JP2007017400A - 視野角特性測定方法及び視野角特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで測定回数を減らして一度に広角に視野角特性を測定することができる視野角特性測定方法及び視野角特性測定装置を提供すること。
【解決手段】 背後にバックライト１０を配設させた、フィルム状のプリズムシート４から放射される光線を魚眼レンズＧで受光し、この魚眼レンズＧの結像をエリアカメラＣで撮像し、該撮像信号を画像処理手段で画像処理することによりプリズムシート４の視野角特性を測定するようにした。
【選択図】 図７

Description

本発明は、液晶ディスプレイ、投影スクリーン、バックライトユニット、光学機能性フィルムなどの光学部品の「視野角特性」測定方法及びその装置に関する。

「http://dictionary.rbbtoday.com/Details/term2823.html」によれば、ディスプレイやテレビなどの画面の正面から視点を上下左右に移動したときに、画面が見える範囲を角度で表し、例えば視野角が１５０度であれば、画面の正面から上下左右に１５０度の範囲までは見えるという意味である。特に液晶パネルの場合に視野角が問題になることがある。

液晶パネルは、液晶の背面から光を出しているため、液晶層の厚みなどが原因で、正面から見るときれいに見えても、少し斜めから見ると画面が見にくくなることがある。そのため上下左右にどれくらいの範囲まで画面が見えるのかを示す値として視野角が用いられている。最近の液晶パネルは、改良が続けられ、CRT（ブラウン管）に匹敵するくらいの視野角を持つものも多数ある。

画面が見えるかどうかの基準は、一般的には、コントラスト比が用いられる。ある一定以上のコントラスト比で表示できる角度を視野角としてるが、統一された基準がないため、各メーカーが独自の基準を用いて視野角を決めている。

上記の説明の通り、視野角特性は出射光の角度特性であるが、配光特性とも表現される。特にディスプレイ用途の評価の場合は、視野角特性を使うことが多い。

この視野角特性を測定する方法としては、以下の２つの方法が存在する。
（１）ゴニオフォトメータ、およびその応用
（２）専用光学系のシステム

（１）ゴニオフォトメータとは、輝度計と機械的な角度回転装置を組み合わせた視野角特性測定システムである。ゴニオステージは、可動テーブルの中央真上に位置する点を中心にして物体を回転させるものであるが、この回転の中心がゴニオステージによって妨げられることはない。回転中心に被検体を配置し、遠方の輝度計から測光を行う。被検体の大きさにより、被検体が可動したり、輝度計が可動するものがある。

この方式は、1つの測定器で自在に角度を変えて視野角特性を測定できるため、測定値のバラツキは少なく、測定に融通性があり、比較的安価に構成することができる。デメリットとしては、測定に回転動作が必要であるため、数秒から数分程度の測定時間を要することと、大型の被検体に対して装置が大きくなることである。

「http://www.tech-world.jp/products/products004_tcl12.html」によれば、有限会社テック・ワールド製の「LCD評価測定ステージ」が紹介されている。

これは、LCDパネルの配光特性を測定するための評価ステージである。配光測定方向及びステージの移動方向は、X、 Y、 Z1、 θ1、θ2、θ3及び輝度計用のZ2の計7軸が用意されている。

標準仕様は全軸手動であるが、オプション追加によりパルスモータによる自動駆動及びコンピュータによる自動測定まで拡張できる。

このようなシステム構成をとるゴニオフォトメータは、様々な形態に合わせて各社から商品化されている。

（２）専用光学系のシステムとしては、フーリエ変換系レンズとＣＣＤセンサを組み合わせ、同時に全方位角を±８０度以上の範囲にわたり瞬時に測定できるシステムがある。

これは、フーリエ変換レンズを用い、裏側焦点面での明るさむらを解析して視野角特性を求めている。測定の原理は図２０に示す通りである。微小な測定スポットから放射される光束を開口の大きなレンズで捕え、レンズの裏側焦点面を視野として、カメラなどの撮像装置で観察する。視野は円形の範囲に投影される。円の中心からの距離は、レンズへの入射角θに比例した距離になる。方位φは、測定スポットからの出射方位である。測定スポットから放射される光束は、視野上の入射角θと出射方位φで決まる位置で明るさの強度として表現することができる。つまり、1画像で視野角特性を表現することができる。

この測定方式をとるELDIM社製 EZContrastはフラットパネルの視野角特性測定の標準器として多数の導入実績がある。検査に可動部を持たないため、処理は数秒から数十秒で済む。専用の特殊レンズを採用するため高価である。

