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JP7306404B2 - 2次元フリッカー測定装置 - Google Patents
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JP7306404B2 - 2次元フリッカー測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディスプレイ装置の表示画面に生じるフリッカーを2次元的に測定する2次元フリッカー測定装置に関する。
従来、ディスプレイ装置の表示画面に生じるフリッカーを測定する測定装置として、スポット型フリッカー測定装置が知られている。スポット型フリッカー測定装置は、被測定物の所定の測定領域(以下、「測定スポット」とも称される)において、出力される画素値の変動を検出することにより、フリッカーを測定する。表示画面から出力される画素値の変動を検出するためには、着目する脈動周波数よりも十分に高いサンプリングレートで画素値を検出することが必要となる。フリッカーの測定精度は、画素値を検出する際のサンプリングレートに依存する。サンプリングレートが高速になるほど、フリッカーの測定精度は向上する。
スポット型フリッカー測定装置では、1回の測定で1箇所の測定スポットしか測定できない。したがって、複数箇所の測定スポットのフリッカーを測定して表示画面におけるフリッカーのむらを測定するためには、スポット型フリッカー測定装置を複数台用意して、それぞれ異なる測定スポットを測定するか、又は、1台のスポット型フリッカー測定装置で複数箇所の測定スポットを順番に測定する必要がある。このため、装置の準備に手間が掛かったり、測定に時間を要することとなる。
このようなスポット型フリッカー測定装置の課題を解決するための方法として、特許文献1で提案されている技術がある。この特許文献1には、CCDカメラ等の2次元センサを用いて、被測定物を撮像することにより、画素値の変動を2次元的に取得する方法が記載されている。但し、2次元センサを用いてフリッカーを測定する場合には、着目する脈動周波数よりも十分に高いフレームレートで画素値を検出することが必要となる。しかしながら、一般的な2次元センサでは、フリッカーの測定に必要なフレームレートで動作させるのは困難である。そこで、高速カメラに使用されるような、高速動作可能な2次元センサを用いると、フリッカーの測定に必要な高速の撮像が可能となるので、フリッカーの測定を実現することができる。
しかしながら、高速動作可能な2次元センサは、高価である。また、高速動作可能な2次元センサは、一般的な2次元センサに比べて、AD変換される前のアナログ画像データを高速に処理する必要があるので、ノイズが高くなる。このため、取得した画素値の変動データの再現性が悪いので、フリッカーの測定精度が低下する。
特開2003-254860号公報
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、2次元センサを用いて、測定精度が低下することなく、被測定物のフリッカーを2次元的に測定することが可能な2次元フリッカー測定装置を提供することを目的とする。
上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映した2次元フリッカー測定装置は、
複数の光電変換素子のうち設定された部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみを読み出す部分読出し機能を有する、複数の2次元センサを備え、
前記被測定物に複数の測定領域を2次元的に設定し、
前記被測定物の全体を含む全体撮像領域を分割した複数の部分撮像領域それぞれに、前記複数の2次元センサにおける前記複数の部分読出し領域それぞれを設定することによって、前記複数の測定領域における各画素値をそれぞれ取得し、
前記複数の測定領域における各画素値に基づき、前記複数の測定領域のフリッカー値をそれぞれ求める。
発明の1又は複数の実施形態により与えられる利点及び特徴は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
第1実施形態の2次元フリッカー測定装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図である。 2次元フリッカー測定装置の測定状態を概略的に示す側面図である。 2次元センサの部分読出し領域及び被測定物の部分撮像領域を概略的に示す図である。 WDが無限遠のときの各2次元センサの視野を概略的に示す図である。 WDが無限遠から有限の値に近づいたときの各2次元センサの視野を概略的に示す図である。 一つの測定領域20における画素値の時間的推移を概略的に示す図である。 JEITA方式によるフリッカー値の測定手順を概略的に示す図である。 第1実施形態における2次元フリッカー測定装置の測定動作の手順を概略的に示すフローチャートである。 第2実施形態の2次元フリッカー測定装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図である。 第3実施形態の2次元フリッカー測定装置の測定状態を概略的に示す側面図である。 2次元センサの視野及び部分撮像領域を概略的に示す図である。 部分撮像領域の別の例を概略的に示す図である。 3個の2次元センサによる部分撮像領域を概略的に示す図である。 上記第1実施形態に対して2次元センサを90°傾けた場合の、部分読出し領域及び部分撮像領域を概略的に示す図である。 レンズ及び2次元センサのセットを上下に移動させる移動機構を概略的に示す図である。
以下、本発明の1または複数の実施の形態が、図面を参照しながら説明される。しかし、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図面において、同じ構成要素には同じ符号が用いられ、詳細な説明は、適宜、省略される。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の2次元フリッカー測定装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図である。図2は、2次元フリッカー測定装置の測定状態を概略的に示す側面図である。
図2に示されるように、2次元フリッカー測定装置100は、被測定物5の表示画面に生じるフリッカーを2次元的に測定する。被測定物5は、例えば液晶ディスプレイ等の表示画面を有する装置である。図1、図2に示されるように、第1実施形態の2次元フリッカー測定装置100は、レンズ10,15と、2次元センサ105,110と、距離センサ115と、入力部120と、制御回路130と、を備える。制御回路130は、メモリ140と、中央演算処理装置(CPU)150と、周辺回路(図示省略)と、を含む。
