JP2002310800A

JP2002310800A - 測定用光学系及びこの光学系を備えた三刺激値型光電色彩計

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Publication number: JP2002310800A
Application number: JP2001118649A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Iio; 浩明飯尾; Yoshifumi Kikukawa; 佳郁菊川
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: TW535004B; JP4333050B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光強度が微弱な場合にも指向性の強い被測定
物の光学特性を正確に測定することのできる測定用光学
系を提供する。【解決手段】測定光学系は、被測定物の被測定領域Ａ
Ｒから出射される光束のうち出射角α以下の光束のみを
集光する正のパワーを有する対物レンズ２１と、対物レ
ンズ２１の像側主点ＰＰからほぼ当該対物レンズ２１の
焦点距離ｆだけ離れた位置に当該対物レンズ２１で集光
された光束の入射面Ａを有し、入射した光束を３つの光
束に分割して受光センサ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ
に出射するファイバ２４１とで構成されている。対物レ
ンズ２１とファイバ２４１とでテレセントリック光学系
を構成し、対物レンズ２１で集光される光束のすべてを
ファイバ２４１で受光センサ側に導光することで導光光
量のロスを低減した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にカラーＬＣＤ
の表示特性（色度、輝度、色差等の特性）を計測するた
めの三刺激値型光電色彩計に関し、特にその測定用光学
系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来の三刺激値型光電色彩計
に適用される光学系の一例を示す図である。

【０００３】同図に示す光学系１００は、非接触ハンデ
ィタイプの色彩計に適用されるもので、三刺激値を測定
するための光学系１０１（以下、測定光学系１０１とい
う。）と、被測定物１０４（例えば液晶パネルなど）の
被測定領域ＡＲを測定者が確認するための一眼レフ方式
の光学系１０２（以下、ファインダ光学系１０２とい
う。）とからなる。

【０００４】測定光学系１０１は、被測定物１０４の被
測定領域ＡＲからの光線ＬＦを集光する、例えば平凸レ
ンズからなる対物レンズＬ１と、被測定物１０４の被測
定領域ＡＲを規定する視野絞りＳと、対物レンズＬ１で
集光された光束を３つの光束に分割し、それぞれ受光部
１０３の受光センサ（光電変換素子）Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３
に導くファイバＦＢとからなる。受光部１０３は、被測
定物１０４の発光色を三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で計測す
るため、３つの受光センサＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、これら
の受光センサＤ１〜Ｄ３の受光感度をＣＩＥ（Commissi
on Internationale de I'Eclairage；国際照明委員会）
で規定された標準観測者の分光感度にそれぞれ補正する
ための分光感度補正フィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３とからな
る。

【０００５】被測定物１０４の被測定領域ＡＲから出射
された光線ＬＦは対物レンズＬ１で集光され、視野絞り
Ｓの位置に結像される。視野絞りＳの開口位置にはファ
イバＦＢの入射面が配設されており、視野絞りＳを透過
した光束ＬＦはファイバＦＢに入射し、このファイバＦ
Ｂによって３つの光束に分割されて出射される。ファイ
バＦＢから出射された光束は、それぞれ分光感度補正フ
ィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３を通して受光センサＤ１，Ｄ
２，Ｄ３に入射され、これらの受光センサＤ１，Ｄ２，
Ｄ３でそれぞれ電気信号に変換される。分光感度補正フ
ィルタＦ１のフィルタ特性を赤の波長領域に感度を有す
る等色関数（エックス・バー・ラムダ）、分光感度補正
フィルタＦ２のフィルタ特性を緑の波長領域に感度を有
する等色関数（ワイ・バー・ラムダ）、分光感度補正フ
ィルタＦ３のフィルタ特性を青の波長領域に感度を有す
る等色関数（ゼット・バー・ラムダ）とすると、受光セ
ンサＤ１，Ｄ２，Ｄ３からは三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に
相当する受光信号が出力される。

【０００６】一方、ファインダ光学系１０２は、ハーフ
ミラーＭと、ポロ（Porro）型プリズムＰＲと、被測定
領域のマークが付されたスケールグラスＧと、接眼レン
ズＬ２とからなる。対物レンズＬ１を透過した光線の一
部はハーフミラーＭによってポロ型プリズムＰＲに導か
れ、更にスケールグラスＧを透過した後、接眼レンズＬ
２で図略の接眼窓に出射される。ハーフミラーＭに入射
した光像（被測定領域ＡＲの光像）は、当該ハーフミラ
ーＭで倒立されてポロ型プリズムＰＲに導かれるが、当
該ポロ型プリズムＰＲで再度倒立されるため、接眼レン
ズＬ１には正立した光像が入射され、この光像（すなわ
ち、正立の被測定領域ＡＲの光像）が接眼窓に出射され
る。スケールグラスＧは受光センサＤ１〜Ｄ３と等価な
位置に配置されているので、測定者は接眼窓を覗くこと
で測定範囲のマークが付された被測定領域ＡＲの光像を
見ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の三刺激値型光電
色彩計に適用される光学系では、図１３に示すように、
ファイバＦＢの出射面ＳＯから出射される光束の一部し
か受光センサＤに入射されないので、この分、受光セン
サＤの受光光量が低下するという問題がある。

