JPH10206231A

JPH10206231A - 配光測定装置

Info

Publication number: JPH10206231A
Application number: JP797997A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imura; 健二井村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定光源の配光を高精度で測定することが
できる配光測定装置を提供する。【解決手段】楕円面鏡２は、その第１の焦点２２が被
測定領域１１の近傍位置に位置するように配置される。
また、楕円面鏡２には、当該第１の焦点２２を含み、し
かも回転対称軸２１に直交する仮想直交面２４上で回転
対称軸２１と平行に一定の幅を持つ楕円反射面２３が、
回転対称軸２１回りに１８０゜にわたって設けられてお
り、被測定領域１１から出射した光を反射し、この被測
定領域１１の強度分布像４を光学的焦点面上に形成す
る。そして、撮像部６がこの強度分布像４を撮像すると
ともに、この強度分布像４に基づき演算制御部が配光を
演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲンランプな
どの点光源、あるいはＣＲＴや液晶ディスプレイなどの
面光源（以下、これらを総称して「被測定光源」とい
う）の各方向への光度分布、つまり配光を測定する配光
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】配光は重要な光源特性のひとつであり、
従来より種々の配光測定装置が提案されている。例え
ば、特公平３−４８５８号公報には、ｆ・θレンズの前
側焦点に被測定光源を配置し、ｆ・θレンズの後側焦点
面上に被測定光源の空中像を形成し、さらに当該空中像
をリレーレンズ系でテレビジョン撮像装置の撮像面に再
結像させることで被測定光源の配光画像を観察する配光
測定装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、被測定光源
の配光を測定する場合、その測定可能範囲が重要とな
る。というのも、例えば被測定光源のひとつである液晶
ディスプレイでは、その配光特性が近年改良されてお
り、この改良型液晶ディスプレイを評価するためには、
液晶ディスプレイの各微小領域（被測定領域）について
当該被測定領域の法線に対して少なくとも±８０゜程度
の範囲にわたって配光を測定する必要がある。

【０００４】しかしながら、当該従来技術では、ｆ・θ
レンズを用いて被測定光源の配光画像を形成しているた
め、必然的に測定可能な範囲は被測定光源の被測定領域
の法線に対して±６０゜程度に止まっており、配光測定
装置に対する近年の要求を満足するのは困難な状況にあ
る。

【０００５】また、従来より周知のようにレンズへの入
射角によって当該入射光の偏光成分に対する透過率は変
化するため、ｆ・θレンズを介して配光を測定する従来
技術では正確な測定が困難である。例えば、被測定領域
から同一の光強度を有する光が被測定領域の法線に対し
て互いに異なる角度θ1、θ2で出射した場合、上記透過
率の不均一性によりｆ・θレンズを透過する光の強度が
角度θ1、θ2に応じて変化してしまう。特に、被測定光
源が偏光光源である液晶ディスプレイでは、この問題が
重大となる。

【０００６】なお、被測定光源から離れた位置に光電子
増倍管、フォトダイオードなどの光検出器を配置し、当
該光検出器を被測定光源に対して同心円状に順次移動さ
せながら各移動位置で光強度を検出することで、被測定
光源の配光を測定する方法が従来より提案されている
が、この方法によれば、上記問題は解消されるものの、
別の重大な問題が生じる。

【０００７】すなわち、この方法により高精度の配光測
定を行うためには、光検出器の移動と測定を数多く繰り
返して測定点を増やす必要があり、測定に時間がかかる
という問題がある。また、この方法ではすべての測定点
を同時に測定できないため、測定開始から完了までの
間、被測定光源が安定している光源にしか適用すること
ができず、実際上、被測定光源の配光を高精度で測定す
ることは不可能である。

【０００８】さらに、カラー画像を表示するＣＲＴや液
晶ディスプレイを評価するためには、色彩情報を含んだ
実際に人間に観測される配光、つまり色彩的配光を測定
することが重要となる。

【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、被測定光源の配光を高精度で測定す
ることができる配光測定装置を提供することを第１の目
的とする。

【００１０】また、この発明は、被測定光源の色彩的配
光を高精度で測定することができる配光測定装置を提供
することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
第１の目的を達成するため、第１の焦点が被測定光源の
被測定領域の近傍に配置されるとともに、前記第１の焦
点を含みしかも前記回転対称軸に直交する仮想直交面上
に位置する楕円反射面によって前記被測定領域から出射
した光を第２の焦点に集光する楕円面鏡と、前記被測定
領域から出射する平行光束が前記楕円反射面によって集
光する光学的焦点面上に、前記楕円面鏡によって形成さ
れる前記被測定領域の強度分布像を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された強度分布像に基づき前記
被測定領域における配光を求める演算制御部とを備えて
いる。

【００１２】この発明では、楕円面鏡の第１の焦点の近
傍に位置する被測定光源の被測定領域から出射した光が
当該楕円面鏡の楕円面鏡で反射された後、第２の焦点に
集光されるように構成されており、この被測定領域の強
度分布像が光学的焦点面上に形成される。そして、撮像
部がこの強度分布像を撮像するとともに、この強度分布
像に基づき演算制御部が配光を演算する。

【００１３】請求項２の発明は、前記楕円反射面を前記
回転対称軸回りに約１８０゜にわたって設けている。

【００１４】この発明では、回転対称軸に対して直交
し、しかも当該回転対称軸回りに約１８０゜の範囲で被
測定領域から出射する光が楕円反射面で反射され、略半
円状の強度分布像が光学的焦点面上に形成される。そし
て、この像が撮像部で撮像され、演算制御部で１８０゜
の範囲にわたる配光が同時に演算される。

