JP5378359B2

JP5378359B2 - 測光装置

Info

Publication number: JP5378359B2
Application number: JP2010508166A
Authority: JP
Inventors: 雄三井崎; 政義鶴岡
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: CN102007389A; CN102007389B; KR20100106619A; JPWO2009128338A1; KR101239573B1; WO2009128338A1

Description

本発明は、測定対象物からの光を分光して各波長毎の光の輝度等を測定する測光装置の改良に関する。

従来から、測定対象物からの光の波長を分光してその各波長の輝度等を測定する測光装置が知られている。

この従来の測光装置では、測定対象物からの光を回折格子により各波長毎に分光し、各波長に分光された光を受光部としての固体撮像素子で受光し、この固体撮像素子からの出力に基づき各波長の光の輝度、色度等を測定するものとされている。

この従来の測光装置には、受光部の各受光素子に光が入射していない場合でも、熱雑音により固体撮像素子から暗電流が出力される（暗電流出力）。

そこで、測定対象物からの光が受光部に入射しない状態で固体撮像素子からの暗電流出力を検出し、ついで、測定対象物からの光を受光部に入射させて固体撮像素子からの測光出力を検出し、この測光出力と暗電流出力との差分を演算により求めて、暗電流出力を除去することにより各受光素子からの測光出力を補正するという複数回の測定を行う構成の測光装置が提案されている。

また、受光部の端部にマスクを設けて、測定対象物からの光がそのマスクで被覆された受光素子に入射しないようにして、マスクで被覆された受光素子からの暗電流出力とマスクで被覆されていない各受光素子からの測光出力とを同時に検出し、各受光素子からの測光出力を補正するという同時測定構成の測光装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５８−１５８５２８号公報

ところで、その複数回の測定を行う構成の測光装置では、精密に測定することは可能であるが、測定に時間がかかるという不都合がある。

同時測定の構成の測光装置では、測定スピードの向上を図ることができるが、受光部にマスクを設けなければならず、受光部の構造に変更を加えなければならないという不都合がある。また、各受光素子から出力される暗電流は、一様とは限らず、マスクで被覆された受光素子からの暗電流出力を一律に差し引いて、測光出力を補正により求めたとしても、必ずしも、正確に暗電流出力を除去できるとは限らず、精密測定という観点からは今一つ不十分である。

本発明の目的は、既存の受光部の構造を変更することなく、かつ、測定精度の低下を抑制しつつ、しかも測定スピードの向上を図ることのできる測光装置に関する。

本発明の測光装置は、測定対象物からの光を分光して測光する分光測光光学系と、該分光測光光学系により波長毎に分光された光を受光する受光部と、該受光部の測光出力に基づき測光特性を演算する演算回路とを有し、前記分光測光光学系は、測定対象物からの光を平行光束に変換するコリメータレンズと、該コリメータレンズを通過した光束を波長毎に分解する波長分解素子と、波長毎に分解された各光束を前記受光部にそれぞれ集光させる集光レンズと、可視光よりも短波長側の光をカットするカットフィルタとを有し、前記受光部は、波長毎に分光された光をそれぞれ受光する複数個の受光素子を有し、該複数個の受光素子は、分光された光の所定の波長の位置に対応して一定方向に配列されると共に、前記複数個の受光素子は、前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置にも配列され、前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子の出力が、暗電流出力として用いられ、前記演算回路には、カットされる短波長側の光よりも長波長側の波長の光に対応した位置に配置された各受光素子からの測光出力を、前記暗電流出力を用いて補正する補正回路が、設けられていることを特徴とする。

本発明の測光装置において、前記カットフィルタが、コリメータレンズの前に設けられ、該カットフィルタが、各波長の感度を補正するための色ガラスフィルタであることが好ましい。

本発明の測光装置において、前記カットフィルタが、コリメータレンズの後ろに設けられ、該カットフィルタが、各波長の感度を補正するための色ガラスフィルタであることが好ましい。