上記２方式共に、２ｍｍ程度以下の測定スポットでの視野角特性を測定することを目的としている。広い液晶パネルなどを評価する場合は、位置を変えて縦3ポイントｘ横3ポイントなどの多点測定することが一般的である。その場合、XYに可動するステージを用意する必要があり、装置として更に高価になってしまう。

以上、いずれの方法も生産装置から離れた、環境条件の整った場所での検査になり、即時性はない。これらの検査方法での検査時間は、段取り時間を含めると数分程度を要してしまう。生産時点（インライン）における視野角特性の即時（リアルタイム）検査が可能になれば、迅速なプロセスフィードバックを可能にし、歩留りの低減に効果的である。しかしながら、視野角特性をインラインで検査する方法は、既存の検査装置にはなく、またその検査技術が報告された事例がない。

市場が拡大傾向にある大型フラットパネルディスプレイやそれに使用されるバックライトユニット、光学機能性フィルムなどの光学部品について考える。これらのパネル面積は拡大の一途をたどり、対角50インチを超えるものも登場してきている。大型化に伴い、構成される部品の歩留りは低下し、部品単価の高騰も危惧される。生産時点でのインライン検査の重要度は高まり、事実、欠陥検査装置を大量に導入し、不良品を後工程に流さないワークフローを構築しているメーカーもある。

ディスプレイはANSIやVESAや各社独自の検査基準に則り、様々な光学的特性で検査している。その中で、視野角特性は重要な評価項目の一つである。大型ディスプレイの場合は、面積が大きく特性のムラが起こりやすいため、全体の特性を１点で評価することは危険である。視野角特性測定を考えた場合、従来の微小領域の検査で位置を変え多数測定し面内バラツキを評価する必要がある。ただし、多点測定は時間がかかり、インライン検査は現実的ではない。

上記の光学部品は、光学要素が一様に分布している点に着目する。例えば、液晶パネルの場合はTFTセルやRGBカラーフィルタ、バックライトの場合は拡散パネル面、プリズムシートのエンボス形状などは、面において均一に配置されている。このことは、1ポイントでの視野角特性が一様に分布していることを意味している。つまり、面全体の視野角特性を得ることと1ポイントで測定することとは同じであることを意味している。

他方、特開平１１−１５３５１３号公報「光学的視野角測定装置」によれば、視野角特性を広い角度にわたって精度よく、迅速かつ簡便に測定することのできる光学的視野角測定装置を実現するために、第１焦点の近傍に配置される試料から出射される光を第２焦点位置に配置され、楕円面ミラーの表面にできた像を結像する結像レンズと、この結像レンズにより結像された像を記録するカメラとを備える。

然しながら、楕円面ミラーの加工は非常に困難であり、この他に更に結像レンズが必要とされる。第１焦点に試料を置き、第２焦点に結像レンズを配設しなければならない。構成が煩雑かつ複雑でありコストも高くなる。

特開２０００−３２１１６８号公報「帯状走行体の濃度ムラ検査機」によれば、一方向に走行する帯状走行体の表面の濃度ムラをインラインで確実に定量的に検査し、濃度ムラの変化を経時的に評価することのできる帯状走行体の濃度ムラ検査機を提供するために、一方向に走行する帯状走行体の一方にあって、前記帯状走行体の走行方向に一定間隔で複数個固定配置され、前記帯状走行体表面の画像を撮影するカメラと、複数の前記カメラから得られる画像信号を、前記帯状走行体の同じ部分が画像上略同じ位置に来るように、一定間隔で遅延させながら積算して積算信号を得る積算画像信号演算部と、この積算画像信号演算部で得られた画像信号から濃度ムラを検出する濃度ムラ検出部とを備える。これによれば、複数個のカメラが必要であり、これらから得られる画像信号の演算処理が複雑である。

特開平１１−１５３５１３号公報 特開２０００−３２１１６８号公報

本発明は、面積の大きな光学部品の視野角特性を広域（例えばパネル全体）で評価することを低コストで可能とし、さらに、従来オフライン検査あるいは出荷時検査でしか行われていなかった視野角特性検査を、インラインで行うことを可能とする視野角特性測定方法及びその装置を提供することを課題とする。

以上の課題は、フィルム状又は平板状の光学部品から放射される光線を魚眼レンズで受光し、前記魚眼レンズの結像をエリアカメラで撮像し、該撮像信号を画像処理することにより前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする視野角特性測定方法、によって解決される。

