JPH10281861A - 配光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の分光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。 【解決手段】 楕円面鏡２の第１の焦点２２の近傍に位
置する被測定領域１１から出射した光束Ｌが当該楕円面
鏡２の楕円反射面２３で反射した後、第２の焦点２５に
集光して被測定領域１１の強度分布像を光学的焦点面３
上に形成するとともに、当該強度分布像に沿って設けら
れたアパーチャ板５の開口５１から出射する光束が透過
型回折格子６３で分散され、この分散像形成光学系６に
よって強度分布像の分散像が、結像位置６７に配置され
た撮像面７１上に形成される。そして、当該分散像が撮
像部７によって撮像され、分散像に関連する画像情報が
演算制御部８３に与えられ、被測定領域１１における変
角分光分布が一度に求められる。

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、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどの面光源の
一部領域、あるいは照明手段によって照明されている微
小領域（以下、これらを総称して「被測定領域」とい
う）の各方向への各波長ごとの光度分布、つまり分光的
配光を測定する配光測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】配光は重要な光学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
側焦点に被測定領域を配置し、ｆ・θレンズの後側焦点
面上に被測定領域の空中像を形成し、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領域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、被測定領域
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領域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、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、被測定領域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や分光手段を
配置し、当該光検出器や分光手段を被測定領域に対して
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、被測定領域の配光や分光的配光を測定す
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、光検出器や分光手段の移動と測定を
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、被測定物（ＣＲＴや液晶ディスプレイ）あ
るいは被測定領域を照明している照明光源が安定してい
る場合にしか適用することができず、実際上、被測定領
域の配光を高精度で測定することは不可能である。

【０００８】しかも、カラー画像を表示するＣＲＴや液
晶ディスプレイなど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、つまり複数の波長毎
の配光（分光的配光）を測定することが重要となる。前
記特公平３−４８５８号公報に記載のｆθレンズを用い
た装置でも、受光手段あるいは撮像手段に互いに異なる
分光特性を有するフィルタを順次挿入しながら配光測定
を繰り返す構成を組み込むことによって、分光的配光を
測定することは可能であるが、かかる構成を追加するこ
とで配光測定装置が複雑となり、測定に長時間を要して
しまう。特に、測定時間が伸びるにしたがって、上記し
たように光源の安定化がより重要となり、実際上、被測
定領域の配光を高精度で測定することは不可能である。

【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、被測定物の分光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目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するため、第１の焦点が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回転
対称軸に直交する仮想直交面近傍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
に配置され、しかも前記楕円面鏡によって前記光学的焦
点面上に形成される前記被測定領域の強度分布像に沿っ
た開口を有するアパーチャ板と、前記アパーチャ板の前
記開口から出射する光束を分散させるとともに、所定の
結像位置に前記強度分布像の分散像を形成する分散像形
成手段と、前記分散像を撮像する撮像手段と、前記撮像
手段によって撮像された分散像に基づき前記被測定領域
における分光的配光を求める演算制御部とを備えてい
る。

【００１１】請求項２の発明は、前記分散像形成手段
を、前記開口に形成された強度分布像を前記結像位置に
結像するレンズ系と、前記開口から出射する光束を分散
させる前記レンズ系の光軸に対して軸対称な波長分散手
段とで構成している。

【００１２】請求項３の発明は、前記分散像形成手段
に、前記波長分散手段から出射された光束のうち０次光
を遮光して０次像を除去する規制手段をさらに設けてい
る。

【００１３】請求項４の発明は、前記波長分散手段を前
記レンズ系と前記結像位置との間に配置された透過型回
折格子で構成している。

【００１４】請求項５の発明は、前記波長分散手段を前
記レンズ系と前記結像位置との間に配置されたプリズム
で構成している。

【００１５】請求項６の発明は、前記分散像形成手段
に、前記結像位置上、あるいは前記結像位置と前記波長
分散手段との間に配置され、前記波長分散手段から出射
された光束のうち０次光を遮光して０次像を除去する規
制手段をさらに設けている。