メモリ140は、例えば半導体メモリ等により構成される。メモリ140は、例えばリードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的に消去書き換え可能なROM(EEPROM)などを含む。メモリ140の例えばROMは、CPU150を動作させる本実施形態の制御プログラムを記憶する。CPU150は、メモリ140に記憶された本実施形態の制御プログラムにしたがって動作することによって、測定領域設定部151、センサ制御部152、測定処理部153として機能する。測定領域設定部151、センサ制御部152、測定処理部153の機能は、後述される。
レンズ10,15(光学系の一例に相当)は、それぞれ、2次元センサ105,110の受光面に被測定物5の像を結像する。2次元センサ105,110は、それぞれ、行方向X及び列方向Y(図3)に2次元的に配列された複数の光電変換素子(例えばフォトダイオード)を含み、制御回路130に電気的に接続されている。2次元センサ105,110は、例えば相補型金属酸化物半導体(CMOS)イメージセンサであり、それぞれ同じ特性を有する。2次元センサ105,110は、それぞれ、レンズ10,15によって、視野105VF,110VFを有する。
2次元センサ105,110は、それぞれ、行方向X(図3)に配列された複数の光電変換素子の各画素値を一括して読み出す一括読出し動作を、列方向Y(図3)に順次走査して行うように構成されている。2次元センサ105,110は、それぞれ、複数の光電変換素子全体のうち、設定された部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみを読み出す部分読出し機能を有する。センサ制御部152は、2次元センサ105,110に対して、それぞれ、列方向Y(図3)に隣接する一部の複数行の範囲を読出し行範囲として指定することによって、部分読出し領域を設定する。2次元センサ105,110から、それぞれ、読出し行範囲として指定された複数行の範囲に含まれる各光電変換素子の各画素値が、一括読出し動作を列方向Y(図3)に順次走査して行うことによって読み出される。
2次元センサ105,110において、1行の画素値が読み出される時間は、センサの設計によって決まる。したがって、読み出される行数が少なければ、画素値を読み出す時間が短縮されることになる。言い換えると、読み出される行数を減少させると、フレームレートを大きくすることができる。例えば、読み出される行数を、2次元センサ105,110に設けられている光電変換素子の全行数の半分にすると、フレームレートは、2倍にすることが可能になる。
図2に示されるように、レンズ10及び2次元センサ105のセットと、レンズ15及び2次元センサ110のセットとは、短い間隔で上下に並べて配置されている。このため、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとの重なり領域が大きくなっている。レンズ10及び2次元センサ105のセットと、レンズ15及び2次元センサ110のセットとは、その間隔が最短になるように(つまり互いの筐体が当接するように)、配置されていてもよい。その場合には、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとの重なり領域が最大になる。
距離センサ115は、制御回路130に電気的に接続されており、センサ制御部152により制御されて、被測定物5と2次元フリッカー測定装置100との距離であるワークディスタンス(WD)を検出する。距離センサ115は、検出したWDを制御回路130に出力する。センサ制御部152は、距離センサ115により検出されたWDをメモリ140に保存する。距離センサ115は、例えばレーザ距離センサで構成される。距離センサ115は、レーザ距離センサに限られず、超音波センサ又は赤外線センサ等のWDを検出可能な他のセンサで構成されてもよい。
WDは、この実施形態では、図2に示されるように、被測定物5の表面と、2次元フリッカー測定装置100の筐体の表面との間の水平方向に沿った距離に設定されている。WDは、これに限られず、被測定物5の表面と、2次元センサ105,110の受光面との間の水平方向に沿った距離に設定されてもよく、被測定物5の表面と、レンズ10,15の合焦位置との間の水平方向に沿った距離に設定されてもよく、被測定物5の表面と、レンズ10,15の先端との間の水平方向に沿った距離に設定されてもよい。
入力部120は、ユーザにより操作される機器であり、例えば、表示部を兼ねたタッチパネルであってもよい。ユーザは、入力部120を用いて、例えば、フリッカー測定における、要求S/N及び要求解像度などを入力することができる。
図3は、2次元センサの部分読出し領域及び被測定物上の部分撮像領域を概略的に示す図である。図1、図3を用いて、測定領域設定部151の機能が説明される。測定領域設定部151は、被測定物5においてフリッカーを測定する複数の測定領域20を2次元的に設定する。
具体的には、測定領域設定部151は、入力部120を用いて入力された、フリッカー測定における要求S/Nに応じて、測定領域20のサイズを決定する。例えば測定領域20が大きくなると、測定領域20の画素値を取得する2次元センサ105,110の光電変換素子の数が増加する。このため、測定領域20の画素値が増大することから、S/Nは高くなる。
測定領域設定部151は、入力部120を用いて入力された、フリッカー測定における要求解像度に基づき、測定領域20のピッチを決定する。例えば高解像度のフリッカー測定が要求されると、測定領域20間のピッチが短くされて、被測定物5における測定領域20の密度が増大する。なお、測定領域設定部151は、ユーザにより入力部120を用いて直接入力された各測定領域20の中心座標及び半径等の情報に従って、各測定領域20を設定してもよい。
この第1実施形態では、図3に示されるように、測定領域設定部151は、行方向Lに10個、列方向Mに6個の合計60個の測定領域20を2次元的に設定する。測定領域設定部151は、設定した測定領域20の情報、例えば各測定領域20の中心座標及び半径等をメモリ140に保存する。図3の例では、測定領域20は、60個設定されているが、これに限られず、複数であればよい。この第1実施形態では、測定領域20は、円形形状に設定されているが、これに限られず、矩形等の他の形状でもよい。
図4は、WDが無限遠のときの各2次元センサの視野を概略的に示す図である。図5は、WDが無限遠から有限の値に近づいたときの各2次元センサの視野を概略的に示す図である。図1、図3~図5を用いて、センサ制御部152の機能が説明される。センサ制御部152は、2次元センサ105,110の部分読出し領域を設定する。