【０００８】一方、液晶パネルは、周知のように見る角
度（パネルの中心面法線からの角度）によって輝度や色
度が異なる特性（配光特性）を有しているため、液晶パ
ネルの発光特性を正確に測定するには、例えば特開平２
０００−２２１１０９号公報に示されるように中心面法
線に対して所定の角度（液晶パネルの配光特性に基づく
所定の角度）の光束だけを受光センサに導き、その角度
を超えて出射される光束は受光センサに入射しないよう
な測定光学系が必要となるが、色彩計にこの公報に示さ
れる測定光学系を採用した場合は、以下に説明するよう
に液晶パネルの中心面法線に対して所定の角度の光束の
うち、一部光束しか受光センサに入射しないので、やは
り受光センサの受光光量が低下するという問題がある。

【０００９】図１４は、上記公報に示される被測定物の
被測定領域から出射される光束のうち所定の出射角以下
の光束のみを受光センサに導光する測定光学系の一例を
示す図である。

【００１０】同図に示す測定光学系は、単一の正のパワ
ーを有する、焦点距離ｆの対物レンズＬ１の物体側主点
ＰＰを、被測定領域ＡＲから焦点距離ｆだけ受光ユニッ
ト１０３側に離れた位置に配設し、対物レンズＬ１の像
側主点ＰＰ（図１４は像側主点が物体側主点に略一致し
ている例を示している）から焦点距離ｆだけ離れた位置
に受光面ＲＳが位置するように受光ユニット１０３が配
設されている。

【００１１】この測定光学系は、いわゆるテレセントリ
ック光学系となっており、受光ユニット１０３自体がテ
レセントリック光学系用の絞りとして機能している。従
って、被測定領域ＡＲの各部から出射された光束のう
ち、出射角α以下の光束が受光ユニット１０３の各受光
センサＤに入射する。

【００１２】しかし、この測定光学系では、対物レンズ
Ｌ１の像側主点ＰＰから焦点距離ｆだけ離れた位置に受
光センサＤを配設しているので、液晶パネル１０４の被
測定領域ＡＲの各部から出射された出射角０〜αの光束
のうち、出射角β〜αの光束（図１４の斜線で示す光
束）しか受光センサＤに入射しないので、出射角β〜α
の光束の分だけ受光ユニット１０３の受光光量が低下す
ることになる。

【００１３】また、図１２に示す従来の三刺激値型光電
色彩計に適用される光学系では、測定者が被測定物１０
４の被測定領域ＡＲを確認できるようにファインダ光学
系１０２を設け、対物レンズＬ１を透過した一部光束を
ファインダ光学系１０２に導くようにしているので、受
光センサＤの受光光量が更に低下するという問題があ
る。

【００１４】そして、このような受光光量の低下は、被
測定物１０４の被測定領域ＡＲから出射される光束が微
弱な場合（低輝度の場合）には、測定可能な最小光量
（特に繰返し測定に必要な最小の光量）の確保ができな
くなるので、光源の光の色を正確に測定できないという
問題を生じることになる。

【００１５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、光強度が微弱な場合にも指向性の強い被測定物
の発光特性を確実かつ正確に測定することのできる測定
用光学系及びこの光学系を備えた三刺激値型光電色彩計
を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被測
定物の被測定領域から出射される光束のうち所定の出射
角以下の光束のみを集光する正のパワーを有する集光手
段と、上記集光手段の像側主点からほぼ当該集光手段の
焦点距離だけ離れた位置に当該集光手段で集光された光
束の入射面を有し、入射した光束を複数の光束に分割し
て出射する光束分割手段とからなることを特徴とする測
定用光学系である。

【００１７】この測定用光学系によれば、被測定物の被
測定領域から出射される光束は、集光手段によって所定
の出射角以下の光束だけが光束分割手段の入射面に集光
され、この光束分割手段によって複数の光束に分割され
て出射される。従って、被測定物の被測定領域から出射
される光束のうち、所定の出射角以下の光束を、光量低
下を招くことなく受光センサ側に導光することができ
る。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の測
定用光学系において、上記集光手段の像側主点からほぼ
当該集光手段の焦点距離だけ離れた位置に、上記被測定
物の被測定領域全体を照明する照明手段を更に設けたも
のである。

【００１９】この測定用光学系によれば、照明手段を発
光すると、集光手段と光束分割手段とはテレセントリッ
ク光学系を構成しているので、照明手段から発せられた
光束は集光手段を透過した後、略平行光線となって被測
定物の被測定領域に照射される。従って、非接触型光学
機器に適用した場合、被測定物の被測定領域を照明する
ことで測定者は当該被測定領域を確認することができ
る。ファインダ光学系を用いることなく被測定領域の確
認が可能となるため、ファインダ光学系による受光セン
サ側への導光光量の低下を生じることがない。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の測
定用光学系において、上記集光手段の像側主点からほぼ
当該集光手段の焦点距離だけ離れた位置に、光束を透過
させる透過部と光束を遮断する遮光部とが切換可能な光
路切換手段を設け、上記照明手段は、上記光路切換手段
の遮光部に配設されているものである。

