などの特徴量の規定範囲は、測定対象の光源（７）の形状や大きさ、光変換手段（１１、３１）での縮小率などに応じて適宜設定すればよい。
【００２０】
請求項６に係わる発明は、複数の光源（７）の平均輝度と各光源（７）の輝度とを対比して、前記複数の光源（７）における輝度のばらつきを求める
ことを特徴とする請求項５に記載の発光状態測定装置である。
【００２１】
請求項７に係わる発明は、前記発光体（５）は、複数の光源（７）を配列したものであり、
前記解析手段（１３、３３）は、前記撮像手段（１２）が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の位置から光源（７）の位置ずれを判定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置である。
【００２２】
上記発明によれば、各光源（７）に相当する明領域を判定し、これら明領域の位置から光源（７）の位置ずれを判定する。たとえば、位置ずれがない適正状態において光源（７）が一定間隔で配列される場合には、相対位置の大小やばらつき具合から光源（７）の位置ずれを判定できる。また特定の配列パターンで光源（７）が配置されている場合には、その配列パターンと明領域の配列状態とを対比することで光源（７）の位置ずれを判定することができる。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、前記発光体（５）は各部から特定方向に平行光を射出するものである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の発光状態測定装置である。
【００２４】
上記発明によれば、測定対象の発光体（５）は指向性が狭く、各部から特定方向に平行光を射出する。平行光は広がらないので、発光体（５）の射出した光を受光するためには、発光体（５）が光を射出する方向の真正面に受光部が存在しなければならない。本発明の発光状態測定装置は、光変換手段（１１、３１）を介することで撮像手段（１２）のレンズ開口より広い範囲を測定可能範囲にするので、このような発光体（５）の測定に好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係わる発光状態測定装置によれば、発光体の存する方向から入射する平行光を集光した後、平行光に戻して射出する作用を果たす光変換手段を介して発光体を撮像するので、撮像手段で撮像可能な範囲が実質的に大きくなり、発光体と撮像手段とを遠距離に配置しなくても、発光体を広範囲に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係わる発光状態測定装置１０の概略構成を示している。
【００２８】
発光状態測定装置１０は、光変換手段１１と、この光変換手段１１を介して発光体５を撮像する撮像手段１２と、撮像手段１２が撮像した画像を解析する解析手段１３とを備えている。
【００２９】
測定対象の発光体５は、この例では、交通信号灯器であり、直径３０ｃｍほどの基板６に光源としてのＬＥＤ素子７を多数配列したものである。各ＬＥＤ素子７は、指向性が狭く、ほぼ前方にのみ光を射出する。ここでは、半値角が±５度のＬＥＤ素子を使用している。各ＬＥＤ素子７は同一方向に光を射出するように基板６に取り付けてあり、発光体５はＬＥＤ素子７のある各部から特定方向（この例では正面）に平行光を射出するように構成されている。
【００３０】
光変換手段１１は、所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する機能を果たす。具体的には、凹面鏡１４と、反射鏡１５と、凹レンズ１６とから構成される。
【００３１】
凹面鏡１４は、光変換手段１１の入射部を成し、入射した平行光を集光する機能を果たす。反射鏡１５は凹面鏡１４で反射され集光された光を凹レンズ１６の存する方向へ反射する。凹レンズ１６は反射鏡１５からの光を平行光に戻して射出する機能を果たす。光変換手段１１の構成はこれに限定されず、同様の機能を果たせばよい。たとえば、入射部を成す凸レンズと、この凸レンズで集光された光を平行光にして射出する凹レンズとを組み合わせた構成でもよい。
【００３２】
光変換手段１１と発光体５とは、発光体５の射出した平行光が光変換手段１１の凹面鏡１４に前記所定方向から入射するように位置決めされる。また、入射部を成す凹面鏡１４の全体から発光体５の存する所定方向に平行光を射出した場合に、この平行光が照射される範囲内に発光体５の全体が収まるように設定してある。すなわち、発光体５の各ＬＥＤ素子７が正面に射出した平行光がすべて凹面鏡１４へ入射するようになっている。言い換えると、そのような状態が形成されるように凹面鏡１４の大きさ・形状を設定してある。
【００３３】
撮像手段１２は、２次元の画像を撮像可能なカメラである。ここでは、多数の画素を行列状に配列した２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を受光素子に用いたカメラを使用している。撮像手段１２は、入射部（凹面鏡１４）全体から発光体５の存する所定方向に平行光を射出した場合に、この平行光が照射される範囲全体を撮像可能な範囲に含んでいる。したがって、撮像手段１２は、光変換手段１１を介して発光体５全体の画像を一度に撮像できるようになっている。撮像手段１２は、各画素の明るさを複数階調で表わした画像データを出力する。ここでは、各画素を８ビット、２５６階調で表わした画像データが出力される。
【００３４】
解析手段１３は、撮像手段１２が撮像した画像を解析して発光体５の各部の発光状態を解析する機能を果たす。なお、撮像手段１２からアナログの画像信号を出力するようにし、解析手段１３でこの画像信号をアナログ／デジタル変換してデジタルの画像データを得るように構成してもよい。
【００３５】
光変換手段１１を介して撮像手段１２で発光体５を撮像すると、図２に示すように、発光体５を撮像手段１２の無限遠に配置して撮像した場合とほぼ等価になる。すなわち、光変換手段１１を設けることで、レンズ開口が発光体５より小さい撮像手段１２を用いて、発光体５の射出する平行光全体を平行光のまま受光して、発光体５の全体を撮像することができる。
【００３６】
図３は、撮像手段１２で撮像した発光体５の画像を模擬的に示したものである。発光体５の全体が１枚の画像に収まっていると共に、各ＬＥＤ素子７に相当する画像領域７ａは明るく、その他の部分は暗部（図中の斜線部）になっている。
【００３７】
図４は、１つのＬＥＤ素子７に相当する画像を拡大示したものである。格子のひとマスが１画素に対応している。ＬＥＤ素子７の中心に相当する部分が最も明るい画素（図中白色のマス目）となり、ＬＥＤ素子７の中心から離れるほど画素の明るさが低下している。
【００３８】