【００１５】請求項３の発明は、前記第２の焦点に配置
され、前記光学的焦点面に形成される前記被測定領域の
強度分布像を前記撮像部の撮像面上に再結像するリレー
レンズ系を、さらに備えている。

【００１６】この発明では、リレーレンズ系が光学的焦
点面に結像された強度分布像を撮像部の撮像面に再結像
し、当該撮像部が強度分布像を撮像する。

【００１７】請求項４の発明は、前記被測定領域に対応
した開口を有し、前記リレーレンズ系の近傍に配置され
た絞り板を、さらに備えている。

【００１８】この発明では、絞り板に設けられた開口が
視野絞りとして機能する。

【００１９】請求項５の発明は、前記撮像部を前記被測
定領域の法線上に固定配置するとともに、折り返し光学
系を前記楕円面鏡から前記撮像部までの光学経路上に配
置し、前記楕円面鏡から出射する反射光を折り返し、前
記撮像部に向けて伸びる光軸を前記法線とほぼ一致させ
る。

【００２０】この発明では、折り返し光学系によって楕
円面鏡により反射された光が撮像部に伸びる光軸と一致
しながら撮像部に入射する。

【００２１】請求項６の発明は、前記楕円面鏡と前記折
り返し光学系を前記法線回りに回転自在に構成するとと
もに、前記楕円面鏡と前記折り返し光学系を前記法線回
りに回転駆動する回転駆動手段を、さらに備えている。

【００２２】この発明では、回転駆動手段によって楕円
面鏡と前記折り返し光学系とが被測定領域の法線回りに
回転する。このため、各回転角度位置で撮像部によって
強度分布像を撮像するとともに、当該強度分布像から各
回転角度位置での１次元の配光を順次求めることで、被
測定領域の二次元的な配光が得られる。

【００２３】請求項７の発明は、上記第２の目的を達成
するため、前記撮像部によって互いに異なる複数の分光
感度で前記強度分布像を撮像して複数の分光画像情報を
出力するとともに、前記演算制御部によって前記複数の
分光画像情報から前記被測定領域における色彩的配光を
求めるように構成している。

【００２４】この発明では、撮像部が互いに異なる複数
の分光感度で強度分布像を撮像することで各分光感度に
応じた分光画像情報を求めるとともに、これら複数の分
光画像情報に基づき演算制御部が被測定領域における色
彩的配光を求める。

【００２５】請求項８の発明は、上記第２の目的を達成
するため、互いに異なる分光透過率を有する複数のフィ
ルタを選択的に光軸上に位置決め自在なフィルタ切換部
をさらに備え、前記演算制御部によって、前記フィルタ
切換部を制御して前記光軸上に前記複数のフィルタを順
次位置決めしながら、前記撮像部によって位置決めされ
たフィルタに対応する分光感度で前記強度分布像を撮像
することで得られる複数の分光画像情報に基づき、前記
被測定領域における色彩的配光を求めるように構成して
いる。

【００２６】この発明では、互いに異なる分光透過率を
有する複数のフィルタが選択的に光軸上に位置決めさ
れ、撮像部は位置決めされたフィルタに応じた分光感度
で強度分布像を撮像し、分光感度ごとの分光画像情報を
得る。そして、こうして得られた複数の分光画像情報に
基づき演算制御部が被測定領域における色彩的配光を求
める。

【００２７】請求項９の発明は、前記光学的焦点面上に
形成される強度分布像に沿った開口を有し、前記光学的
焦点面に配置されたアパーチャ板をさらに備えている。

【００２８】この発明では、アパーチャ板の開口が強度
分布像に沿って設けられており、撮像部は強度分布像を
撮像する。

【００２９】請求項１０の発明は、前記撮像部をフルフ
レームＣＣＤで構成するとともに、当該フルフレームＣ
ＣＤの結像領域で強度分布電荷像を形成するようにして
いる。そして、フィルタの位置決めが行われるごとに、
前記フルフレームＣＣＤ上の電荷像全体を所定方向に全
体的に平行移動させた後、当該電荷像の移動を停止し、
前記強度分布像を前記フルフレームＣＣＤの結像領域上
に形成した後、再度、前記フルフレームＣＣＤ上の電荷
像全体を前記所定方向に全体的に平行移動させること
で、当該位置決めされたフィルタの分光感度で強度分布
電荷像を求めている。

【００３０】この発明では、フルフレームＣＣＤ上の電
荷像全体が所定方向に全体的に平行移動された後、当該
電荷像の移動を停止することで、前記フルフレームＣＣ
Ｄの結像領域上への強度分布像の露光が開始され、一定
時間が経過すると、強度分布像に対応する電荷像、つま
り強度分布電荷像が得られる。そして、再度、前記フル
フレームＣＣＤ上の電荷像全体が前記所定方向に全体的
に平行移動されて、余分な電荷が蓄積されるのを防止す
る。すなわち、電荷像を移動させることで、電子シャッ
タが構成されており、位置決めされたフィルタの分光感
度に応じた強度分布電荷像を確実に形成している。

【００３１】請求項１１の発明は、前記複数のフィルタ
を前記光軸上に順次位置決めして互いに異なる分光感度
の複数の強度分布電荷像を前記フルフレームＣＣＤ上に
形成した後で、前記フルフレームＣＣＤの電荷情報をア
ナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段をさらに備
えている。

【００３２】この発明では、複数の強度分布電荷像が一
度にフルフレームＣＣＤから取り出され、アナログ／デ
ィジタル変換に要する時間が短縮される。

【００３３】請求項１２の発明は、前記フィルタの位置
決めが行われるごとに、前記フルフレームＣＣＤの電荷
情報をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段を
さらに備えている。