また、以上の課題は、フィルム状又は平板状の光学部品の直上方に配設される魚眼レンズと、前記魚眼レンズの背後に配設されるエリアカメラと、前記エリアカメラに接続された画像処理手段とを備え、前記平板状の光学部品から放射される光線を前記魚眼レンズで受光し、前記魚眼レンズの結像を前記エリアカメラで撮像し、該撮像信号を画像処理手段により画像処理することにより前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする視野角特性測定装置、によって解決される。

本発明に適用可能な光学部品としては、各種フィルムやプラスチック板、ガラス板など光学的に透過するもので、光学要素が一様に分布しているものである。用例としては、FPDで使用される導光板、プリズムシート、拡散シート、偏光フィルム、偏光板保護フィルム、位相差フィルム、視野角拡大フィルム、反射防止フィルム、透明導電性フィルム、防眩フィルム、赤外線遮断フィルム、紫外線遮断フィルムなど、単体部品の評価（大型パネル（LCD、PDP、有機EL、FEDなど）のセット組込み状態での評価、プロジェクター用透過型スクリーンの評価、レンチキュラーレンズ、リニアフレネルレンズ、回折格子の評価、ウィンドー用機能性フィルムの評価）など、これらの視野角特性を測定することができる。

また、現在市販されている視野角特性測定装置は、測定時間が数秒〜数分かかり即時性は無く、オフライン用途である。即時性を持ち、組込み性がよく、非接触、非破壊検査が必要なインライン検査を満足する技術は公開されていない。本件は、インライン検査を満足する検査方法である。

また、面積の大きな被検体の光学特性をマクロに捕えて評価する本発明は、新規の検査領域を開拓するものである。

また、本発明の重要な構成要素である魚眼レンズは安価に入手できる。現行の視野角特性測定装置に比べて、安価にシステムを構成することが可能である。

面積の大きい光学部品でも、その視野角特性を広域、例えばパネル全体で評価することができる。従来、オフライン検査あるいは出荷時検査でしか行われていなかった視野角特性を製造工程中でも行うことができる。

まず、本実施の形態に適用される魚眼レンズについて説明する。

一般に魚眼レンズは等距離射影方式を採用している。図１はその原理を示すが、像高をｙ、焦点距離をｆ、半画角をθとしたときに以下のように投影を表す式が通常とは異なる。ちなみに通常のレンズに於ける投影方式はｙ＝ｆｔａｎθとなる。従って通常の広角レンズとは異なる。

等距離射影方式（equidistance projection）では ｙ＝ｆθ となる。
等距離射影方式とは、図２のように画像平面への投影距離ｆθが入射角θに比例した方式である。出射方位φは光軸中心を原点とした平面上での方位φとなる。魚眼レンズは、広範囲な視野情報が一枚絵に収められた画像（全方位画像）として簡単に撮影できる。そのままでは、画像に大きなひずみが生じているため識読は難しい。高精細カメラと画像処理の組合せでひずみを除去し、パノラマ画像などに展開する手法が具体化されている。近年監視カメラなどセキュリティ用途に使用範囲を広げている。魚眼レンズは汎用品として数多く市場に出ている。価格は高解像度のものでも安く比較的容易に入手できる。

図３で示すように魚眼レンズＧは各ポイントに対し視野角特性を持っている。図４で各ポイントの視野角特性が一様な面を考える。直線上のポイントP1〜P5から放射される光線の視野角特性は各点P1〜P5上方に図示した魚眼レンズに示す矢印の通りである。なお、矢印の大きさは輝度を表している。

上空に魚眼レンズＧを配置する。魚眼レンズに入光する光は、各ポイント毎に矢印の成分のみである。魚眼レンズでは、これらを合成した光線を受光する。合成した光線は、各ポイントの視野角特性と一致する。つまり、視野角特性が一様な面の場合、各ポイントの視野角特性は、魚眼レンズで捕えた視野角特性で表現することができる。

本願発明の実施の形態では、光学部品として液晶ディスプレイに用いられるプリズムシート（図５における４）が適用される。

液晶ディスプレイは、大きく分けて「液晶」と「バックライト」に分けられる。バックライトの一般的な構成を図５に示す。蛍光灯(冷陰極管)１またはLED光源として、導光板２に向けて光を放射する。導光板２は、効率良く、また一様性を高められるような形状をしていて、小さなプリズムなどが付いている。導光板２の下面には、光を上面に出すように反射シート３を配置する。また、導光板２上面には、光が正面に向くようなプリズムシート４を乗せている。導光板２とプリズムシート４の間に、拡散シートを挟む場合もある。