図５は、各画素の明るさを輝度に換算するための変換特性の一例を示している。この変換特性Ａは、輝度が既知の光源を発光状態測定装置１０で撮像し、その光源の輝度と画素の明るさとの対応関係を調べることを、光源の輝度を変えて何度か繰り返すことで導出される。測定対象の発光体５を撮像して得た画像の中でＬＥＤ素子７に相当する画素の明るさを調べ、これを図５の変換特性Ａで輝度値に変換することで、発光体５の各ＬＥＤ素子７の輝度が測定される。また、こうして求めた各ＬＥＤ素子７の輝度を対比するなどにより、輝度のばらつきを測定できる。さらに、各ＬＥＤ素子７の相対的な位置関係を検査することで、ＬＥＤ素子７の取り付け位置の適否を判定したり、ＬＥＤ素子７の配列状態を既知の配列パターンと比較することで発光体５の種類を判定したりすることもできる。
【００３９】
図６は、入射部を成す凹面鏡を細長い帯状形状にした光変換手段３１を備えた発光状態測定装置３０の構成を示している。基本的構成は発光状態測定装置１０と同様であるが、光変換手段３１の入射部として細長い帯状の形状を成した帯状凹面鏡３４を備えている点と、測定対象の発光体５を移動させる移動手段として移動ステージ３７を有する点などが相違する。なお、発光状態測定装置１０と同一部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００４０】
光変換手段３１は、光変換手段１１と同様に、所定方向から帯状凹面鏡３４に入射した平行光を集光した後、平行光に戻して射出する機能を果たす。移動ステージ３７は、その載置面が前記所定方向と垂直になるように配置されており、移動ステージ３７に発光体５を載置すると、発光体５の射出する平行光が帯状凹面鏡３４へ前記所定方向から入射するように設定されている。
【００４１】
光変換手段３１は入射部を成す帯状凹面鏡３４が細長い帯状を成しているので、測定可能領域の前記所定方向と直交する断面は帯状凹面鏡３４と等しい帯状になる。移動ステージ３７は、その載置面上でこの帯状の測定可能領域の長手方向と異なる方向（ここでは直交する方向）に移動する。なお、図６下部には、帯状凹面鏡３４と発光体５と移動ステージ３７とを、載置面の上方から見た状態を示してある。移動ステージ３７は図中の矢印Ｂで示すように帯状凹面鏡３４の長手方向と直交する方向に移動する。帯状凹面鏡３４の長さ（測定可能領域の長手方向の長さ）は、当該方向における発光体５の最大長（この場合は直径）より長く設定してある。
【００４２】
画像処理装置３３は、図１の解析手段１３に相当し、撮像手段１２が撮像した画像を解析する機能を果たす。画像処理装置３３は、ＣＰＵ（中央処理装置）と解析用プログラムを記憶したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）と、ワークメモリや画像メモリなどで構成される。
【００４３】
信号灯器電源３８は、発光体５に電力を供給すると共に、発光体５へ電力供給中であることを示す電源信号を露光タイミングパルス生成回路３９へ出力する。露光タイミングパルス生成回路３９は、電源信号の入力に応じて露光タイミングパルスを出力する。撮像手段１２は、露光タイミングパルスが入力されると受光素子への露光を開始し、設定された露光時間（可変）の経過後に露光を完了して１枚の画像を撮像し、その画像データを画像処理装置３３へ出力する。画像処理装置３３は移動ステージ３７へ制御信号を出力する。露光タイミングパルスは画像処理装置３３にも入力されており、画像処理装置３３はこの露光タイミングパルスに同期させて移動ステージ３７を移動させるようになっている。
【００４４】
ここでは、撮像手段１２から出力される１枚の画像データの中から１ライン分の画像データを取り込むと共に、画像上のライン幅に相当する距離だけ移動ステージ３７を変位させる動作を露光タイミングパルス毎に繰り返し行なうことで、２次元領域の画像データを取り込むようになっている。なお、取り込む１ラインは、移動ステージ３７の載置面上にできる帯状の測定可能領域の中に含まれ、好ましくは測定可能領域の長手方向に沿った１ラインであって測定可能領域の幅方向の中心付近にあるものがよい。
【００４５】
このように、入射部に帯状凹面鏡３４を用いることで、その重量が凹面鏡１４に比べて軽くなって設置が用意になる。また、小型化により製作が容易になり、帯状凹面鏡３４の光学的精度を確保し易くなる。
【００４６】
図７は、発光状態測定装置１０または発光状態測定装置３０が行なう検査動作の流れを示している。検査開始の指示を図示省略の操作部などから受けると（ステップＳ１０１；Ｙ）、測定対象の発光体５の画像を取り込む（ステップＳ１０２）。発光状態測定装置１０の場合は、１回の撮像（露光）で発光体５全体の画像を取り込む。発光状態測定装置３０の場合は図８に示すように、露光タイミングパルス毎に、１ライン分の画像データを取り込み（ステップＳ１１１）、その後、画像上のライン幅に相当する距離だけ移動ステージ３７で発光体５を移動させる動作を（ステップＳ１１２）、発光体５全体の撮像が完了するまで繰り返し行なう（ステップＳ１１３；Ｎ）。各ラインは取り込み毎に画像処理装置３３の画像メモリに蓄積され、全体の撮像完了時には、発光体５全体の画像データが画像処理装置３３の画像メモリに保存される。
【００４７】
画像の取り込み後、その画像の中から各ＬＥＤ素子７に相当する画像領域である明領域を切り出す（ステップＳ１０３）。そして明領域毎にその重心を求めて位置を確定する（ステップＳ１０４）。次に、各明領域を構成する画素の明るさを変換特性Ａで輝度に換算して各ＬＥＤ素子７の輝度を求め、さらにそれらの平均輝度を求める（ステップＳ１０５）。この平均輝度と各ＬＥＤ素子７の輝度とを比較することで輝度均整度を求める（ステップＳ１０６）。
【００４８】
こうして求めた各ＬＥＤ素子７の輝度や輝度均整度が予め定められた許容値以内か否かを調べ、すべて許容値以内ならば（ステップＳ１０７；Ｙ）検査合格の判定を出力して（ステップＳ１０８）次の発光体に対する検査待ちになる（ステップＳ１０１）。いずれか１つの検査項目でも許容値を超える場合は（ステップＳ１０７；Ｎ）検査不合格の判定を出力して（ステップＳ１０９）次の発光体に対する検査待ちになる（ステップＳ１０１）。なお、不合格の場合は、どの項目で不合格となったかの詳細情報として出力するとよい。このほか、合格／不合格にかかわらず各ＬＥＤ素子７の輝度、平均輝度、輝度均整度などの数値データをディスプレイやプリンタなどから出力可能にするとよい。
【００４９】
図９は、ＬＥＤ素子７に該当する画像領域の切り出し処理を示している。この処理は、図７のＳ１０３に相当する。発光体５全体の画像の中から、明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域をすべて切り出し抽出する（ステップＳ１２１）。その後、これら切り出した画像領域毎に、その画像領域の特徴量が規定範囲に入るか否かを判定し（ステップＳ１２３）、規定範囲に入る場合は（ステップＳ１２３；Ｙ）その画像領域をラべリングする（ステップＳ１２４）。以上の処理をすべての画像領域に対する判定が完了するまで行ない（ステップＳ１２２；Ｙ）、未判定の画像領域が存在しなくなったら（ステップＳ１２２；Ｎ）、切出し処理を終了する。ラベリングされた画像領域は、ＬＥＤ素子７に対応する明領域となる。
