JP3314747B2 - 液晶パネルの光学測定装置 - Google Patents

液晶パネルの光学測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルの被測
定領域から出射される光を受光して前記被測定領域の色
度や輝度などの光学特性を測定する光学測定装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】液晶パネルの生産ラインでは、生産され
た液晶パネルのホワイトバランスを調整したり、液晶パ
ネルの品質管理・出荷検査をすべく、液晶パネルの色度
や輝度などの光学特性を測定する光学測定装置が従来よ
り使用されている。その一例としては、例えばミノルタ
株式会社製の「LCDカラーアナライザーCA−11
0」を用いた光学測定がある。この光学測定装置は、受
光素子を内蔵し、液晶パネルの被測定領域から出射され
る光を受光素子で受光する測定プローブと、測定プロー
ブの受光素子からの出力値に基づき国際照明委員会(C
IE)で制定されているxyY(色度座標、輝度)、T
ΔuvY(相関色温度、黒体軌跡からの色差、輝度)な
どを演算する測定本体とを備えており、こうして測定さ
れた値は装置本体の表示部に表示される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の液晶パネルの光学測定装置は、いわゆる非接触型の
装置であり、測定プローブを液晶パネルから所定距離だ
け離隔した位置に配置して液晶パネルの被測定領域の色
度や輝度などの光学特性を測定するものである。したが
って、再現性よく測定するためには、測定プローブを液
晶パネルから所定距離の位置に正確に位置決めする必要
があり、このことが測定者の作業性低下の主要因の一つ
となっていた。
【0004】また、液晶パネルの被測定領域から測定プ
ローブを離隔配置しているため、次のような問題点があ
る。すなわち、非接触型の光学測定装置では、液晶パネ
ルの周辺から被測定領域に入射した光が被測定領域で反
射し、測定プローブの受光素子に迷光として入射するこ
とがある。このように迷光が測定プローブに入射する
と、受光素子からの出力値が変化してしまい、正確な測
定を行うことができないという問題がある。特に、被測
定領域の色が比較的暗い場合には、迷光の影響は大き
く、測定精度に重大な悪影響を及ぼしてしまう。そこ
で、この問題を解消するためには、例えば液晶パネルお
よび測定プローブの周辺照明を落として光学測定を行う
ことが考えられる。しかしながら、周辺照明を落とすこ
とにより測定者の作業性を著しく低下させてしまうとい
う別の問題が生じてしまう。
【0005】また、こうした非接触型の光学測定装置の
問題点を解消する別の手段として、カラーCRTの光学
特性を測定する光学測定装置(例えば、ミノルタ株式会
社製の「CRTカラーアナライザCA−100」)で採
用しているように、測定プローブを被測定領域に接触さ
せて光学特性を測定する技術を転用することが考えられ
るが、この場合も、次のような問題点がある。すなわ
ち、液晶パネルは、2枚のガラス基板で液晶を挟み込む
ことで液晶パネル全面に亘って液晶の厚みを均一にする
という構成を採っているため、液晶パネルに測定プロー
ブを当接させると、その当接部分での液晶の厚みが変化
し、その当接部分を中心として一定の広がりを持った領
域で表示色が大きく変化してしまう(以下の説明の便宜
のため、このように外部から力が加えられることにより
表示色が変化する領域を「接触影響領域」と称する)。
その結果、測定プローブで測定すべき被測定領域に、接
触影響領域が一部重なり、正確な測定ができなくなって
しまう。
【0006】また、液晶パネルについては、従来より周
知のように、見る角度(中心面法線からの角度)によっ
て輝度や色度が異なる。これは、見る角度をある一定の
角度間隔で変えていったときの出射光の強度が見る角度
に応じて変化することに起因するものであり、液晶パネ
ルは例えば図19(a)に示すように中心面法線Nに対
してほぼ対称な配光特性を有している。すなわち、現在
市場に流通している液晶パネルでは、正面から見ると正
常に表示されていたとしても、中心面法線Nに対して徐
々に角度をつけて見ると、ある角度αを超えると、輝度
や色度が大きく変化してしまい、液晶パネルの視野角は
狭くなっている。したがって、液晶パネルの中心面法線
Nの近軸付近の光線のみならず、上記角度を超えて出射
される光線をも受光し、その強度から液晶パネルの輝度
や色度などの求めていた従来例では、十分な精度および
再現性を有する光学特性の測定は困難であった。
【0007】さらに、一部の液晶パネルでは、ある表示
状態で配光特性が中心面法線Nに対して対称になってい
たとしても、表示状態を変化させていくと、例えば同図
(b)に示すように、中心面法線Nに対する配光特性の
対称性が崩れていき、配光特性の変動が観察される。例
えば表示状態を白から黒に徐々に変化させると、最も明
るく見える角度が中心面法線Nに対して上方向へシフト
する現象が確認されている。ただし、このような配光特
性の変動現象は所定方向に限られており、現在市場に流
通している液晶パネルの大部分では、配光特性の変動が
現れるのは上下方向XXに限られている。なお、この明
細書では、説明の便宜から、図19に示すように配光特
性が変動する方向を「配光特性変動方向」と称する。
【0008】したがって、例えば図20に示すように、
液晶パネル12の中心面法線N上に受光素子Rを配置し
た場合、同一の被測定領域121からの光を受光してい
るにもかかわらず、配光特性が変動すると、それに応じ
て受光素子Rから出力SRが変化し、精度および再現性
に優れた光学特性の測定が困難となる。
【0009】この発明は、上記のような問題に鑑みてな
されたものであり、測定の再現性および測定精度に優れ
た液晶パネルの光学測定装置を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、液晶パネル
の被測定領域から出射される光を受光して前記被測定領
域の光学特性を測定する光学測定装置であって、上記目
的を達成するため、前記被測定領域からその外周方向に
離れた位置で前記液晶パネルと当接可能な当接部を有す
る装置本体と、前記装置本体に取付けられ、前記当接部
が前記液晶パネルに当接された状態で前記被測定領域か
らの光を受光する受光手段とを備えている(請求項
1)。
【0011】この発明では、装置本体の当接部が液晶パ
ネルに当接し、その当接部を中心として接触影響領域
(当接部の液晶パネルへの当接によって表示色が変化す
る領域)が形成されるが、当接位置は被測定領域からそ