【００２１】この測定用光学系によれば、集光手段から
集光される光束の光束分割手段への入射を光路切換手段
の遮光部によって遮光することによって、遮光状態での
測定（測定器のゼロ調整を行うためのオフセット補正値
の測定）を容易に行うことができる。従って、光路切換
手段の遮光部を光束の光路上に設定した状態で照明手段
を発光すると、オフセット補正値の測定が可能になると
ともに、この測定時に被測定物の被測定領域が照明さ
れ、測定者はオフセット補正値の測定時に被測定物の被
測定領域を確認することができる。

【００２２】請求項４記載の発明は、被測定物の被測定
領域から出射される光束のうち所定の出射角以下の光束
のみを集光する正のパワーを有する第１の集光手段と、
上記第１の集光手段の像側主点からほぼ当該第１の集光
手段の焦点距離だけ離れた位置に配設された開口絞り
と、上記開口絞りを透過した光束を複数の光束に分割し
て出射する光束分割手段と、上記開口絞りと上記光束分
割手段との間であって当該開口絞りと当該光束分割手段
の入射面とが共役な関係となる位置に配置され、上記開
口絞りを透過した光束を上記光束分割手段に集光する第
２の集光手段とからなるとことを特徴とする測定用光学
系である。

【００２３】この測定用光学系によれば、被測定物の被
測定領域から出射される光束は、第１の集光手段と開口
絞りとによって所定の出射角以下の光束だけが当該第１
の集光手段の結像位置に集光され、更にその光束は第２
の集光手段によって光束分割手段の入射面に導光され、
この光束分割手段によって複数の光束に分割されて出射
される。従って、この測定用光学系でも被測定物の被測
定領域から出射される光束のうち、所定の出射角以下の
光束を、光量低下を招くことなく受光センサ側に導光す
ることができる。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項４記載の測
定用光学系において、上記開口絞り若しくは上記光束分
割手段の入射面の近傍位置に、上記被測定物の被測定領
域全体を照明する照明手段を更に設けたものである。

【００２５】この測定用光学系によれば、照明手段が開
口絞りの近傍位置に設けられている場合は、照明手段を
発光すると、集光手段と開口絞りとはテレセントリック
光学系を構成しているので、照明手段から発せられた光
束は第１の集光手段を透過した後、略平行光線となって
被測定物の被測定領域に照射される。照明手段が光束分
割手段の入射面の近傍位置に設けられている場合は、照
明手段を発光すると、開口絞りの位置と当該光束分割手
段の入射面の位置とは共役関係にあり、且つ、第１の集
光手段と開口絞りとはテレセントリック光学系を構成し
ているので、照明手段から発せられた光束は第２の集光
手段によって開口絞りの位置に一旦集光された後、第１
の集光手段に入射され、当該第１の集光手段によって被
測定物の被測定領域に照射される。従って、非接触型光
学機器に適用した場合、被測定物の被測定領域を照明す
ることで測定者は当該被測定領域を確認することができ
る。ファインダ光学系を用いることなく被測定領域の確
認が可能となるため、ファインダ光学系による受光セン
サ側への導光光量の低下を生じることがない。

【００２６】請求項６記載の発明は、請求項５記載の測
定用光学系において、上記開口絞り若しくは上記光束分
割手段の入射面の近傍位置に、光束を透過させる透過部
と光束を遮断する遮光部とが切換可能な光路切換手段を
設け、上記照明手段は、上記光路切換手段の遮光部に配
設されているものである。

【００２７】この測定用光学系によれば、光路切換手段
の遮光部を光束の光路上に設定した状態で照明手段を発
光すると、オフセット補正値の測定が可能になるととも
に、この測定時に被測定物の被測定領域が照明され、測
定者はオフセット補正値の測定時に被測定物の被測定領
域を確認することができる。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれかに記載の測定用光学系において、上記光束分割手
段を正のパワーを有するものとしたものである。なお、
上記分割手段は、光束を複数に分割する導光部材と、上
記導光部材の複数の出射面に対応して設けられた複数の
正のパワーを有する集光部材とで構成するとよい（請求
項８）。

【００２９】この測定用光学系によれば、光束分割手段
から出射される光束は集光されるため、出射光束の集光
範囲を受光センサの受光範囲に略一致させることで、光
束分割手段と受光センサとの間での導光ロスが低減され
る。

【００３０】請求項９記載の発明は、請求項１〜８のい
ずれかに記載の測定用光学系と、上記測定用光学系にお
ける上記光束分割手段の複数の出射面に対向してそれぞ
れ配置された複数の受光部を有し、当該出射面から出射
される光束を三原色の色成分に分離し、電気信号に光電
変換して出力する受光手段と、上記受光手段から出力さ
れる三原色の色成分の受光信号に基づき三刺激値を演算
する演算手段とを備えた三刺激値型光電色彩計である。

【００３１】この三刺激値型光電色彩計では、測定用光
学系によって被測定物の被測定領域から出射される光束
のうち、所定の出射角以下の光束が三分割されてそれぞ
れ受光手段に入射される。各受光手段で入射光束が三原
色の色成分の電気信号に光電変換されて出力され、演算
手段でこれらの電気信号に用いて三刺激値が算出され
る。被測定物の被測定領域から出射される光束のうち、
所定の出射角以下の光束は全て測定光学系によって受光
手段に導光されるので、測定光学系での導光光量のロス
が少なく、被測定物の発光量が小さい場合にも確実に三
刺激値の測定をすることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る三刺激値型
光電色彩計の外観を示す斜視図である。