【００１６】請求項７の発明は、前記波長分散手段を前
記レンズ系と前記結像位置との間に配置された反射型回
折格子で構成している。

【００１７】請求項８の発明は、前記分散像形成手段
に、前記アパーチャ板と前記反射型回折格子との間に配
置され、前記反射型回折格子によって反射された光束の
うち０次光を除くすべての光束を反射し、前記撮像手段
に導光する規制手段をさらに設けている。

【００１８】請求項９の発明は、前記分散像形成手段
に、前記被測定領域に対応した開口を有し、前記第２の
焦点に配置された絞り板を、さらに設けている。

【００１９】請求項１０の発明は、前記被測定領域が平
面状の被測定物の一部であり、前記楕円反射面が、前記
被測定物平面の上方側で、しかも前記回転対称軸回りに
約１８０゜にわたって設けられるように構成している。

【００２０】請求項１１の発明は、前記楕円面鏡、前記
アパーチャ板、前記分散像形成手段および前記撮像手段
を前記被測定物の上方位置に配置するとともに、前記被
測定物の上方位置に配置され、前記楕円反射面によって
反射された光束を前記撮像手段に向けて折り返す折り返
し手段を、さらに備えている。

【００２１】請求項１２の発明は、前記楕円面鏡、前記
アパーチャ板、前記折り返し手段、前記分散像形成手段
および前記撮像手段を前記被測定領域の法線回りに回転
自在に構成するとともに、前記楕円面鏡、前記アパーチ
ャ板、前記折り返し手段、前記分散像形成手段および前
記撮像手段を一体的に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】請求項１３の発明は、前記被測定領域が光
を出射する光源の一部領域であることを特徴としてい
る。

【００２３】請求項１４の発明は、前記被測定領域を照
明する照明手段をさらに備えている。

【００２４】請求項１５の発明は、前記照明手段を、照
明光を出射する光源と、前記光源からの照明光のうち一
部を前記被測定領域に導くとともに、残りの少なくとも
一部を前記楕円面鏡に導くビームスプリッターとで構成
している。

【００２５】請求項１６の発明は、前記演算手段によっ
て、前記撮像部によって撮像された分散像から、前記被
測定領域における分光強度分布と、前記照明光の分光強
度分布とを求め、両分光強度分布の比を前記被測定領域
で反射された反射光の変角分光分布として求めるように
構成している。

【００２６】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領域から出射した光が当該楕円面鏡
の楕円反射面で反射された後、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
光学的焦点面上に配置されたアパーチャ板の開口に沿っ
て形成される。そして、分散像形成手段によって当該開
口から出射する光束が分散されるとともに、前記強度分
布像の分散像が所定の結像位置に形成される。この分散
像は撮像手段によって撮像され、さらに当該分散像に基
づき被測定領域における変角分光分布が演算される。

【００２７】また、楕円反射面を被測定物平面の上方側
で、しかも前記回転対称軸回りに約１８０゜にわたって
設けた場合、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、さら
に分散像形成手段によって略半円状の分散像が結像位置
に形成される。そして、当該分散像が撮像部で撮像さ
れ、演算制御部で１８０゜の範囲にわたる分光的配光が
同時に演算される。

【００２８】また、平面状の被測定物の上方位置に楕円
面鏡、アパーチャ板、分散像形成手段および撮像手段を
配置するとともに、折り返し手段によって楕円反射面か
らの光束を撮像手段に向けて折り返すように構成した場
合、反射光束が被測定物と交差することがなくなり、そ
の結果、被測定物の平面サイズに制限されることなく、
被測定領域の分光的配光を測定することができる。

【００２９】また、楕円面鏡、アパーチャ板、折り返し
手段、分散像形成手段および撮像手段を被測定領域を一
体的に被測定領域の法線回りに回転させるように構成し
た場合、各回転角度位置で撮像部によって分散像を撮像
するとともに、当該分散像から各回転角度位置での１次
元の分光的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。