の外周方向に離れた位置となっているため、接触影響領
域の被測定領域への重なり合いが防止される。また、光
学特性を測定するために当接部が液晶パネルと当接する
と、受光手段は液晶パネルから所定距離だけ離れた所定
位置に位置決めされ、この位置決め状態で被測定領域か
らの光を受光する。このように装置本体の当接部を液晶
パネルに当接させる、いわゆる接触型の光学測定装置で
は、装置周辺から被測定領域に入射する光はほとんどな
く、迷光による測定精度および再現性の低下が防止され
る。そして、受光手段によって特定の分光感度で被測定
領域からの光を受光するにあたり、その同一の分光感度
特性を有する第1および第2受光部を用い、しかも第1
および第2受光部を、液晶パネルから所定距離だけ離れ
た受光面上で、しかも被測定領域の中心面法線に対して
配光特性が非対称となる方向(配光特性変動方向)にお
いて、被測定領域の中心面法線に対して相互に反対側に
配置すると、次のような作用効果が得られる。すなわ
ち、1つの受光部によって被測定領域からの光を受光す
る場合、同一の被測定領域から出射している光でありな
がら、配光特性変動方向における当該受光部の配設位置
に応じて受光部からの出力値が変化してしまうため、正
確な測定が困難であるのに対し、上記のように配置され
た第1および第2受光部によって被測定領域からの光を
受光し、各受光部からの出力値を加算したり、平均化し
たり、重み付け演算することによって配光変動による影
響を抑制することができ、測定精度を向上させることが
できる。
【0012】なお、上記のように迷光を防止する観点か
ら、装置本体に対して遮光性を与え、その装置本体の内
部に受光手段を取り付けるのが望ましい(請求項2)。
【0013】また、当接部については、被測定領域を部
分的に取り囲むように構成したり、あるいは被測定領域
の全周を取り囲むように構成してもよく(請求項3)、
当接部によって装置周辺からの被測定領域への光の入射
が防止される。特に、当接部を被測定領域の全周を取り
囲むように設けた場合には、装置周辺から被測定領域に
光が入射するのを完全に防止し、より精度の高く、再現
性に優れた測定が可能となる。
【0014】また、液晶パネルに対して装置本体を固定
する固定手段をさらに設けてもよく(請求項4)、この
場合、液晶パネルの姿勢に制約されず、液晶パネルに光
学測定装置を取り付けることができる。
【0015】
【0016】また、第1および第2受光部の分光感度特
性と異なる分光感度特性を有する第3受光部を受光手段
に設けることにより、複数の分光感度で被測定領域から
の光を受光することができる。ここで、第3受光部を、
受光面と上記中心面法線とが交差する交点を通り、しか
も配光特性変動方向とほぼ直交する仮想線上に配置する
のが好ましい(請求項)。
【0017】さらに、前記装置本体に、前記被測定領域
の各部から出射される光のうち所定角度以下の出射角の
光のみを前記受光手段に導く光学系をさらに設けること
(請求項)で、出射角が大きい(つまり光強度が大き
く変化した)光線が受光手段に入射するのが防止され
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したキャリブ
レーションシステムの全体概略構成および動作について
説明した後、本発明の構成および作用効果について詳細
に説明する。
【0019】A.キャリブレーションシステムの全体概
略構成および動作 図1は、この発明を用いた液晶パネルのキャリブレーシ
ョンシステムを示す図である。このキャリブレーション
システムでは、コンピュータ本体11と電気的に接続さ
れた液晶パネル12の色度(三刺激値X,Y,Z)が光
学測定装置2で測定され、RS−232CやUSB(=U
niversal Serial Bus)などのインターフェースを介し
てコンピュータ本体11に与えられ、コンピュータ本体
11に予めインストールされている校正プログラムにし
たがって液晶パネル12のホワイトバランス調整が行わ
れる。なお、現在市場に流通している液晶パネル12は
すでに説明したように上下方向(配光特性変動方向)X
Xに配光特性が大きく変動するが、それと直交する水平
方向YYでは配光特性はほぼ対称となっているものが多
く、以下においては、この前提に基づき本発明の構成、
作用効果などについて説明する。
【0020】図2は、図1のキャリブレーションシステ
ムで採用されている光学測定装置を示す斜視図である。
また、図3は図2の光学測定装置を液晶パネルに装着し
た状態での光学測定装置の断面図である。この光学測定
装置2は、これらの図に示すように、装置本体21と、
装置本体21の内部に設けられた受光ユニット(受光手
段)22と、液晶パネル12の被測定領域121から出
射される光を受光ユニット22に導く(測定用)光学系
23と、受光ユニット22から出力される信号を受けて
被測定領域121に表示される画像の輝度と色度を示す
三刺激値X,Y,Zを演算し、コンピュータ本体11に
出力する制御部24と、装置本体21を液晶パネル12
に対して固定する固定用フック25とで構成されてい
る。
【0021】装置本体21では、ABS樹脂製の略円筒
形状の筒部211の一方端側(図3の左手側)に、ポリ
カーボネート製の略ドーナツ形状のフランジ212が固
着されている。また、このフランジ212の一方側主面
212sにフランジ212の外周縁に沿って円環状のゴ
ムリングシート213が取付けられており、このゴムリ
ングシート213が液晶パネル12に当接可能となって
いる。ここで、図3に示すように、ゴムリングシート2
13を液晶パネル12に当接させると、フランジ212
が液晶パネル12からゴムリングシート213の厚みt
分だけ離隔した状態で位置決めされるとともに、筒部2
11の内部で固定された受光ユニット22の液晶パネル
12に対する位置も正確に位置決めされる。このように
本実施形態では、装置本体21のゴムリングシート21
3が液晶パネル12と当接する当接部として機能し、こ
のゴムリングシート213が液晶パネル12と当接して
光学測定装置2が液晶パネル12に対して位置決めされ
る、いわゆる接触型構造となっている。このため、図3
に示すように光学測定装置2が液晶パネル12に固定さ
れて測定可能な状態(以下「測定状態」という)となる
と、液晶パネル12から受光ユニット22までの距離L
1が装置本体21の機械的な寸法によって決まる所定値
となる。
【0022】このように光学測定装置2を液晶パネル1
2に接触させた状態で固定するために、この実施形態で
は、図2に示すように、フック25の後端部251が略
Y字形状となっており、筒部211の外周側部に回動自