【００３３】三刺激値型光電色彩計１（以下、色彩計１
と略称する。）は、測定プローブ２と計測器本体３とか
らなる。測定プローブ２と計測器本体３とは専用のケー
ブル４で接続されるようになっている。

【００３４】測定プローブ２は、被測定物である液晶パ
ネル５の表示面５１から所定の間隔ｄ（例えば３ｃｍ程
度）だけ離して対向配置され、当該液晶パネル５の表示
面５１からの光を受光し、電気信号（アナログ信号）に
光電変換して測定器本体３に入力するものである。測定
プローブ２は、非接触で液晶パネル５からの光を受光す
るように構成されている。このため、測定プローブ２
は、同図に示すように三脚６に取り付け、当該三脚６で
高さ調整をするとともに、液晶パネル５に対する対向位
置を調整することで、所望の被測定領域ＡＲに対向配置
される。

【００３５】測定器本体３は、測定プローブ２から入力
された受光信号をデジタル信号に変換した後、所定の演
算処理を行って、例えば三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、ＣＩ
Ｅで制定されているｘｙＹ（色度座標、輝度）、ＴΔｕ
ｖＹ（相関色温度、黒体軌跡からの色差、輝度）などを
算出し、その演算結果を表示パネル３０１に表示するも
のである。

【００３６】図２は、測定プローブ２及び測定器本体３
の内部構成を示すブロック図である。測定プローブ２
は、例えば平凸レンズからなる単一の正のパワーを有す
る対物レンズ２１（集光手段）、光路切換部材２２（光
路切換手段）、この光路切換部材２２を駆動する駆動部
材２３及び対物レンズ２１を透過した光束を３つの光束
に分割する光束分割部材２４（光束分割手段）からなる
測定光学系と、標準観測者の分光感度特性を有する３個
の受光センサを有し、光束分割部材２４から出射される
３つの光束を各受光センサでそれぞれ入射強度に応じた
電気信号に光電変換して出力する光電変換部２５及び各
受光センサから出力される電気信号（電圧）を所定のレ
ベルに増幅する増幅部２６からなる受光系とを備えてい
る。

【００３７】図３は、測定プローブ２の測定光学系及び
光電変換部の具体的な構成を示す図である。同図に示す
ように、光束分割部材２４は、複数の光ファイバを束ね
たファイバ２４１と３個の正のパワーを有するレンズ２
４２ａ，２４２ｂ，２４２ｃとからなる。

【００３８】ファイバ２４１は、束ねられた複数の光フ
ァィバが中間部分で３つに分割され、１つの光束入射面
Ａと３つの光束出射面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有している。
ファイバ２４１は、入射面Ａが対物レンズ２１の像側主
点ＰＰ（なお、説明の便宜上、本実施形態及び後で説明
する他の実施形態では像側主点が物体側主点と略一致し
ているものを例示する。）から当該対物レンズ２１の焦
点距離ｆだけ離れた位置となるように配設されている。
すなわち、対物レンズ２１とファイバ２４１とでテレセ
ントリック光学系が構成されるようになっている。な
お、本実施形態では、光束分割部材２４として光ファイ
バを用いているが、例えば光導管等のように光ファイバ
と同一の機能を果たす他の光学部品を用いてもよい。

【００３９】この構成により、測定プローブ２を、液晶
パネル５の表示面５１から所定の間隔ｄ（例えば３ｃｍ
程度）だけ離してセットすると、液晶パネル５の被測定
領域ＡＲの各部から出射される光束のうち、当該被測定
領域ＡＲの法線方向（図３では光軸Ｌに平行な方向）に
対する出射角の最大値α（以下、最大出射角αとい
う。）以下の光束だけがファイバ２４１の入射面Ａに入
射する。なお、最大出射角αは対物レンズ２１の焦点距
離ｆとファイバ２４１の入射面Ａにおける直径Ｒによっ
て決定される。そして、入射光束は、ファイバ２４１内
で３つに分割され、それぞれ出射面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３か
ら出射される。

【００４０】レンズ２４２ａは、図４に示すようにファ
イバ２４１の出射面Ｂ１から出射される光束を受光セン
サ２５２ａに集光し、当該光束の照射範囲ＬＡを当該受
光センサ２５２ａの受光範囲ＳＡに略一致させるもので
ある。同様にレンズ２４２ｂ，２４２ｃは、ファイバ２
４１の出射面Ｂ２，Ｂ３から出射される光束をそれぞれ
受光センサ２５２ｂ，２５２ｃに集光し、各光束の照射
範囲を対応する受光センサ２５２ｂ，２５２ｃの受光範
囲に略一致させるものである。

【００４１】このようにファイバ２４１から出射される
光束を受光センサ２５２の受光範囲ＳＡに集光すること
で、ファイバ２４１に入射された光束（液晶パネル５の
被測定領域ＡＲの各部から出射される当該被測定領域Ａ
Ｒの法線方向に対する最大出射角α以下の全ての光束）
は１／３ずつそれぞれ各受光センサ２５２ａ，２５２
ｂ，２５２ｃに入射され、図１４に示す従来の測定光学
系のように受光センサでの受光光量が低下することはな
い。