【００３０】さらに、照明手段によって照明光の一部を
被測定領域に照射するとともに、残りの少なくとも一部
を楕円面鏡に導くように構成した場合、撮像手段により
撮像される分散像には、被測定領域における分光強度分
布に関する情報と、照明光の分光強度分布に関する情報
とが含まれる。そして、両分光強度分布の比を求めるこ
とで被測定領域で反射された反射光の変角分光分布が求
められる。

【００３１】

【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は光学的構成および電気的構成を示すとともに、図２
は光学的構成の一部を示している。この配光測定装置
は、ハロゲンランプ等の点光源（被測定領域）１１の分
光的配光を測定する装置である。

【００３２】この配光測定装置は図２に示すように円環
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２
２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１１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
３６０゜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１２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２に示すように焦点面３上で法線１
２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±１８０
゜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、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。

【００３３】また、この光学的焦点面３上には、楕円面
鏡２によって光学的焦点面３上に形成される被測定領域
１１の強度分布像４に沿った開口５１を有するアパーチ
ャ板５が配置されている。このアパーチャ板５は、例え
ば図４に示すように、強度分布像４に対応する円形領域
Ｒを残して透明ガラス板５２の表面全体に遮光層５３を
形成したものであり、当該円形領域Ｒが開口５１に相当
する。

【００３４】このようにアパーチャ板５に形成された開
口５１から出射した光束は分散像形成光学系６に入射す
るように構成されている。この分散像形成光学系６は、
図１に示すように、絞り板６１、第１リレーレンズ６
２、透過型回折格子６３、規制板６４、コンデンサレン
ズ６５および第２リレーレンズ６６がアパーチャ板５側
からこの順に配置されており、強度分布像４の分散像を
所定の結像位置６７に形成する。

【００３５】この配光測定装置では、第２の焦点２５の
近傍に第１リレーレンズ６２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を中
間結像位置６７１に結像する。したがって、第１リレー
レンズ系６２の倍率を調整することで強度分布像４を適
当な大きさで中間結像位置６７１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第１リレーレンズ６２によって光
学的焦点面３上の強度分布像４を中間結像位置６７１に
縮小リレーしている。

【００３６】この第１リレーレンズ６２の前側近傍に被
測定領域１１に対応する開口６１１が設けられた絞り板
６１が配置されており、この絞り板６１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６１
は視野絞りとして機能している。ただし、絞り板６１の
配設位置は第１リレーレンズ６２の前側近傍に限定され
るものではなく、リレーレンズ６２の後側近傍であって
もよい。また、第１リレーレンズ６２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６１を設ける必要はない。

【００３７】また、この第１リレーレンズ６２と中間結
像位置６７１との間には、アパーチャ板５の開口５１か
ら出射する光束を分散させる波長分散手段として透過型
回折格子６３が配置されている。この実施の形態では、
透過型回折格子６３は周期的な同心円状の回折パターン
を有しており、分散像形成光学系６の光軸（この実施形
態では回転対称軸２１と一致している）に対して軸対称
に仕上げられている。このため、リレーレンズ６２を通
過してきた光束は半径方向に分散され、中間結像位置６
７１上に、図６に示すような強度分布像４の中間分散像
４１が形成される。この中間分散像４１は波長に対応し
て互いに異なる直径を有する円弧状の強度分布像４１ｐ
〜４１ｒを連ねてなるものであり、同図の１点鎖線に沿
った半径方向の強度分布は例えば図７に示すように変化
する。なお、図６および図７における符号４１ｃは回折
格子６３から出射する０次光により形成される０次像で
あり、この０次像４１ｃを除去するために、この実施の
形態では中間結像位置６７１に規制板６４が設けられて
いる。すなわち、中間分散像４１に対応するサイズの開
口６４１が規制板６４の略中央部に設けられており、０
次像４１ｃを構成する光束を規制板６４で遮光する一
方、中間分散像４１を構成する光束については当該開口
６４１を介して中間結像位置６７１に配置されたコンデ
ンサレンズ６５を介して収束しつつ第２リレーレンズ６
６に入射するように構成されている。なお、ここでは、
規制板６４を中間結像位置６７１に配置しているが、規
制板６４の配設位置はこれに限定されるものではなく、
透過型回折格子６３と中間結像位置６７１との間に配設
してもよい。