在に取付け、フック25の先端フック部252を液晶パ
ネル12の上端部122に引っ掛けて液晶パネル12に
対して光学測定装置2を固定可能となっている。ただ
し、光学測定装置2を液晶パネル12に固定する固定手
段としては、本実施形態で示したフック25以外に、ク
リップ、専用スタンドあるいはマジックテープ等を用い
ることができる。また、表示面を略上方に向けた状態で
液晶パネル12を倒伏配置している場合には、固定手段
を設けるまでもなく、液晶パネル12の表示面上に光学
測定装置2を載置することで光学測定装置2を液晶パネ
ル12に対して実質的に固定位置決めすることができ
る。さらに、固定手段を設ける代わりに、測定者がマニ
ュアルで装置本体21を液晶パネル12の表示面に押し
付けたり、専用のロボットによって自動的に装置本体2
1を液晶パネル12の表示面に押し付けるように構成し
てもよい。
【0023】図4は、装置本体内部でのフランジ、光学
系および受光ユニットの配置関係を示す斜視図である。
図3および図4に示すように、フランジ212の中心部
には、円形の開口部212aが形成されており、図3に
示す測定状態では、その開口部212aが液晶パネル1
2の被測定領域121と近接対向しており、被測定領域
121から出射した光のみが光学系23を介して受光ユ
ニット22に入射するようになっている。このように、
この実施形態では、フランジ212の開口部212aが
実質的に視野絞りとして機能している。
【0024】また、光学系23は被測定領域121の各
部から出射される光のうち所定の最大出射角α(例え
ば、10゜程度)以下の出射角の光のみを受光ユニット
22に導くように構成されており、配光特性の影響を抑
えて正確な測定可能となっている。なお、出射角を制限
するために本実施形態で採用した具体的な構成、および
その作用効果については、後の「B-2.測定用光学系につ
いて」の項で詳述する。
【0025】このように開口部212aおよび光学系2
3を介して被測定領域121からの光を受光する受光ユ
ニット22は、図4および図5に示すように、4つの受
光部221〜224で構成されている。これらの受光部
のうち第1および第2受光部221、222は、同一の
分光感度特性を有しており、その分光感度は、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つの分光感度のうち青の波長域に大きな感度
を持っている分光感度(ゼット・バー・ラムダ)に設定
されている。そして、これら2つの受光部221、22
2は、液晶パネル12から距離L1だけ離れた受光面上
で、しかも液晶パネル12の配光特性変動方向XXにお
いて被測定領域121の中心面法線(この実施形態で
は、光学系23の光軸OAと一致している)Nに対して
相互に反対側に配置されている。つまり、図5に示すよ
うに、受光部221は(+XX)側に配置されるのに対
し、受光部222は(−XX)側に配置されている。こ
のように配置することの利点については、後の「B-3.受
光素子の並設構造について」の項で詳述する。
【0026】一方、残りの第3および第4受光部22
3、224は、受光面と中心面法線Nとが交差する交点
CPを通り、しかも配光特性変動方向XXとほぼ直交す
る方向YY方向に延びる仮想線VLに配置されている。
しかも、交点CPを挟んで第3受光部223が(+Y
Y)側に配置されるとともに、第4受光部224が(−
YY)側に配置されている。このように配置された第3
受光部223は、第1および第2受光部221、222
とは異なり、赤の波長域に大きな感度を持っている分光
感度(エックス・バー・ラムダ)を有する一方、第4受
光部224は、第1ないし第3受光部221〜223と
は異なり、緑の波長域に大きな感度を持っている分光感
度(ワイ・バー・ラムダ)を有している。
【0027】このように、この実施形態では、人間の目
に対応する分光感度とほぼ同じ感度を持つ3種類の受光
部221〜224を設けて、被測定領域121からの光
を受光するように構成しているので、被測定領域121
の色を三刺激値X,Y,Z(Z1,Z2)で測定すること
ができるようになっている。そして、こうして得られた
三刺激値X,Y,Z(Z1,Z2)に関連する4つのアナ
ログ信号SX,SY,SZ1,SZ2が制御部24に与えられ
て校正処理された後、その校正済みの三刺激値X,Y,
Zに関連するディジタル信号が光学測定装置2から出力
される。なお、受光ユニット22における受光部の構成
については、この実施形態のそれに限定されるものでは
なく、受光部221、222を設ける代わりに、それら
と同一の分光感度(ゼット・バー・ラムダ)を有する受
光部を図5の仮想線VL上に配置し、この受光部によっ
て色刺激値Zを測定するようにしてもよい。
【0028】図6は、光学測定装置の制御部の電気的な
構成を示すブロック図である。この制御部24では、4
つのアンプ回路241a〜241dからなる増幅部24
1が設けられている。これらのアンプ回路241a〜2
41dはそれぞれ受光部221〜224と電気的に接続
されており、各受光部221〜224から出力されるア
ナログ信号SX,SY,SZ1,SZ2をそれぞれ増幅してマ
ルチプレクサ242の対応端子に供給する。
【0029】このマルチプレクサ242は、CPU24
4からの切換指令信号に基づき、各アンプ回路241a
〜241dとA/D変換回路243との接続関係を順次
切換えてアナログ信号SX,SY,SZ1,SZ2を順番にA
/D変換回路243に与えてそれぞれディジタル信号D
X,DY,DZ1,DZ2に変換する。そして、こうして変換
されたディジタル信号DX,DY,DZ1,DZ2を受け取っ
たCPU244はEEPROM245に予め記憶されて
いる校正値KX,KY,KZに基づき真の三刺激値X,
Y,Zを演算し、それらに関連する信号をコンピュータ
本体11に出力する。
【0030】次に、上記のように構成された光学測定装
置を用いた液晶パネル12のキャリブレーション処理手
順について図7および図8を参照しつつ説明する。な
お、図7はキャリブレーション処理に先立ってEEPR
OM245に校正値KX,KY,KZを記憶させる手順を
示すフローチャートであり、図8はキャリブレーション
処理の手順を示すフローチャートである。
【0031】まず、基準となる液晶パネル(LCD)を
準備し、この基準液晶パネルに測定用画像、例えば白色
画像を映し出す(ステップST1)。そして、その基準
液晶パネル上に映し出された測定用画像の三刺激値X
0,Y0,Z0を測定器、例えばミノルタ株式会社製の分
光放射輝度計「CS−1000」によって測定する(ス
テップST2)。