【００５０】
特徴量には、画像領域の面積や画像領域の形状（幅や高さ）を使用している。画像領域がＬＥＤ素子７に相当するものか否かを判定可能な指標であれば、その他の特徴量を使用してもかまわない。
【００５１】
図１０は、各ＬＥＤ素子７の位置を確定する処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０４に相当する。図９の処理でラベリングした各明領域の重心を求め（ステップＳ１３１）、さらに明領域全体の重心を求める（ステップＳ１３２）。そして、各明領域の重心と全体の重心との相対位置を求める（ステップＳ１３３）。ここでは、全体の重心を原点として、各明領域の相対座標を求めている。各明領域の相対座標と設定値（本来あるべき各ＬＥＤ素子７の位置座標）とを比較し、許容範囲内であれば（ステップＳ１３４；Ｙ）、そのまま処理を終了し、許容範囲を超える場合は（ステップＳ１３４；Ｎ）、ＬＥＤ素子７の位置ずれを示すエラー情報を出力して（ステップＳ１３５）処理を終了する。
【００５２】
図１１は、各ＬＥＤ素子７の輝度および平均輝度を求める処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０５に相当する。図９の処理で検出した明領域毎に以下の処理を行なう。明領域に属するいずれか１画素の明るさを、変換特性Ａを利用して輝度に換算する（ステップＳ１４１）。この処理を、その明領域内のすべての画素について行なう（ステップＳ１４２；Ｎ）。すべての画素の明るさを輝度に換算し終えたら（ステップＳ１４２；Ｙ）、その平均値を求め、これをその明領域に対応するＬＥＤ素子７の輝度に確定する（ステップＳ１４３）。
【００５３】
図１２は、輝度均整度算出処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０６に相当する。図１１の処理で求めた各明領域に対応する輝度から、すべての明領域の輝度の平均値、すなわち、発光体５に配列された全ＬＥＤ素子７の平均輝度を算出する（ステップＳ１５１）。次に、明領域毎にその輝度と平均輝度との差分を求めることを（ステップＳ１５２）繰り返し行ない（ステップＳ１５３；Ｎ）、すべての明領域について差分の算出が完了したら（ステップＳ１５３；Ｙ）処理を終了する。なお、輝度均整度は、明領域の輝度の分散や標準偏差として求めてもよい。
【００５４】
このように、発光体５の画像を撮像手段１２で取り込み、画像解析によって各ＬＥＤ素子７の輝度や輝度均整度などを求めて検査するので、多数のＬＥＤ素子７が配列された発光体５に対する検査を短時間で行なうことができる。その結果、検査中の時間経過によって発光量が変化することに基づく測定誤差が生じ難い。
【００５５】
また、発光体５全体の画像を対象に解析するので、輝度均整度や発光体５全体の平均輝度を求めることができ、発光体５の見え方評価に合致した検査が可能になる。
【００５６】
さらに、照度計でＬＥＤ素子７毎に測定する場合には、ＬＥＤ素子７に対する照度計の角度がずれて測定誤差が生じ易いが、発光状態測定装置１０、３０では発光体５の射出する平行光が光変換手段１１、３１を介して平行光のまま撮像手段１２に入射して撮像されるので、入射角のずれによる測定誤差が少なくなる。また、光変換手段１１、３１の凹レンズ１６から射出される光が平行光になっているので、凹レンズ１６と撮像手段１２との距離に影響されずに発光体５のサイズが画像上で一定となり、光変換手段１１と撮像手段１２との距離を適宜に設定しても測定精度に影響が出ないという効果がある。
【００５７】
また、撮像手段１２で撮像した発光体５の画像を解析手段１３や画像処理装置３３で解析して輝度や輝度均整度などを求めて検査するので、検査者の技量に負うところが少なく、誰でも簡単に定量的な合否判定が可能になる。
【００５８】
なお、ＬＥＤ素子７の大きさが既知の場合には、画像を解析して得た明領域の面積が規定の面積に対してどの位小さいかによってＬＥＤ素子７の傾斜の程度を判定することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００６０】
たとえば、撮像した画像からＬＥＤ素子７に相当する明領域を抽出する方法は、実施の形態に例示した方法に限定されない。また、ＬＥＤ素子７の輝度は、重心位置にある画素を代表画素とし、その画素の明るさから求めてもよく、実施の形態で例示した方法に限らない。
【００６１】
また、実施の形態では、撮像手段としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）の画像素子を備えたカメラを使用してもよい。ＣＣＤの場合、強い光が入射するとスミアやブルーミングが生じ、画像にじみが出たり、白い帯状のにじみが出たりするが、ＣＭＯＳの画像素子を使用することでスミアやブルーミングを抑制することができ、他のＬＥＤ素子に比べて特に輝度の大きなＬＥＤ素子が基板上に在っても、測定制度への悪影響を防ぐことができる。
【００６２】
発光状態測定装置１０、３０が測定対象にする発光体は交通信号灯器に限定されない。また、発光体を構成する光源はＬＥＤに限定されない。発光状態測定装置１０、３０は、指向性が狭く、しかも発光面積が撮像手段１２のレンズ開口より大きい発光体の測定に適している。
【００６３】
なお、各ＬＥＤ素子７の配置のばらつきを検出すれば足りる場合には、各明領域の位置関係がわかればよいので、明るさを輝度に換算する処理を割愛してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置が有する光変換手段の光学的効果を模擬的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置の撮像手段が光変換手段を介して撮像した発光体の画像の一例を示す説明図である。
【図４】１つのＬＥＤ素子に相当する画像を拡大示した説明図である。
【図５】画素の明るさを輝度に変換する変換特性の一例を示す説明図である。
【図６】帯状凹面鏡を有する光変換手段を使用した発光状態測定装置の構成例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置が行なう検査動作全体を示す流れ図である。
【図８】図６に示す発光状態測定装置が行なう画像取込処理を示す流れ図である。
【図９】ＬＥＤ位置切り出し処理を示す流れ図である。
【図１０】ＬＥＤ位置確定処理を示す流れ図である。
【図１１】平均輝度算出処理を示す流れ図である。
【図１２】輝度均整度算出処理を示す流れ図である。
【図１３】指向性の狭い発光体をカメラで近くから撮像する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
５…発光体
６…基板
７…ＬＥＤ素子
７ａ…画像領域
１０…発光状態測定装置
１１…光変換手段
１２…撮像手段
１３…解析手段
１４…凹面鏡
１５…反射鏡
１６…凹レンズ
３０…入射部を帯状にした発光状態測定装置