図4に示されるように、WDが無限遠のときには、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとは、一致する。したがって、2次元センサ105の列方向Yにおけるセンターライン105CTと、2次元センサ110の列方向Yにおけるセンターライン110CTとは、被測定物5の列方向Mにおけるセンターライン5CTに一致する。
これに対して、WDが無限遠から近づいて有限の値になると、図5に示されるように、2次元センサ105の視野105VFは、列方向Mにおいて上方にシフトし、2次元センサ110の視野110VFは、列方向Mにおいて下方にシフトする。したがって、被測定物5の列方向Mにおけるセンターライン5CTに対して、2次元センサ105の列方向Mにおけるセンターライン105CTは、列方向Mにおいて上方にシフトし、2次元センサ110の列方向Mにおけるセンターライン110CTは、列方向Mにおいて下方にシフトする。その結果、被測定物5上において、センターライン105CTとセンターライン110CTとは、距離Lct離れる。
図4、図5の状態において、センサ制御部152によってセンターライン基準で部分読出し領域が設定されている場合に、部分読出し領域の設定変更の必要性が説明される。WDが無限遠の図4の状態において、センターライン5CTを境界として被測定物5の上半部の部分撮像領域に合わせて、センターライン105CTを境界として2次元センサ105の上半部が部分読出し領域に設定され、かつ、センターライン5CTを境界として被測定物5の下半部の部分撮像領域に合わせて、センターライン110CTを境界として2次元センサ110の下半部が部分読出し領域に設定されているとする。
この場合、WDが無限遠から近づいて有限の値になると、図5に示されるように、2次元センサ105の上半部に設定された部分読出し領域の光電変換素子により画素値が取得される部分撮像領域は、上方にシフトする一方、2次元センサ110の下半部に設定された部分読出し領域の光電変換素子により画素値が取得される部分撮像領域は、下方にシフトする。その結果、部分読出し領域の設定が変更されない場合には、被測定物5上において、センターライン105CTとセンターライン110CTとの間の距離Lctの範囲の画素値が取得されないこととなる。
逆に、WDが無限遠の図4の状態において、センターライン5CTを境界として被測定物5の下半部の部分撮像領域に合わせて、センターライン105CTを境界として2次元センサ105の下半部が部分読出し領域に設定され、センターライン5CTを境界として被測定物5の上半部の部分撮像領域に合わせて、センターライン110CTを境界として2次元センサ110の上半部が部分読出し領域に設定されているとする。
この場合、WDが無限遠から近づいて有限の値になると、図5に示されるように、2次元センサ105の下半部に設定された部分読出し領域の光電変換素子により画素値が取得される部分撮像領域は、上方にシフトする一方、2次元センサ110の上半部に設定された部分読出し領域の光電変換素子により画素値が取得される部分撮像領域は、下方にシフトする。その結果、部分読出し領域の設定が変更されない場合には、被測定物5上において、センターライン105CTとセンターライン110CTとの間の距離Lctの範囲の画素値が重複して取得される。被測定物5の上端側における、2次元センサ110の視野110VFの範囲外と、被測定物5の下端側における、2次元センサ105の視野105VFの範囲外との画素値は、取得されないこととなる。
図5における、センターライン105CTとセンターライン110CTとの間の距離Lctは、WDの関数で表される。そこで、距離Lctを表すWDの関数が、メモリ140に予め保存されている。センサ制御部152は、フリッカーの測定時に設定されたWDと、メモリ140に保存されたWDの関数とに基づいて、2次元センサ105,110の読出し行範囲を指定する。指定される読出し行範囲は、列方向に隣接する複数行を含む。
図3の例では、センサ制御部152は、被測定物5に設定された複数の測定領域20の全体を含む全体撮像領域を、分割の境界線が、2次元センサ105,110の行方向Xに平行になるように、2次元センサ105,110の個数(つまり2個)に分割することにより、部分撮像領域105IM1,110IM1を設定する。センサ制御部152は、被測定物5の部分撮像領域105IM1の画素値が取得されるように、2次元センサ105の部分読出し領域105RA1を設定し、被測定物5の部分撮像領域110IM1の画素値が取得されるように、2次元センサ110の部分読出し領域110RA1を設定する。これによって、全ての測定領域20の画素値が取得されている。このように、センサ制御部152は、2次元センサ105,110の部分読出し機能を利用することによって、全体を読み出す場合に比べて、読み出し速度を高くすることができる。このため、所望のフレームレートで被測定物5の測定領域20の画素値を取得することができる。その結果、測定精度が低下することなく、フリッカー測定を行うことが可能になる。
上述のように、分割の境界線が2次元センサ105,110の行方向Xに平行になるように、複数の測定領域20の全体を含む全体撮像領域が分割されて、部分撮像領域105IM1,110IM1が設定されている。言い換えると、被測定物5の部分撮像領域105IM1,110IM1の分割方向が、2次元センサ105,110の列方向Yと平行な列方向Mになっている。このため、WDが変化しても、読出し行範囲として指定する複数行の範囲を変更するだけで、部分撮像領域が列方向Mに移動することから、全ての測定領域20の画素値を継続して取得することができる。
例えば、被測定物5の全ての測定領域20を包含する領域が変化した場合、より具体的には、被測定物5のサイズが変化した場合、WDが変化する。WDの変化に伴い、各2次元センサ105,110の視野105VF,110VFの相対的な位置関係が変化する。例えば、被測定物5のサイズが小さくなると、高精度で測定するために、WDを近づけることが好ましい。WDが近くなると、図4、図5を用いて説明されたように、2次元センサ105,110の視野105VF,110VFのセンターライン105CT,110CTが、互いに離れる方向にシフトする。つまり、2次元センサ105,110の部分読出し領域105RA1,110RA1と、被測定物5上の部分撮像領域105IM1,110IM1との相対的な位置関係が、分割方向(列方向M)に変化する。
この分割方向(列方向M)が、上述のように、2次元センサ105,110の列方向Yに平行になるように構成されている。これによって、2次元センサ105,110の部分読出し領域105RA1,110RA1を、それぞれ列方向Yに移動させる(つまり部分読出し領域105RA1,110RA1として指定する読出し行範囲を列方向Yに移動させる)だけで、部分撮像領域105IM1,110IM1を列方向Mに移動させることができる。その結果、全ての測定領域20の画素値を取得することが可能となる。このように、WDが変化したときの調整が容易となる。その結果、2次元センサ105及びレンズ10の位置と、2次元センサ110及びレンズ15の位置とを、機械的に調整するための調整機構を備える必要がない。このため、2次元フリッカー測定装置100の小型化を図ることができる。