【００４２】光路切換部材２２は、対物レンズ２１によ
って集光される光束のファイバ２４１への入射と遮光と
を切り換えるとともに、遮光時に液晶パネル５の表示面
５１を照明することで、測定者が被測定領域ＡＲを視認
できるようにするものである。

【００４３】ファイバ２４１への光束入射を遮蔽可能に
するのは、液晶パネル５がない場合（すなわち、光の入
射がない場合）でも対物レンズ２１及び光束分割部材２
４からなる測定光学系の迷光が受光部２５に入射し、受
光部２５からノイズ信号となって出力されるため、これ
をキャンセルするキャリブレーション（オフセット補
正）を正確に行えるようにするためである。すなわち、
光路切換部材２２でファイバ２４１を完全に遮光した状
態で測定値のゼロ調整、若しくは遮光状態での測定値を
オフセット補正値としてメモリに記憶できるようにして
いる。

【００４４】光路切換部材２２は、図５に示すように中
心軸２２２の回りに回転可能な円盤状の部材で、中心か
ら所定の距離だけ偏心した位置に所定のサイズの円形開
口２２３が形成されるとともに、対物レンズ２１に臨む
面（ファィバ２４１の反対側の面）で円形開口２２３の
中心軸２２２に対する点対称の位置に発光素子２２４が
設けられている。

【００４５】なお、円形開口２２３のサイズは、当該円
形開口２２３がファイバ２４１の入射面Ａに対向配置さ
れたとき、対物レンズ２１によって集光される光束が光
路切換部材２２でケラレることなく完全に入射面Ａに入
射し得るサイズに設定されている。また、発光素子２２
４は、ＬＥＤ、半導体レーザ、ランプなど任意の発光素
子を用いることができる。

【００４６】光路切換部材２２はモータなどの駆動部材
２３によって回転駆動され、測定時には、図５に示すよ
うに円形開口２２３がファイバ２４１に対向する位置
（導光位置）に設定され、キャリブレーション時には、
図６に示すように発光素子２２４が対物レンズ２１の光
軸Ｌ上となる位置（ファイバ２４１の入射面Ａと重なる
位置。遮光位置）に設定される。光路切換部材２２を遮
光位置に設定したとき、発光素子２２がファイバ２４１
の入射面Ａと略等しい位置に来るようにしているのは、
キャリブレーション時に測定者が液晶パネル５の被測定
領域ＡＲを確認できるようにするためである。

【００４７】すなわち、光路切換部材２２が遮光位置に
設定されると、発光素子２２４が発光される。上述した
ように対物レンズ２１とファイバ２４１とはテレセント
リック光学系を構成しているので、ファイバ２４１の入
射面Ａと略等しい位置に配置された発光素子２２４から
発せられた光は、図６に示すように対物レンズ２１を透
過した後、略平行光となって液晶パネル５の表示面５１
の被測定領域ＡＲと略等しい領域に照射される。従っ
て、測定者は液晶パネル５の表示面５１の照明領域によ
って被測定領域ＡＲ（照明領域）を確認することができ
る。

【００４８】なお、本実施形態では、光路切換部材２２
の切換えをモータ等の駆動源を用いて行わせているが、
手動で行わせるようにしてもよい。このようにすると、
測定プローブ２に駆動源を内蔵する必要がなくなるの
で、測定プローブ２の小型／軽量化が可能になる。

【００４９】また、本実施形態では光路切換部材２２の
形状を円盤状としているが、図７に示すように矩形板状
としてもよい。また、本実施形態では光路切換部材２２
の遮光位置と導光位置との切換えを回転動作で行ってい
るが、図７に示すようにスライド移動（スライド方向は
任意）によって行うようにしてもよい。

【００５０】更に、本実施形態では光路切換部材２２を
測定プローブ２に内蔵しているが、この光路切換部材２
２を省略してもよい。この場合は、測定者は測定プロー
ブ２の先端にキャップ等の遮光部材を被せることで遮光
状態とし、この状態でキャリブレーションを行えばよ
い。一方、被測定領域ＡＲを確認するための発光素子２
２４は、例えば図８に示すように、ファイバ２４１の入
射面Ａ側の先端に鍔部２４１Ａを設け、この鍔部２４１
Ａの対物レンズ２１を臨む面にファイバ２４１によって
光束が遮られないように配置すればよい。この場合、発
光素子２２４は１個でもよく、複数個でもよい。図８の
例は２個の発光素子２２４，２２４’を設けたものであ
るが、各発光素子２２４，２２４’から発せらたれた光
は、それぞ同図に示す光路を通り、対物レンズ２１によ
って液晶パネル５の表示面５１の被測定領域ＡＲと略同
一の範囲に照射される。

【００５１】図９は、測定光学系の他の実施形態を示す
図である。

【００５２】同図に示す測定光学系は、図３に示す測定
光学系において、対物レンズ２１（第１の集光手段）と
ファイバ２４１との間の所定の位置にリレーレンズ２１
１（第２の集光手段）、開口絞りＳ１及び視野絞りＳ２
を設けたものである。開口絞りＳ１は対物レンズ２１の
像側主点ＰＰから焦点距離ｆだけ離れた位置Ｃに設けら
れ、視野絞りＳ２は対物レンズ２１の結像位置に設けら
れている。リレーレンズ２１１は、視野絞りＳ２に結像
された光像をファイバ２４１に導くもので、開口絞りＳ
１とファイバ２４１の入射面Ａの位置Ｃ’とが共役な位
置関係となるように当該開口絞りＳ１と当該ファイバ２
４１との間に配置されている。