３１…光変換手段
３３…画像処理装置
３４…帯状凹面鏡
３７…移動ステージ
３８…信号灯器電源
３９…露光タイミングパルス生成回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ表示器や信号灯器などの発光体の発光状態を測定する発光状態測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を配列して構成された発光体の平均輝度や各部の輝度のばらつき（均整度）を測定するとき、従来は、測定器を１つ１つのＬＥＤに近づけて測定する方法が採られていた。
【０００３】
また、１回の測定で複数ポイントに対する輝度測定を可能とするために、測定対象を２次元のＣＣＤカメラで撮像し、設定された複数の測定点について、その画素の階調データから輝度値を換算するようにした輝度測定装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６２２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くのＬＥＤ素子を１つ１つ個別に測定すると、最初のＬＥＤ素子を測定した時点と最後のＬＥＤ素子を測定した時点との時間差が大きく、その間にＬＥＤ素子の発光量が変化してしまうので、測定誤差が生じてしまう。また、ＬＥＤ素子の輝度を個別に測定すると、発光体全体としての輝度のばらつき（均整度）やＬＥＤ素子の位置ずれなどを判定できなかった。さらに、個々のＬＥＤ素子の指向性が狭い場合には、各ＬＥＤ素子を測定する際に測定器が僅かに傾くだけでも受光量が変化して測定誤差が生じやすかった。また、ＬＥＤ素子は発光面積が小さいので、測定位置の僅かな位置ずれが測定誤差につながっていた。
【０００６】
これに対し、カメラで発光体を撮像して一度に複数ポイントを測定する方法は、測定時間が短縮されると共に、発光体全体における輝度均整度の測定にも適するなど、多くの利点を有している。しかし、図１３に示すように、各ＬＥＤ素子２０１の指向性が狭い場合に測定用のカメラ２０２を発光体２０３の近くに設置すると、カメラレンズの正面に対して側方へ離れた位置にあるＬＥＤ素子２０１ａの指向性範囲からカメラレンズが外れてしまい、ＬＥＤ素子２０１ａの射出する光がカメラレンズに入射しなくなってしまう。
【０００７】
交通信号灯器のように発光体が大型の場合はこの現象が顕著になり、指向性の狭い発光体全体をカメラで撮像するためには、カメラを信号灯器の充分遠方に配置しなければならなかった。このような遠方への配置は、空気中での光の減衰のほか、途中の障害物を排除したり、測定のために広い場所を要したりするなどの問題があり、測定の精度や効率を低下させていた。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、指向性の狭い発光体の近傍に配置したカメラを用いて一度にその発光体の発光状態を広範囲に測定できる発光状態測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は以下に示す各構成の発明により達成される。
【００１０】
請求項１に係わる発明は、所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する光変換手段（１１、３１）と、
前記光変換手段（１１、３１）の入射部（１４、３４）前方の前記所定方向に配置された発光体（５）を、前記光変換手段（１１、３１）を介して撮像する撮像手段（１２）と、
前記撮像手段（１２）が撮像した画像から前記発光体（５）の各部の発光状態を解析する解析手段（１３、３３）と
を有する
ことを特徴とする発光状態測定装置である。
【００１１】
上記発明によれば、光変換手段（１１、３１）は、発光体（５）の存する方向から入射する平行光を集光した後、平行光に戻して射出するので、光変換手段（１１、３１）を介して発光体（５）を見ると、発光体（５）が小さく縮小されたに等しくなる。したがって、撮像手段（１２）で撮像可能な発光体（５）のサイズが光変換手段（１１、３１）を介することで実質的に大きくなり、発光体（５）と撮像手段（１２）とを遠くに離さなくても、撮像手段（１２）のレンズ開口より大きい発光体（５）の輝度を測定可能になる。発光状態とは、輝度のほか、発光体全体での平均輝度、測定範囲における輝度均整度、発光箇所の欠落や発光不良、光軸の傾きなどでもよい。
【００１２】
請求項２に係わる発明は、前記光変換手段（１１、３１）の入射部（１４、３４）全体から前記所定方向に平行光を射出した場合にこの平行光が照射される範囲内を測定可能領域とする
ことを特徴とする請求項１に記載の発光状態測定装置である。
【００１３】
上記発明によれば、入射部（１４、３４）の所定方向の真正面となる範囲内が測定可能領域になる。言い換えると、測定対象の発光体（５）と入射部（１４、３４）とを近づけて密着させた場合に、入射部（１４、３４）の中に収まる範囲が測定可能範囲になる。
【００１４】
請求項３に係わる発明は、前記光変換手段（１１）の入射部（１４）を、測定対象の発光体（５）全体が前記測定可能領域に収まるように形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置である。
【００１５】
上記発明によれば、測定対象の発光体（５）と入射部（１４）とを近づけて密着させた場合に、入射部（１４）の中に発光体（５）全体が収まるように入射部（１４）の大きさや形状が設定される。これにより、一度に発光体（５）全体を撮像することが可能になる。
【００１６】
請求項４に係わる発明は、前記光変換手段（３１）の入射部（３４）を細長い帯状の形状にし、
前記帯状の入射部（３４）に対応して前記発光体（５）上に形成される帯状の測定可能領域がその長手方向と異なる方向へ発光体（５）上で移動するように前記発光体（５）を前記光変換手段（３１）に対して相対移動させる移動手段（３７）を有し、
前記測定可能領域に対する測定を前記相対移動させながら繰り返すことで、２次元領域を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置である。
【００１７】
上記発明によれば、細長い帯状形状の入射部（３４）と発光体（５）とを相対移動させることで２次元領域に対する測定が行なわれる。移動方向は、測定可能領域と直交する方向が好ましい。
【００１８】
請求項５に係わる発明は、前記発光体（５）は、複数の光源（７）を配列したものであり、
前記解析手段（１３、３３）は、前記撮像手段（１２）が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさからその明領域に対応する光源（７）の輝度を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置である。
【００１９】