図2に示されるように、2次元センサ105,110の視野105VF,110VFの重なりが大きくなっている。WDを近づけ過ぎて、2次元センサ105,110の視野105VF,110VFが離れると、全ての測定領域20を包含できなくなる。そこで、視野の重なりを予め最大化しておくことにより、測定可能なWDの近距離側を広域化することができる。例えば、最短撮影距離において、2次元センサ105,110の視野105VF,110VFが重なっていれば、各部分読出し領域を列方向Yに移動させるだけで部分撮像領域を移動させることができるため、機械的な調整機構が不要になる。その結果、WDを近接させた状態で、高倍率でのフリッカー測定が可能となる。なお、最短撮影距離は、レンズによって決まる値であり、合焦できる最短距離、つまりWDの最小値である。なお、最短撮影距離は、一般に、被測定物5から2次元センサ105,110の受光面までの距離を意味する。
図1に戻って、測定処理部153は、2次元センサ105,110から出力される部分読出し領域105RA1,110RA1に含まれる光電変換素子の画素値を、メモリ140に保存する。測定処理部153は、メモリ140に保存された画素値を用いて、フリッカー値を求める。フリッカー値の測定方式には、一般に、コントラスト方式と電子情報技術産業協会(JEITA)方式とがある。測定処理部153は、コントラスト方式及びJEITA方式のうち、例えば入力部120を用いてユーザによって指定された方式でフリッカー値を求める。
図6は、一つの測定領域20における画素値の時間的推移を概略的に示す図である。図6に示されるように、画素値は、直流成分DCの上に交流成分ACが積み重なっていると見ることができる。画素値の最大値をPmax、最小値をPminとすると、画素値は、PmaxとPminとが交互に繰り返される値になる。コントラスト方式によるフリッカー値は、
フリッカー値=AC/DC
で定義される。言い換えると、コントラスト方式によるフリッカー値は、
フリッカー値=(Pmax-Pmin)/{(Pmax+Pmin)/2} (1)
で定義される。測定処理部153は、例えば、メモリ140に保存された画素値から最大値Pmax及び最小値Pminを求め、式(1)によりフリッカー値を求める。
図7は、JEITA方式によるフリッカー値の測定手順を概略的に示す図である。図7のセクション(A)は、測定処理部153により画素値の時間的推移がアナログ値からデジタル値に変換された状態を示す。図7のセクション(B)は、デジタル値に変換された画素値が測定処理部153により高速フーリエ変換された結果、つまり周波数毎のパワースペクトル密度(PSD)を示す。図7の例では、画素値に含まれる周波数成分は、0Hz成分(直流成分)、20Hz成分、及び、50Hz成分である。図7のセクション(C)は、セクション(B)のPSDが、人間の目の周波数応答特性で測定処理部153により補正されたPSDを示す。測定処理部153は、セクション(C)のPSDにおける直流成分の値と最大交流成分の値とを用いて、JEITA方式のフリッカー値を求める。
図8は、第1実施形態における2次元フリッカー測定装置100の測定動作の手順を概略的に示すフローチャートである。例えばユーザにより、2次元フリッカー測定装置100の表面に設けられた測定スイッチ(図示省略)が操作されると、図8に示される動作が開始される。
ステップS800において、センサ制御部152は、距離センサ115を制御し、距離センサ115により検出されたWDをメモリ140に保存する。ステップS805において、センサ制御部152は、被測定物5を検出する。例えば、センサ制御部152は、2次元センサ105,110を制御して、全ての光電変換素子の画素値を取得し、画像処理を行って、被測定物5の表示面のエッジを検出する。センサ制御部152は、例えば被測定物5が矩形の場合には、4隅の座標をメモリ140に保存する。センサ制御部152は、2次元センサ105,110の視野を確認し、タッチパネルの表示又は音声等を介して、被測定物5を視野の中心に位置させるように、ユーザを案内してもよい。
ステップS810において、センサ制御部152は、フリッカーの測定が可能か否かを判定する。フリッカーの測定が可能と判定されると(ステップS810でYES)、処理はステップS815に進む。一方、フリッカーの測定が不可能と判定されると(ステップS810でNO)、処理はステップS800に戻る。例えば、被測定物5の全体が2次元センサ105,110の視野に入らない場合には、ユーザにより被測定物5が2次元フリッカー測定装置100から遠ざけられて、ステップS800において、再び、WDの設定が実行される。
ステップS815において、測定領域設定部151は、例えば要求S/N、要求解像度等に応じて、被測定物5上の測定領域20を設定する。測定領域設定部151は、設定した測定領域20の情報をメモリ140に保存する。ステップS820において、センサ制御部152は、設定された測定領域20の全てを包含する全体撮像領域を、列方向Mに2個に分割して、2個の部分撮像領域を設定する。センサ制御部152は、設定された2個の部分撮像領域の画素値を取得できるように、2次元センサ105,110の部分読出し領域を設定する。つまり、センサ制御部152は、2次元センサ105,110から読み出す読出し行範囲(つまり列方向Yに隣接する一部の複数行の範囲)を指定する。
ステップS825において、センサ制御部152は、2次元センサ105,110を制御して、予め定められたフレームレートで、予め定められた時間、被測定物5の部分撮像領域の画素値を、2次元センサ105,110の部分読出し領域により取得して、メモリ140に保存する。センサ制御部152は、2次元センサ105による画素値の取得と、2次元センサ110による画素値の取得とを、同時に開始するのが好ましい。両者によって検出されるフリッカーのタイミングが一致するからである。これに対して、2次元センサ105による画素値の取得と2次元センサ110による画素値の取得とを同時に開始しなければ、検出されるフリッカーのタイミングは異なる。しかし、フリッカー値としては変わらないので、両者が同時に開始されなくてもよい。
予め定められた時間の画素値の取得が終了すると、ステップS830において、測定処理部153は、測定領域20毎に、フリッカー値を求める。具体的には、測定処理部153は、測定領域20の位置及びサイズから、測定領域20毎に、測定領域20に対応する2次元センサ105,110の部分読出し領域に含まれる光電変換素子を判別する。測定処理部153は、測定領域20毎に、測定領域20に対応する2次元センサ105,110の光電変換素子の画素値を合算する。この合算処理は、一般に、「ビニング」と称される。測定処理部153は、合算された画素値の時間変化(図6、図7のセクション(A)を参照)を用いて、測定領域20毎に、コントラスト方式又はJEITA方式のフリッカー値を求める。