【００３８】この第２リレーレンズ６６は中間分散像４
１を縮小リレーし、図８に示すように撮像部７の撮像面
７１上に分散像４２を形成する。なお、この実施の形態
では、撮像部７は、その撮像面７１が結像位置６７と一
致するように配設されている。

【００３９】次に、図１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７にＡ/Ｄ変換回路８１が接続されており、撮像
部７によって撮像された分散像４２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、分散像４２に対応する画像
情報に基づき被測定領域１１の分光的配光を演算するＣ
ＰＵ８３１と、当該画像情報を一時的に記憶するための
ＲＡＭ８３２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
るようにして分散像４２から被測定領域１１における分
光的配光を演算によって求める。

【００４０】図９は、撮像面７１を構成する画素に対応
するメモリ空間と、撮像面７１上に再結像された分散像
４２を構成する強度分布像（ここでは、上記強度分布像
４１ｐの再結像である強度分布像４２ｐ）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４２ｐ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）の積分値を特定
波長ｐでの角度θへの光度として求める。このような処
理を、特定の波長範囲（ｐ〜ｒ）で、しかも法線に対し
て±１８０゜の範囲内のすべてについて行い、被測定領
域１１の１次元的な分光的配光を演算する。なお、強度
分布像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。

【００４１】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の分散像４２を撮像し、当該分散像
４２に基づき被測定領域１１における分光的配光を求め
るように構成しているので、簡単な構成で、しかも短時
間で分光的配光をもとめることができる。特に、この実
施形態では、一度に法線１２に対し±１８０゜の範囲で
分散像４２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。また、被測定領域１１から出射する光束
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で反射して強度分布像４を形成し、さらに分散
像４２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、被測定領域１１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発生せず、精度良く
分光的配光を測定することができる。

【００４２】なお、上記第１の実施の形態では、光学的
焦点面３上に形成された強度分布像４の分散像４２を中
間結像位置６７１で形成し、さらに第２リレーレンズ６
６によって撮像面１上に再結像することで結像位置６７
上に形成しているが、図１０に示すように、中間結像位
置６７１に撮像部７の撮像面７１を一致させて当該中間
分散像４１を撮像し、上記と同様にして被測定領域１１
における分光的配光を求めるようにしてもよい。

【００４３】また、アパーチャ板５の開口５１から出射
した光束を分散させて分散像４１を形成するために、上
記実施の形態では、透過型回折格子６３を用いている
が、この代わりに円錐プリズムを波長分散手段として用
いてもよい。また、波長分散手段しては、図１１に示す
ように反射型回折格子を用いることもできる。

【００４４】図１１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分散像形成
光学系６の具体的構成のみである。なお、その他の構成
については第１の実施形態と同一であるため、以下にお
いては、同一構成に関しては同一符号を付して説明を省
略する一方、相違する構成、つまり分散像形成光学系６
の構成について詳細に説明する。

【００４５】この第２の実施形態では、分散像形成光学
系６は、同図に示すように、絞り板６１、第１リレーレ
ンズ６２、コンデンサレンズ６５、規制板６８、反射型
回折格子６９および第２リレーレンズ６６がアパーチャ
板５側からこの順に配置されており、強度分布像４の分
散像を所定の結像位置６７に形成する。この配光測定装
置では、第１の実施形態と同様に、被測定領域１１から
出射する光は楕円面鏡２によって反射して第２の焦点２
５に集光し、光学的焦点面３上に被測定領域１１の強度
分布像４が形成され、さらに当該強度分布像４に沿って
アパーチャ板５に設けられた円環状の開口５１から出射
した光束が分散像形成光学系６に入射する。そして、こ
の分散像形成光学系６には、第２の焦点２５の近傍に第
１リレーレンズ６２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を中間結像位
置６７１に縮小リレーする。なお、この第２の実施形態
においても、第１リレーレンズ６２の前側近傍に被測定
領域１１に対応する開口６１１が設けられた絞り板６１
が配置されており、この絞り板６１を設けることで被測
定領域１１を決定している。