次に、プリズムシート４について図６を参照して他光学部品と比較して説明する。

液晶には視野角があり、正面からずれた方向から眺めてもよく見えない。したがって、バックライトも液晶にあわせて視野角から外れた方向に出る光を集光し、正面に向かわせることによって光を有効に利用する。集光特性をまったく配慮しない、或いは斜め方向の明るさも重要視するような場合、ローコストなマットタイプの拡散シートが用いられる。（図６Ａ）

ある程度の集光性を必要とする場合、ローコストなコーティングタイプ（図６Ｂ）などが代表的である。より強い集光性が求められるような場合、プリズムシートが用いられる。正面輝度の劇的な改善効果が得られるが、プリズムシート４だけで導光板ユニットコストの何割かを占める高価な部品であり、コストと効果のバランスを配慮する必要がある。

プリズムシートはレンズシートの一種で、パネル正面方向の輝度を向上させるために、バックライトの導光板の上面に設置されるシートである。バックライトで発生する光は指向性の緩い拡散光であり、これを正面に集光させるのが、プリズムシートの目的である。よって、バックライトとの組合せでの輝度の視野角特性は、プリズムシートの最も重要な品質管理項目である。

次に第１の実施の形態による視野角測定装置を図７を基に説明する。検査対象フィルムはプリズムシート４である。通常の配置通りに面照明バックライト１０の発光面上にプリズムシート４を配置する。その上空には、魚眼レンズＧを取付けたエリアカメラＣを固定で設置する。プリズムシート４の脱着のためにカメラＣとレンズＧが待避する機構を持っていてもよい。プリズムシート４とレンズＧ間の間隔は10mm程度離しておく。この距離は多少変動しても得られる特性にはそれほど大きな影響を与えないが、バックライト１０の発光部が有限の大きさであるため、測定視角範囲が狭まり、周辺近傍の情報の欠落を招く。フィルム４のタワミやソリといった、高さ方向への変形はレンズＧへの視角が変化するため、検査に影響を及ぼす。従って測定時には図のように左右一対の規制板１２で押さえ込むなどの手段でタワミやソリを極力抑え、平坦にする工夫が必要である。

バックライト１０は、面内輝度均一性が高く、輝度変動の少ないものが望ましい。蛍光管を使用する場合は、電源投入後30〜40分は輝度が不安定であるため測定には適さない。照度モニタを設け、明るさが一定になるようにフィードバック制御を行うことが望ましい。バックライト１０の発光部には、輝度が均一になるように透過拡散板を配置する。バックライト１０を点灯したときの輝度値は、拡散板面で数1,000〜20,000[cd/mm2]程度が望ましい。

魚眼レンズＧは、ｆθ投影方式レンズと光量絞り機構から構成される。バックライトからの光量は大きいため、レンズ側の絞りにて適当に絞り込む必要がある。カメラＣのシャッターコントロールにて露光量を調整することも可能であるが、CCDカメラの場合、光量が大きいとスミアが発生する恐れがある。魚眼レンズの視角は水平垂直ともに180°程度の角度とする。カメラＣは、100万画素以上の分解能の高いCCDカメラが望ましい。CCDサイズは、ｆｘθのサイズを考慮する。例えば、ｆ＝1.43mm、視角185°のレンズの場合、ｆθ = 1.43 × 185 × 3.14 / 180 = 4.61 [mm] となり、φ4.61mmの円形の中に結像する。1/2インチCCDの場合、サイズは4.8x6.4mmであり、この円形の像を欠けることなく映像に写すことができる。

魚眼レンズは非常に広角のため、室内の遠方の蛍光灯照明など周辺の明かりを取込む恐れがある。測定時には、測定装置全体を遮光する必要がある。この場合、外部からの光の回り込みだけでなく、バックライトの装置内反射を考慮し、光を吸収する黒色吸収材料を外側と内側に配する。検査装置としてのブロック構成図は図８の通りである。