ステップS835において、測定処理部153は、2次元センサ105の部分読出し領域105RA1により求められたフリッカー値と、2次元センサ110の部分読出し領域110RA1により求められたフリッカー値とを結合する。この結合によって、被測定物5のフリッカー値が、測定領域20毎に2次元的に求められることとなる。
以上説明されたように、第1実施形態によれば、センサ制御部152は、2次元センサ105,110の部分読出し機能を利用し、部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみを読み出している。したがって、全体を読み出す場合に比べて、読出し速度を高くすることができる。このため、所望のフレームレートで被測定物5の測定領域20の画素値を取得することができる。その結果、測定精度が低下することなく、フリッカー測定を行うことが可能になる。
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態の2次元フリッカー測定装置200の電気的構成例を概略的に示すブロック図である。第2実施形態の2次元フリッカー測定装置200は、2次元フリッカー計測カメラ100Aと、パーソナルコンピュータ(PC)210とを備える。
2次元フリッカー計測カメラ100Aは、制御回路130に代えて制御回路130Aを備えるほかは、第1実施形態の2次元フリッカー測定装置100と同じ構成を有する。すなわち、2次元フリッカー計測カメラ100Aは、レンズ10,15(図2)と、2次元センサ105,110と、距離センサ115と、入力部120と、制御回路130Aと、を備える。制御回路130Aは、メモリ140Aと、CPU150Aと、通信インターフェース(通信IF)160と、周辺回路(図示省略)と、を含む。
メモリ140Aは、例えば半導体メモリ等により構成される。メモリ140Aは、例えばROM、RAM、EEPROMなどを含む。メモリ140Aの例えばROMは、CPU150Aを動作させる本実施形態の制御プログラムを記憶する。CPU150Aは、メモリ140Aに記憶された本実施形態の制御プログラムにしたがって動作することによって、測定領域設定部151、センサ制御部152として機能する。測定領域設定部151、センサ制御部152の機能は、第1実施形態と同じである。
通信IF160は、CPU150Aに接続され、CPU150Aの制御に従って通信を行うための通信回路である。通信IF160は、予め定められた規格に従った通信インターフェース回路を備える。通信IF160は、CPU150Aから入力された送信すべきデータ(例えば、測定領域20の位置及びサイズ等の情報、部分読出し領域のうち測定領域20に対応する光電変換素子の画素値等の情報等)を収容した通信信号を、上記規格に従って生成し、生成した通信信号を、有線又は無線でPC210へ送信する。通信IF160は、PC210から送信された通信信号を受信する。CPU150Aは、通信IF160が受信した通信信号に収容されたデータをメモリ140Aに保存する。
PC210は、制御回路220を備える。制御回路220は、メモリ240と、CPU230と、通信IF250と、周辺回路(図示省略)と、を含む。メモリ240は、例えば半導体メモリ又はハードディスク等により構成される。メモリ240は、例えばROM、RAM、EEPROMなどを含む。メモリ240の例えばROMは、CPU230を動作させる本実施形態の制御プログラムを記憶する。CPU230は、メモリ240に記憶された本実施形態の制御プログラムにしたがって動作することによって、測定処理部153として機能する。測定処理部153の機能は、第1実施形態と同じである。
通信IF250は、CPU230に接続され、CPU230の制御に従って通信を行うための通信回路である。通信IF250は、通信IF160と同じ規格に従った通信インターフェース回路を備える。通信IF250は、通信IF160から送信された通信信号を受信する。CPU230は、通信IF250が受信した通信信号に収容されたデータをメモリ240に保存する。通信IF250は、CPU230から入力された送信すべきデータを収容した通信信号を、上記規格に従って生成し、生成した通信信号を、2次元フリッカー計測カメラ100Aへ送信する。
このように、第2実施形態では、第1実施形態のCPU150(図1)の機能が、CPU150Aと、CPU230とに分割されている。このような第2実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、PC210のマウス及びキーボード(図示省略)が、入力部120として機能するように構成されてもよい。
(第3実施形態)
図10は、第3実施形態の2次元フリッカー測定装置100Bの測定状態を概略的に示す側面図である。図11は、2次元センサの視野及び部分撮像領域を概略的に示す図である。
第3実施形態の2次元フリッカー測定装置100Bは、レンズ15に代えてハーフミラー25を備えるほかは、第1実施形態の2次元フリッカー測定装置100と同じ構成を有する。すなわち、第3実施形態の2次元フリッカー測定装置100Bは、レンズ10と、ハーフミラー25と、2次元センサ105,110と、距離センサ115(図1)と、入力部120(図1)と、制御回路130と、を備える。
ハーフミラー25(光学部品の一例に相当)は、被測定物5からの光を、2次元センサ105に向かう光と2次元センサ110に向かう光とに分岐する。レンズ10は、ハーフミラー25を透過した被測定物5の像を2次元センサ105の受光面に結像し、ハーフミラー25で反射された被測定物5の像を2次元センサ110の受光面に結像する。
この第3実施形態では、ハーフミラー25を介しているため、2次元センサ105,110に入射する光量は、第1実施形態に比べて、多少低下する。しかしながら、必要なレンズは、レンズ10の1個で済む。図11に示されるように、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとは、完全に一致する。したがって、WDが変化した場合でも、部分撮像領域105IM1の画素値を取得する部分読出し領域の設定と、部分撮像領域110IM1の画素値を取得する部分読出し領域の設定と、を変更することが不要になるという利点がある。
なお、被測定物5からの光を、2次元センサ105に向かう光と2次元センサ110に向かう光とに分岐する光学部品として、ハーフミラーに代えて、例えばダイクロイックミラー又は光ファイバを用いてもよい。
(その他)
(1)上記第1実施形態の図8では、測定領域20毎にフリッカー値を求める処理(ステップS830)の後で、フリッカー値を結合する処理(ステップS835)が実行されているが、これに限られない。例えば、先に、測定領域20に対応する2次元センサ105,110の部分読出し領域105RA1,110RA1の光電変換素子の画素値を結合する処理が実行された後で、フリッカー値を求める処理が実行されてもよい。