【００４６】また、この分散像形成光学系６では、中間
結像位置６７１にコンデンサレンズ６５が配置されてお
り、このコンデンサレンズ６５から出射する光束を収束
しつつ円形の規制板６８の外縁部のさらに外側を通過し
て円環状の反射型回折格子６９に入射する。この実施の
形態では、反射型回折格子６９は周期的な同心円状の回
折パターンを有しており、分散像形成光学系６の光軸
（この実施形態では回転対称軸２１と一致している）に
対して軸対称に仕上げられている一方、光軸付近では中
空領域６９１が形成されている。したがって、上記のよ
うにして入射された光束は波長に応じて分散されながら
規制板６８に向けて反射される。

【００４７】そして、反射光束のうち０次光を除くすべ
ての光束が規制板６８によって再度反射し、反射型回折
格子６９の中空領域６９１を通過し、さらに第２リレー
レンズ６６を介して結像位置６７に導かれ、強度分布像
の分散像を再結像する。この結像位置６７には、撮像部
７の撮像面７１が配置されており、第１の実施形態と同
様に、撮像部７によって分散像が撮像され、この撮像部
７から出力される信号に基づき分散像から被測定領域１
１における分光的配光が演算によって求められる。

【００４８】以上のように、反射型回折格子６９を波長
分散手段としても採用し、当該反射型回折格子６９によ
ってアパーチャ板５の開口５１から出射した光束を分散
させて分散像を形成することもでき、この場合にも、第
１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００４９】ところで、上記実施形態では、１次元の配
光を測定するに止まるが、楕円面鏡２、アパーチャ板
５、分散像形成光学系６および撮像部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次元の分光的配光を順次測定することで被
測定領域１１の２次元の分光的配光を測定することがで
きる。

【００５０】また、上記実施形態では、楕円反射面２３
を回転対称軸２１回りに３６０゜にわたって設けている
が、回転対称軸２１に対する楕円反射面２３の設定角度
範囲は上記３６０゜に限定されるものではなく、任意で
あり、例えば図１２に示すように回転対称軸２１回りに
約１８０゜にわたって設けることも可能であり、この楕
円反射面２３を有する配光測定装置によればＣＲＴや液
晶ディスプレイなどの面光源の配光を良好に測定するこ
とができる。以下、図１２および図１３を参照しつつ面
光源の配光測定に適した配光測定装置の構成について説
明する。

【００５１】図１２および図１３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り、図１２
は光学的構成および電気的構成を示すとともに、図１３
は光学的構成の一部を示している。この配光測定装置
は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどの面光源（被測定
物）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。

【００５２】この配光測定装置は、図１３に示すよう
に、被測定物１の上面側に配置された半円環状の楕円面
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１１から出射する光を反射して第２の焦点２５（図１
２）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１
８０゜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１２に対して角度θをなす方向に出射した
平行光束Ｌは楕円面鏡２の楕円反射面２３によって反射
され、図１３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によって光学的焦点面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。

【００５３】また、この光学的焦点面３上には、楕円面
鏡２によって光学的焦点面３上に形成される被測定領域
１１の強度分布像４に沿った開口５１を有するアパーチ
ャ板５が配置されている。このアパーチャ板５が先の第
１の実施形態におけるそれと相違する点は、この実施形
態では半円環板状に仕上げられており、開口５１から出
射した光束は次に説明するように折り返しミラー９によ
って折り返された光束をアパーチャ板５の中央開口５４
を介して楕円面鏡２側に導光可能に構成されている点の
みであり、その他の構成は同一である。