以上の構成で映像信号化した視野角特性は映像信号となり、ビデオモニタなどで観察することができる。検査装置として構成する場合、測定結果の数値化、基準との比較による判定を行う処理を追加する。映像信号を数値化する手段は、画像処理手法を用いて行う。カメラで生成された映像信号はフレームグラバにてアナログ信号を8bitなどのデジタル信号へと変換される。（デジタルカメラの場合は、内部にA/D変換を行い、デジタル信号を出力する。）フレームグラバーでは、変換されたデジタル信号を画像演算装置内部のメモリへ転送する。画像演算装置は、一般的なPCの構成でも構わない。CPU、メモリ、外部記憶装置とコンソールであるモニタ、キーボード、マウスなどから構成される。CPUは、プログラムや操作といった手続きにより、メモリに格納されたデジタル化した映像信号に対してデータ処理を施すことができる。その結果を外部記憶装置に格納したり、モニタに出力することができる。

実際に取込んだ条件は、以下の通りである。バックライト１０には発光面320x425mm、輝度10,000cd/mm2を用いた。魚眼レンズＧは、焦点距離ｆ＝1.43mmとし、シート４との距離を10mmにした。被検体は市販プリズムシート４とし、撮影した画像は以下の通りになった。（プリズムシートは100x100mm程度の大きさであったため、位置を変え、5回画像を取込み、1枚の画像に合成した。取込画像には室内蛍光灯の写り込みがある。）

図９が合成したプリズムシートの画像である。図１０がバックライト単体の画像である。明るさの度合いは、黒→白の順に表現している。図１１は、ELDIM社製 EZContrastでポイント測定を行った結果である。EZContrastでは、明るさの度合いを青(Ｂ)→緑(Ｇ)→赤(Ｒ)の順に表現している。魚眼レンズＧで取込んだ画像と明暗の分布が一致していることが判る。表現方法は異なるが、EZContrastでのポイント測定と魚眼レンズＧで広域を撮影した本件とは、同じ視野角特性を得ることができることが実証された。

図９のＸ線上の明るさ情報を基に極座標形式でグラフ表示すると図１２のようになる。図９のＸ線上とは、プリズムシートのエンボスの稜線方向を法線とする平面での角度分布を表す。魚眼レンズＧでのｆθ投影方式のため、Ｘ線上の原点０からの距離は角度になる。

ここでは、内部メモリに格納された1画素毎の明るさ情報とアドレス情報を基に計算を行う。光軸中心０となる画素からの距離をd[pix]とし、左側象限をマイナス、右側象限をプラスとして符号を付ける。CCD撮像素子の撮像素子のピッチ寸法をp[mm/pix] 、魚眼レンズの焦点距離をf[mm]とすると、視角θは、以下の式で計算することができる。

θ = d x p / ｆ [radian]
図１２からバックライト単体の視野角特性はパネル前面方向への緩い指向性を持つことが判る。プリズムシート４を介すことにより、正面明るさはおよそ135[%]と向上し、強い指向特性になることが判る。パネル水平面方向近傍では、プリズムシートの光のモレが生じていることも判る。この光のモレは、EZContrastでも同じ結果が得られ、また目視でも観察された。

「光軸中心０となる画素」は、カメラＣとレンズＧを組んだ状態にて、予め測定しておく。レンズＧに対して全方位からまんべんなく光が入射するようにレンズＧとカメラＣを積分球などの環境内に設置する。取込んだ円形画像の周辺情報から画像処理にて円の中心位置を求める。該当位置の画素が「光軸中心となる画素」である。

良否判定について考える。図１３の様に視野角特性グラフに、判定領域A〜Eを設け、測定データが設定領域にある場合をOKとし、設定領域から外れた場合をNGと判断する処理を行う。図１３の例では、グラフａの測定データは、領域A〜DにおいてOKであるが、領域Eでは値が大きく外れているためNGと判断する。

視野角特性を求めるフローを図１４に示す。
ここでROI：(Region of Interest<関心領域>) 画面内における画像処理の対象領域、NTSC方式のカメラを使用した場合、取込周期は30[fps]であり、約33[msec]毎に映像信号が更新される。上記フローのステップ(b)〜(h)は画像演算装置にて画像処理を行う。現在の画像演算装置の処理能力では約33[msec]以内で処理を完了させることは充分可能である。取込先メモリを２つ持ち、交互に入替えながら画像を取込むダブルバッファの手法を使うと、画像取込時間内に前回取込んだ画像に対して(b)〜(h)の処理を行うことが可能になる。つまり、画像取込を妨げることなく、映像信号に対してリアルタイムの処理が可能である。

