JP3921275B2 - 物体の光度および色度を測定するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の単位領域の特性を、単位領域の観察方向において判定するために、物体、特に液晶画面の光度および色度を測定するための装置に関する。その装置は、
像焦点面内に、単位領域のフーリエ変換（角度強度分布）を生成する測定レンズと、
一組の検出器から成るセンサ上にこの分布の像を形成する転送レンズであって、各検出器は与えられた角度座標について単位領域の光度に対応する電気信号を生じる転送レンズと、
単位領域の開口を規定するために、光線の光路上に存在する絞りと、
センサの各検出セルから電気信号を受信する処理回路とを備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コノスコープ法および装置は多くの刊行物、特に、特開平５−２８８６３８号に取り上げられてきた。しかしながら、これらの公知の解決法は各種の問題点を提起している。すなわち、
システムの利得は、検査対象のサンプル自体が発光体であるかどうかにかかわらず角度に強く依存する。
【０００３】
工業生産の用途については測定は高速でなければならない。
【０００４】
第一の欠点は、測定レンズに関して解析領域が絞りと光学的に共役であることから、容易に説明される（特開平５−２８８６３８号）。
【０００５】
すなわち、表示画面、特に液晶表示画面の光度あるいは色度を判定するために用いられるこれらの解析装置は、有用ではあるが、その光学系は、解析対象物体の単位領域から出射された光線の横断面の減少を考慮していない。これは、光線の傾斜角の関数であり、実際、解析対象物体の基本出射領域の法線に対して角度θを成す光線の横断面は、１：ｃｏｓθの比率で変化する。解析された見掛けの領域は、解析角度θに応じて非常に広い範囲で変化する。これらの条件の下では、解析結果を修正すること、すなわち、センサから送られた信号を修正条件を用いて処理することが必要である。実際には、このことは、特に計算という形での広範な手段の利用を含み、装置を複雑にして、解析速度をかなり低下させるとともに、とりわけ光線の入射角が大きくなるにつれて、信号対雑音比が減少することによって解析結果の品質が低下してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、これらの欠点を改善し、正確な解析を高速で実行できるようにした光出射領域、特に透過モードあるいは反射モードで動作する液晶画面などの画面の光度および色度解析のための装置を作成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明によれば、上述の種類の装置において、
フーリエ変換を生成するレンズに視野レンズを組み合わせ、
これら２つの光学系と、絞りによって規定される直径（ｄ）の円形開口との組み合わせにより、入射角θおよび方位角φを有する光線に対して、解析される物体上に楕円形の測定領域を選定することを可能にし、
この楕円形領域は、およそ（Ｄ）の短軸とおよそ（Ｄ／ｃｏｓθ）の長軸を有し、短軸に長軸を乗算した積が１／ｃｏｓθずつ変化し、（Ｄ）および（ｄ）は、測定レンズおよび視野レンズから成る光学系の倍率によって関係づけられ、
上記長軸は、光学系の軸と楕円形領域の中心から出射される角度の光線とを通過する平面上にあることにより特徴づけられる装置に関する。
【０００８】
レンズの設計のため、この解析装置は、解析された光線の傾斜角に依存するｃｏｓθ係数（あるいはこの係数の逆数）から得られる信号を解放することができる。
【０００９】
このことは、センサ、好ましくは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサによって収集された結果が直接送られるため、解析がかなり簡素化されることを示している。これらの結果が直接利用できるばかりでなく、従来の装置を用いて得られた信号と結果に比較して、信号対雑音比が著しく改善される。
【００１０】
別の特徴によれば、光線の光路は、波長選択性フィルタすなわち一群の波長に対して選択性を持つフィルタあるいは偏光フィルタを備えている。これにより、例えば、肉眼で感知できる波長に限定した選択的解析が可能となる。
【００１１】
別の特徴によれば、光線の光路は、解析ライン、特に方位角ラインを規定するスリットが設けられている。
【００１２】
その位置づけによって、このスリットは、与えられた方位角ラインに沿った物体の解析を可能とし、これにより解析の速度を上げる。この場合、解析は、セルのラインに限定され、センサのセルマトリクスに対してではない。
【００１３】
物体が発光体である場合、解析装置は物体から出射された光線を受ける。
【００１４】
また、物体の反射特性を解析することも有用である。このことを実行するためには、有意かつ再現性ある解析を可能とするために、正確に物体を照明することが必要である。
【００１５】
この目的のために、本装置は、物体の焦点面と共役なレンズの像焦点面内にあり、制御された発光素子から成り、照明用絞りによって規定された一定の横断面を持つ多数の光線を用いて物体の解析単位領域を、レンズを介して、照明する光源によって構成されている照明装置を備えている。
【００１６】
特に好ましくは、この装置は、光源を脇にずらし、物体の基本出射領域から出射された解析光線がそれを通過するようにさせるための半透明ミラーを含んでいる。
