JP2009300257A - 測定用光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】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】液晶パネル１１の測定領域から出射される光束を集光する対物レンズ３１と、この対物レンズ３１の後方に配置された正のパワーを有するレンズ３３と、対物レンズ３１とレンズ３３との間に配置された開口絞り３２と、３つの受光素子３８Ａ〜３８Ｃとを備え、レンズ３３を透過した光束を略平行光束にして３つの受光素子３８Ａ〜３８Ｃに受光させるレンズ３５と、前記略平行光束の光路中に配置された干渉フィルタ３６とを設けた。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばカラー用液晶パネルの表示特性を計測する色彩計の測定用光学系に関する。

従来から、カラー用液晶パネルの色彩を測定する色彩計が知られている（特許文献１参照）。

かかる色彩計は、カラー用液晶パネルから射出される光を集光する対物レンズと、この対物レンズで集光された光束を受光する受光ユニットとを備えている。

受光ユニットは、４つの受光部を有しており、第１，第２受光部は青の波長域に大きな感度を持っている分光感度を有している。第３受光部は赤の波長域に大きな感度を持つ分光感度を有し、第４受光部は緑の波長域に大きな感度を持つ分光感度を有している。

波長域によって異なる各受光部の分光感度の設定方法として、受光素子の前に色ガラスを配置して行うのが一般的である（特許文献２参照）。
特許第３２８４９９７号公報 特開２００２−３１０８００号公報

しかし、色ガラスは透過率が低く、受光素子の受光量が少なくなってしまい、このため、検出感度を上げて被測定物の光学特性を正確に測定することができないという問題があった。

この発明の目的は、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ことにある。

請求項１の発明は、被測定物の測定領域から出射される光束を集光する第１レンズと、この第１レンズの後方に配置された正のパワーを有する第２レンズと、前記第１，第２レンズ間に配置された開口絞りと、３つの受光素子とを備えた測定用光学系であって、
第２レンズを透過した光束を略平行光束にして前記３つの受光素子に受光させる第３レンズと、
前記平行光束の光路中に配置された干渉フィルタとを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、入射角で特性が変化し易いが透過率の高い干渉フィルタを用いたことにより、受光素子の受光量を大きくすることができ、このため被測定物の光学特性を正確に測定することができる。

以下、この発明に係る色彩計の測定用光学系の実施の形態である一実施例を図面に基づいて説明する。

[構成]
図１に示す色彩計１０は、液晶パネル（被測定物）１１の測定領域から出射される光束を受光する受光光学系ユニット２０を備えている。この受光光学系ユニット２０で求めた液晶パネル１１の三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はＰＣ（パーソナルコンピュータ）５０へ出力され、このＰＣ５０の表示部５０Ａにその三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が表示されるようになっている。

受光光学系ユニット２０は、図２に示すように、鏡体２１内に設けた測定用光学系３０と、この測定用光学系３０から出力される信号に基づいて三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算処理する信号処理部（図示せず）とを備えている。鏡体２１は、液晶パネル１１に当接させて測定を行うための鏡筒２１Ａを有している。

測定用光学系３０は、液晶パネル１１の測定領域から出射される光束を集光する対物レンズ（第１レンズ）３１と、この対物レンズ３１の後方に配置された開口絞り３２と、対物レンズ３１と開口絞り３２との間に配置された偏光解消子Ｑと、開口絞り３２の後方に配置された正のパワーを有するレンズ（第２レンズ）３３と、このレンズ３３の後方に配置された視野絞り３４と、レンズ３３を透過した光束を略平行光束にするレンズ（第３レンズ）３５と、このレンズ３５によって略平行光束の光路中に配置された干渉フィルタ３６と、図３に示す３つの集光レンズ（第４レンズ）３７Ａ〜３７Ｃと、３つの受光素子３８Ａ〜３８Ｃとを備えている。