上記発明によれば、撮像手段（１２）で撮像した画像の中で明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域であってその特徴量（面積や形状など）が規定範囲にあるものを光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさから各明領域に対応する光源（７）の輝度を求めている。明るさから輝度への換算は、たとえば、当該発光状態測定装置で輝度が既知の光源（７）を測定して画像の明るさと輝度との対応関係を実測することを、輝度を様々に変えて行ない、画像の明るさを輝度に変換する変換特性を予め求めておき、これを利用すればよい。また、面積や形状などの特徴量の規定範囲は、測定対象の光源（７）の形状や大きさ、光変換手段（１１、３１）での縮小率などに応じて適宜設定すればよい。
【００２０】
請求項６に係わる発明は、複数の光源（７）の平均輝度と各光源（７）の輝度とを対比して、前記複数の光源（７）における輝度のばらつきを求める
ことを特徴とする請求項５に記載の発光状態測定装置である。
【００２１】
請求項７に係わる発明は、前記発光体（５）は、複数の光源（７）を配列したものであり、
前記解析手段（１３、３３）は、前記撮像手段（１２）が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源（７）に対応する明領域と判定し、各明領域の位置から光源（７）の位置ずれを判定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置である。
【００２２】
上記発明によれば、各光源（７）に相当する明領域を判定し、これら明領域の位置から光源（７）の位置ずれを判定する。たとえば、位置ずれがない適正状態において光源（７）が一定間隔で配列される場合には、相対位置の大小やばらつき具合から光源（７）の位置ずれを判定できる。また特定の配列パターンで光源（７）が配置されている場合には、その配列パターンと明領域の配列状態とを対比することで光源（７）の位置ずれを判定することができる。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、前記発光体（５）は各部から特定方向に平行光を射出するものである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の発光状態測定装置である。
【００２４】
上記発明によれば、測定対象の発光体（５）は指向性が狭く、各部から特定方向に平行光を射出する。平行光は広がらないので、発光体（５）の射出した光を受光するためには、発光体（５）が光を射出する方向の真正面に受光部が存在しなければならない。本発明の発光状態測定装置は、光変換手段（１１、３１）を介することで撮像手段（１２）のレンズ開口より広い範囲を測定可能範囲にするので、このような発光体（５）の測定に好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係わる発光状態測定装置によれば、発光体の存する方向から入射する平行光を集光した後、平行光に戻して射出する作用を果たす光変換手段を介して発光体を撮像するので、撮像手段で撮像可能な範囲が実質的に大きくなり、発光体と撮像手段とを遠距離に配置しなくても、発光体を広範囲に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係わる発光状態測定装置１０の概略構成を示している。
【００２８】
発光状態測定装置１０は、光変換手段１１と、この光変換手段１１を介して発光体５を撮像する撮像手段１２と、撮像手段１２が撮像した画像を解析する解析手段１３とを備えている。
【００２９】
測定対象の発光体５は、この例では、交通信号灯器であり、直径３０ｃｍほどの基板６に光源としてのＬＥＤ素子７を多数配列したものである。各ＬＥＤ素子７は、指向性が狭く、ほぼ前方にのみ光を射出する。ここでは、半値角が±５度のＬＥＤ素子を使用している。各ＬＥＤ素子７は同一方向に光を射出するように基板６に取り付けてあり、発光体５はＬＥＤ素子７のある各部から特定方向（この例では正面）に平行光を射出するように構成されている。
【００３０】
光変換手段１１は、所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する機能を果たす。具体的には、凹面鏡１４と、反射鏡１５と、凹レンズ１６とから構成される。
【００３１】
凹面鏡１４は、光変換手段１１の入射部を成し、入射した平行光を集光する機能を果たす。反射鏡１５は凹面鏡１４で反射され集光された光を凹レンズ１６の存する方向へ反射する。凹レンズ１６は反射鏡１５からの光を平行光に戻して射出する機能を果たす。光変換手段１１の構成はこれに限定されず、同様の機能を果たせばよい。たとえば、入射部を成す凸レンズと、この凸レンズで集光された光を平行光にして射出する凹レンズとを組み合わせた構成でもよい。
【００３２】
光変換手段１１と発光体５とは、発光体５の射出した平行光が光変換手段１１の凹面鏡１４に前記所定方向から入射するように位置決めされる。また、入射部を成す凹面鏡１４の全体から発光体５の存する所定方向に平行光を射出した場合に、この平行光が照射される範囲内に発光体５の全体が収まるように設定してある。すなわち、発光体５の各ＬＥＤ素子７が正面に射出した平行光がすべて凹面鏡１４へ入射するようになっている。言い換えると、そのような状態が形成されるように凹面鏡１４の大きさ・形状を設定してある。
【００３３】
撮像手段１２は、２次元の画像を撮像可能なカメラである。ここでは、多数の画素を行列状に配列した２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を受光素子に用いたカメラを使用している。撮像手段１２は、入射部（凹面鏡１４）全体から発光体５の存する所定方向に平行光を射出した場合に、この平行光が照射される範囲全体を撮像可能な範囲に含んでいる。したがって、撮像手段１２は、光変換手段１１を介して発光体５全体の画像を一度に撮像できるようになっている。撮像手段１２は、各画素の明るさを複数階調で表わした画像データを出力する。ここでは、各画素を８ビット、２５６階調で表わした画像データが出力される。
【００３４】
解析手段１３は、撮像手段１２が撮像した画像を解析して発光体５の各部の発光状態を解析する機能を果たす。なお、撮像手段１２からアナログの画像信号を出力するようにし、解析手段１３でこの画像信号をアナログ／デジタル変換してデジタルの画像データを得るように構成してもよい。
【００３５】
光変換手段１１を介して撮像手段１２で発光体５を撮像すると、図２に示すように、発光体５を撮像手段１２の無限遠に配置して撮像した場合とほぼ等価になる。すなわち、光変換手段１１を設けることで、レンズ開口が発光体５より小さい撮像手段１２を用いて、発光体５の射出する平行光全体を平行光のまま受光して、発光体５の全体を撮像することができる。
【００３６】
図３は、撮像手段１２で撮像した発光体５の画像を模擬的に示したものである。発光体５の全体が１枚の画像に収まっていると共に、各ＬＥＤ素子７に相当する画像領域７ａは明るく、その他の部分は暗部（図中の斜線部）になっている。