【００３４】この発明では、フィルタの位置決めを行
い、当該フィルタに対応する分光感度で強度分布電荷像
を求めるごとに、当該強度分布電荷像がフルフレームＣ
ＣＤから取り出される。

【００３５】請求項１３の発明は、前記Ａ／Ｄ変換手段
によって前記強度分布電荷像に対応する電荷情報のみを
アナログ／ディジタル変換するように構成している。

【００３６】この発明では、強度分布電荷像に対応する
電荷情報のみがアナログ／ディジタル変換され、アナロ
グ／ディジタル変換に要する時間が短縮される。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１および図２は、この発明にか
かる配光測定装置の第１の実施形態を示す図であり、図
１は光学的構成を示す一方、図２は光学的構成および電
気的構成を示している。この配光測定装置は、液晶ディ
スプレイなどの面光源（被測定光源）１の微小領域（被
測定領域）１１の配光を測定する装置である。

【００３８】この配光測定装置は半円環状の楕円面鏡２
を備えている。この楕円面鏡２は回転対称軸２１を有し
ており、その第１の焦点２２が被測定領域１１の近傍位
置に位置するように配置されている。また、楕円面鏡２
の楕円反射面２３は、当該第１の焦点２２を含み、しか
も回転対称軸２１に直交する仮想直交面２４上で回転対
称軸２１と平行に一定の幅を持っており、被測定領域１
１から出射する光を反射して第２の焦点２５に集光する
ように構成されている。さらに、この実施形態では、楕
円反射面２３は回転対称軸２１回りに１８０゜にわたっ
て設けられている。このため、被測定領域１１の法線１
２に対して角度θをなす方向に出射した平行光束Ｌ（図
３）は楕円面鏡２の楕円反射面２３によって反射され、
図１に示すように焦点面３上で法線１２と平行に伸びる
法線３１に対して角度θをなす点Ｐθに結像される。し
たがって、法線１２に対して±９０゜の範囲において被
測定領域１１から出射する平行光束Ｌは楕円面鏡２によ
って焦点面３上の対応する位置に結像され、その結果、
半円形状の被測定領域１１の強度分布像４が当該焦点面
３上に形成される。なお、この明細書では、楕円面鏡２
の２つの焦点２２、２５と、上記焦点面３とを明確に区
別するため、被測定領域１１から出射する平行光束Ｌが
楕円反射面２３によって集光する焦点面３を特に「光学
的焦点面」と称する。

【００３９】また、この配光測定装置には第２の焦点２
５の近傍にリレーレンズ系５が設けられており、上記の
ように光学的焦点面３上に形成された強度分布像４を撮
像部６の撮像面６１上に再結像する。したがって、リレ
ーレンズ系５の倍率を調整することで強度分布像４を適
当な大きさで撮像面６１に拡大、等倍あるいは縮小リレ
ーすることができるが、この実施形態では、図１から明
らかなようにリレーレンズ系５によって光学的焦点面３
上の強度分布像４を撮像面６１に縮小リレーし、撮像部
６で撮像している。なお、リレーレンズ系５を設けず
に、撮像部６の撮像面６１を光学的焦点面３の位置に配
置して強度分布像４を直接撮像するようにしてもよい。

【００４０】さらに、この実施形態では、リレーレンズ
系５の前側近傍に被測定領域１１に対応する開口７１が
設けられた絞り板７が配置されており、この絞り板７を
設けることで被測定領域１１を決定している。すなわ
ち、絞り板７は視野絞りとして機能している。ただし、
絞り板７の配設位置はリレーレンズ系５の前側近傍に限
定されるものではなく、リレーレンズ系５の後側近傍で
あってもよい。また、リレーレンズ系５の外枠（図示省
略）などによって被測定領域１１が実質的に決定される
場合には、絞り板７を設ける必要はない。

【００４１】次に、図２を参照しながら配光測定装置の
電気的構成について説明する。この配光測定装置では、
撮像部６にＡ/Ｄ変換回路８１が接続されており、撮像
部６によって撮像された強度分布像４に対応する画像情
報がアナログ／ディジタル変換された後、Ｉ／Ｏ８２を
介して演算制御部８３に入力されるように構成されてい
る。この演算制御部８３は、強度分布像４に対応する画
像情報に基づき被測定領域１１の配光を演算するＣＰＵ
８３１と、当該画像情報を一時的に記憶するためのＲＡ
Ｍ８３２と、後述するプログラムなどを予め記憶するた
めのＲＯＭ８３３とで構成されており、次に説明するよ
うにして強度分布像４から被測定領域１１の配光を演算
によって求める。

【００４２】図４は、撮像面６１を構成する画素に対応
するメモリ空間と、撮像面６１上に再結像された強度分
布像４１との対応関係を模式的に示す図である。このメ
モリ空間は複数の画像情報をマトリックス状に配列した
ものであり、演算制御部８３において、強度分布像４１
の一部、例えば被測定領域１１の法線１２と平行に伸び
る法線に対して角度θをなす部分に対応する３×３の画
像データ（同図(b））をＲＡＭ８３２から読み出し、そ
れら９個の画像データＤ(m-1,n-1）、…、Ｄ(m+1,n+1）
の積分値を角度θへの光度として求める。このような処
理を法線に対して±９０゜の範囲内のすべてについて行
い、被測定領域１１の１次元的な配光を演算する。な
お、強度分布像４１に対応する画像データの取り方は３
×３のマトリックスに限定されるものではなく、任意で
ある。また、ここでは、積分値を角度θへの光度として
求めているが、その他の特定値（例えば平均値など）を
角度θへの光度としてもよい。