なお、図２は３つの受光素子３８Ａ〜３８Ｃを模式的に横に並べてあるが、図３の構成を実際に横から見ると、視野絞り３４より後は図４に示すようになる。

偏光解消子Ｑは、液晶の偏光特性を解消するためのものであり、例えば２枚の水晶を両結晶軸間の角度が４５度となるように接着したものである。

レンズ３５は、視野絞り３４の視界中心を透過した光束、つまり、測定領域の中心１１ａからの光を平行光束にするものである。

なお、レンズ３５は視野絞り３４の中心以外（周囲または軸外領域）を通る光を略平行光束とする。これは、視野中心を通った光程，光軸Ｏに対して平行とはならないが干渉フィルタ３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂが許容できる入射角を形成する。

そして、対物レンズ３１の物体側主点から略焦点距離ｆ１の位置に受光光学系ユニット２０の鏡筒２１Ａの先端が位置し、対物レンズ３１の像側主点から略焦点距離ｆ１の位置に開口絞り３２が配置されている。また、この開口絞り３２の位置はレンズ３３の物体側主点から略焦点距離ｆ２の位置でもある。

また、レンズ３３の像側主点から略焦点距離ｆ２の位置に視野絞り３４が配置され、この視野絞り３４の位置はレンズ３５の物体側主点から略焦点距離ｆ３の位置でもある。

そして、受光光学系ユニット２０の鏡筒２１Ａの先端を液晶パネル１１に当接させると、液晶パネル１１と視野絞り３４とは共役位置にあり、対物レンズ３１とレンズ３３とで第１テレセントリック光学系が形成されている。

また、開口絞り３２と受光素子３８Ａ〜３８Ｃとは共役位置にあり、レンズ３３とレンズ３５と集光レンズ３７Ａ〜３７Ｃとで第２テレセントリック光学系が形成されている。

レンズ３５からの出射光束の面積は、開口絞り３２の開口面積より大きく設定されている。また、レンズ３５の出射光束の角度分布が開口絞り３２の位置の光束の角度分布よりも小さくなっている。

干渉フィルタ３６は、赤の波長域の光を透過する干渉フィルタ部３６Ｒと、緑の波長域の光を透過する干渉フィルタ部３６Ｇと、青の波長域の光を透過する干渉フィルタ部３６Ｂとを有し、干渉フィルタ部３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂは集光レンズ３７Ａ〜３７Ｃに対向した位置に配置されている。

また、鏡体２１内に設けた信号処理部は、受光素子３８Ａ〜３８Ｃから出力される受光信号を増幅するアンプ（図示せず）と、このアンプから出力される受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ器（図示せず）と、Ａ／Ｄ器から出力されるデジタル信号に基づいて三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算するデータ処理部（図示せず）と、このデータ処理部を制御する制御部（図示せず）などとを備えている。
［作 用］
次に、上記のように構成される測定用光学系の作用について説明する。

先ず、図１および図２に示すように、受光光学系ユニット２０の鏡筒２１Ａの先端を液晶パネル１１に当接させる。これにより、鏡筒２１Ａ内に外来光が入らないことになり、暗室以外で光学特性を測定することができることになる。

次に、受光光学系ユニット２０の信号処理部を起動させ、ＰＣ５０の専用ソフトを起動させる。

また、液晶パネル１１に所定の測定画像（例えば白色画像）を表示させる。そして、ＰＣ５０から測定命令信号が受光光学系ユニット２０へ送信され、受光光学系ユニット２０は測定を開始することになる。

液晶パネル１１の測定領域Ｓから出射された光束は、対物レンズ３１により集光されて開口絞り３２の位置に集光される。この開口絞り３２により、液晶パネル１１から出射される光束のうち、入射角が±２.５度以下の光束が開口絞り３２を通過する。

これは、液晶の測定方法の規格であるＩＥＣ６１７４７−６では、液晶を評価する場合の測定機は、入射角が±２.５度以下となるように対物レンズ３１の焦点距離ｆ１に基づいて開口絞り３２の開口の径を設定しておくものである。