【0032】次に、上記基準液晶パネルの上端部に、光
学測定装置2の先端フック部252を引っ掛けて基準液
晶パネルに対して光学測定装置2を固定し(ステップS
T3)、CPU244からの切換指令信号に基づき各ア
ンプ回路241a〜241dとA/D変換回路243と
の接続関係を順次切換えながら、A/D変換回路243
から出力されるディジタル値(ディジタル信号)D0X,
D0Y,D0Z1,D0Z2を求める。さらに、ディジタル値D
0Z1,D0Z2を足し合わせてディジタル値D0Zを求めてお
く(ステップST4)。
【0033】そして、次式に基づき校正値KX,KY,K
Zを求め(ステップST5)、EEPROM245に記
憶しておく(ステップST6)。
【0034】 KX=X0/D0X KY=Y0/D0Y KZ=Z0/D0Z なお、この実施形態では、三刺激値X0,Y0,Z0につ
いては、図示を省略するキーボードをオペレータが操作
してRAM(図示省略)に一時的に記憶させる一方、デ
ィジタル値D0X,D0Y,D0Zについては、A/D変換回
路243から出力されるディジタル値D0X,D0Y,D0Z
1,D0Z2についてはそのまま一時的にRAMに記憶した
後で、CPU244がディジタル値D0Z1,D0Z2をRA
Mから読み出し、両者を足し合わせてディジタル値D0Z
を演算する。さらに、CPU244がRAMから三刺激
値X0,Y0,Z0を読み出し、上記式に基づき校正値K
X,KY,KZを求めた後、それらをEEPROM245
に自動的に記憶させているが、ディジタル値D0Zおよび
校正値KX,KY,KZの計算をマニュアルで行い、オペ
レータがキーボードを介してEEPROM245に記憶
させるようにしてもよい。
【0035】次に、上記のようにして校正値KX,KY,
KZが予め設定記憶されている光学測定装置2を用い
て、測定対称となる液晶パネル(LCD)12の輝度と
色度を測定し、その結果に基づいて液晶パネルのキャリ
ブレーション処理を行う手順について図8を参照しつつ
説明する。
【0036】まず、図3に示すように、フック25の先
端フック部252を液晶パネル12の上端部122に引
っ掛けて液晶パネル12に対して光学測定装置2を装着
固定する(ステップST11)。そして、コンピュータ
本体11から液晶パネル12に画像信号を与えて基準液
晶パネルに表示したのと同一の測定用画像を液晶パネル
12の被測定領域121に映し出す(ステップST1
2)。
【0037】こうして測定用画像が映し出されると、各
受光部221〜224から三刺激値X,Y,Z(Z1,
Z2)に関連する4つのアナログ信号SX,SY,SZ1,
SZ2が出力されるが、ここでCPU244からの切換指
令信号に基づき各アンプ回路241a〜241dとA/
D変換回路243との接続関係を順次切換えてディジタ
ル値(ディジタル信号)D0X,D0Y,D0Z1,D0Z2を求
め、RAM(図示省略)に一時的に記憶する(ステップ
ST13)。
【0038】次に、CPU244は、EEPROM24
5に予め記憶されている校正値KX,KY,KZを読み出
し、以下の演算処理を行って測定用画像の真の三刺激値
を求める(ステップST14)。すなわち、まずディジ
タル値D0Z1,D0Z2を足し合わせてディジタル値D0Zを
求めた後、次式 X=KX・D0X Y=KY・D0Y Z=KZ・D0Z にしたがって三刺激値X,Y,Zの校正を行う。なお、
この実施形態では、受光部221,222から出力され
る信号をそれぞれ別個のアンプ回路241c,241d
で増幅しているが、受光部221,222から出力され
る信号を1つのアンプ回路に入力して電流増幅処理する
場合には、当該アンプ回路から加算状態の信号が出力さ
れるため、上記したディジタル値D0Z1,D0Z2の加算処
理は不要となる。
【0039】こうして、真の三刺激値X,Y,Zが求ま
ると、その演算結果を光学測定装置2からRS−232
CやUSBなどのインターフェースを介してコンピュー
タ本体11に出力する(ステップST15)。そして、
このデータ(被測定領域121上の測定用画像の三刺激
値X,Y,Z)を受け取ったコンピュータ本体11は、
予めインストールされている液晶パネルのキャリブレー
ション用プログラムに従って液晶パネル12のホワイト
バランス調整を行う(ステップST16)。
【0040】なお、このキャリブレーションシステムで
は、光学特性として三刺激値X,Y,Zを測定している
が、これ以外の光学特性を測定し、出力するように構成
してもよい。つまり、本発明の適用対象は三刺激値X,
Y,Zを測定するものに限定されず、色度および輝度な
どの光学特定を測定する光学測定装置全般を適用対象と
するものである。
【0041】B.本発明の詳細構成および作用効果 次に、この発明の詳細構成および作用効果について説明
するが、本発明は大きく3つの特徴を有している。まず
第1点目として液晶パネル12の光学特性を測定すべく
接触型構造を採用している点、また第2点目として被測
定領域121から出射される光のうち所定の出射角α以
下の光のみを受光部221〜224に導くための(測定
用)光学系23を採用している点、さらに第三点目とし
て配光特性変動方向XXに配光特性が大きく異なること
に適切に対応すべく色刺激値Zに関して受光素子の並設
構造を採用している、つまり同一の分光感度特性を有す
る第1および第2受光部221,222を設けている点
である。以下、これらについて順次説明する。
【0042】B-1.接触型構造について この発明の一実施形態である光学測定装置2の基本的構
成は、すでに「A.キャリブレーションシステムの全体
概略構成および動作」の項で説明した通りであり、光学
測定装置2を液晶パネル12に装着固定すると、図3に
示すように、ゴムリングシート213が液晶パネル12
と当接する。このため、同図において破線で示すよう
に、その当接部を中心として一定の広がりを持った接触
影響領域123が形成されて表示色が変化する。
【0043】ところで、この実施形態では、ゴムリング
シート213の内径がフランジ212の開口部212a
の外径よりも充分に大きくなっており、当接位置(接触
影響領域123の中心位置)は被測定領域121からそ
の外周方向に離れた位置となっているため、接触影響領
域123の被測定領域121への重なり合いが防止さ
れ、この状態で上記のようにして被測定領域121の輝
度と色度を示す三刺激値X,Y,Zを測定している。し
たがって、たとえ光学測定装置2の一部が液晶パネル1
2と接触したとしても、接触影響領域123の影響を受
けることなく、被測定領域121の輝度と色度を正確に
測定することができる。
【0044】また、このように接触型構造を採用した実
