JP2010002255A - Optical system for measurement - Google Patents
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本発明は、測定対象の色の特性を測定するのに用いられる測定用光学系に関し、カラーLCDの表示特性(例えば、色度、輝度、色差等)を計測する色彩計に好適な測定用光学系に関する。 The present invention relates to a measurement optical system used for measuring the characteristics of a color to be measured, and relates to a measurement optical suitable for a colorimeter that measures display characteristics (for example, chromaticity, luminance, color difference, etc.) of a color LCD. Regarding the system.
従来から、カラーLCDの表示特性(例えば、色度、輝度、色差等)を計測する色彩計に用いる測定用光学系として、光強度が微弱な場合でも、測定対象の色の特性を正確に測定するために、測定対象の被測定領域からの光束のうち、出射角度が所定値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を備え、この対物レンズにより集光された光束を複数本の光ファイバーを束ねて形成された導光体の入射端面に入射させ、この導光体を3分割し、分割された各導光体の出射端面から各光束を出射させ、この各出射端面から出射された各光束をそれぞれ、受光素子により受光して、光の三刺激値(R、G、B)に関連する光電変換信号に基づき、測定対象の色の特性の計測を行うものが知られている(特許文献1参照。)。
ところで、従来、この測定用光学系では、光の三刺激値を得るために、R(赤)、B(青)、G(緑)の各波長領域に感度を有する分光感度補正フィルタが各受光素子の前に配設されている。この分光感度補正フィルタには、通常、色ガラスフィルタが用いられる。 Conventionally, in this measurement optical system, in order to obtain tristimulus values of light, spectral sensitivity correction filters having sensitivity in each wavelength region of R (red), B (blue), and G (green) It is arranged in front of the element. A color glass filter is usually used as the spectral sensitivity correction filter.
しかしながら、この種の色ガラスフィルタは、透過率が低いので、受光素子に入射する受光量が少なくなり、光強度が微弱な場合、色の特性の測定に相当の困難を伴い、検出感度を向上させて、測定対象の色の特性を正確に測定するのには不十分である。 However, since this type of colored glass filter has low transmittance, the amount of light received by the light receiving element is reduced, and when the light intensity is weak, the color characteristics are considerably difficult to measure and the detection sensitivity is improved. Thus, it is insufficient to accurately measure the characteristics of the color to be measured.
そこで、分光感度補正フィルタとして、透過率の高い干渉フィルタを用いることが考えられるが、干渉フィルタは、この干渉フィルタに入射する光束の入射角が大きいと、光の波長が短い方にシフトするので、正確に色の特性を測定し難いという問題がある。 Therefore, it is conceivable to use an interference filter having a high transmittance as the spectral sensitivity correction filter. However, if the incident angle of the light beam incident on this interference filter is large, the wavelength of light shifts to the shorter side. There is a problem that it is difficult to accurately measure color characteristics.
また、対物レンズの焦点距離を大きく設定すれば、導光体入射端面位置での入射角を小さくすることができ、その入射角が保存されて導光体出射端面に伝播されて出射され、干渉フィルタに対する入射角を小さくすることができるが、このような構成とすると、測定用光学系の全長が長くなるという問題が生じる。 In addition, if the focal length of the objective lens is set to be large, the incident angle at the light entrance end face position can be reduced, and the incident angle is stored and propagated to the light guide exit end face for output and interference. Although the incident angle with respect to the filter can be reduced, such a configuration causes a problem that the entire length of the measurement optical system is increased.
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、光学系の全長を長くすることなく、干渉用フィルタを用いて検出感度を向上させることのできる測定用光学系を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a measurement optical system capable of improving detection sensitivity using an interference filter without increasing the total length of the optical system. .