【００４３】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、被測定領域１１の配光を法線１２に対して±９０゜
の範囲で測定することができ、近年改良された液晶ディ
スプレイなどの被測定光源１の評価が可能となる。ま
た、被測定領域１１から出射する光Ｌを回転対称軸２１
に対して対称な形状を有する楕円反射面２３で反射し、
強度分布像４を形成しているため、法線１２に対するい
ずれの角度においても、楕円反射面２３への入射角は同
一であり、リレーレンズ５への入射角も同一であるだけ
でなく、被測定光源１が偏光光源である場合にも、偏光
方向と各面の相対関係が同一であるため、測定結果が角
度θに依存するという従来例の問題は生じない。さら
に、この実施形態では、一度に法線１２に対し±９０゜
の範囲で強度分布像４（４１）を撮像しているため、時
間経過に伴う光源の変動の影響を受けることなく、精度
良く配光を測定することができる。

【００４４】なお、上記第１の実施形態では１次元の配
光を測定するに止まるが、楕円面鏡２、リレーレンズ系
５、撮像部６および絞り板７を一体的に、しかも被測定
領域１１に対して相対的に、被測定領域１１の法線１２
回りに回転させながら、各回転位置で上記のようにして
１次元の配光を順次測定することで被測定領域１１の２
次元配光を測定することができる。そこで、かかる２次
元配光を測定可能な配光測定装置の実施形態を第２の実
施形態として以下に詳述する。

【００４５】図５は、この発明にかかる配光測定装置の
第２の実施形態を示す図である。この第２の実施形態に
かかる配光測定装置が第１の実施形態のそれと大きく相
違する点は、以下の３点である。

【００４６】まず、この第２の実施形態では撮像部６が
被測定領域１１の法線１２上に固定配置されており、回
転対称軸２１の上に配置された第１の実施形態と相違す
る。

【００４７】また、楕円面鏡２とリレーレンズ系５との
間に４枚の折り返しミラー９１〜９４からなる折り返し
光学系９が設けられている点である。折り返しミラー９
１〜９４は、被測定領域１１から出射し、楕円反射面２
３で反射された光Ｌを順次折り返して最終的に撮像部６
に向かって伸びる光軸ＯＡが被測定領域１１の法線１２
とほぼ一致させている。

【００４８】さらに、この実施形態では、楕円面鏡２
と、折り返し光学系９と、リレーレンズ系５とからなる
構造体Ａが一体的に被測定領域１１の法線１２回りに回
転自在と構成されるとともに、当該構造体Ａが回転駆動
部８４によって回転駆動されるように構成されている。

【００４９】なお、その他の構成はすでに説明した第１
の実施形態と同一であるため、同一符号を付して説明を
省略する。

【００５０】以上のように構成された配光測定装置で
は、被測定領域１１から出射した平行光束Ｌが楕円面鏡
２で反射され、さらに折り返し光学系９で反射されなが
ら、光学的焦点面（図５への図示を省略する）上に半円
状の強度分布像が形成される。そして、折り返し光学系
９によって第２の焦点に配置されたリレーレンズ系５に
導かれ、強度分布像が撮像面６１に再結像され、上記第
１の実施形態と同様にして１次元の配光を測定可能とな
っている。

【００５１】しかも、この第２の実施形態では、構造体
Ａを被測定領域１１の法線１２回りに回転させながら、
各回転位置で上記のようにして１次元の配光を順次測定
するため、当該配光測定装置によって被測定領域１１の
２次元配光を測定することができる。

【００５２】さらに、この実施形態では、撮像部６を固
定配置し、構造体Ａのみを回転させる構成を採用してい
るため、撮像部６に接続される電気配線も固定すること
ができ、次のような効果が得られる。すなわち、上記に
おいて説明したように、楕円面鏡２、リレーレンズ系
５、撮像部６および絞り板７を一体的に被測定領域１１
の法線１２回りに回転させる構成を採用することで被測
定領域１１の２次元配光の測定が可能となるが、撮像部
６を回転させる場合には、当該撮像部６に接続される電
気配線も当該回転動作に応じて移動するため、特殊な電
線処理を施す必要がある。これに対し、第２の実施形態
では、撮像部６に向かって伸びる光軸ＯＡを被測定領域
１１の法線１２と一致させて撮像部６を固定したままで
２次元配光を測定可能に構成しているため、撮像部６に
接続される電線も固定配設することができ、特殊な配線
処理が不要となっている。

【００５３】図６は、この発明にかかる配光測定装置の
第３の実施形態を示す図である。この配光測定装置は、
以下の相違点を除き、第１の実施形態の装置と基本的に
共通する。そこで、ここでは、相違点を中心に詳細に説
明する一方、共通構成については同一符号を付して説明
を省略する。

【００５４】まず、この配光測定装置では、開口１０１
を有するアパーチャ板１００（図７）が光学的焦点面３
上に配設されている。この開口１０１は強度分布像４に
沿った半円状であり、強度分布像４は当該開口１０１お
よびリレーレンズ系５を介して撮像面６１に再結像され
る一方、強度分布像４を除く領域についてはアパーチャ
板１００で遮光される。したがって、強度分布像４（４
１）のみが撮像面６１の特定位置（後で説明する図１０
(b）の強度分布像形成位置）に結像される。