【００５３】開口絞りＳ１と対物レンズ２１とによって
テレセントリック光学系が構成され、液晶パネル５の被
測定領域ＡＲから出射される光束のうち、最大出射角α
以下の光束が視野絞りＳ１に入射する。なお、最大出射
角αは対物レンズ２１の焦点距離ｆと開口絞りＳ１の開
口径によって決定されるので、開口絞りＳ１の開口径は
所望の最大出射角αと対物レンズ２１の焦点距離ｆとに
基づいて調整されている。

【００５４】この測定光学系では、液晶パネル５の被測
定領域ＡＲから出射される光束のうち、最大出射角α以
下の光束だけが開口絞りＳ１を透過し、被測定領域ＡＲ
の光像は視野絞りＳ２の位置に結像される。そして、こ
の光像はリレーレンズ２１１によってファイバ２４１の
入射面Ａに導かれる。開口絞りＳ１とファイバ２４１の
入射面Ａとは共役関係の位置に配置されているので、開
口絞りＳ１を透過する光束はリレーレンズ２１１によっ
てファイバ２４１の入射面Ａに入射され、この測定光学
系によっても図３に示した測定光学系と同様に光量をロ
スすること無く、液晶パネル５の被測定領域ＡＲから出
射される光束のうち、最大出射角α以下の光束が全て受
光部２５に導かれる。

【００５５】また、この測定用光学系では光路切換部材
２２を遮光位置に設定して発光素子２２４を発光する
と、発光素子２２４からの光が図１０に示す光路（液晶
パネル５からファイバ２４１への入射光の光路と略逆の
光路）を通って液晶パネル５の表示面５１の被測定領域
ＡＲに略一致する領域に照射される。従って、この測定
用光学系でも発光素子２２４の照明光によって測定者は
液晶パネル５の被測定領域ＡＲを確認することができ
る。

【００５６】なお、この測定用光学系では、開口絞りＳ
１とファイバ２４１の入射面Ａとが共役の位置関係にあ
るので、図９，図１０に点線で示すように発光素子２２
４を開口絞りＳ１の位置に配置することができる。例え
ば開口絞りＳ１をリング状の円盤部材で構成した場合、
図５に示した光路切換部材２２と類似の構成として、当
該円盤部材の対物レンズ２１を臨む面の適所に適宜の数
を配設するとよい。

【００５７】上述したように開口絞りＳ１と対物レンズ
２１とはテレセントリック光学系を構成しているので、
開口絞りＳ１とほぼ同じ位置に配設された発光素子２２
４から発せられた光は、対物レンズ２１に入射した後、
略平行光となって液晶パネル５の表示面５１に出射され
るので（図６に示した光路参照）、液晶パネル５の被測
定領域ＡＲを照明することができる。

【００５８】図３に戻り、光電変換部２５は、略同一の
受光感度を有する、例えばＳＰＣ等からなる３個の受光
センサ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃと、各受光センサ
２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃにＣＩＥ規定の標準観測
者の分光感度を持たせるための３個の分光感度補正フィ
ルタ２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃとからなる。

【００５９】受光センサ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ
は、それぞれレンズ２４２ａ，２４２ｂ，２４２ｃの光
軸上であって当該レンズ２４２ａ，２４２ｂ，２４２ｃ
によって集光される光の照射範囲が当該受光センサ２５
２ａ，２５２ｂ，２５２ｃの受光範囲となる位置に配置
されている。分光感度補正フィルタ２５１ａ，２５１
ｂ，２５１ｃは、それぞれ受光センサ２５２ａ，２５２
ｂ，２５２ｃとレンズ２４２ａ，２４２ｂ，２４２ｃと
の間の適所に配置されている。

【００６０】分光感度補正フィルタ２５１ａは、例えば
Ｒ（赤）の波長領域に感度を有するフィルタ特性を有
し、このフィルタ特性によって受光センサ２５２ａの受
光感度は赤の波長域に大きな感度を有する等色関数（エ
ックス・バー・ラムダ）の受光感度に補正されている。
一方、分光感度補正フィルタ２５１ｂ，２５１ｃは、そ
れぞれＧ（緑）とＢ（青）の波長領域に感度を有するフ
ィルタ特性を有し、これらのフィルタ特性によって受光
センサ２５２ｂと受光センサ２５２ｃの受光感度は、そ
れぞれ緑の波長域に大きな感度を有する等色関数（ワイ
・バー・ラムダ）の受光感度と青の波長域に大きな感度
を有する等色関数（ゼット・バー・ラムダ）の受光感度
とに補正されている。従って、受光センサ２５２ａ，２
５２ｂ，２５２ｃからはそれぞれ三刺激値（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）に相当する受光信号が出力される。