開口絞り３２を通過して広がった光束は、レンズ３３によって集光されて視野絞り３４に入射する。

この視野絞り３４を通過した光束は、レンズ３５により概ね平行光束にされて干渉フィルタ３６に達し、干渉フィルタ３６の干渉フィルタ部３６Ｒが赤の波長域の光を透過し、干渉フィルタ部３６Ｇが緑の波長域の光を透過し、干渉フィルタ部３６Ｂが青の波長域の光を透過する。干渉フィルタ３６の各干渉フィルタ部３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを透過する光は概ね平行光束なので、透過した光の波長が短い方へシフトしてしまうことがない。

そして、干渉フィルタ３６の各干渉フィルタ部３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂを透過した光は集光レンズ３７Ａ〜３７Ｃにより集光されて受光素子３８Ａ〜３８Ｃに受光される。

干渉フィルタ３６では、透過率が高いことにより受光素子３８Ａ〜３８Ｃの受光量は大きく、受光素子３８Ａ〜３８Ｃの検出感度を上げることができる。また、集光レンズ３７Ａ〜３７Ｃの集光により受光量の面積効率が良く、さらに検出感度を上げることができる。

信号処理部（図示せず）は、受光素子３８Ａ〜３８Ｃから出力される受光信号に基づいて液晶パネル１１の三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算して光学特性を求めるが、受光素子３８Ａ〜３８Ｃの検出感度が良好であることにより、三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を正確に求めることができることになる。この求めた三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のデータはＰＣ５０へ送信され、ＰＣ５０は送信されてきた三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のデータに基づいて、その三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を表示部５０Ａに表示する。

ところで、開口絞り３２の開口の中央部分に円形の遮光部を設けると、感度ムラの原因となる集光レンズ３７Ａ〜３７Ｃでケラレる光束を排除することができ、このため感度ムラを防止することができる。

上記実施例では、液晶パネル１１の光学特性を求める場合について説明したが、これに限るものではない。

また、この発明は上記実施例に限らず、この発明を逸脱しない範囲で種々設計変更できることは勿論である。

この発明にかかる色彩計を示した説明図である。 図１の色彩計の測定用光学系の光学配置図である。 集光レンズの位置関係を示した説明図である。 測定用光学系の一部を示した光学配置図である。

符号の説明

３０ 測定用光学系
３１ 対物レンズ（第１レンズ）
３２ 開口絞り
３３ レンズ（第２レンズ）
３５ レンズ（第３レンズ）
３６ 干渉フィルタ
３８Ａ〜３８Ｃ 受光素子

Claims (7)

1. 被測定物の測定領域から出射される光束を集光する第１レンズと、この第１レンズの後方に配置された正のパワーを有する第２レンズと、前記第１，第２レンズ間に配置された開口絞りと、３つの受光素子とを備えた測定用光学系であって、
   第２レンズを透過した光束を略平行光束にして前記３つの受光素子に受光させる第３レンズと、
   前記平行光束の光路中に配置された干渉フィルタとを設けたことを特徴とする測定用光学系。
2. 前記第３レンズは、測定領域の中心からの光束を平行光束にすることを特徴とする請求項１に記載の測定用光学系。
3. 前記第２レンズと第３レンズとの間に視野絞りを配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定用光学系。
4. 前記第３レンズからの出射光束の角度分布が前記開口絞り位置の光束の角度分布より小さいことを特徴とする請求項３に記載の測定用光学系。
5. 前記干渉フィルタの後方に正のパワーを有する第４のレンズを配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいづれか１つに記載の測定用光学系。
6. 前記測定領域と視野絞りとが共役関係である第１テレセントリック光学系と、前記開口絞りと受光素子とが共役関係である第２テレセントリック光学系とを形成することを特徴とする請求項５に記載の測定用光学系。
7. 前記開口絞りの中央部を遮蔽することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の測定用光学系。

Images