【００５５】また、この配光測定装置には、図６に示す
ように、リレーレンズ系５と撮像部６との間にフィルタ
切換部１１０が配設されている。このフィルタ切換部１
１０は、国際照明委員会（ＣＩＥ）が推奨する標準観察
者の感度ｘ、ｙ、ｚに準じた３種類の分光透過率を有す
るフィルタＦx、Ｆy、Ｆzを選択的に光軸上に位置させ
て各分光感度で強度分布像４（４１）を撮像部６で撮像
可能とする。すなわち、このフィルタ切換部１１０で
は、円板部材１１１が回転自在に設けられており、この
円板部材１１１に同心円上の４等分点のうち３点に相当
する位置に３つの貫通孔１１２、１１３、１１４が設け
られるとともに、フィルタＦx、Ｆy、Ｆzがそれぞれ取
り付けられている。さらに、この円板部材１１１にモー
タ１１６が連結され、回転駆動部８５からの信号に応じ
てモータ１１６が作動すると、円板部材１１１が回転
し、フィルタＦx、Ｆy、Ｆzが選択的に光軸上に位置す
る。なお、上記４等分点のうち残りの１点に相当する領
域１１５には、貫通孔は設けられておらず、モータ１１
６によって当該領域１１５を光軸上に位置させると、当
該領域１１５によってリレーレンズ系５から出射する光
が遮光される。つまり、当該領域１１５が遮光領域とし
て機能するとともに、この遮光領域１１５の光軸への移
動・退避によって機械的シャッタが実現される。

【００５６】さらに、フィルタＦx、Ｆy、Ｆzを介して
強度分布像４（４１）を撮像するように構成しており、
撮像部６によって強度分布像４（４１）のＳＮ比は低く
ならざるを得ない。というのも、ＣＩＥのｘ、ｙ、ｚに
準じたフィルタＦx、Ｆy、Ｆzを作成するためには、そ
れぞれ複数のフィルタを組み合わせる必要があり、フィ
ルタＦx、Ｆy、Ｆzの透過率は約２０％程度と低くなっ
てしまうからである。そこで、このような技術背景か
ら、第３の実施形態では、高輝度はもちろんのこと低輝
度の被測定光源についても配光を測定するため、撮像部
６として冷却型のフルフレームＣＣＤを採用するととも
に、フルフレームＣＣＤ６からの出力をＡ/Ｄ変換回路
８１によって１２ビットでアナログ／ディジタル変換
し、Ｉ／Ｏ８２を介して演算制御部８３に与え、次に説
明する演算処理を実行して各分光感度ごとの配光を測定
し、色彩的配光を求めている。

【００５７】図９は第３の実施形態にかかる配光測定装
置の動作を示すフローチャートであり、また図１０は同
装置の動作を模式的に示す図である。なお、この配光測
定装置の初期状態では、遮光領域１１５が光軸上に位置
決めされている。

【００５８】被測定光源１を点灯させ、被測定領域１１
の配光測定を開始すると、まず回転駆動部８５からの信
号を受けてモータ１１６が駆動し、遮光領域１１５に換
えてフィルタＦxを光軸上に位置させる（ステップＳ
１）。これによって、被測定領域１１から出射する光が
楕円面鏡２の楕円反射面２３で反射され、アパーチャ板
１００の開口１０１上に集光されて強度分布像４が結像
され、さらに当該強度分布像４がフィルタＦxの分光感
度でフルフレームＣＣＤ６の撮像面６１に再結像されて
撮像面６１の特定位置に強度分布像４１に対応する電荷
像４１ａが形成される（図１０(a)）。

【００５９】ここで、このように遮光領域１１５からフ
ィルタＦxに切り換えることで露光を開始させる、つま
りフィルタ切換部１１０による機械的シャッタにより露
光を制御することは可能であり、一定時間露光を継続さ
せてフィルタＦxの分光感度で強度分布像４（４１）を
撮像し、その後、上記と同様にしてフィルタＦxからフ
ィルタＦyに切り換えてフィルタＦyの分光感度で強度分
布像４（４１）を撮像し、さらにフィルタＦyからフィ
ルタＦzに切り換えてフィルタＦzの分光感度で強度分布
像４（４１）を撮像するようにしてもよい。

【００６０】しかしながら、機械的シャッタでは、切換
処理に伴って時間的ずれが生じ、不安定となる。そこ
で、この実施形態では、より精度良く各分光感度で強度
分布像４（４１）を撮像するため、以下に詳述するよう
に電子シャッタを採用している。

【００６１】すなわち、次のステップＳ２で、撮像面６
１で適当な画素列数だけ所定方向（この実施形態では下
方向）に平行に電荷シフトする。すると、図１０(b)に
示すように、電荷像４１ａが１点鎖線で示す強度分布像
４１の形成位置（以下「強度分布像形成位置」という）
から電荷シフトし、強度分布形成位置の画素がクリアさ
れる。そして、時間経過とともに、強度分布像形成位置
に対応する画素において電荷が蓄積されていき、強度分
布像４１に対応する電荷像４１ｘが形成される（同図
(c)）。つまり、電荷シフトによってフィルタＦxの分光
感度での強度分布像４１の露光を開始する。

【００６２】そして、所定の露光時間が経過する（ステ
ップＳ３で「ＹＥＳ」と判定する）と、上記ステップＳ
２と同様に、撮像面６１で適当な画素列数だけ下方向に
平行に電荷シフトする（ステップＳ４）。これによっ
て、図１０(d)に示すように、電荷像４１ａ、４１ｘが
それぞれ下方向に平行に移動するとともに、強度分布像
形成位置の画素が一旦クリアされる。この後、時間経過
に伴って強度分布像形成位置に対応する画素において電
荷が蓄積されて、電荷像４１ｂが形成されるが、電荷像
４１ｘは全く影響を受けず、露光開始（ステップＳ２）
から露光終了（ステップＳ４）までに形成された電荷像
のままとなっている。つまり、電荷シフトがシャッタの
役割を果たしている。