施形態では、上記したように光学測定装置2が液晶パネ
ル12に固定されて測定可能な状態となっており、液晶
パネル12から受光ユニット22までの距離L1が一定
値に固定されるため、高い測定精度および再現性で、被
測定領域121の輝度と色度を測定することができる。
【0045】また、接触型構造の光学測定装置2によれ
ば、装置周辺から被測定領域121に入射する光はほと
んどなく、迷光による測定精度の低下を防止することが
でき、測定精度の向上を図ることができる。特に、迷光
の発生を防止する観点から、装置本体21全体に対して
遮光性を持たせるのが好ましく、上記のように筒部21
1をABS樹脂で製造するとともに、フランジ212を
ポリカーボネートで製造する場合には、筒部211およ
びフランジ212の製造にあたって樹脂材料中に遮光性
に優れた顔料を混合して樹脂成形したり、成形された筒
部211およびフランジ212の外面または内面に遮光
性に優れたコーティングを施すのが望ましい。また、こ
れらの構成要素(筒部211およびフランジ212)を
樹脂材料の代わりに遮光性を有する他の材料、例えば金
属材料やセラミック材料などで構成するようにしてもよ
い。
【0046】また、この実施形態では図1〜図3から明
らかなように円環状のゴムリングシート213を当接部
として機能させているため、ゴムリングシート213に
よって被測定領域121の全周が取り囲まれており、装
置周辺から被測定領域121への外光の入射をより確実
に防止している。
【0047】なお、この実施形態では、フランジ212
の外周縁に沿って円環状のゴムリングシート213を取
り付けて当接部を構成しているが、複数の平板状ゴム片
をフランジ212の外周縁に沿って取り付けることで当
接部を構成し、この当接部によって被測定領域121を
部分的に取り囲むように構成してもよい。また、上記実
施形態では当接部を構成する材質としてゴムを用いてい
るが、当該材質はこれに限定されるものではなく、任意
の材料を用いることができる。
【0048】B-2.測定用光学系について 図9は、この発明の一実施形態である測定用光学系23
の配置関係を示す図である。光学系23は、上記「A.
キャリブレーションシステムの全体概略構成および動
作」の項で説明したように、フランジ212と受光ユニ
ット22との間に配置されている。より詳しくは、光学
系23は単一の正のパワーを有する平凸レンズ231に
よって構成されており、その凸面が被測定領域121側
を向き、しかも次の2つの条件式を満足するように配置
することで、液晶パネル(被測定物)の被測定領域12
1から出射される光のうち所定の最大出射角α以下の光
線のみが受光ユニット22の受光面RSに導光されるよ
うに構成されている。すなわち、平凸レンズ231は、 <条件式1> f=|2・h/tanα| ただし、fは平凸レンズ(光学素子)231の焦点距離
であり、hは平凸レンズ231の光軸OAからの受光面
RSの最大高さである <条件式2> L=(H−h)・f/H ただし、Lは平凸レンズ231の像側主点位置PPから
受光面RSまでの距離であり、Hは前記光軸OAからの
被測定領域121の最大高さである。
【0049】このように構成された測定用光学系23で
は、レンズ231の収差が全くない、あるいは非常に小
さいと仮定すれば、被測定領域121の一方端部121
aから出射する光線のうち被測定領域121から法線方
向ZZに出射する光線Ra1と、被測定領域121の他方
端部121bから出射する光線のうち出射角が最大出射
角αの光線Rb2とが、受光面RRSの一方端部(受光部
221の上方端部221a)で交差する。また、被測定
領域121の他方端部121bから出射する光線のうち
被測定領域121から法線方向ZZに出射する光線Rb1
と、被測定領域121の一方端部121aから出射する
光線のうち出射角が最大出射角αの光線Ra2とが、受光
面RSの他方端部(受光部222の下方端部222a)
で交差する。このことは、上下方向XXと直交する水平
方向YYにおいても成立する。
【0050】したがって、受光部221〜224のそれ
ぞれには、被測定領域121の各部から出射した光を受
光し、しかも、その出射角は最大出射角α以下となって
いる。このため、次のような効果が得られる。
【0051】まず第1点目として、正のパワーを有する
平凸レンズ231を用いているので、受光部221〜2
24の受光エリアに比べて充分に広い被測定領域121
からの光を各受光部221〜224に導光し、受光部2
21〜224からの出力レベルを高めることができ、そ
の結果、測定精度および再現性を向上させることができ
る。
【0052】また、第2点目として、上記のように広い
被測定領域121から光を集光しているにも拘らず、受
光される光線の出射角を最大出射角α以下に制限するこ
とができる。すでに説明したように、中心面法線Nに対
して徐々に角度をつけて液晶パネル12を見ると、ある
角度αを超えると、輝度や色度が大きく変化してしま
い、液晶パネル12の視野角は狭いといわざるを得ず、
例えば図19(a)に示すように最大出射角αを超える
と、光強度が極端に小さくなる。そのため、出射角が大
きな光線を受光部221〜224で受光し、その出力信
号に基づき被測定領域121の輝度や色度を求めると、
測定誤差が大きくなってしまう。これに対し、本発明の
如く出射角を最大出射角α以下に制限した場合、測定誤
差を抑えて精度および再現性のよい測定が可能となる。
【0053】なお、上記説明においては、測定用光学系
23を構成する単一のレンズ231が収差を有さない、
あるいは非常に小さいという仮定に基づきレンズ231
の配設位置を説明したが、レンズ231の収差が比較的
大きな場合には、光線追跡法によって被測定領域121
から出射される光線の経路が上記実施形態と同様になる
ようにレンズ231の配置を確定すればよい。すなわ
ち、被測定領域121の一方端部から出射する光線のう
ち被測定領域121から法線方向Nに出射する光線と、
被測定領域121の他方端部から出射する光線のうち出
射角が最大出射角αの光線とが、受光面RSの端部で交
差するように、レンズ231を配置することで、上記仮
定の場合と同様の効果が得られる。
【0054】また、上記実施形態では、フランジ212
の開口部212aを平凸レンズ231と被測定領域12
1との間に配設して被測定領域121を規制する規制手
段として機能させているが、これは測定用光学系23の
必須の構成要素というわけではない。ただし、受光部2
21〜224で受光される光線の出射角を最大出射角α
に精度良く規制するためには、本実施形態の如く、被測