また、本発明の測光装置において、前記カットフィルタが、３８０ｎｍ以下の波長の光をカットすることが好ましい。

さらに、本発明の測光装置は、前記補正回路には、前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子の暗電流出力と、カットされる短波長側の光よりも長波長側の各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子の出力であって、かつ、当該各受光素子に光が当たらない状態で測定により求められた出力との比を各受光素子毎に保存する記憶部が接続され、前記補正回路は短波長側の光よりも長波長側の各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子毎の暗電流出力を前記比に基づいて求めることが好ましい。

本発明によれば、既存の受光部の構造を変更することなく、かつ、測定精度の低下を抑制しつつ、しかも測定スピードの向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明に係わる測光装置の構成の概要を示す説明図である。本発明に係わるカットフィルタの透過率を示す光学特性図である。本発明に係わる受光部の平面図である。本発明に係わる各受光素子のラインから出力される暗電流出力の一例を示す説明図である。

符号の説明

１測定対象物
２測光装置
４受光部
６演算回路
４ａ受光素子
１５分光測光光学系
２６色ガラスフィルタ（カットフィルタ）
２７コリメータレンズ
２８回折格子（波長分解素子）
３０補正回路

以下に、本発明に係わる測光装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係わる測光装置、例えば、分光放射計の構成の概要を示す説明図である。この図１において、１は、液晶パネル、信号灯、冷陰極管、誘導灯、ＬＥＤ等の測定対象物、２は、測光装置である。

測光装置２は、測定対象物１からの光を受光する光学系３と、受光部４と、回路部５とを有する。回路部５は、受光部４の測光出力に基づき測光特性（測色データ（輝度、色度、色温度））を演算する演算回路６、ＡＣ電源７、ＤＣ−ＤＣ電源８、ＬＣＤ表示器９、操作キー１０、外部同期入力コネクタ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、ＣＣＤアナログＰＣＢ（ＣＣＤアナログプリント基板ボード）１３とを有する。

演算回路６は、例えばＣＰＵから構成される。ＡＣ電源７、ＤＣ−ＤＣ電源８は、演算回路６に電力を供給し、操作キー１０は、演算回路６に向けて測光に要求される各種の指令を入力するのに用いられる。ＬＣＤ表示器９は、測光特性その他の指令を表示するのに用いられる。外部同期入力コネクタ１１は、測定対象物１の発光に同期して測定するタイミングを指示するのに用いられる。ＣＣＤアナログＰＣＢ１３は、受光部４の測光出力をアナログ出力するのに用いられる。Ａ／Ｄコンバータ１２は、そのアナログ出力をデジタル出力に変換して演算回路６に入力させるのに用いられる。

光学系３は、視準光学系１４と分光測光光学系１５とから大略構成されている。視準光学系１４は、対物レンズ１６、アパーチャミラー１７、全反射ミラー１８、リレーレンズ１９、２０、ファインダーシャッター２１、接眼レンズ２２から大略構成されている。測定対象物１からの光は、対物レンズ１６を通じてアパーチャミラー１７に導かれ、このアパーチャミラー１７により反射されて全反射ミラー１８に導かれる。この全反射ミラー１８に導かれた光は、リレーレンズ１９、２０により測定対象物１と共役な位置１’にリレーされ、この共役な位置１’にリレーされた測定対象物１の像が接眼レンズ２２を介して測定者に視準される。ファインダーシャッター２１は、超低輝度の測定対象物１を測定する際に、接眼レンズ２２の側から外光がリレーレンズ２０、１９、全反射ミラー１８、アパーチャミラー１７を経て、分光測光光学系１５に混入するのを防止する役割を有する。

分光測光光学系１５は、視準光学系１４と共用の対物レンズ１６、アパーチャミラー１７を有すると共に、リレーレンズ２３、バンドルファイバ２４、ターレット板２５、色ガラスフィルタ２６、コリメータレンズ２７、回折格子２８、集光レンズ２９を有する。