但し、この場合、2次元センサ105と2次元センサ110とのばらつきを補正する必要がある。例えば、2次元センサ105の画素値と2次元センサ110の画素値とを最大値で正規化する等によって、2次元センサ105の出力レベルと2次元センサ110の出力レベルとを合わせておく必要がある。これによって、フリッカーの測定精度が低下するのを防止することができる。
(2)上記第1実施形態の図3では、2次元センサ105の部分読出し領域105RA1により画素値が取得される被測定物5の部分撮像領域105IM1と、2次元センサ110の部分読出し領域110RA1により画素値が取得される被測定物5の部分撮像領域110IM1とは、離れているが、これに限られず、接していても、重なっていてもよい。部分撮像領域105IM1と部分撮像領域110IM1とは、部分撮像領域105IM1と部分撮像領域110IM1とで、全ての測定領域20を含むように設定されていればよい。
図12は、部分撮像領域の別の例を概略的に示す図である。図12の例では、測定領域20のサイズが、図3の例より大きく設定されているため、隣接する測定領域20が重なっている。したがって、図12の測定領域20の画素値を取得する2次元センサ105,110の光電変換素子の数は、図3の測定領域20の画素値を取得する2次元センサ105,110の光電変換素子の数より、多くなり、フリッカー値の計算に用いられる画素値が増大する。その結果、高いS/Nでフリッカーを測定することが可能になる。
図12の例では、4行の測定領域20のうち、上2行の測定領域20が、2次元センサ105(図1)の部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域105IM3に含まれ、下2行の測定領域20が、2次元センサ110(図1)の部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域110IM3に含まれる。2行目の測定領域20と、3行目の測定領域20とが重なっている。このため、図3の例と異なり、部分撮像領域105IM3と部分撮像領域110IM3とが重なっている。これによって、重なっている測定領域20の画素値をそれぞれ好適に取得することができる。2次元センサ105(図1)の部分読出し領域と2次元センサ110(図1)の部分読出し領域とは、部分撮像領域105IM3と部分撮像領域110IM3との画素値をそれぞれ取得できるように設定されていればよい。
なお、本明細書では、図12のように、部分撮像領域105IM3と部分撮像領域110IM3とが一部重なっている場合でも、部分撮像領域105IM3,110IM3は、被測定物5の全体撮像領域が分割されて設定されたものとする。
(3)上記第1~第3実施形態では、2個の2次元センサ105,110が用いられているが、これに限られない。2次元センサの個数が増加することにより、1個当りの2次元センサにおける部分読出し領域の行数が減少すると、更に高速化することができる。
図13は、3個の2次元センサによる部分撮像領域を概略的に示す図である。図13には、2次元センサ105,110(図1)の視野105VF,110VFと、3個目の2次元センサの視野120VFとが示され、さらに、2次元センサ105,110(図1)の部分読出し領域により画素値がそれぞれ取得される部分撮像領域105IM1,110IM1と、3個目の2次元センサの部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域120IM1とが示されている。
図13の実施形態では、6行の測定領域20のうち、2次元センサ105(図1)の部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域105IM1に、1,2行目の測定領域20が含まれ、2次元センサ110(図1)の部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域110IM1に、2,3行目の測定領域20が含まれ、3個目の2次元センサの部分読出し領域により画素値が取得される部分撮像領域120IM1に、5,6行目の測定領域20が含まれている。
上記第1実施形態(図3)では、部分撮像領域105IM1,110IM1に含まれる測定領域20の行数が3行であったのに対して、図13の実施形態では、部分撮像領域105IM1,110IM1に含まれる測定領域20の行数が2行に減少している。このため、部分撮像領域105IM1,110IM1の画素値をそれぞれ取得する2次元センサ105,110(図1)の部分読出し領域を構成する光電変換素子の行数も、図13の実施形態では、上記第1実施形態(図3)に比べて減少する。その結果、図13の実施形態によれば、上記第1実施形態に比べて、2次元センサのフレームレートを高速化することができる。
(4)図14は、上記第1実施形態に対して2次元センサを90°傾けた場合の、部分読出し領域及び部分撮像領域を概略的に示す図である。
図14の実施形態では、2次元センサ105,110は、上記第1実施形態(図3)に対して、90°傾けて配置されている。すなわち、2次元センサ105,110は、2次元センサ105,110の行方向Xが鉛直方向に平行に、2次元センサ105,110の列方向Yが水平方向に平行に、上下に並べて配置されている。一方、2次元センサ105,110の視野105VF,110VFは、それぞれ、上記第1実施形態(図3)と同様に、被測定物5を包含している。
図14の実施形態では、センサ制御部152(図1)による被測定物5の部分撮像領域の設定が、上記第1実施形態(図3)と異なっている。被測定物5の部分撮像領域105IM2は、被測定物5の右半部の測定領域20を含むように設定されている。すなわち、部分撮像領域105IM2は、被測定物5の測定領域20のうち、行方向Lの右側5個かつ列方向Mの全て(6個)の測定領域20を含むように設定されている。
一方、被測定物5の部分撮像領域110IM2は、被測定物5の左半部の測定領域20を含むように設定されている。すなわち、部分撮像領域110IM2は、被測定物5の測定領域20のうち、行方向Lの左側5個かつ列方向Mの全て(6個)の測定領域20を含むように設定されている。
2次元センサ105の部分読出し領域105RA2は、被測定物5の部分撮像領域105IM2の画素値を取得するように設定され、2次元センサ110の部分読出し領域110RA2は、被測定物5の部分撮像領域110IM2の画素値を取得するように設定されている。
このように、図14の実施形態では、被測定物5の全体撮像領域が分割された部分撮像領域105IM2と、部分撮像領域110IM2との境界線は、列方向Mに平行、つまり2次元センサ105,110の行方向Xに平行になっている。言い換えると、被測定物5の部分撮像領域105IM2,110IM2の分割方向が、2次元センサ105,110の列方向Yに平行な列方向Mになっている。この点では、図14の実施形態は、上記第1実施形態(図3)と同じである。