【００５４】このアパーチャ板５の後方側（図１２の右
手側）には、折り返しミラー９が、その反射面９１の面
法線が回転対称軸２１に対して上方に傾くように配置さ
れており、反射した光束をアパーチャ板５の中央開口５
４および楕円面鏡２の中央開口２６を介して分散像形成
光学系６側に入射する。

【００５５】また、この配光測定装置では、分散像形成
光学系６および撮像部７は、図１２に示すように、被測
定物１の上方位置に設けられている点を除いて、第１の
実施形態と同一であり、分散像形成光学系６によって強
度分布像４の分散像が撮像部７の撮像面７１上に形成さ
れるとともに、当該分散像が撮像部７によって撮像され
る。すなわち、上記のようにして分散像形成光学系６に
入射した光束は絞り板６の開口６１１およびリレーレン
ズ６２を通過し、透過型回折格子６３に入射し、半径方
向に分散されて、中間結像位置６７１上に強度分布像４
の中間分散像が形成される。さらに、０次像を除去する
ための規制板６４を通過した光束がコンデンサレンズ６
５を介して収束しつつ第２リレーレンズ６６に入射して
中間分散像が撮像部７の撮像面７１上に縮小リレーされ
るとともに、撮像部７によって分散像が撮像される。

【００５６】また、この配光測定装置の電気的構成につ
いても、第１の実施形態と同一であり、撮像部７から出
力される信号に基づき分散像から被測定領域１１におけ
る分光的配光が演算によって求められる。

【００５７】以上のように、この第３の実施形態によれ
ば、被測定領域１１の分散像を撮像し、当該分散像に基
づき被測定領域１１における分光的配光を求めるように
構成しているので、第１の実施形態と同様に、簡単な構
成で、しかも短時間で分光的配光をもとめることができ
る。特に、被測定物１が液晶ディスプレイのように偏光
光源である場合であっても、被測定領域１１から出射す
る光束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で反射して強度分布像４を形成し、回転
対称軸２１に対し、対称な構造を持つ透過型回折格子６
３によって分散像４２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、被測定領域１１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。また、折り返しミラー９への入射角もほぼ垂直で
あるため、この反射特性も偏光方向に依存しない。

【００５８】また、この実施形態では、楕円面鏡２、ア
パーチャ板５、折り返しミラー９、分散像形成光学系６
および撮像部７を被測定物１の上面側に配置し、折り返
しミラー９によって楕円反射面２３からの光束を撮像部
７側に導光して当該撮像部７で分散像を撮像するように
構成しているので、反射光束が被測定物１と交差するこ
とがなくなり、その結果、被測定物１の平面サイズに制
限されることなく、被測定領域１１の分光的配光を測定
することができる。

【００５９】また、楕円面鏡２、アパーチャ板５、折り
返しミラー９、分散像形成光学系６および撮像部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。この場合、上記のように、折り返しミラー９によっ
て反射光束を折り返すように構成することで、回転体
（楕円面鏡２、アパーチャ板５、折り返しミラー９、分
散像形成光学系６および撮像部７）の回転半径を小さく
することができ、装置の小型化によって有利である。さ
らに、この場合、各回転位置の一次元的配光の測定デー
タはいずれも被測定領域の法線方向を含むので、この方
向の測定値で各回転位置での一次元的配光データを正規
化することで、回転中の光源の変動や光源の偏光方向と
楕円面鏡面の相対関係の変化による反射率の変化を補正
することができる。

【００６０】なお、上記第３の実施形態では、開口５１
からの光束を反射するように折り返しミラー９を配置し
ているが、折り返しミラー９の配設位置、さらにミラー
数（折り返し数）については任意である。