図１４のフローチャートについて更に詳しく説明すると以下の通りである。ステップａでは魚眼レンズを通してカメラ受光面に結像した像を画像情報をとして取込む。この画像情報は画像情報毎に量子化された情報である。次にステップｂでは画像処理の対象となる領域を設定する。魚眼レンズでは結像しない領域が存在するのでここで処理対象から外す。

ステップｃでは、量子化された画像情報は、CCDカメラなどで光電変換された結果である。ノイズが含まれるため、ここでノイズ除去を行う。具体的には、画像処理にて、平滑化フィルタやメディアンフィルタなどの空間フィルタを取込んだ画像に対して適用する。ステップｄでは、一次元の極座標表現をするために方位を特定する。方位平面は光軸中心０を含む画像上の直線である。写真では直線Ｘで表示してある。ステップｅでは、上記のＸ直線上の明るさ情報を取込む。ステップｆでは、光軸中心０からの距離はｆθである。ｆで除算することによりθ[rad]を得ることができる。上記Ｘ直線上の明るさ情報は、極座標グラフにおけるＲ（半径値）である。これらの処理により極座標変換を行い、極座標グラフを取得する。ステップｇでは、予め設定しておいた基準特性と比較する。ステップｈでは、範囲内にあるかどうかの判定を行う。

測定された視野角特性は、モニタ（図８）などの表示装置に実時間表示する。また、視野角特性を記憶装置に蓄えることにより、特定の視角での明るさデータをトレンド表示する。予め設定しておいた判定領域を元に、プロセスの継続可否を判定し、作業者あるいはプロセス装置に伝える。あるいは、判定領域内でのマージン（余裕度）を計算し、事前警告として作業者あるいはプロセス装置に伝える。

本測定方法は、位置合わせなど測定段取りを必要とせずに、リアルタイムに視野角特性を測定できることに特長がある。シンプルで安価なメカ構成のため、プロセス装置内に実装することも容易である。評価方法を簡素化したことによりインライン（生産時点）検査が可能となり、視野角特性のモニタリング、プロセスのGo/NGの判断に用いることができる。

次に本発明の第２の実施の形態について図１５を参照して説明する。

（インライン設備への適用）
第１の実施の形態では、プリズムシート４が枚様であり、静止した状態での検査であった。本装置は製造工程中でリアルタイムの検査が可能であることを説明する。

図１５において検査対象フィルム４０が連続生産される生産過程の経路において、図示するような機構を設けるプリズムフィルム４０は帯状であって供給リール４１から巻出され検査装置５０で検査され巻取リール４２で巻き取られる。フィルム４０を振動規制ローラ１Ａ、１Ｂで狭持しながら矢印方向に走行させ、タワミやソリ及び幅方向や長さ方向のぶれを抑制する。下部のバックライト１０から照射し、フィルム４０上部に魚眼レンズＧとエリアカメラＣを配する。A3サイズ（発光面320×425mm）のバックライト１０を用いた場合を考える。フィルム走行方向にバックライトの短辺側を配置する。NTSC方式のエリアカメラ２を使用すると、約0.033[sec]毎に画像が更新される。バックライト発光面単位での検査を想定すると、0.320/0.033=9.7[m/sec] (580[m/min]) の高速フィルム走行でのインライン検査が可能である。この様なシステムを構築すると、生産を止めることなくフィルムの視野角特性を検査することが可能になる。

図１５においてプリズムシートの供給リール４１及び巻取りリール４２は簡略化して示されているが、供給リール４１から図示しないモータの駆動により順次プリズムシート４０が供給され、図１５おいて左方からプリズムシート４０が振動規制ローラ１Ａに狭持されて右方へと移送され、さらに左方の一対の振動規制ローラ１Ｂに狭持されて巻取りリール４２側へと移送される。振動規制ローラ１Ａ、１Ｂ間には上述したように魚眼レンズＧ及びこの背後に配設されたCCDカメラでなるエリアカメラＣが配設されている。これにより第１の実施の形態で述べたようにプリズムシートの視野角特性が測定されるのであるが、この測定時間は上述したように非常に短時間であり、順次測定記録が図示しないメモリに記録される。このとき供給リール４１の回転速度やこの軸に接続されるエンコーダの出力により、視野角装置５０によって視野角が測定された時点におけるプリズムシート４０の特定される部分の視野角特性が記録されるようにしておけば全てプリズムシート４０を巻き取った後に上述のメモリからNGの視野角特性を特定してあとでこの部分を切断するようにしてもよい。或いは瞬時に各部の視野角特性を測定することができるのでリアルタイムでOK／NGかを判断して、NGが出た場合にはこの部分を一端停止して切断してもよい。