【００６１】図２に戻り、測定器本体３は、測定プロー
ブ２から入力される受光信号をデジタルの信号（以下、
測定データという。）に変換するＡ／Ｄ変換部３１、Ａ
／Ｄ変換部３１から出力される測定データを記憶するデ
ータメモリ３２、データメモリに格納された測定データ
を用いて、三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、ＣＩＥで制定され
ているｘｙＹ（色度座標、輝度）、ＴΔｕｖＹ（相関色
温度、黒体軌跡からの色差、輝度）などを演算するデー
タ処理部３３、演算結果を表示する表示部３４、測定に
関する各種情報（測定の指示、表示モードの設定、測定
レンジ等）を入力するための操作部３５及び測定プロー
ブ２の動作や測定器本体３内の各部の動作を集中的に制
御することで測定動作を制御する制御部３６からなる。

【００６２】次に、色彩計１の測定処理について、図１
１のフローチャートを用いて簡単に説明する。この測定
処理では、測定対象となる液晶パネル（ＬＣＤ）５の色
度を測定する場合について説明する。

【００６３】まず、図１に示すように、測定プローブ２
を液晶パネル５の測定したい領域に対向させ、当該液晶
パネル５の表示面５１から所定の間隔ｄ（数ｃｍ程度）
だけ離した位置にセットする（ステップ＃１）。続い
て、図略のパターンジェネレータから液晶パネル５に映
像信号を与えて所定の測定用画像を当該液晶パネル５の
表示面５１に映し出す（ステップ＃３）。

【００６４】こうして測定用画像が映し出されると、各
受光センサ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃから三刺激値
Ｘ，Ｙ，Ｚに関連する３つの受光信号（アナログ信号）
ＳＸ，ＳＹ，ＳＺがそれぞれ出力され、これらの受光信
号ＳＸ，ＳＹ，ＳＺは、増幅部２６で所定のレベルに増
幅された後、測定器本体３に入力される。そして、測定
器本体３では、受光信号ＳＸ，ＳＹ，ＳＺがＡ／Ｄ変換
部３１でデジタル信号ＤＸ，ＤＹ，ＤＺに変換されてデ
ータメモリ３２に記憶される（ステップ＃５）。

【００６５】次に、データメモリ３２から測定データＤ
Ｘ，ＤＹ，ＤＺと当該データメモリ３２に予め記憶され
ている校正データＫＸ，ＫＹ，ＫＺとがデータ処理部３
３に読み出され、測定用画像の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚが算
出される（ステップ＃７）。なお、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ
は、Ｘ＝ＫＸ・ＤＸ，Ｙ＝ＫＹ・ＤＹ，Ｚ＝ＫＺ・ＤＺ
によって算出される。こうして、真の三刺激値Ｘ，Ｙ，
Ｚが算出されると、その算出結果が表示部３４（すなわ
ち、表示パネル３０１）に表示される（＃９）。

【００６６】なお、上記実施形態では、国際照明委員会
（ＣＩＥ）で標準観察者の分光感度として規定されてい
る３つの分光感度に対応した赤フィルタ２５１ａ、緑フ
ィルタ２５１ｂおよび青フィルタ２５１ｃによって、受
光センサ２５２ａ〜２５２ｃの分光感度を補正するよう
にしているが、フィルタの種類はこれに限定されるもの
ではない。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正のパワーを有する集光手段と、この集光手段の像側主
点からほぼ当該集光手段の焦点距離だけ離れた位置に入
射面を有する光束分割手段とで測定光学系を構成したの
で、被測定物の被測定領域から出射される光束のうち所
定の出射角以下の光束全てをロスなく光束分割手段を介
して受光センサ側に導くことができ、被測定物の発光強
度が小さい場合にも被測定物の光学特性を正確に測定す
ることができる（請求項１）。

【００６８】また、本発明によれば、正のパワーを有す
る第１の集光手段と、この第１の集光手段の像側主点か
らほぼ当該第１の集光手段の焦点距離だけ離れた位置に
配設された開口絞りと、この開口絞りを透過した光束を
複数の光束に分割して出射する光束分割手段と、開口絞
りと光束分割手段の入射面とが共役な関係となる位置に
配置され、開口絞りを透過した光束を光束分割手段に集
光する第２の集光手段とで測定光学系を構成したので、
被測定物の被測定領域から出射される光束のうち所定の
出射角以下の光束全てをロスなく光束分割手段を介して
受光センサ側に導くことができ、上記と同様の効果を得
ることができる（請求項４）。

【００６９】また、本発明によれば、光束分割手段の入
射面若しくは開口絞りの近傍位置に照明手段を設け、こ
の照明手段で被測定物の被測定領域全体を照明するよう
にしたので、ファインダ光学系が不要となり、ファイン
ダ光学系を設けることに起因する受光センサ側への導光
光量の低下をなくすることができる（請求項２，３，
５，６）。

【００７０】また、光束分割手段は、正のパワーを有す
るものにしたので、光束分割手段から出射された光束の
照射範囲を受光センサの受光範囲と略一致させること
で、光束分割手段と受光センサとの間の導光ロスを低減
することができる。これにより受光センサの受光光量の
低下を更に防止することができる（請求項７，８）。