【００６１】ところで、上記第１〜３の実施形態では、
光を出射する光源を被測定物として被測定領域１１にお
ける分光的配光を測定しているが、次のように被測定物
の被測定領域を照明する照明部を追加することで、照明
された被測定領域における変角分光分布を測定すること
ができる。以下、図１４ないし図１６を参照しつつ第４
の実施形態について説明する。

【００６２】図１４および図１５は、この発明にかかる
配光測定装置の第４の実施形態を示す図であり、図１４
は楕円面鏡２を正面から見た図であり、図１５は図１４
のＡ−Ａ線断面図である。この配光測定装置は、第３の
実施形態にかかる配光測定装置に照明部１０が組み込ま
れたものであり、照明部１０によって照明された被測定
領域１１によって反射された反射光の分光的配光を測定
する装置である。

【００６３】この照明部１０は、図１５に示すように、
光源１０１と、レンズ１０２と、ビームスプリッター１
０３とを有しており、光源１０１から出射した照明光が
レンズ１０２を介してビームスプリッター１０３に入射
するように構成されている。このビームスプリッター１
０３は、図１４に示すように、法線１２に対して角度ψ
をなすように配置されており、上記のようにして光源１
０１からの照明光が入射面１０３ａに入射されると、照
明光に対して４５゜傾いた反射面１０３ｂによって照明
光の一部（反射成分）が被測定領域１１に向けて照射さ
れて被測定領域１１が照明される。また、照明光のうち
上記反射成分を除く成分（反射面１０３ｂを透過した成
分）は反射面１０３ｃおよび１０３ｄで反射されて反射
面１０３ｅに戻り、さらに反射されて楕円反射面２３に
向けて導光される。すなわち、このビームスプリッター
１０３は光源１０１からの照明光の一部を被測定領域１
１に照射するとともに、残りの少なくとも一部を楕円反
射面２３に向けて照射するように構成されている。

【００６４】なお、第４の実施形態にかかる配光測定装
置は、上記照明部１０を除いて、第３の実施形態と同一
であるため、ここでは、同一符号を付して説明を省略す
る。

【００６５】この配光測定装置では、上記のように被測
定領域１１が照明部１０によって照明されているため、
当該被測定領域１１で反射した光は、上記第３の実施形
態の場合と同様に、楕円面鏡２の楕円反射面２３で反射
され、光学的焦点面３上で被測定領域１１の強度分布像
４が形成される。さらに、この光学的焦点面３上に配置
されたアパーチャ板５の開口５１から出射する光束が折
り返しミラー９によって楕円面鏡２側に折り返され、分
散像形成光学系６に入射し、強度分布像４の分散像４２
が撮像部７の撮像面７１上に形成される（図１６）。

【００６６】また、上記のようにして被測定領域１１か
ら出射した光束により撮像面７１上に分散像が形成され
ると同時に、ビームスプリッター１０３から直接楕円面
鏡２に向けて照射された照明光の一部は楕円面鏡２の楕
円反射面２３で反射され、光学的焦点面３上で光源１０
１の光源像が形成される。さらに、この光源像に対応す
る光束がアパーチャ板５の開口５１から出射し、折り返
しミラー９によって楕円面鏡２側に折り返された後、分
散像形成光学系６に入射し、光源像の分散像４３が撮像
部７の撮像面７１上に形成される（図１６）。

【００６７】このように、第４の実施形態では、被測定
領域１１の分散像４２と、光源１０１の分散像４３とが
同一の撮像面７１上に同時に形成され、両分散像４２、
４３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。そして、この実施形態では、上記第１の実施形態に
おける分光的配光の測定手順と同様にして、分散像４２
に対応する画像情報に基づき被測定領域１１の分光強度
分布を求めるとともに、分散像４３に対応する画像情報
に基づき光源１０１の分光強度分布を求めた後、各波長
毎の両分光強度分布の比を演算して被測定領域１１での
反射光の変角分光分布を求めている。