【００６３】上記のようにしてフィルタＦxの分光感度
に応じた露光処理を完了すると、上記ステップＳ１〜Ｓ
４と同様の処理を繰り返す。すなわち、再度モータ１１
６を駆動し、フィルタＦxに換えてフィルタＦyを光軸上
に位置させる（ステップＳ５）。これによって、フィル
タＦyの分光感度でフルフレームＣＣＤ６の撮像面６１
に強度分布像４（４１）が結像される。そして、次のス
テップＳ６で撮像面６１において適当な画素列数だけ下
方向に平行に電荷シフトしてフィルタＦyの分光感度で
露光処理を開始し、ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判定す
る（所定の露光時間が経過する）と、再度、撮像面６１
で適当な画素列数だけ下方向に平行に電荷シフトして当
該露光処理を完了する（ステップＳ８）。このように一
連の処理（ステップＳ５〜Ｓ８）を実行することで、図
１０(e)に示すように、電荷像４１ａ、４１ｘ、４１ｂ
に続いて、電荷像４１ｙおよび４１ｃが下方向から上方
向に順次平行に並んだ状態で撮像面６１に形成される。

【００６４】上記のようにしてフィルタＦyの分光感度
に応じた露光処理を完了すると、上記と同様の処理を繰
り返す。すなわち、再度モータ１１６を駆動し、フィル
タＦyに換えてフィルタＦzを光軸上に位置させる（ステ
ップＳ９）。これによって、フィルタＦzの分光感度で
フルフレームＣＣＤ６の撮像面６１に強度分布像４（４
１）が結像される。そして、次のステップＳ１０で撮像
面６１において適当な画素列数だけ下方向に平行に電荷
シフトしてフィルタＦzの分光感度で露光処理を開始
し、ステップＳ１１で「ＹＥＳ」と判定する（所定の露
光時間が経過する）と、再度、撮像面６１で適当な画素
列数だけ下方向に平行に電荷シフトして当該露光処理を
完了する（ステップＳ１２）。このように一連の処理
（ステップＳ９〜Ｓ１２）を実行することで、図１０
(f)に示すように、電荷像４１ａ、４１ｘ、４１ｂ、４
１ｙ、４１ｃに続いて、電荷像４１ｚおよび４１ｄが下
方向から上方向に順次平行に並んだ状態で撮像面６１に
形成される。

【００６５】上記のようにして互いに異なる３種類の分
光感度で強度分布電荷像４１ｘ、４１ｙ、４１ｚをフル
フレームＣＣＤ６の撮像面６１上に形成すると、再度モ
ータ１１６の作動によってフィルタＦzに換えて遮光領
域１１５を光軸上に位置させる。その後で、フルフレー
ムＣＣＤ６からすべての電荷像４１ａ、４１ｘ、４１
ｂ、４１ｙ、４１ｃ、４１ｚおよび４１ｄを読み出し、
Ａ/Ｄ変換回路８１によって１２ビットでアナログ／デ
ィジタル変換し（ステップＳ１３）、各分光感度に対応
した分光画像情報をＩ／Ｏ８２を介して演算制御部８３
のＲＡＭ８３２に記憶する。

【００６６】そして、第１の実施形態と同様にして、分
光感度ごとに対応する分光画像情報に基づき配光を求
め、色彩的配光を測定している。

【００６７】以上のように、この実施形態によれば、フ
ィルタＦx、Ｆy、Ｆzの分光感度ごとに配光を測定して
おり、色彩情報を含んだ実際に人間に観測される配光、
つまり色彩的配光を測定することができる。

【００６８】また、３種類の強度分布電荷像４１ｘ、４
１ｙ、４１ｚを電子シャッタ方式で形成しているため、
機械的シャッタを用いた場合に比べて安定して電荷像を
得ることができ、測定精度を向上させることができる。

【００６９】なお、３種類の強度分布電荷像４１ｘ、４
１ｙ、４１ｚを撮像面６１に形成した後で、一度にすべ
ての電荷情報をフルフレームＣＣＤ６から取り出し、ア
ナログ／ディジタル変換しているが、各強度分布電荷像
４１ｘ、４１ｙ、４１ｚを形成するごとに電荷情報を取
り出し、アナログ／ディジタル変換してもよい。ただ
し、ある強度分布電荷像を形成してから次の強度分布電
荷像を形成するまでの時間間隔を考えると、色彩的配光
の測定精度を向上させる観点からは当該時間間隔を極力
短くするのが望ましく、この点から３種類の強度分布電
荷像４１ｘ、４１ｙ、４１ｚを連続的に形成した後で一
度に取り出すこととした上記実施形態の方が有利であ
る。

【００７０】また、撮像面６１における強度分布電荷像
４１ｘ、４１ｙ、４１ｚに対応する画素は予め既知であ
るため、当該画素に蓄積された電荷情報のみをアナログ
／ディジタル変換するようにすれば、アナログ／ディジ
タル変換に要する時間を大幅に短縮することができる。

【００７１】また、上記実施形態では、フィルタ切換部
１１０でフィルタＦx、Ｆy、Ｆzを選択的に光軸上に位
置させることで異なる分光感度で強度分布像４（４１）
を撮像しているため、撮像部６としてモノクロのフルフ
レームＣＣＤ６を採用することができるが、フィルタ切
換部１１０を設ける代わりに、撮像部６を例えば三板式
のカラーＣＣＤカメラで構成してもよい。

【００７２】以上、第１〜第３実施形態に即してこの発
明を説明したが、この発明はこれらの実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態はいずれも楕
円反射面２３を回転対称軸２１回りに１８０゜にわたっ
て設けられているため、配光の測定範囲は被測定領域１
１の法線１２に対して±９０゜となっているが、楕円反
射面２３の配設範囲は１８０゜に限定されるものではな
く、任意であり、例えば回転対称軸２１回りに３６０゜
にわたって設けることで測定可能範囲も３６０゜とな
り、ハロゲンランプなどの点光源の配光を測定すること
ができる。