[視角θの拡大]について。
図１６は本発明の第３実施形態の視野角特性測定装置を示す。カメラ台数を複数（図示では３台）にして視角θを拡大する方法である。視角θは、レンズＧと被検体６０までの距離WDとフィルム上の光軸交点からの距離dから、
θ = atan( d / WD ) （θ；-90〜+90[deg]）
で得られる。被検体としてのフィルムサイズあるいはバックライト発光部が小さくdが充分確保できない場合、あるいは、レンズをフィルムにそれほど近づけられず、WDを離せない場合は、θは狭くなる。図１６、図１７で示すように魚眼レンズを幅方向に複数台配置することにより、視野角特性を分割して測定し、合成することにより、θの広角化を実現できる。図１７はこの合成を示している。本実施の形態では魚眼レンズは３つの魚眼レンズ要素から成っている。

なお、上記三台の魚眼レンズ要素Ｇ、カメラ要素１、２、３の光軸と視角θとの関係を明確に示すために図１８を示したが、θが両側のカメラ要素１及び３により大きく、すなわち入射角を大きくとることができる。図示では被検体６０の大きさが魚眼レンズカメラ要素１、２、３に比べて小さいのでレンズの位置から直下の被検体までの距離WDが小さければθを大きくとれないのをカメラ要素２、３により補っている。よってθが90度近くの視野角においてもその視野角特性を測定できることを示している。図においてθ‘はθより大であり９０度に近くなっている。

また、図１５に示した実施の形態に対し場合によっては図１６の装置を適用することができる。すなわちプリズムシートの幅が魚眼レンズに比べて、及びそのレンズからプリズムシートまでの距離WDが小さい場合にはプリズムシートの幅方向における両端部でθ≒90度としての視野角特性を測定できない場合に図１６で示すように幅方向に所定の間隔で３台配設して画像信号を合成することにより、プリズムシート４０の−90度から＋90度までの視野角特性を測定するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論本発明はこれらに限定することなく、本発明技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

例えば、図１９のフローチャートで示すように輝度分布で視野角特性を測定するようにしてもよい。以上の説明では、魚眼レンズで得た画像を明るさという指標で評価を行っていた。画像処理装置では、8bitなどのデジタル化されたデータとして明るさを評価しているため、一般的に評価指標として用いられる輝度値[cd/mm2]とは異なる。輝度値補正された視野角特性を得るためには、魚眼レンズでの視角による比輝度値の換算式を用いて明るさデータを輝度値に変換する方法、あるいは、前述のゴニオフォトメータでの輝度計の測定値を基準とし、視角毎に補正を行う方法もある。ここでは、後者について説明を行う。

ゴニオフォトメータを精細に回転させ、基準サンプルの輝度値の視野角特性を取得する。次に魚眼レンズにて画像を取得する。視野角特性を示す円領域以外は係数0にしておく。基準サンプルの輝度値を変えた条件で、作業を複数回繰返し、最小二乗法により1次式近似を行い、視角に対応する画素毎に明るさ階調と輝度値の相関関係を得る。測定時には、画像取込後の画面全体に対して画素毎輝度値補正演算を行い、画面全体の輝度分布を得ることができる。面単位の演算は、数[msec]程度で処理を行うことができ、リアルタイム処理への負荷は少ない。
本発明の実施の形態の装置を単独で使用し、固有の判断指標を基に運用を行う場合は輝度値変換が不要である。複数台の運用で校正が必要な場合や、輝度値という物理量での運用が必要な場合は、輝度値変換が必要となる。

また、CIE等色関数に忠実なカラーフィルタを用い、複数のCCDカメラで分光した画像を得ることにより、分光毎に視野角特性を求めるようにしてもよい。この場合、各カメラの前に専用のカラーフィルター、例えば３CCDカメラの場合、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタを配設する。