アパーチャミラー１７は、開口１７ａを有する。このアパーチャミラー１７は、明るさ調整に用いられる。ここでは、４種のアパーチャミラーが準備され、この図１には、そのうちの１個のアパーチャミラー１７が分光測光光学系１５の光路に挿入されている状態が、示されている。

リレーレンズ２３は、バンドルファイバ２４の入射端面２４ａに測定対象物１の像を形成する。バンドルファイバ２４は、測定対象物１からの光を混合してその偏光を解消する機能を果たす。ターレット板２５は、素通しの開口２５ａ、１０倍減光のＮＤフィルタ２５ｂ、１００倍減光のＮＤフィルタ２５ｃ、遮光部２５ｄを有し、バンドルファイバ２４の出射端面２４ｂから出射された光の光量を調整する機能を果たす。コリメータレンズ２７は、バンドルファイバ２４の出射端面２４ｂの位置に焦点を有し、このバンドルファイバ２４から出射された光を平行光束に変換する役割を果たす。

色ガラスフィルタ２６は、図２に示すように、各波長の感度を補正する役割と、可視光よりも短波長側、例えば、波長３８０ｎｍ以下の短波長側の光を遮光するカットフィルタとしての役割とを果たす。この色ガラスフィルタ２６は、波長毎にその透過率が設定されている。

回折格子２８は、コリメータレンズ２７を通過した光束を波長毎に分解する波長分解素子としての機能を有する。集光レンズ２９は、波長毎に分解された各光束を受光部４にそれぞれ集光させる役割を有する。

受光部４は、図３に示すように、長方形状とされ、横方向にｎ個、例えば、１２８個、２５６個、５１２個、１０２４個等、縦方向にｍ個、例えば、１２８個、２５６個、５１２個、１０２４個等の受光素子を有する。ここでは、この横方向の受光素子４ａが、分光された光の所定の波長の位置に対応して一定方向に配列された受光素子である。縦方向の受光素子４ａは、まとめて、１ラインとされ、各波長の位置に対応するライン毎の出力がＡ／Ｄコンバータ１２を介して演算回路６に入力される。その受光部４（受光素子）は、色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子を含む。例えば、図３には、波長３８０ｎｍ以下の短波長側の光に対応した位置に配置された４ラインの受光素子４ａが示されており、この色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子４ａの各ラインからの出力が、暗電流出力として用いられる。

演算回路６には、補正回路３０が設けられている。補正回路３０には、色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子４ａの暗電流出力と、色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光よりも長波長側の、各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子４ａの出力であって、かつ、この受光素子４ａに光が当たらない状態で測定により求められた出力との比を、各受光素子４ａ毎に、保存する記憶部３１が接続されている。

色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光よりも長波長側の、各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子４ａに、光が当たらない状態とするために、例えば、測光装置２を暗室内に配置して、受光部４の各受光素子４ａの出力を同時に測定する。

各受光素子４ａの各ライン毎の暗電流出力は、図４に示すように、受光素子４ａ毎にばらつきがあり、また、受光部４の個体ごとにばらつきがある。この各受光素子４ａ毎の暗電流出力を、あらかじめ測定により求める。色ガラスフィルタ２６によりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子４ａのラインの暗電流出力をＸ₀、可視光の実際の測光に用いられる受光素子４ａ、すなわち、色ガラスフィルタ２６によりカットされない波長の光に対応した位置に配置された受光素子４ａのラインのうち、例えば、あるラインの暗電流出力をＸとすると、その比は、Ｘ／Ｘ₀である。記憶部３１には、各ライン毎に対応してこの比Ｘ／Ｘ₀が記憶されている。補正回路３０は、各受光素子４ａのライン毎の暗電流出力を比Ｘ／Ｘ₀に基づいて求める。