請求項1に記載の発明は、測定対象に対面されて正のパワーを有しかつ前記測定対象の被測定領域の各点からの光束を集光してコリメートする第1レンズと、前記第1レンズの略後側焦点位置に配設されて前記各点から前記第1レンズに入射する光束の入射角度を規制する開口絞りと、該開口絞りの略配設位置に前側焦点を有しかつ前記開口絞りを通過して入射する光束に基づき前記被測定領域の像を後側焦点位置に形成する第2レンズと、該第2レンズの略後側焦点位置に入射端面を有しかつ該入射端面に入射した各光束を3つの光束群に分割する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面に対向して配設された干渉フィルタを介して前記各光束群を受光する受光手段とを備え、前記光束分割手段の入射端面位置での光束の入射角が前記開口絞り位置での入射角よりも小さく設定され、前記受光手段からの出力が色特性を測定するのに用いられることを特徴とする測定用光学系である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、前記開口絞り位置での入射角よりも前記光束分割手段の入射端面位置での入射角を小さくするために、前記光束分割手段の入射端面の大きさが前記開口絞りの大きさよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の測定用光学系である。
According to a second aspect of the present invention, in order to make the incident angle at the incident end face position of the light beam dividing means smaller than the incident angle at the aperture stop position, the size of the incident end face of the light beam dividing means is the aperture. 2. The measuring optical system according to
請求項3に記載の発明は、前記光束分割手段の入射端面に、前記被測定領域の大きさを規定する視野絞りが配設されていることを特徴とする請求項2に記載の測定用光学系である。 According to a third aspect of the present invention, the field stop for defining the size of the region to be measured is disposed on the incident end face of the light beam splitting means. It is a system.
請求項4に記載の発明は、前記光束分割手段は、多数本の光ファイバーを束ねた導光体からなり、該多数本の光ファイバーは、前記入射端面において結像した光束の結像位置関係が擬似的にランダムとなるようにして束ねられていることを特徴とする請求項3に記載の測定用光学系である。 According to a fourth aspect of the present invention, the light beam splitting means includes a light guide member in which a large number of optical fibers are bundled, and the multiple optical fibers have a pseudo image forming positional relationship of the light beams formed on the incident end face. 4. The measuring optical system according to claim 3, wherein the measuring optical system is bundled so as to be random.
請求項5に記載の発明は、前記受光手段は、前記出射端面に対向して配設されかつ該出射端面から出射された光束を集光する正のパワーを有する集光レンズと、該集光レンズにより集光された光を受光する受光部とからなることを特徴とする請求項4に記載の測定用光学系である。
According to a fifth aspect of the present invention, the light receiving means is disposed so as to face the emission end face and has a positive power for condensing the light beam emitted from the emission end face; The measurement optical system according to
請求項1ないし請求項4に記載の発明によれば、光学系の全長を長くすることなく、干渉用フィルタを用いて検出感度を向上させることができるという効果を奏する。 According to the first to fourth aspects, the detection sensitivity can be improved using the interference filter without increasing the total length of the optical system.
また、請求項5に記載の発明によれば、上記の効果に加えて、受光感度の向上を図ることができる。 Further, according to the fifth aspect of the invention, in addition to the above effects, the light receiving sensitivity can be improved.
以下に、本発明に係わる色彩計の測定用光学系の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a color measuring optical system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明に係わる色彩計の測定用光学系の概略構成を示す説明図であって、この図1において、符号1は液晶盤であり、符号1aは液晶盤1の表示面、2は測定用光学系である。ここでは、表示面1aが測定対象であり、この表示面1aの一部が被測定領域とされている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a colorimeter measurement optical system according to the present invention. In FIG. 1,