本発明の構成要素としての魚眼レンズの作用原理を示す模式図。 魚眼レンズの作用を説明する模式図。 魚眼レンズの視野角特性を示すチャート。 一直線上に並んだP1〜P5の測定スポットに対する魚眼レンズの光成分及びこれらの合成状況を示すチャート。 本実施の形態に適用されるバックライトにおけるプリズムシートの斜視図。 Ａは本発明の実施形態に適用され得る光学部品としての拡散シートの断面図。Ｂは本発明の実施形態に適用され得る光学部品としてのローコストコーティングの集光性フィルム。Ｃはプリズムシートの断面図。 本発明の第１実施形態の視野角特性測定装置をプリズムシートと共に示す斜視図。 本発明の実施形態の視野角特性測定装置のブロックダイアグラム。 本発明の実施形態による視野角特性測定装置により撮像されたプリズムシートの取込画像。 同プリズムシートを背後から照射したバックライトの取込画像。 ELDIM社製 EZContrastでポイント測定した取込画像。 図９の画像の視野角特性を示すグラフ。 図１２の視野角特性に判定領域Ａ〜Ｅを設けたグラフ。 視野角特性を求めるフローを示すフローチャート。 本発明の第２実施形態のインライン方式の視野角特性測定装置をプリズムシートと共に示す斜視図。 本発明の第３実施形態の視野角特性測定装置の正面図。 図１６のカメラの視野角特性の合成図。 図１６において視角θと、d、WDとの関係を詳細に示す。 画面全体を明るさから輝度値へ変換するためのフローを示すフローチャート。 従来例の専用光学系のシステムの測定原理を示す模式図。

符号の説明

Ｇ・・・魚眼レンズ、４・・・プリズムシート、１０・・・バックライト、Ｃ・・・エリアカメラ、４０・・・フィルム、５０・・・検査装置、１・２・３・・・カメラ要素。

Claims (10)

1. フィルム状又は平板状の光学部品から放射される光線を魚眼レンズで受光し、前記魚眼レンズの結像をエリアカメラで撮像し、該撮像信号を画像処理することにより前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする視野角特性測定方法。
2. 前記光学部品を所定の方向に移送させながら、静止させた前記魚眼レンズにより前記光学部品から放射される光線を受光し、前記魚眼レンズの結像を静止させたエリアカメラで撮像し、順次、画像処理することにより、移送される前記光学部品の各部分の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の視野角特性測定方法。
3. 前記魚眼レンズは並列に配設された複数の魚眼レンズ要素からなり、かつ前記魚眼レンズ要素に対応して前記エリアカメラは複数のエリアカメラ要素からなり、前記魚眼レンズ要素はそれぞれ前記光学部品から放射される光線を受光し、各前記魚眼レンズ要素の結像を各前記エリアカメラ要素で撮像し、これら撮像信号を合成し、画像処理することにより、前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の視野角特性測定方法。
4. 前記エリアカメラは複数の撮像部を有し、それぞれの撮像部の前面にそれぞれ色の異なるカラーフィルタを配設し、各前記撮像部に前記魚眼レンズの結像を撮像させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の視野角特性測定方法。
5. 前記エリアカメラはＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１に記載の視野角特性測定方法。
6. フィルム状又は平板状の光学部品の直上方に配設される魚眼レンズと、前記魚眼レンズの背後に配設されるエリアカメラと、前記エリアカメラに接続された画像処理手段とを備え、前記平板状の光学部品から放射される光線を前記魚眼レンズで受光し、前記魚眼レンズの結像を前記エリアカメラで撮像し、該撮像信号を画像処理手段により画像処理することにより前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする視野角特性測定装置。
7. 前記光学部品を所定の方向に移送させながら、静止させた前記魚眼レンズにより前記光学部品から放射される光線を受光し、前記魚眼レンズの結像を静止させたエリアカメラで撮像し、順次、前記エリアカメラの撮像信号を画像処理手段により画像処理することにより、移送される前記光学部品の各部分の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の視野角特性測定装置。
8. 前記魚眼レンズは並列に配設された複数の魚眼レンズ要素からなり、かつ前記エリアカメラは前記複数の魚眼レンズ要素に対応して複数のエリアカメラ要素からなり、前記魚眼レンズ要素はそれぞれ前記光学部品から放射される光線を受光し、各前記魚眼レンズ要素の結像を各前記エリアカメラ要素で撮像し、これら撮像信号を前記画像処理手段により合成し、画像処理することにより、前記光学部品の視野角特性を測定するようにしたことを特徴とする請求項６または７に記載の視野角特性測定装置。
9. 前記エリアカメラは複数の撮像部を有し、それぞれの撮像部の前面にそれぞれ色の異なるカラーフィルタを配設し、各前記撮像部に前記魚眼レンズの結像を撮像させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の視野角特性測定装置。
10. 前記エリアカメラはＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項６に記載の視野角特性測定装置。

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