【００７３】また、第２の実施形態のように本発明によ
る配光測定装置を被測定領域１１の法線１２の回りに回
転させて、各回転位置での１次元の配光を順次測定し
て、２次元的な配光を測定する場合、１つには各回転位
置での測定に時間的ずれがあるため、もう１つには被測
定光源が偏光光源である場合、各回転位置によって偏光
方向と楕円面鏡以下の各入射面との相対関係が変わるた
め、各回転位置によって光学系の透過率が異なる。しか
しながら、法線方向の強度は各回転位置について常に測
定されているため、この法線方向の強度が各回転位置で
等しくなるようにノルマライズすることで時間的なずれ
と偏光の影響を避けることができる。

【００７４】また、液晶ディスプレイやＣＲＴのように
被測定領域１１が２次元的に配列している面光源の配光
を測定する場合、上記実施形態にかかる配光測定装置を
面光源に沿って相対的に平行移動させるように構成すれ
ば、面光源全体の配光を測定することができる。

【００７５】さらに、比較的広い表面サイズを有する面
光源を測定する場合、第１および第３の実施形態にかか
る配光測定装置では面光源の一部がリレーレンズ系５、
撮像部６、絞り板７あるいはアパーチャ板１００と干渉
したり、装置内を進む光を遮ったりして測定不能となる
ことがある。しかし、このような場合には、適当な位置
に折り返し光学系を挿入することで面光源との干渉およ
び面光源による遮光を防止することができる。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、楕円
面鏡の第１の焦点の近傍に位置する被測定領域の強度分
布像を当該楕円面鏡の楕円反射面によって光学的焦点面
上に形成し、撮像部によって当該強度分布像を撮像し、
さらに当該強度分布像に基づき演算制御部が配光を演算
するように構成しているので、被測定領域の法線に対す
るいずれの角度においても、楕円反射面以下の各入射面
への入射角は同一であるだけでなく、被測定光源が偏光
光源である場合にも、偏光方向と各面の相対関係が同一
であるため、測定結果が角度に依存するという従来例の
問題は生じない。さらに、一度に強度分布像を撮像して
いるため、光源の変動の影響を受けることなく、精度良
く配光を測定することができる。

【００７７】特に、楕円反射面を回転対称軸回りに約１
８０゜にわたって設けることで、被測定領域の配光を法
線に対して±９０゜の範囲で測定することができ、近年
改良された液晶ディスプレイなどの被測定光源の評価が
可能となる。

【００７８】また、リレーレンズ系をさらに設けること
で、光学的焦点面に結像された強度分布像を適当な倍率
でリレーすることができ、撮像部の撮像面に応じたサイ
ズで強度分布像を撮像することができる。

【００７９】また、撮像部を被測定領域の法線上に固定
配置するとともに、折り返し光学系を前記楕円面鏡と前
記撮像部との間に配置し、楕円面鏡から出射する反射光
を折り返し、撮像部に向けて伸びる光軸を法線とほぼ一
致させるように構成するとともに、楕円面鏡と折り返し
光学系を法線回りに回転するように構成することで、被
測定領域の二次元的な配光を測定可能となる。

【００８０】また、撮像部によって互いに異なる複数の
分光感度で強度分布像をそれぞれ撮像して複数の分光画
像情報を求めるように構成することができ、これによっ
て複数の分光画像情報から被測定領域における色彩的配
光を求めることができる。

【００８１】また、互いに異なる分光透過率を有する複
数のフィルタを選択的に光軸上に位置決め自在なフィル
タ切換部をさらに備え、光軸上に前記複数のフィルタを
順次位置決めしながら、撮像部によって位置決めされた
フィルタに対応する分光感度で強度分布像を撮像するよ
うに構成することで、複数の分光画像情報に基づき、前
記被測定領域における色彩的配光を求めることができ
る。

【００８２】また、撮像部をフルフレームＣＣＤで構成
するとともに、当該フルフレームＣＣＤの結像領域で強
度分布電荷像を形成するように構成するとともに、フィ
ルタの位置決めが行われるごとに、前記フルフレームＣ
ＣＤ上の電荷像全体を所定方向に全体的に平行移動させ
た後、当該電荷像の移動を停止し、前記強度分布像を前
記フルフレームＣＣＤの結像領域上に形成した後、再
度、前記フルフレームＣＣＤ上の電荷像全体を前記所定
方向に全体的に平行移動させて当該位置決めされたフィ
ルタの分光感度で強度分布電荷像を求めるように構成す
ることで、電荷像の移動による電子シャッタにより分光
感度に応じた強度分布電荷像を確実に形成することがで
きる。

【００８３】また、複数のフィルタを前記光軸上に順次
位置決めして互いに異なる分光感度の複数の強度分布電
荷像を前記フルフレームＣＣＤ上に形成した後で、前記
フルフレームＣＣＤの電荷情報をアナログ／ディジタル
変換するように構成することで、複数の強度分布電荷像
を一度にフルフレームＣＣＤから取り出すことができ、
アナログ／ディジタル変換に要する時間を短縮すること
ができる。

【００８４】さらに、強度分布電荷像に対応する電荷情
報のみをアナログ／ディジタル変換するように構成する
ことで、アナログ／ディジタル変換に要する時間を短縮
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる配光測定装置の第１の実施形
態における光学的構成を示す斜視図である。