測定用光学系2は筒体3と筐体4とから概略構成されている。筒体3の内部には、第1レンズ5、開口絞り6、第2レンズ7が設けられ、筐体4には、例えば導光体8、受光手段9、演算回路10を含むその他の測定回路、電源回路等、測定スイッチ等の測定に要する機構が設けられている。
The measuring
筒体3の先端3aは測定の際に表示面1aに接触され、第1レンズ5は表示面1aに測定の際に対面される。筒体3は外光を遮光する役割、第1レンズ5に対する表示面1aの距離を規定する役割を果たす。
The
第1レンズ5は正のパワーを有し、その前側焦点位置f1が表示面1aに位置するようにして配設される。この第1レンズ5は表示面1aの被測定領域からの光束を集光してコリメートする役割を有する。その図1において、符号Pa1〜Pa3は点aから第1レンズ5に入射する光束を示し、符号Pb1〜Pb3は点bから第1レンズ5に入射する光束を示し、符号Pc1〜Pc3は点cから第1レンズ5に入射する光束を示し、被測定領域の各点a、b、cからの光束は第1レンズ5により集光されて、それぞれコリメートされて開口絞り6に導かれる。
The
開口絞り6は第1レンズ5の後側焦点位置f1’に配設されて、各点a、b、cから第1レンズ5に入射する光束の入射角度を規制する役割を有する。ここでは、この開口絞り6は、主光線Pa2、Pb2、Pc2を基準として、プラス・マイナス2.5度を超える角度で被測定領域から第1レンズ5に向かう光束を遮光する役割を果たす。
The aperture stop 6 is disposed at the rear focal position f1 'of the
ここで、主光線Pa2、Pb2、Pc2を基準として、プラス・マイナス2.5度を超える角度で被測定領域から第1レンズ5に向かう光束を遮光することにしたのは、色彩計に要請されている国際規格に基づくものである。
Here, the colorimeter is required to block the light beam from the measurement area toward the
第2レンズ7は開口絞り6の配設位置に前側焦点位置f2を有しかつ開口絞り6を通過して入射する光束に基づき被測定領域の像を後側焦点位置f2’に形成する役割を果たし、この第2レンズも第1レンズ5と同様に正のパワーを有する。この第2レンズ7の焦点距離は第1レンズ5の焦点距離よりも短い。
The second lens 7 has a front focal position f2 at the position where the aperture stop 6 is disposed, and plays a role of forming an image of the measurement region at the rear focal position f2 ′ based on the light beam incident through the aperture stop 6. The second lens also has a positive power like the
導光体8は多数の光ファイバーを束ねたファイバー束から構成されている。このファイバー束は入射端面8aの側が一本に束ねられ、出射端面の側が3本のファイバー束に分割されている。この3本のファイバー束に分割された各ファイバー束の出射端面をそれぞれ符号8br、8bg、8bbで示す。その各出射端面8br、8bg、8bbは図2に示すように、例えば、その中心位置O1、O2、O3を結んだ線分が正三角形を構成するように配置されている。
The
導光体8の入射端面8aは第2レンズ7の後側焦点位置f2’に配設され、導光体8は入射端面8aに入射する像形成光束を3つの光束群に分割する光束分割手段としての役割を果たす。
The
この多数本の光ファイバーは、図3に模式的に示すように、入射端面8aに結像した像形成光束の結像位置関係が擬似的にランダムとなるようにして束ねられて形成され、これにより、各出射端面8br〜8bbから出射されて後述する各受光素子に入射する像形成光束が擬似的にランダムに混合されて当該各受光素子に入射されるため、像形成光束の光量むらが軽減される。
As schematically shown in FIG. 3, the multiple optical fibers are formed by being bundled so that the imaging position relationship of the image forming light beam formed on the
受光手段9は、干渉フィルタ11a〜11cと受光素子12a〜12cとから概略構成されている。その各干渉フィルタ11a〜11cはそれぞれ出射端面8br、8bg、8bbに対向して配設されている。受光素子12a〜12cはその各干渉フィルタ11a〜11cに対応させて配置されている。
The
干渉フィルタ11aは出射端面8brから出射された光束のうち赤色(R)の光を透過させるフィルタ特性を有し、干渉フィルタ11bは出射端面8bgから出射された光束のうち緑色(G)の光を透過させるフィルタ特性を有し、干渉フィルタ11cは出射端面8bbから出射された光束のうち青色(B)の光を透過させるフィルタ特性を有する。
The
受光素子12aはその干渉フィルタ11aを透過した赤色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、受光素子12bはその干渉フィルタ11bを透過した緑色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、受光素子12cはその干渉フィルタ11cを透過した青色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、各光電変換信号は演算回路10その他の測定回路に入力され、これらの測定回路により、色度、輝度、色差等の色の特性が測定される。
The
導光体8の入射端面8aには、被測定領域の大きさを規定する視野絞り13が設けられ、これにより、被測定領域からの余分な光が遮光されるようになっている。また、視野絞り13の大きさ、すなわち、導光体8の入射端面8aの大きさは、開口絞り6の大きさよりも大きく設定され、これにより、導光体8の入射端面8aを開口絞り6に配置したときにこの入射端面8aに入射する各光束の最大入射角α1に対して、導光体8の入射端面8aを第2レンズ7の後側焦点位置f2’に配置したときにこの入射端面8aに入射する各光束の最大入射角α2を緩やかにすることができ、その結果、透過率の高い干渉フィルタ11a〜11cを用いた場合でも、光の波長が短い方にシフトするのを防止でき、正確に色の特性を測定することができる。