【００１７】
物体の照明を利用したこの解析は、物体の反射特性の研究に関し、さらに、例えば、一般には画面である物体の判読性に作用する不要な照明の影響の研究にも関している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１９】
図１によると、本発明の装置は物体１の光度および色度を測定するためのものである。物体１は、例えば、液晶画面であり、その特性は物体全体あるいはその一部を含む単位領域上で測定される。
【００２０】
装置はレンズ２を備え、その物体焦点面に解析される物体１が置かれる。このレンズ２の次に、転送レンズがあり、これは、平面Ｆｉ内の与えられた角度座標についてのフーリエ変換から、センサ４上に像を与える。絞り５は直径ｄの円形開口を規定し、レンズ２および視野レンズ１０と連携して、物体１上に基本出射領域１０１の範囲を定める。さらに、絞り５は、レンズ２に向かって単位領域１０１から出射される光線１００と、その光線が系の軸ＸＸに対して成す角度θとを規定する。
【００２１】
絞り５は、転送レンズ３の上流側に位置するのが好ましく、その手前には、ある波長のみあるいはある波長群のみを通過させるフィルタ８が配されている。これは偏光フィルタでもよい。
【００２２】
最後に、本装置は、センサ４あるいはその検出セル４ｉ，ｊが照明される時間を規定できるシャッタ９を有していても良い。各セルは、物体１の単位領域１０１からの方向θに出射された光線１００を経由した、フラックスを受ける。
【００２３】
レンズ２の２つの主要な機能は、レンズ１０および絞り５と連携して、絞り５と光学的に共役な単位領域１０１を規定することと、物体１から出射された光の角度分布を表わす像を、平面Ｆｉ内に送ることである。この楕円形の単位領域１０１の長軸は図１の平面内にあり、短軸は図１の平面に直交する。
【００２４】
さらに具体的には、レンズ２は、短軸がおよそＤであり、長軸がおよそＤ／ｃｏｓθである楕円形の単位領域１０１を規定する。
【００２５】
ここで、Ｄは、光学系による絞り５の直径ｄの共役測定値であり、これら２つの量は倍率Ｇによって関係づけられている。
【００２６】
さらに具体的には、楕円形の単位領域１０１の長軸は、光学軸ＸＸと、楕円形領域１０１の中心を通る光線１００（この光線は図１の平面内に含まれている）とを通過する平面上にある。
【００２７】
したがって、焦点面Ｆｉは物体１から出射された光強度分布の平面像を含むことになる。
【００２８】
本装置は、視野レンズ１０によって完成し、これは絞り５の平面に物体１の実像を与え、したがって、光線を絞り、その代わりに、解析のための単位領域１０１を得ることができる。
【００２９】
平面Ｆｉ内に形成された像は、レンズ１０および３によってセンサ４に転送される。センサ４の各検出セル４ｉ，ｊは、面１０１から出射された光線１００の入射角θおよび方位角φによって特定された出射方向に直接結合される。
【００３０】
これらの角度が変化すると、光線を受ける単位センサも変化する。
【００３１】
これらの条件の下では、センサ４は、センサの各基本セル４ｉ，ｊに結合された信号Ｓｉ，ｊ、すなわち、物体１から出射された光線１００の各角度位置に直接結合された信号Ｓｉ，ｊを集めることができるＣＣＤセンサであることが特に有利である。
【００３２】
図２は、この状態を概略的に示している。測定装置は図１のものと同一であるが、セル４ｉ，ｊ（θ_１，φ）．．．４ｉ，ｊ（θ_４，φ）に結合されたいくつかの光線１００（θ_１，φ），１００（θ_２，φ），１００（θ_３，φ）および１００（θ_４，φ）を追加して描いているだけである。
【００３３】
センサ４のこれらのセルは、一般的に、参照符号Ｓｉ，ｊ（θ_ｎ，φ）によって表わされる一連の信号を送る。
【００３４】
また、この図２は、図２の平面（方位角φに対応する平面）内に軸を持つ光線１００（θ_ｎ，φ）は、やはり図２の平面内にある、すなわち、直線セグメント上に並ぶセンサ４のセル４ｉ，ｊ（θｎ，φ）に必然的に収束することを示している。
【００３５】
図１および図２は、物体１から出射された、角度θの光線を解析するための測定装置の使用を説明する図である。
【００３６】
このような解析を可能にするためには、物体１が発光体であるか、あるいは入射光を反射することが必要である。
【００３７】
物体１自体が発光体であり、外光を受けた場合の光学的反応を測定することもまた、有用である。
【００３８】
図３は、上述に対応し、物体１を照明できる手段を備えた本発明による装置を示している。
【００３９】
この図には、本装置のうち照明用に用いられる主要素のみが示されている。これらの要素には先の各図と同一の参照符号が付されている。
【００４０】
角度位置（θ，φ）の光線２００を用いて物体１を照明するために、本装置は、一線に、例えば図の平面内に線状に、あるいはマトリクス状（２次元分布）に配置された発光素子Ｌｉ，ｊから成る光源１１によって構成された照明装置から成る。これらの発光素子Ｌｉ，ｊは、マイクロコンピュータ７などの制御装置によって制御され、この制御装置は、例えば、処理回路６から送られた信号Ｓｉ，ｊ（θ_ｎ，φ）から得られた信号を受信し、処理する。
【００４１】
これにより、センサ４から送られた信号Ｓｉ，ｊ（θ_ｎ，φ）から取り出された結果を適宜考慮する解析プログラムの機能として、単位領域１０１、あるいは、より一般的には物体１の照明を制御することが可能となる。