【００３７】
図４は、１つのＬＥＤ素子７に相当する画像を拡大示したものである。格子のひとマスが１画素に対応している。ＬＥＤ素子７の中心に相当する部分が最も明るい画素（図中白色のマス目）となり、ＬＥＤ素子７の中心から離れるほど画素の明るさが低下している。
【００３８】
図５は、各画素の明るさを輝度に換算するための変換特性の一例を示している。この変換特性Ａは、輝度が既知の光源を発光状態測定装置１０で撮像し、その光源の輝度と画素の明るさとの対応関係を調べることを、光源の輝度を変えて何度か繰り返すことで導出される。測定対象の発光体５を撮像して得た画像の中でＬＥＤ素子７に相当する画素の明るさを調べ、これを図５の変換特性Ａで輝度値に変換することで、発光体５の各ＬＥＤ素子７の輝度が測定される。また、こうして求めた各ＬＥＤ素子７の輝度を対比するなどにより、輝度のばらつきを測定できる。さらに、各ＬＥＤ素子７の相対的な位置関係を検査することで、ＬＥＤ素子７の取り付け位置の適否を判定したり、ＬＥＤ素子７の配列状態を既知の配列パターンと比較することで発光体５の種類を判定したりすることもできる。
【００３９】
図６は、入射部を成す凹面鏡を細長い帯状形状にした光変換手段３１を備えた発光状態測定装置３０の構成を示している。基本的構成は発光状態測定装置１０と同様であるが、光変換手段３１の入射部として細長い帯状の形状を成した帯状凹面鏡３４を備えている点と、測定対象の発光体５を移動させる移動手段として移動ステージ３７を有する点などが相違する。なお、発光状態測定装置１０と同一部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００４０】
光変換手段３１は、光変換手段１１と同様に、所定方向から帯状凹面鏡３４に入射した平行光を集光した後、平行光に戻して射出する機能を果たす。移動ステージ３７は、その載置面が前記所定方向と垂直になるように配置されており、移動ステージ３７に発光体５を載置すると、発光体５の射出する平行光が帯状凹面鏡３４へ前記所定方向から入射するように設定されている。
【００４１】
光変換手段３１は入射部を成す帯状凹面鏡３４が細長い帯状を成しているので、測定可能領域の前記所定方向と直交する断面は帯状凹面鏡３４と等しい帯状になる。移動ステージ３７は、その載置面上でこの帯状の測定可能領域の長手方向と異なる方向（ここでは直交する方向）に移動する。なお、図６下部には、帯状凹面鏡３４と発光体５と移動ステージ３７とを、載置面の上方から見た状態を示してある。移動ステージ３７は図中の矢印Ｂで示すように帯状凹面鏡３４の長手方向と直交する方向に移動する。帯状凹面鏡３４の長さ（測定可能領域の長手方向の長さ）は、当該方向における発光体５の最大長（この場合は直径）より長く設定してある。
【００４２】
画像処理装置３３は、図１の解析手段１３に相当し、撮像手段１２が撮像した画像を解析する機能を果たす。画像処理装置３３は、ＣＰＵ（中央処理装置）と解析用プログラムを記憶したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）と、ワークメモリや画像メモリなどで構成される。
【００４３】
信号灯器電源３８は、発光体５に電力を供給すると共に、発光体５へ電力供給中であることを示す電源信号を露光タイミングパルス生成回路３９へ出力する。露光タイミングパルス生成回路３９は、電源信号の入力に応じて露光タイミングパルスを出力する。撮像手段１２は、露光タイミングパルスが入力されると受光素子への露光を開始し、設定された露光時間（可変）の経過後に露光を完了して１枚の画像を撮像し、その画像データを画像処理装置３３へ出力する。画像処理装置３３は移動ステージ３７へ制御信号を出力する。露光タイミングパルスは画像処理装置３３にも入力されており、画像処理装置３３はこの露光タイミングパルスに同期させて移動ステージ３７を移動させるようになっている。
【００４４】
ここでは、撮像手段１２から出力される１枚の画像データの中から１ライン分の画像データを取り込むと共に、画像上のライン幅に相当する距離だけ移動ステージ３７を変位させる動作を露光タイミングパルス毎に繰り返し行なうことで、２次元領域の画像データを取り込むようになっている。なお、取り込む１ラインは、移動ステージ３７の載置面上にできる帯状の測定可能領域の中に含まれ、好ましくは測定可能領域の長手方向に沿った１ラインであって測定可能領域の幅方向の中心付近にあるものがよい。
【００４５】
このように、入射部に帯状凹面鏡３４を用いることで、その重量が凹面鏡１４に比べて軽くなって設置が用意になる。また、小型化により製作が容易になり、帯状凹面鏡３４の光学的精度を確保し易くなる。
【００４６】
図７は、発光状態測定装置１０または発光状態測定装置３０が行なう検査動作の流れを示している。検査開始の指示を図示省略の操作部などから受けると（ステップＳ１０１；Ｙ）、測定対象の発光体５の画像を取り込む（ステップＳ１０２）。発光状態測定装置１０の場合は、１回の撮像（露光）で発光体５全体の画像を取り込む。発光状態測定装置３０の場合は図８に示すように、露光タイミングパルス毎に、１ライン分の画像データを取り込み（ステップＳ１１１）、その後、画像上のライン幅に相当する距離だけ移動ステージ３７で発光体５を移動させる動作を（ステップＳ１１２）、発光体５全体の撮像が完了するまで繰り返し行なう（ステップＳ１１３；Ｎ）。各ラインは取り込み毎に画像処理装置３３の画像メモリに蓄積され、全体の撮像完了時には、発光体５全体の画像データが画像処理装置３３の画像メモリに保存される。
【００４７】
画像の取り込み後、その画像の中から各ＬＥＤ素子７に相当する画像領域である明領域を切り出す（ステップＳ１０３）。そして明領域毎にその重心を求めて位置を確定する（ステップＳ１０４）。次に、各明領域を構成する画素の明るさを変換特性Ａで輝度に換算して各ＬＥＤ素子７の輝度を求め、さらにそれらの平均輝度を求める（ステップＳ１０５）。この平均輝度と各ＬＥＤ素子７の輝度とを比較することで輝度均整度を求める（ステップＳ１０６）。
【００４８】
こうして求めた各ＬＥＤ素子７の輝度や輝度均整度が予め定められた許容値以内か否かを調べ、すべて許容値以内ならば（ステップＳ１０７；Ｙ）検査合格の判定を出力して（ステップＳ１０８）次の発光体に対する検査待ちになる（ステップＳ１０１）。いずれか１つの検査項目でも許容値を超える場合は（ステップＳ１０７；Ｎ）検査不合格の判定を出力して（ステップＳ１０９）次の発光体に対する検査待ちになる（ステップＳ１０１）。なお、不合格の場合は、どの項目で不合格となったかの詳細情報として出力するとよい。このほか、合格／不合格にかかわらず各ＬＥＤ素子７の輝度、平均輝度、輝度均整度などの数値データをディスプレイやプリンタなどから出力可能にするとよい。
【００４９】