The
また、開口絞り6の位置に入射端面8aをあえて配置すると、この入射端面8aに入射する各像形成光束の最大入射角α1が保存されて、出射端面8br〜8bbに伝搬されて出射されるため、干渉フィルタ11a〜11cを用いて測定用光学系を構成した場合には、最大入射角α1を小さくするために第1レンズ5の焦点距離を長くする必要があり、また、それに伴って導光体8の入射端面8aが大きくなるので、導光体8の長さが必要となり、測定用光学系の全長を長くしなければならないが、この発明の実施の形態では、第1レンズ5と第2レンズ7とを用いて測定用光学系をテレセントリック光学系からなる構成とし、第2レンズ7を介して入射端面8aに入射する像形成光束の最大入射角α2を最大入射角α1よりも緩やかに構成したので、測定用光学系の全長を長くすることなく、コンパクトに構成できる。
Further, when the
好ましくは、開口絞り6の面積をS1、導光体8の入射端面8a、すなわち、視野絞り13の面積をS2として、開口絞り6の最大入射角α1のサインと面積S1との積S1・sinα1が最大入射角α2のサインと面積S2との積S2・sinα2に等しくなるように、第1レンズ5と第2レンズ7とを配設すると共に、第1レンズ5と第2レンズ7とを介して被測定領域と入射端面8aとが光学的に共役になるように入射端面8aを第2レンズ7に対して配設するのが望ましい。
Preferably, assuming that the area of the aperture stop 6 is S1 and the
以上、この発明の実施の形態では、干渉フィルタ11a〜11cに直接受光素子12a〜12cを対向させて配設する構成としたが、図4に示すように、出射端面8br〜8bbと干渉フィルター11a〜11cとの間に、出射端面8br〜8bbから出射された光束を集光する正のパワーを有する集光レンズ14を配置し、受光部の一部を構成する干渉フィルター11a〜11cを透過した光束を受光素子12a〜12cに収束させる構成とすれば、受光感度の向上をより一層図ることができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the
この発明の実施の形態によれば、微弱な光の検出感度が向上するので、被測定領域の黒色の測定感度を向上させることができるという効果を奏する。 According to the embodiment of the present invention, the detection sensitivity of weak light is improved, and there is an effect that the black measurement sensitivity of the measurement target area can be improved.
5…第1レンズ
6…開口絞り
7…第2レンズ
8…導光体
8a…入射端面
5 ... 1st lens 6 ... Aperture stop 7 ...
Claims (5)
前記第1レンズの略後側焦点位置に配設されて前記各点から前記第1レンズに入射する光束の入射角度を規制する開口絞りと、
該開口絞りの略配設位置に前側焦点を有しかつ前記開口絞りを通過して入射する光束に基づき前記被測定領域の像を後側焦点位置に形成する第2レンズと、
該第2レンズの略後側焦点位置に入射端面を有しかつ該入射端面に入射した各光束を3つの光束群に分割する光束分割手段と、
前記光束分割手段の出射面に対向して配設された干渉フィルタを介して前記各光束群を受光する受光手段とを備え、
前記光束分割手段の入射端面位置での光束の入射角が前記開口絞り位置での入射角よりも小さく設定され、前記受光手段からの出力が色特性を測定するのに用いられることを特徴とする測定用光学系。 A first lens that faces a measurement object and has a positive power and collects and collimates a light beam from each point of the measurement target area of the measurement object;
An aperture stop disposed at a substantially rear focal position of the first lens and restricting an incident angle of a light beam incident on the first lens from each point;
A second lens having a front focal point at a substantially disposed position of the aperture stop and forming an image of the measured region at a rear focal point based on a light beam incident through the aperture stop;
A light beam splitting unit that has an incident end surface at a substantially rear focal position of the second lens and divides each light beam incident on the incident end surface into three light beam groups;
A light receiving means for receiving each of the light flux groups through an interference filter disposed to face the exit surface of the light flux splitting means,
An incident angle of a light beam at an incident end face position of the light beam splitting unit is set smaller than an incident angle at the aperture stop position, and an output from the light receiving unit is used for measuring a color characteristic. Optical system for measurement.
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