定領域121の近傍に規制手段を設けるのが好ましい。
【0055】また、上記実施形態では、単一の平凸レン
ズ231で測定用光学系23を構成しているが、複数枚
のレンズを組み合わせて正のパワーを有する測定用光学
系23を構成するようにしてもよいことはいうまでもな
い。
【0056】また、出射角を最大出射角α以下に制限す
る手段としては、図10に示すように、レンズを設ける
ことなく、フランジ212の開口部212aと受光面R
Sとの距離の調整したり、あるいは開口部212a(視
野絞り)の径とを調整することで、被測定領域121の
他方端部から出射する光線のうち出射角が最大出射角α
の光線とが、受光ユニット22の受光面RSの端部に入
射するように構成してもよい。
【0057】また、測定用光学系23を図11に示すよ
うに構成してもよい。この変形形態では、正のパワーを
有する焦点距離fのレンズ232の物体側主点PP(こ
の実施形態および後で説明する実施形態で採用されてい
るレンズはすべて薄レンズであり、物体側主点と像側主
点はほぼ一致している)を、図11に示すように、被測
定領域121から距離fだけ受光ユニット22側に離れ
た位置に配設し、レンズ232の像側主点PPから距離
fだけ離れた位置に受光ユニット22の受光面RSが位
置している。すなわち、この測定用光学系23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
22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。
【0058】このように構成された測定用光学系23で
は、図12に示すように、被測定領域121の各部から
出射された光のうち所定の出射角β以上で、しかも出射
角α以下の光線が各受光部221〜224に入射するこ
とになる。なお、出射角α,βは、レンズ232の焦点
距離fおよび受光ユニット22の構成によって決まるも
のであり、これらを適切に調整することによって出射角
を最大出射角α以下に制限することができ、図9に示し
た実施形態と同様の効果、つまり測定誤差を抑えて精度
および再現性のよい測定が可能となるという効果が得ら
れる。
【0059】なお、上記実施形態では、被測定領域12
1から出射する光を受光部221〜224のそれぞれに
光学系23によって導光し、被測定領域121の三刺激
値X,Y,Zを測定しているが、被測定領域121から
出射される光のうち最大出射角α以下の光のみを受光ユ
ニット22に導光するためには、光学系23を以下のよ
うに構成してもよい。
【0060】図13は測定用光学系の他の実施形態を示
す図である。同図に示す光学系23は、被測定領域12
1の中心面法線Nとほぼ平行に延び、その断面がハニカ
ム形状となっているハニカム導光部材233を備えてい
る。このハニカム導光部材233を構成するハニカム部
分233aの開口数は最大出射角αに対応するように設
定されており、各ハニカム部分233aは被測定領域1
21のうち一方側開口(被測定領域側開口)と対面する
微小領域から出射した光を受光ユニットに向けて導光
し、他方側開口(受光ユニット側開口)を介して出射す
る。したがって、各ハニカム部分233aを介して導光
される光の出射角は最大出射角α以下に制限される。
【0061】なお、このように構成されたハニカム導光
部材233によって導光される光を受光して被測定領域
121の三刺激値を求めるべく、ハニカム導光部材23
3の他方端側には、赤の波長域に大きな感度を持ってい
る分光感度(エックス・バー・ラムダ)を有する受光部
223と、緑の波長域に大きな感度を持っている分光感
度(ワイ・バー・ラムダ)を有する受光部224と、青
の波長域に大きな感度を持っている分光感度(ゼット・
バー・ラムダ)を有する受光部225が中心面法線Nを
中心として相互に対称配置されている。このため、上記
のようにして被測定領域121の各微小領域から出射さ
れた光が対応する受光部223〜225に入射し、受光
部223〜225から三刺激値X,Y,Zを示すアナロ
グ電気信号がそれぞれ出力される。
【0062】図14は測定用光学系の別の実施形態を示
す図である。この実施形態が図13の実施形態と大きく
相違する点は、ハニカム導光部材233の代わりに、複
数の光ファイバ234aを束ねた光ファイバ束234を
採用している点であり、その他の基本的構成は同一であ
る。この実施形態においても、光ファイバ234aの開
口数が最大出射角αに対応するように設定されており、
各光ファイバ234aは被測定領域121のうち一方側
開口(被測定領域側開口)と対面する微小領域から出射
した光を内部で全反射しながら、他方側開口(受光ユニ
ット側開口)を介して出射する。したがって、各光ファ
イバ234aを介して導光される光の出射角は最大出射
角α以下に制限される。
【0063】図15は測定用光学系のまた別の実施形態
を示す図である。この実施形態が図14の実施形態と大
きく相違する点は、光ファイバ束234の代わりに、ラ
ンダムファイバ235を採用している点であり、その他
の基本的構成は同一である。この実施形態においては、
ランダムファイバ235の他方端側が3つに分岐してお
り、分岐部235x、235y、235zにX,Y,Z
色刺激値測定用の受光部223〜225がそれぞれ取付
けられている。
【0064】図16は測定用光学系のさらに別の実施形
態を示す図である。この測定用光学系23は、複数の正
のパワーを有する焦点距離fのレンズ236により構成
されており、各レンズ236は受光部226と1対1で
対応して設けられている。すなわち、一のレンズ236
は、その物体側主点PPが被測定領域121から距離f
だけ受光ユニット22側に離れた位置に位置するように
配設され、レンズ236の像側主点PPから距離fだけ
離れた位置に受光ユニット22の受光面RSが位置して
いる。すなわち、この測定用光学系23も、図11の光
学系と同様に、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22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。
【0065】このように構成された測定用光学系23で
は、被測定領域121のうちレンズ236に対応する部
分121cから出射する光線が対応する受光部226に
入射することになる。したがって、レンズ236の焦点
距離fおよび受光部226の構成を適切に調整すること
で対応部分121cからの光の出射角を最大出射角α以
下に制限することができる。
【0066】図17は測定用光学系のさらに他の実施形
態を示す図である。この測定用光学系23は、正のパワ