したがって、図14の実施形態でも、上記第1実施形態と同様に、WDが変わると、2次元センサ105,110からの読出し行範囲として指定する光電変換素子の複数行の範囲を変更するだけで、部分読出し領域105RA2,110RA2により画素値が取得される部分撮像領域105IM2,110IM2を列方向Mに調整することができる。その結果、全ての測定領域20の画素値を継続して取得することができる。
図14の実施形態では、90°傾けられた2次元センサ105,110が、上記第1実施形態(図3)と同様に、上下に並べて配置されているが、これに限られず、左右に並べて配置されてもよい。このような配置でも、図14の実施形態と同様に、部分読出し領域105RA2,110RA2を設定することができる。
なお、ユーザは、2次元センサ105,110の向きを、2次元センサ105,110のアスペクト比と被測定物5のアスペクト比とを考慮して決定してもよい。例えば、2次元センサ105,110が横長であって、被測定物5がテレビジョン用ディスプレイのように横長の場合には、上記第1実施形態(図2)のように、2次元センサ105,110を上下に並べて配置すればよい。一方、2次元センサ105,110が縦長であって、被測定物5が横長の場合には、図14のように2次元センサ105,110を90°傾けて、上下又は左右に並べて配置した方が好適である。
(5)図15は、レンズ及び2次元センサのセットを上下に移動させる移動機構を概略的に示す図である。この移動機構は、レンズ10及び2次元センサ(図示省略)のセット及びレンズ15及び2次元センサ(図示省略)のセットを左右から支持するレール31,32と、各セットを上下に移動させるモータ(図示省略)とを備える。この移動機構を用いて各セットを上下に移動させることによって、各2次元センサの視野の重なり度合を調整することができる。
(6)上記各実施形態では、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとは、互いに重なっているが、これに限られず、重なっていなくてもよい。2次元センサ105の部分読出し領域105RA1と、2次元センサ110の部分読出し領域110RA1との両者で、全ての測定領域20の画素値を取得できるように構成されていればよい。
但し、それぞれの2次元センサの視野が互いに重なっていない場合、及び視野が重なっていない範囲に被測定物5の端部が位置している場合には、WDが変化したときに、指定する読出し行範囲の変更による部分読出し領域105RA1,110RA1の調整では、全ての測定領域20の画素値を取得できるように調整できないこともあり得る。
上記第1実施形態(図3)のように、2次元センサ105の視野105VFと、2次元センサ110の視野110VFとの重なっている範囲内に、被測定物5の全体が位置する場合には、WDが変化したときに、読出し行範囲の指定の変更による部分読出し領域105RA1,110RA1の調整で、全ての測定領域20の画素値を取得できるように調整することができる。
(7)上記各実施形態では、レンズ10,15の光軸が、それぞれ水平方向に平行になるように、レンズ10,15が配置されているが、これに限られない。例えば、レンズ10,15の光軸が多少斜めになるように、レンズ10,15が配置されていてもよい。2次元センサ105,110の検出対象が、被測定物5の画像ではなくて、単に、フリッカー測定のための画素値である。したがって、光軸が傾いているために、2次元センサ105,110の受光面全体に、被測定物5からの光を結像できなくて、被測定物5の像が多少ぼやけていても、フリッカー測定には支障を来さない。
以上のように、本実施形態によれば、複数の2次元センサを、それぞれ高速で動作させることができるので、測定精度が低下することなく、被測定物のフリッカーを2次元的に測定することが可能になる。
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
一態様に係る2次元フリッカー測定装置は、
被測定物のフリッカーを2次元的に測定する2次元フリッカー測定装置であって、
それぞれ、行方向及び列方向に2次元的に配列された複数の光電変換素子を含み、前記複数の光電変換素子のうち設定された部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみを読み出す部分読出し機能を有する、複数の2次元センサと、
前記被測定物に複数の測定領域を2次元的に設定する測定領域設定部と、
前記被測定物の全体を含む全体撮像領域を分割した複数の部分撮像領域それぞれに、前記複数の2次元センサにおける前記複数の部分読出し領域それぞれを設定することによって、前記複数の測定領域における各画素値をそれぞれ取得するセンサ制御部と、
前記複数の測定領域における各画素値に基づき、前記複数の測定領域のフリッカー値をそれぞれ求める測定処理部と、
を備えるものである。
本態様によれば、複数の部分撮像領域それぞれに、複数の2次元センサにおける複数の部分読出し領域それぞれが設定されることによって、複数の測定領域における各画素値がそれぞれ取得されて、複数の測定領域のフリッカー値がそれぞれ求められている。このため、全ての測定領域のフリッカー値を求めることができる。一方、設定された部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみが読み出される。このため、全部の光電変換素子の画素値を読み出す場合に比べて、複数の2次元センサを、それぞれ高速で動作させることができる。したがって、測定精度が低下することなく、被測定物のフリッカーを2次元的に測定することができる。
上記一態様において、例えば、
前記複数の2次元センサは、それぞれ、前記行方向に配列された複数の前記光電変換素子の各画素値を一括して読み出す一括読出し動作を、前記列方向に順次走査して行うように構成され、
前記センサ制御部は、分割の境界線が前記行方向に平行になるように前記全体撮像領域を前記2次元センサの個数に分割することにより、前記複数の部分撮像領域を設定してもよい。
この態様によれば、分割の境界線が行方向に平行になるように、全体撮像領域が2次元センサの個数に分割されることにより、複数の部分撮像領域が設定される。したがって、複数の2次元センサそれぞれにおいて、一括読出し動作を行う行範囲を指定することにより、複数の部分撮像領域それぞれに、複数の部分読出し領域それぞれを設定することができる。
上記一態様において、例えば、
前記センサ制御部は、前記被測定物との測定距離に基づき、前記複数の2次元センサにおける前記複数の部分読出し領域それぞれを設定してもよい。