図９は、ＬＥＤ素子７に該当する画像領域の切り出し処理を示している。この処理は、図７のＳ１０３に相当する。発光体５全体の画像の中から、明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域をすべて切り出し抽出する（ステップＳ１２１）。その後、これら切り出した画像領域毎に、その画像領域の特徴量が規定範囲に入るか否かを判定し（ステップＳ１２３）、規定範囲に入る場合は（ステップＳ１２３；Ｙ）その画像領域をラべリングする（ステップＳ１２４）。以上の処理をすべての画像領域に対する判定が完了するまで行ない（ステップＳ１２２；Ｙ）、未判定の画像領域が存在しなくなったら（ステップＳ１２２；Ｎ）、切出し処理を終了する。ラベリングされた画像領域は、ＬＥＤ素子７に対応する明領域となる。
【００５０】
特徴量には、画像領域の面積や画像領域の形状（幅や高さ）を使用している。画像領域がＬＥＤ素子７に相当するものか否かを判定可能な指標であれば、その他の特徴量を使用してもかまわない。
【００５１】
図１０は、各ＬＥＤ素子７の位置を確定する処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０４に相当する。図９の処理でラベリングした各明領域の重心を求め（ステップＳ１３１）、さらに明領域全体の重心を求める（ステップＳ１３２）。そして、各明領域の重心と全体の重心との相対位置を求める（ステップＳ１３３）。ここでは、全体の重心を原点として、各明領域の相対座標を求めている。各明領域の相対座標と設定値（本来あるべき各ＬＥＤ素子７の位置座標）とを比較し、許容範囲内であれば（ステップＳ１３４；Ｙ）、そのまま処理を終了し、許容範囲を超える場合は（ステップＳ１３４；Ｎ）、ＬＥＤ素子７の位置ずれを示すエラー情報を出力して（ステップＳ１３５）処理を終了する。
【００５２】
図１１は、各ＬＥＤ素子７の輝度および平均輝度を求める処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０５に相当する。図９の処理で検出した明領域毎に以下の処理を行なう。明領域に属するいずれか１画素の明るさを、変換特性Ａを利用して輝度に換算する（ステップＳ１４１）。この処理を、その明領域内のすべての画素について行なう（ステップＳ１４２；Ｎ）。すべての画素の明るさを輝度に換算し終えたら（ステップＳ１４２；Ｙ）、その平均値を求め、これをその明領域に対応するＬＥＤ素子７の輝度に確定する（ステップＳ１４３）。
【００５３】
図１２は、輝度均整度算出処理の流れを示している。この処理は、図７のＳ１０６に相当する。図１１の処理で求めた各明領域に対応する輝度から、すべての明領域の輝度の平均値、すなわち、発光体５に配列された全ＬＥＤ素子７の平均輝度を算出する（ステップＳ１５１）。次に、明領域毎にその輝度と平均輝度との差分を求めることを（ステップＳ１５２）繰り返し行ない（ステップＳ１５３；Ｎ）、すべての明領域について差分の算出が完了したら（ステップＳ１５３；Ｙ）処理を終了する。なお、輝度均整度は、明領域の輝度の分散や標準偏差として求めてもよい。
【００５４】
このように、発光体５の画像を撮像手段１２で取り込み、画像解析によって各ＬＥＤ素子７の輝度や輝度均整度などを求めて検査するので、多数のＬＥＤ素子７が配列された発光体５に対する検査を短時間で行なうことができる。その結果、検査中の時間経過によって発光量が変化することに基づく測定誤差が生じ難い。
【００５５】
また、発光体５全体の画像を対象に解析するので、輝度均整度や発光体５全体の平均輝度を求めることができ、発光体５の見え方評価に合致した検査が可能になる。
【００５６】
さらに、照度計でＬＥＤ素子７毎に測定する場合には、ＬＥＤ素子７に対する照度計の角度がずれて測定誤差が生じ易いが、発光状態測定装置１０、３０では発光体５の射出する平行光が光変換手段１１、３１を介して平行光のまま撮像手段１２に入射して撮像されるので、入射角のずれによる測定誤差が少なくなる。また、光変換手段１１、３１の凹レンズ１６から射出される光が平行光になっているので、凹レンズ１６と撮像手段１２との距離に影響されずに発光体５のサイズが画像上で一定となり、光変換手段１１と撮像手段１２との距離を適宜に設定しても測定精度に影響が出ないという効果がある。
【００５７】
また、撮像手段１２で撮像した発光体５の画像を解析手段１３や画像処理装置３３で解析して輝度や輝度均整度などを求めて検査するので、検査者の技量に負うところが少なく、誰でも簡単に定量的な合否判定が可能になる。
【００５８】
なお、ＬＥＤ素子７の大きさが既知の場合には、画像を解析して得た明領域の面積が規定の面積に対してどの位小さいかによってＬＥＤ素子７の傾斜の程度を判定することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００６０】
たとえば、撮像した画像からＬＥＤ素子７に相当する明領域を抽出する方法は、実施の形態に例示した方法に限定されない。また、ＬＥＤ素子７の輝度は、重心位置にある画素を代表画素とし、その画素の明るさから求めてもよく、実施の形態で例示した方法に限らない。
【００６１】
また、実施の形態では、撮像手段としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）の画像素子を備えたカメラを使用してもよい。ＣＣＤの場合、強い光が入射するとスミアやブルーミングが生じ、画像にじみが出たり、白い帯状のにじみが出たりするが、ＣＭＯＳの画像素子を使用することでスミアやブルーミングを抑制することができ、他のＬＥＤ素子に比べて特に輝度の大きなＬＥＤ素子が基板上に在っても、測定制度への悪影響を防ぐことができる。
【００６２】
発光状態測定装置１０、３０が測定対象にする発光体は交通信号灯器に限定されない。また、発光体を構成する光源はＬＥＤに限定されない。発光状態測定装置１０、３０は、指向性が狭く、しかも発光面積が撮像手段１２のレンズ開口より大きい発光体の測定に適している。
【００６３】
なお、各ＬＥＤ素子７の配置のばらつきを検出すれば足りる場合には、各明領域の位置関係がわかればよいので、明るさを輝度に換算する処理を割愛してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置が有する光変換手段の光学的効果を模擬的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置の撮像手段が光変換手段を介して撮像した発光体の画像の一例を示す説明図である。
【図４】１つのＬＥＤ素子に相当する画像を拡大示した説明図である。
【図５】画素の明るさを輝度に変換する変換特性の一例を示す説明図である。
【図６】帯状凹面鏡を有する光変換手段を使用した発光状態測定装置の構成例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係わる発光状態測定装置が行なう検査動作全体を示す流れ図である。
【図８】図６に示す発光状態測定装置が行なう画像取込処理を示す流れ図である。
【図９】ＬＥＤ位置切り出し処理を示す流れ図である。