ーを有する焦点距離fのレンズ237の物体側主点PP
を被測定領域121から距離fだけ受光ユニット22側
に離れた位置に配設して物体側テレセントリック系とす
るとともに、レンズ237と受光ユニット22との間に
テレセントリック用絞り238を配置して被測定領域1
21と受光面RSとを光学的に共役なものとしている。
【0067】このように構成された光学系23では、図
18に示すように、被測定領域121の一部分121d
から出射した光がレンズ237および絞り238を介し
て受光ユニット22の一の受光部227に導光される。
そして、絞り238の径を調整することで対応部分12
1dの大きさおよび該部分121dからの光の出射角を
最大出射角α以下に制限することができる。
【0068】また、図11および図17に示す変形形態
では、単一のレンズ232,237で測定用光学系23
を構成しているが、複数枚のレンズを組み合わせて正の
パワーを有するレンズ232,237を構成するように
してもよいことはいうまでもない。また、図16に示す
変形形態においても、所定の部分121cから出射する
光を単一のレンズ236で対応する受光部226に導光
しているが、複数のレンズで該レンズ236を構成して
もよい。
【0069】さらに、上記実施形態では、液晶パネル1
2の光学測定装置2に測定用光学系を適用しているが、
測定用光学系23の適用対象はこれに限定されるもので
はなく、被測定領域から出射する光の出射角を所定角度
以下に制限する必要がある装置全般に適用することがで
きる。
【0070】B-3.受光素子の並設構造について この発明に係る液晶パネルの光学測定装置2では、図4
および図5に示すように、色刺激値Zを測定すべく、2
つの受光部221,222を用いている。具体的には、
略正方形の基板Wの一方主面側において、受光素子22
1c,222cが形成されるとともに、各受光素子22
1c,222cの上面に青の波長域の光を比較的透過さ
せる青フィルタ221f,222fが取付けられて、青
の波長域に大きな感度を持っている分光感度(ゼット・
バー・ラムダ)を有する受光部221,222が形成さ
れている。また、これら以外に、基板Wの同一面側に受
光素子223c(図4への図示は省略),224cが形
成されるとともに、受光素子223cの上面に赤の波長
域の光を比較的透過させる赤フィルタ223fが形成さ
れて赤の波長域に大きな感度を持っている分光感度(エ
ックス・バー・ラムダ)を有する受光部223が形成さ
れる一方、受光素子224cの上面に緑の波長域の光を
比較的透過させる緑フィルタ224fが形成されて緑の
波長域に大きな感度を持っている分光感度(ワイ・バー
・ラムダ)を有する受光部224が形成されている。
【0071】これらの受光部のうち、受光部221,2
22はいずれも色刺激値Zを検出するためのセンサであ
り、この実施形態では液晶パネル12の配光特性変動方
向XXにおいて被測定領域121の中心面法線Nに対し
て相互に反対側に配置されている。このため、次のよう
な作用効果が得られる。
【0072】ここで、1つの受光部によって被測定領域
121からの光を受光した場合について考えてみる。こ
の場合、同一の被測定領域121から出射している光で
ありながら、配光特性変動方向XXにおいて配光特性が
例えば図19(a)の状態から同図(b)の状態に変動
すると、当該受光部からの出力値が変化してしまい、正
確な測定が困難である。これに対し、本実施形態の如く
配置された2つの受光部221,222によって被測定
領域121からの光を受光し、各受光部221,222
によって検出された値を加算し、これを色刺激値Zを示
す値としているので、配光変動による影響を抑制するこ
とができ、測定精度を向上させることができる。
【0073】また、残りの受光部223,224は、受
光面と中心面法線Nとが交差する交点CPを通り、しか
も配光特性変動方向XXとほぼ直交する仮想線VL上に
おいて、交点CPを挟んで相互に反対側に配置されてい
る。
【0074】なお、加算する代わりに、各受光部22
1,222からの出力値を平均化したり、重み付け演算
し、その演算結果を色刺激値Zを示す値としてもよい。
【0075】また、上記実施形態では、色刺激値Zを測
定するための2つの受光部221,222を設けている
が、3つ以上の受光部を設けて色刺激値Zを測定するよ
うにしてもよい。
【0076】ところで、この実施形態では色刺激値Zを
測定するための受光部について並設構造を採用している
が、これは現在市場に供給されている液晶パネルの三刺
激値X,Y,Zのうち色刺激値Zの値が最も低いことに
鑑みたものであり、本実施形態のように色刺激値Zを2
つの受光部221,222で測定し、これらの値を加算
することによって色刺激値Zの出力レベルを高めること
ができ、測定精度および再現性をより一層向上させるこ
とができるからである。すなわち、要は、白色画像など
の測定用画像を被測定領域121に表示し、各受光部か
ら出力される信号レベルが最も低くなるものについて、
本実施形態の如く複数の受光部によって測定すれば上記
実施形態と同様の効果が得られる。
【0077】また、この実施形態では、受光素子221
c〜224cには、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
対応した青フィルタ221f,222f、赤フィルタ2
23fおよび緑フィルタ224fがそれぞれ形成されて
受光部221〜224によって色刺激値Z1,Z2,X,
Yを検出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。
【0078】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る液晶パネ
ルの光学測定装置によれば、装置本体の当接部が被測定
領域からその外周方向に離れた位置で液晶パネルと当接
して被測定領域と受光手段との距離を常に一定とするこ
とができ、精度良く、しかも再現性に優れた測定が可能
となる。また、この光学測定装置は、上記のように、い
わゆる接触型となっているため、その当接部を中心とし
て接触影響領域(当接部の液晶パネルへの当接によって
表示色が変化する領域)が形成されるが、当接位置は被
測定領域からその外周方向に離れた位置となっているた
め、接触影響領域の被測定領域への重なり合いが防止さ
れて接触影響領域の影響を受けることなく、光学特性を
測定することができる。そして、装置周辺から被測定領
域に光が入射するのを抑えて、迷光による測定精度の低
下を防止し、高精度で、しかも再現性に優れた測定を可
能としている。さらに、受光手段によって特定の分光感