ここで、ある測定時のある受光素子（符号４ｂで示す）のラインからの測光出力をｙ、その測定時の符号４ｂで示す受光素子のラインからの暗電流出力をｙ’、その測定時のカットされた短波長側の光に対応する受光素子のラインの暗電流出力をｙ”とすると、
ｙ’＝ｙ”×（Ｘ／Ｘ₀）であり、
補正回路３０は、上記式に基づいて、ある測定時点で各受光素子４ａのライン毎に補正後の暗電流出力ｙ’を演算すると共に、この各受光素子４ａのラインからの測光出力ｙを、暗電流出力ｙ’を用いて補正し、精密な測光特性を算出する。

このような補正を行うと、受光素子４ａのライン毎の暗電流出力にばらつきがある場合でも、正確な補正を行うことができる。また、熱雑音により、暗電流出力に変動がある場合でも、正確な補正を行うことができる。

なお、そのカットされた短波長側の光に対応する受光素子４ａのラインの暗電流出力Ｘ₀には、複数個のラインの暗電流出力の平均値を用いることもできる。例えば、図３には、短波長側の４ラインが、色ガラスフィルタ２６によりカットされる波長の光に対応するラインとして示されているが、この場合には、この４ラインのそれぞれの暗電流出力の総和を求め、この暗電流出力の総和を４で除した値を平均暗電流出力として用いることができる。

上記実施例では、受光素子としてＣＣＤの固体撮像素子を用いたが、その他ＣＭＯＳ等の受光素子を用いることができる。また、本実施例では、暗電流出力を得るために短波長側の波長をカットするフィルタにより、測定波長より短波長側の領域を利用したが、測定波長より長波長側の波長（例えば約780nm以上の波長、又は約830nm以上の波長）をカットするフィルタを用いて暗電流出力を検出し、補正する構成とすることもできる。さらに、バンドパスフィルタを用いて、短波長側と長波長側の両方を用いて暗電流出力を検出し、補正に利用することもできる。また、カットフィルタは、コリーメータレンズの後ろに配置することもできる。

Claims

測定対象物からの光を分光して測光する分光測光光学系と、
該分光測光光学系により波長毎に分光された光を受光する長方形状の受光部と、
該受光部の測光出力に基づき測光特性を演算する演算回路とを有し、
前記分光測光光学系は、
測定対象物からの光を平行光束に変換するコリメータレンズと、
該コリメータレンズを通過した光束を波長毎に分解する波長分解素子と、
波長毎に分解された各光束を前記受光部にそれぞれ集光させる集光レンズと、
可視光よりも短波長側の光をカットするカットフィルタとを有し、
前記受光部は、
波長毎に分光された光をそれぞれ受光する複数個の受光素子を有し、
該複数個の受光素子は、分光された光の所定の波長の位置に対応して横方向に配列されると共に、各波長に対応して横方向に配列された各受光素子が縦方向にそれぞれ波長毎に一ラインとしてまとめられ、前記複数個の受光素子は、前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置にも配列され、
前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子の出力が、暗電流出力として用いられ、
前記演算回路には、カットされる短波長側の光よりも長波長側の波長の光に対応した位置に配置された各受光素子からの測光出力を、前記暗電流出力を用いて補正する補正回路が設けられ、
前記補正回路には、前記カットフィルタによりカットされる短波長側の光に対応した位置に配置された受光素子の暗電流出力と、カットされる短波長側の光よりも長波長側の各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子の出力であって、かつ、当該各受光素子に光が当たらない状態で測定により求められた出力との比を各受光素子毎に保持する記憶部が接続され、前記補正回路は、短波長側の光よりも長波長側の各波長の光に対応した位置に配置された各受光素子毎の暗電流出力を前記比に基づいて求めることを特徴とする測光装置。
前記カットフィルタが、コリメータレンズの前に設けられ、該カットフィルタが、各波長の感度を補正するための色ガラスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記カットフィルタが、コリメータレンズの後ろに設けられ、該カットフィルタが、各波長の感度を補正するための色ガラスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記カットフィルタが、３８０ｎｍ以下の波長をカットすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測光装置。