【図１０】ＬＥＤ位置確定処理を示す流れ図である。
【図１１】平均輝度算出処理を示す流れ図である。
【図１２】輝度均整度算出処理を示す流れ図である。
【図１３】指向性の狭い発光体をカメラで近くから撮像する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
５…発光体
６…基板
７…ＬＥＤ素子
７ａ…画像領域
１０…発光状態測定装置
１１…光変換手段
１２…撮像手段
１３…解析手段
１４…凹面鏡
１５…反射鏡
１６…凹レンズ
３０…入射部を帯状にした発光状態測定装置
３１…光変換手段
３３…画像処理装置
３４…帯状凹面鏡
３７…移動ステージ
３８…信号灯器電源
３９…露光タイミングパルス生成回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する光変換手段と、
前記光変換手段の入射部前方の前記所定方向に配置された発光体を、前記光変換手段を介して撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から前記発光体の各部の発光状態を解析する解析手段と
を有する
ことを特徴とする発光状態測定装置。
【請求項２】
前記光変換手段の入射部全体から前記所定方向に平行光を射出した場合にこの平行光が照射される範囲内を測定可能領域とする
ことを特徴とする請求項１に記載の発光状態測定装置。
【請求項３】
前記光変換手段の入射部を、測定対象の発光体全体が前記測定可能領域に収まるように形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置。
【請求項４】
前記光変換手段の入射部を細長い帯状の形状にし、
前記帯状の入射部に対応して前記発光体上に形成される帯状の測定可能領域がその長手方向と異なる方向へ発光体上で移動するように前記発光体を前記光変換手段に対して相対移動させる移動手段を有し、
前記測定可能領域に対する測定を前記相対移動させながら繰り返すことで、２次元領域を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置。
【請求項５】
前記発光体は、複数の光源を配列したものであり、
前記解析手段は、前記撮像手段が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさからその明領域に対応する光源の輝度を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置。
【請求項６】
複数の光源の平均輝度と各光源の輝度とを対比して、前記複数の光源における輝度のばらつきを求める
ことを特徴とする請求項５に記載の発光状態測定装置。
【請求項７】
前記発光体は、複数の光源を配列したものであり、
前記解析手段は、前記撮像手段が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源に対応する明領域と判定し、各明領域の位置から光源の位置ずれを判定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置。
【請求項８】
前記発光体は各部から特定方向に平行光を射出するものである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の発光状態測定装置。
【請求項１】
所定方向から入射する平行光を集光した後、これを平行光に戻して射出するように入射光の光路を変換する光変換手段と、
前記光変換手段の入射部前方の前記所定方向に配置された発光体を、前記光変換手段を介して撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から前記発光体の各部の発光状態を解析する解析手段と
を有する
ことを特徴とする発光状態測定装置。
【請求項２】
前記光変換手段の入射部全体から前記所定方向に平行光を射出した場合にこの平行光が照射される範囲内を測定可能領域とする
ことを特徴とする請求項１に記載の発光状態測定装置。
【請求項３】
前記光変換手段の入射部を、測定対象の発光体全体が前記測定可能領域に収まるように形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置。
【請求項４】
前記光変換手段の入射部を細長い帯状の形状にし、
前記帯状の入射部に対応して前記発光体上に形成される帯状の測定可能領域がその長手方向と異なる方向へ発光体上で移動するように前記発光体を前記光変換手段に対して相対移動させる移動手段を有し、
前記測定可能領域に対する測定を前記相対移動させながら繰り返すことで、２次元領域を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の発光状態測定装置。
【請求項５】
前記発光体は、複数の光源を配列したものであり、
前記解析手段は、前記撮像手段が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源に対応する明領域と判定し、各明領域の明るさからその明領域に対応する光源の輝度を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置。
【請求項６】
複数の光源の平均輝度と各光源の輝度とを対比して、前記複数の光源における輝度のばらつきを求める
ことを特徴とする請求項５に記載の発光状態測定装置。
【請求項７】
前記発光体は、複数の光源を配列したものであり、
前記解析手段は、前記撮像手段が撮像した画像から明るさがしきい値以上の画素で構成される画像領域を抽出し、その特徴量が規定範囲にある画像領域を光源に対応する明領域と判定し、各明領域の位置から光源の位置ずれを判定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の発光状態測定装置。
【請求項８】
前記発光体は各部から特定方向に平行光を射出するものである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の発光状態測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３２５５（Ｐ２００７−３２５５Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８１５１９（Ｐ２００５−１８１５１９）
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（３９００１００５４）小糸工業株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（３９００１００５４）小糸工業株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
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