度で被測定領域からの光を受光するにあたり、その同一
の分光感度特性を有する第1および第2受光部を用い、
しかも第1および第2受光部を、液晶パネルから所定距
離だけ離れた受光面上で、しかも液晶パネルの配光特性
変動方向において、被測定領域の中心面法線に対して相
互に反対側に配置することで、配光変動による影響を抑
制することができ、測定精度を向上させることができ
る。
【0079】また、装置本体に対して遮光性を与え、そ
の装置本体の内部に受光手段を取り付けることで、迷光
をさらに抑制し、測定精度および再現性をさらに向上さ
せることができる。
【0080】また、当接部が被測定領域の全周を取り囲
むように構成することにより、装置周辺から被測定領域
に光が入射するのを完全に防止し、より精度の高い測定
が可能となる。
【0081】また、液晶パネルに対して装置本体を固定
する固定手段をさらに設けることで、液晶パネルの姿勢
に制約されず、液晶パネルに光学測定装置を取り付ける
ことができ、利用範囲が広がる。
【0082】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を用いた液晶パネルのキャリブレーシ
ョンシステムを示す図である。
【図2】図1のキャリブレーションシステムで採用され
ている光学測定装置を示す斜視図である。
【図3】図2の光学測定装置を液晶パネルに装着した状
態での光学測定装置の断面図である。
【図4】装置本体内部でのフランジ、光学系および受光
ユニットの配置関係を示す斜視図である。
【図5】受光ユニットの正面図である。
【図6】光学測定装置の制御部の電気的な構成を示すブ
ロック図である。
【図7】キャリブレーション処理に先立ってEEPRO
Mに校正値を記憶させる手順を示すフローチャートであ
る。
【図8】キャリブレーション処理の手順を示すフローチ
ャートである。
【図9】この発明の一実施形態である測定用光学系の配
置関係を示す図である。
【図10】測定用光学系の他の実施形態を示す図であ
る。
【図11】測定用光学系の別の実施形態を示す図であ
る。
【図12】図11の測定用光学系による受光ユニットへ
の導光状態を説明するための図である。
【図13】測定用光学系の他の実施形態を示す図であ
る。
【図14】測定用光学系の別の実施形態を示す図であ
る。
【図15】測定用光学系のまた別の実施形態を示す図で
ある。
【図16】測定用光学系のさらに別の実施形態を示す図
である。
【図17】測定用光学系のさらに他の実施形態を示す図
である。
【図18】図17の測定用光学系による受光ユニットへ
の導光状態を説明するための図である。
【図19】液晶パネルの配光特性および配光特性の変動
の一例を示す図である。
【図20】従来の光学測定装置における問題点を説明す
るための模式図である。
【符号の説明】
2…光学測定装置 12…液晶パネル 21…装置本体 22…受光ユニット(受光手段) 23…(測定用)光学系 24…制御部 25…フック(固定手段) 121…被測定領域 123…接触影響領域 211…筒部 212…フランジ 212a…開口部 213…ゴムリングシート(当接部) 221〜224…受光部 CP…交点 N…中心面法線 OA…光軸 RS…受光面 VL…仮想線 XX…配光特性変動方向 YY…水平方向 ZZ…法線方向 α…最大出射角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雑賀 崇 大阪府泉南市信達大苗代1130−1 NT T社宅1−304 (56)参考文献 特開 平8−292129(JP,A) 特開 平9−72824(JP,A) 特開2000−221109(JP,A) 特開 平6−317469(JP,A) 特開 平4−5537(JP,A) 実開 平2−24880(JP,U) 実開 昭63−2982(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 11/00 G01J 1/00 - 1/02 G02F 1/13 101 G09F 9/00 352 G09G 3/18 G09G 3/36

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶パネルの被測定領域から出射される
    光を受光して前記被測定領域の光学特性を測定する光学
    測定装置であって、 前記被測定領域からその外周方向に離れた位置で前記液
    晶パネルと当接可能な当接部を有する装置本体と、 前記装置本体に取付けられ、前記当接部が前記液晶パネ
    ルに当接された状態で前記被測定領域からの光を受光す
    る受光手段とを備え、前記受光手段は、 同一の分光感度特性を有する第1および第2受光部を備
    え、 該第1および第2受光部は、前記液晶パネルから所定距
    離だけ離れた受光面上で、しかも前記被測定領域の中心
    面法線に対して配光特性が非対称となる方向において、
    前記被測定領域の中心面法線に対して相互に反対側に配
    置されたこと を特徴とする液晶パネルの光学測定装置。
  2. 【請求項2】 前記装置本体は遮光性を有しており、し
    かも、前記受光手段は前記装置本体の内部に取付けられ
    ている請求項1記載の液晶パネルの光学測定装置。
  3. 【請求項3】 前記当接部は、前記被測定領域を部分的
    に、あるいは前記被測定領域の全周を取り囲むように設
    けられた請求項1または2記載の液晶パネルの光学測定
    装置。
  4. 【請求項4】 前記液晶パネルに対して前記装置本体を
    固定する固定手段をさらに備えた請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の液晶パネルの光学測定装置。
  5. 【請求項5】 前記受光手段は、前記第1および第2受
    光部と異なる分光感度特性を有する第3受光部をさらに
    備え、 前記第3受光部は、前記受光面と前記中心面法線とが交
    差する交点を通り、しかも前記被測定領域の中心面法線
    に対して配光特性が非対称となる方向とほぼ直交する仮
    想線上に配置されたこと を特徴とする請求項1に 記載の液晶パネルの光学測定装
    置。
  6. 【請求項6】 前記装置本体に配置され、前記被測定領
    域の各部から出射される光のうち所定角度以下の出射角
    の光のみを前記受光手段に導く光学系をさら に備えた請
    求項1ないし5のいずれかに記載の液晶パネルの光学測
    定装置。
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