【００４２】
光源１１はレンズ２（視野レンズ１０を考慮して）の像焦点面内にある。
【００４３】
実際には、本装置の光学軸ＸＸの周りの領域を空け、物体１から出射される光線を自由に通過させるために、光源１１を半透明ミラー１２を用いて脇にずらす。
【００４４】
照明装置は、さらに、レンズ１３および絞り１４を備え、レンズ２の像焦点面Ｆｉ内に収束光線を形成し、単位領域１０１に衝突する角度位置（θ，φ）の平行光線を発生させている。
【００４５】
入射角θは、光線を送出する制御された発光素子Ｌｉ，ｊの状態によって決まる。
【００４６】
絞り１４は円形の絞りであり、レンズ２から発する光線が、物体１から出射された光線の場合に上述したもののような、レンズ２の光学的可逆性の恩恵を受けることができる。
【００４７】
単位領域１０１を照明するための角度位置（θ，φ）は、実行される解析プログラムの機能として選択される。このプログラムは、例えば、図１および図２に関して述べたように、最初は光源を用いずに、次に角度位置（θ，φ）の光線を送出する光源を用いて、様々な角度θ_ｉによって物体１を解析することから成る。この角度は、光源１１の各種発光素子Ｌｉ，ｊを用いた制御回路７による解析中に変更することができる。
【００４８】
図４は、異なる照明方向における、すなわち、与えられた照明分布を再現するために、光源１１の別の発光素子Ｌｉ，ｊを活性化させることによる、単位領域１０１の照明を概略的に示している。図４に示す各要素には、先の各図と同一の参照符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測定装置を解析される物体の単位領域から出射された平行光線の軌跡とともに示す図である。
【図２】図１の装置を示す図であり、但し、解析される物体の同じ単位領域から異なった角度で出射された様々な光線を概略的に示す図である。
【図３】解析される物体の単位領域を照明するための装置を概略的に示す図である。
【図４】物体の単位領域に対して異なる入射角の様々な光線によって、物体の単位領域を照明した場合を示す図３と同様な図である。

Claims (6)

1. 物体（１）の単位領域（１０１）の特性を、上記単位領域（１０１）の観察方向において判定するために、上記物体、特に液晶画面の光度および色度を測定するための装置であって、
   像焦点面（Ｆｉ）内に、上記単位領域（１０１）のフーリエ変換（角度強度分布）（１０２）を生成する測定レンズ（２）と、
   一組の検出器（４ｉ，ｊ）から成るセンサ（４）上に、この角度強度分布の像を形成する転送レンズであって、上記各検出器は与えられた角度座標について、上記単位領域（１０１）の光度に対応する電気信号（Ｓｉ，ｊ，φ）を生じる転送レンズ（３）と、
   上記単位領域（１０１）の開口を規定するために、光線の光路上に存在する絞り（５）と、
   上記センサ（４）の各検出器（４ｉ，ｊ）から上記電気信号を受信する処理回路（６）とを備えた装置において、
   フーリエ変換を生成する上記レンズ（２）に視野レンズ（１０）を組み合わせ、
   これら２つの光学的手段（２，１０）と、上記絞り（５）によって規定される直径（ｄ）の円形開口との組み合わせにより、入射角θおよび方位角φを有する光線に対して、解析される上記物体（１）上に楕円形の測定領域を選定することを可能とし、
   この楕円形領域は、およそ（Ｄ）の短軸とおよそ（Ｄ／ｃｏｓθ）の長軸を有し、上記短軸に上記長軸を乗算した積が１／ｃｏｓθずつ変化し、大きさ（Ｄ）および（ｄ）は、上記測定レンズ（２）および上記視野レンズ（１０）によって構成された光学系の倍率によって関係づけられ、
   上記長軸は、光学系の軸および上記楕円形領域（１０１）の中心から出射される角度（θ）の光線とを通過する平面上にあることを特徴とする装置。
2. 光線の光路が、波長選択性フィルタ（８）すなわち一群の波長に対して選択性を持つフィルタあるいは偏光フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 光線の光路が、角度（φ）の解析ライン、特に方位角のラインを規定するスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 上記レンズ（２）の像焦点面の共役平面内にあり、制御された発光素子から成り、照明用絞りによって規定された一定の横断面を持つ光束を用いて上記物体（１）を上記レンズ（２）を介して照明する光源（１１）によって構成されている照明装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 上記照明用光源（１１）を上記光学軸から離れるようにずらし、上記物体（１）から出射された解析光線がそれを通過するようにさせるための半透明ミラー（１２）を備えたことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 上記照明用光源（１１）は、特に、センサ（４）から送られた信号（Ｓｉ，ｊ，φ）の解析（６）の結果に応じてマイクロプロセッサ（７）によって制御され、上記物体（１）上で実行される解析の種類に応じて、与えられた方向においてあるいは与えられた照度分布にしたがって、選択的な照明を提供することを特徴とする請求項４に記載の装置。

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