例えば、被測定物との測定距離が変わると、各部分読出し領域の各部分撮像領域に対する相対的な位置関係も変わる。この態様によれば、被測定物の測定距離に基づき、複数の2次元センサにおける複数の部分読出し領域それぞれが設定されるので、各部分読出し領域の各部分撮像領域に対する相対的な位置関係を調整することができる。
上記一態様において、例えば、
前記被測定物からの光を前記複数の2次元センサに向けてそれぞれ結像する光学系をさらに備え、
前記光学系の特性によって定まる最短撮影距離に前記被測定物が配置された状態において、前記被測定物に対する前記複数の2次元センサのそれぞれの視野は、前記列方向に少なくとも一部が互いに重複していてもよい。
この態様によれば、最短撮影距離に配置された被測定物に対する複数の2次元センサのそれぞれの視野は、列方向に少なくとも一部が互いに重複しているので、重複している範囲内において、複数の部分読出し領域それぞれが設定されることにより、各部分読出し領域と各部分撮像領域との相対的な位置関係を調整することができる。なお、最短撮影距離より遠方に被測定物が配置されると、被測定物に対する複数の2次元センサのそれぞれの視野の、列方向における重複範囲は大きくなる。したがって、複数の部分読出し領域それぞれの設定による調整可能な範囲が増大する。
上記一態様において、例えば、
前記被測定物に対する前記複数の2次元センサのそれぞれの視野は、前記列方向に重なっていてもよい。
この態様によれば、被測定物に対する複数の2次元センサのそれぞれの視野が、列方向に重なっているので、複数の部分読出し領域それぞれが設定されることによって、各部分読出し領域と各部分撮像領域との相対的な位置関係を調整することができる。
上記一態様において、例えば、
前記被測定物からの光を前記複数の2次元センサに向けて分岐する光学部品をさらに備えてもよい。
この態様によれば、被測定物からの光が、複数の2次元センサに向けて分岐されるので、被測定物に対する複数の2次元センサのそれぞれの視野は、完全に一致する。したがって、各部分読出し領域と各部分撮像領域との相対的な位置関係を調整することが不要になるという利点がある。
上記一態様において、例えば、
前記測定処理部は、前記複数の2次元センサ毎に、前記部分撮像領域に含まれる前記測定領域の画素値に基づき、前記測定領域のフリッカー値をそれぞれ求め、前記複数の2次元センサ毎に求められた前記測定領域のフリッカー値を結合して、前記複数の測定領域のフリッカー値を求めてもよい。
この態様によれば、まず、複数の2次元センサ毎に、部分撮像領域に含まれる測定領域の画素値に基づき、測定領域のフリッカー値がそれぞれ求められる。次に、複数の2次元センサ毎に求められた測定領域のフリッカー値が結合されて、複数の測定領域のフリッカー値が求められる。したがって、被測定物の2次元的なフリッカーを容易に測定することができる。
上記一態様において、例えば、
前記センサ制御部は、隣接する前記測定領域が重なるように前記測定領域設定部により設定されている場合には、隣接する前記部分撮像領域が重なるように、前記部分撮像領域を設定してもよい。
高いS/Nの測定結果を得るためには、測定領域当りの光電変換素子を増加させて、得られる画素値を大きくすればよい。この場合、測定領域のサイズを大きくすると、隣接する測定領域が重なることもあり得る。この態様によれば、その場合に、隣接する部分撮像領域が重なるように、部分撮像領域が設定される。このため、互いに重なっている測定領域における各画素値をそれぞれ好適に取得することができる。
本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
2018年9月18日に提出された日本国特許出願番号2018-173419の全体の開示は、その全体において参照によりここに組み込まれる。
本開示の2次元フリッカー測定装置は、ディスプレイ装置の表示画面に生じるフリッカーを2次元的に測定する装置に用いられる。

Claims (7)

  1. 被測定物のフリッカーを2次元的に測定する2次元フリッカー測定装置であって、
    それぞれ、行方向及び列方向に2次元的に配列された複数の光電変換素子を含み、前記複数の光電変換素子のうち設定された部分読出し領域に含まれる一部の光電変換素子の画素値のみを読み出す部分読出し機能を有する、複数の2次元センサと、
    前記被測定物に複数の測定領域を2次元的に設定する測定領域設定部と、
    前記被測定物の全体を含む全体撮像領域を分割した複数の部分撮像領域それぞれに、前記複数の2次元センサにおける前記複数の部分読出し領域それぞれを設定することによって、前記複数の測定領域における各画素値をそれぞれ取得するセンサ制御部と、
    前記複数の測定領域における各画素値に基づき、前記複数の測定領域のフリッカー値をそれぞれ求める測定処理部と、を備え、
    前記複数の2次元センサは、それぞれ、前記行方向に配列された複数の前記光電変換素子の各画素値を一括して読み出す一括読出し動作を、前記列方向に順次走査して行うように構成され
    前記センサ制御部は、分割の境界線が前記行方向に平行になるように前記全体撮像領域を前記2次元センサの個数に分割することにより、前記複数の部分撮像領域を設定する、
    2次元フリッカー測定装置。
  2. 前記センサ制御部は、前記被測定物との測定距離に基づき、前記複数の2次元センサにおける前記複数の部分読出し領域それぞれを設定する、
    請求項に記載の2次元フリッカー測定装置。
  3. 前記被測定物からの光を前記複数の2次元センサに向けてそれぞれ結像する光学系をさらに備え、
    前記光学系の特性によって定まる最短撮影距離に前記被測定物が配置された状態において、前記被測定物に対する前記複数の2次元センサのそれぞれの視野は、前記列方向に少なくとも一部が互いに重複している、
    請求項又はに記載の2次元フリッカー測定装置。
  4. 前記被測定物に対する前記複数の2次元センサのそれぞれの視野は、前記列方向に重なっている、
    請求項のいずれか1項に記載の2次元フリッカー測定装置。
  5. 前記被測定物からの光を前記複数の2次元センサに向けて分岐する光学部品をさらに備える、
    請求項1~のいずれか1項に記載の2次元フリッカー測定装置。
  6. 前記測定処理部は、前記複数の2次元センサ毎に、前記部分撮像領域に含まれる前記測定領域の画素値に基づき、前記測定領域のフリッカー値をそれぞれ求め、前記複数の2次元センサ毎に求められた前記測定領域のフリッカー値を結合して、前記複数の測定領域のフリッカー値を求める、
    請求項1~のいずれか1項に記載の2次元フリッカー測定装置。
  7. 前記センサ制御部は、隣接する前記測定領域が重なるように前記測定領域設定部により設定されている場合には、隣接する前記部分撮像領域が重なるように、前記部分撮像領域を設定する、
    請求項1~のいずれか1項に記載の2次元フリッカー測定装置。
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