【図２】この発明にかかる配光測定装置の第１の実施形
態における光学的および電気的構成を示す図である。

【図３】楕円面鏡を光学的焦点面側より見た正面図であ
る。

【図４】撮像面を構成する画素に対応するメモリ空間
と、撮像面上に再結像された強度分布像との対応関係を
模式的に示す図である。

【図５】この発明にかかる配光測定装置の第２の実施形
態を示す図である。

【図６】この発明にかかる配光測定装置の第３の実施形
態を示す図である。

【図７】アパーチャ板の正面図である。

【図８】フィルタ切換部の正面図である。

【図９】第３の実施形態にかかる配光測定装置の動作を
示すフローチャートである。

【図１０】図６の装置の動作を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１被測定光源２楕円面鏡３光学的焦点面４、４１強度分布像５リレーレンズ系６フルフレームＣＣＤ６撮像部７絞り板９折り返し光学系１１被測定領域１２（被測定領域１１の）法線２１回転対称軸２２第１の焦点２３楕円反射面２５第２の焦点３１法線４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ強度分布電荷像６１撮像面７１（絞り板７の）開口８１Ａ/Ｄ変換回路８３演算制御部８４回転駆動部１００アパーチャ板１０１（アパーチャ板１００の）開口１１０フィルタ切換部Ｆx、Ｆy、Ｆz フィルタＬ平行光束ＯＡ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の焦点が被測定光源の被測定領域の
近傍に配置されるとともに、前記第１の焦点を含みしか
も前記回転対称軸に直交する仮想直交面上に位置する楕
円反射面によって前記被測定領域から出射した光を第２
の焦点に集光する楕円面鏡と、前記被測定領域から出射する平行光束が前記楕円反射面
によって集光する光学的焦点面上に、前記楕円面鏡によ
って形成される前記被測定領域の強度分布像を撮像する
撮像部と、前記撮像部によって撮像された強度分布像に基づき前記
被測定領域における配光を求める演算制御部とを備えた
ことを特徴とする配光測定装置。
【請求項２】前記楕円反射面が前記回転対称軸回りに
約１８０゜にわたって設けられた請求項１記載の配光測
定装置。
【請求項３】前記第２の焦点に配置され、前記光学的
焦点面に形成される前記被測定領域の強度分布像を前記
撮像部の撮像面上に再結像するリレーレンズ系を、さら
に備えた請求項１または２記載の配光測定装置。
【請求項４】前記被測定領域に対応した開口を有し、
前記リレーレンズ系の近傍に配置された絞り板を、さら
に備えた請求項３記載の配光測定装置。
【請求項５】前記撮像部が前記被測定領域の法線上に
固定配置されるとともに、前記楕円面鏡から前記撮像部までの光学経路上に配置さ
れ、前記楕円面鏡から出射する反射光を折り返し、前記
撮像部に向けて伸びる光軸を前記法線とほぼ一致させる
折り返し光学系を、さらに備える請求項１ないし４のい
ずれかに記載の配光測定装置。
【請求項６】前記楕円面鏡と前記折り返し光学系を前
記法線回りに回転自在に構成するとともに、前記楕円面鏡と前記折り返し光学系を前記法線回りに回
転駆動する回転駆動手段を、さらに備えた請求項５記載
の配光測定装置。
【請求項７】前記撮像部が、互いに異なる複数の分光
感度で前記強度分布像を撮像して複数の分光画像情報を
出力するとともに、前記演算制御部が、前記複数の分光画像情報から前記被
測定領域における色彩的配光を求める請求項１ないし６
のいずれかに記載の配光測定装置。
【請求項８】互いに異なる分光透過率を有する複数の
フィルタを選択的に光軸上に位置決め自在なフィルタ切
換部をさらに備え、前記演算制御部が、前記フィルタ切換部を制御して前記
光軸上に前記複数のフィルタを順次位置決めしながら、
前記撮像部によって位置決めされたフィルタに対応する
分光感度で前記強度分布像を撮像することで得られる複
数の分光画像情報に基づき、前記被測定領域における色
彩的配光を求める請求項１ないし６のいずれかに記載の
配光測定装置。
【請求項９】前記光学的焦点面上に形成される強度分
布像に沿った開口を有し、前記光学的焦点面に配置され
たアパーチャ板をさらに備えた請求項８記載の配光測定
装置。
【請求項１０】前記撮像部がフルフレームＣＣＤを有
し、当該フルフレームＣＣＤの結像領域で強度分布電荷
像を形成可能に構成されており、しかも、前記フィルタの位置決めが行われるごとに、前記フルフ
レームＣＣＤ上の電荷像全体を所定方向に全体的に平行
移動させた後、当該電荷像の移動を停止し、前記強度分
布像を前記フルフレームＣＣＤの結像領域上に形成した
後、再度、前記フルフレームＣＣＤ上の電荷像全体を前
記所定方向に全体的に平行移動させて位置決めされたフ
ィルタの分光感度で強度分布電荷像を求める請求項９記
載の配光測定装置。
【請求項１１】前記複数のフィルタを前記光軸上に順
次位置決めして互いに異なる分光感度の複数の強度分布
電荷像を前記フルフレームＣＣＤ上に形成した後で、前
記フルフレームＣＣＤの電荷情報をアナログ／ディジタ
ル変換するＡ／Ｄ変換手段をさらに備えた請求項１０記
載の配光測定装置。
【請求項１２】前記フィルタの位置決めが行われるご
とに、前記フルフレームＣＣＤの電荷情報をアナログ／
ディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段をさらに備えた請求
項１０記載の配光測定装置。
【請求項１３】前記Ａ／Ｄ変換手段は前記強度分布電
荷像に対応する電荷情報のみをアナログ／ディジタル変
換する請求項１１または１２記載の配光測定装置。