【００７１】また、本発明に係る測定用光学系を用いて
三刺激値光電色彩計を構成したので、被測定物の被測定
領域から出射される光束のうち所定の出射角以下の光束
が測定用光学系により光量ロスをすることなく受光セン
サに導かれ、被測定物の被測定領域からの光束が小さい
場合にも確実かつ正確に三刺激値の測定を行うことがで
きる（請求項９）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三刺激値型光電色彩計の外観を示
す斜視図である。

【図２】測定プローブ及び測定器本体の内部構成を示す
ブロック図である。

【図３】測定プローブの測定光学系の具体的な構成を示
す図である。

【図４】ファイバからの出射光束による照明範囲と受光
部の受光範囲との関係を示す図である。

【図５】光路切換部材の構造を示す図である。

【図６】光路切換部材の発光素子により被測定領域が照
明される様子を示す図である。

【図７】光路切換部材の他の構造を示す図である。

【図８】発光素子の他の取付構造を示す図である。

【図９】測定用光学系の他の実施形態を示す図である。

【図１０】測定用光学系の他の実施形態における発光素
子の照明範囲を示す図である。

【図１１】測定処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図１２】従来の三刺激値型光電色彩計に適用される光
学系の一例を示す図である。

【図１３】従来の測定用光学系におけるファイバからの
出射光束による照明範囲と受光部の受光範囲との関係を
示す図である。

【図１４】被測定物の被測定領域から出射される光束の
うち、所定の出射角以下の光束のみを受光センサに導光
する従来の測定用光学系の一例を示す図である。

【符号の説明】

１三刺激値型光電色彩計２測定プローブ２１対物レンズ（集光手段、第１の集光手段）２１１リレーレンズ（第２の集光手段）２２光路切換部材（光路切換手段）２２４発光素子（照明手段）２３駆動部材２４光束分割部材（光束分割手段）２４１ファイバ２４２ａ，２４２ｂ，２４２ｃ正レンズ２５光電変換部２５１ａ，２５１ｂ，２５１ｃ分光感度補正フィルタ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ受光センサ（受光手
段）２６増幅部３測定器本体３１Ａ／Ｄ変換部３２データメモリ３３データ処理部（演算手段）３４表示部３５操作部３６制御部４ケーブル５液晶パネル（被測定物）６三脚ＡＲ被測定領域Ｓ１開口絞りＳ２視野絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G020 AA04 AA08 DA03 DA24 DA32 DA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の被測定領域から出射される光
束のうち所定の出射角以下の光束のみを集光する正のパ
ワーを有する集光手段と、上記集光手段の像側主点から
ほぼ当該集光手段の焦点距離だけ離れた位置に当該集光
手段で集光された光束の入射面を有し、入射した光束を
複数の光束に分割して出射する光束分割手段とからなる
ことを特徴とする測定用光学系。
【請求項２】請求項１記載の測定用光学系において、
上記集光手段の像側主点からほぼ当該集光手段の焦点距
離だけ離れた位置に、上記被測定物の被測定領域全体を
照明する照明手段を更に設けたことを特徴とする測定用
光学系。
【請求項３】請求項２記載の測定用光学系において、
上記集光手段の像側主点からほぼ当該集光手段の焦点距
離だけ離れた位置に、光束を透過させる透過部と光束を
遮断する遮光部とが切換可能な光路切換手段を設け、上
記照明手段は、上記光路切換手段の遮光部に配設されて
いることを特徴とする測定用光学系。
【請求項４】被測定物の被測定領域から出射される光
束のうち所定の出射角以下の光束のみを集光する正のパ
ワーを有する第１の集光手段と、上記第１の集光手段の
像側主点からほぼ当該第１の集光手段の焦点距離だけ離
れた位置に配設された開口絞りと、上記開口絞りを透過
した光束を複数の光束に分割して出射する光束分割手段
と、上記開口絞りと上記光束分割手段との間にあって当
該開口絞りと当該光束分割手段の入射面とが共役な関係
となる位置に配置され、上記開口絞りを透過した光束を
上記光束分割手段に集光する第２の集光手段とからなる
ことを特徴とする測定用光学系。
【請求項５】請求項４記載の測定用光学系において、
上記開口絞り若しくは上記光束分割手段の入射面の近傍
位置に、上記被測定物の被測定領域全体を照明する照明
手段を更に備えたことを特徴とする測定用光学系。
【請求項６】請求項５記載の測定用光学系において、
上記開口絞り若しくは上記光束分割手段の入射面の近傍
位置に、光束を透過させる透過部と光束を遮断する遮光
部とが切換可能な光路切換手段を設け、上記照明手段
は、上記光路切換手段の遮光部に配設されていることを
特徴とする測定用光学系。
【請求項７】上記光束分割手段は、正のパワーを有す
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の測
定用光学系。
【請求項８】上記光束分割手段は、光束を複数に分割
する導光部材と、上記導光部材の複数の出射面に対応し
て設けられた複数の正のパワーを有する集光部材とから
なることを特徴とする請求項７記載の測定用光学系。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の測定用
光学系と、上記測定用光学系における上記光束分割手段
の複数の出射面に対向してそれぞれ配置された複数の受
光部を有し、当該出射面から出射される光束を三原色の
色成分に分離し、電気信号に光電変換して出力する受光
手段と、上記受光手段から出力される三原色の色成分の
受光信号に基づき三刺激値を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とする三刺激値型光電色彩計。