【００６８】

【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から出射
した光を当該楕円面鏡の楕円反射面で反射した後、第２
の焦点に集光して被測定領域の強度分布像を光学的焦点
面上に形成するとともに、当該強度分布像に沿って設け
られたアパーチャ板の開口から出射する光束を分散し、
分散像形成手段によって強度分布像の分散像を形成し、
当該分散像に基づき被測定領域における分光的配光を求
め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、被測定物が偏光光
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
題を発生させることなく精度良く分光的配光を測定する
ことができる。さらに、一度に分散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、精度良く分光
的配光を測定することができる。

【００６９】特に、請求項１０記載の発明によれば、楕
円反射面を被測定物平面の上方側で、しかも前記回転対
称軸回りに約１８０゜にわたって設けているので、略半
円状の強度分布像を光学的焦点面上に形成し、さらに分
散像形成手段によって略半円状の分散像を結像位置に形
成することができ、当該分散像に基づき１８０゜の範囲
にわたる分光的配光を同時に求めることができる。

【００７０】また、請求項１１記載の発明によれば、平
面状の被測定物の上方位置に楕円面鏡、アパーチャ板、
分散像形成手段および撮像手段を配置するとともに、折
り返し手段によって楕円反射面からの光束を撮像手段に
向けて折り返すように構成しているので、反射光束が被
測定物と交差することがなくなり、その結果、被測定物
の平面サイズに制限されることなく、被測定領域の分光
的配光を測定することができる。

【００７１】また、請求項１２記載の発明によれば、楕
円面鏡、アパーチャ板、折り返し手段、分散像形成手段
および撮像手段を一体的に被測定領域の法線回りに回転
させるように構成しているので、各回転角度位置で撮像
部によって分散像を撮像するとともに、当該分散像から
各回転角度位置での１次元の分光的配光を順次求めるこ
とで、被測定領域の二次元的な分光的配光を求めること
ができる。

【００７２】さらに、請求項１６記載の発明によれば、
照明手段によって照明光の一部を被測定領域に照射する
とともに、残りの少なくとも一部を楕円面鏡に導くよう
に構成しているので、撮像手段により撮像される分散像
には、被測定領域における分光強度分布に関する情報
と、照明光の分光強度分布に関する情報とが含まれてお
り、両分光強度分布の比を求めることで被測定領域で反
射された反射光の変角分光分布を求めることができる。

【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
態における光学的および電気的構成を示す図である。

【図２】この発明にかかる配光測定装置の第１の実施形
態における光学的構成を示す斜視図である。

【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】アパーチャ板を示す図である。

【図５】波長分散手段として機能する透過型回折格子の
正面図である。

【図６】中間結像位置に形成される像の模式図である。

【図７】中間結像位置に形成される像（図６）の強度分
布を示すグラフである。

【図８】撮像面上に形成される分散像の模式図である。

【図９】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１０】第１の実施形態にかかる配光測定装置の変形
例を示す図である。

【図１１】この発明にかかる配光測定装置の第２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１２】この発明にかかる配光測定装置の第３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１３】この発明にかかる配光測定装置の第３の実施
形態における光学的構成の一部を示す図である。

【図１４】この発明にかかる配光測定装置の第４の実施
形態に示す部分正面図である。

【図１５】図１４のＡ−Ａ線断面図である。

【図１６】図１４の配光測定装置において撮像面上に形
成される分散像の模式図である。

【符号の説明】

１ 被測定物 ２ 楕円面鏡 ３ 光学的焦点面 ４ 強度分布像 ４１、４２、４３ 分散像 ５ アパーチャ板 ６ 分散像形成光学系 ７ 撮像部 ９ 折り返し光学系 １０ 照明部 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 ５１ （アパーチャ板５の）開口 ６１ 絞り板 ６２、６６ リレーレンズ ６３ 透過型回折格子（波長分散手段） ６４、６８ 規制板 ６７ 結像位置 ６９ 反射型回折格子（波長分散手段） ７１ 撮像面 ８３ 演算制御部 １０１ 光源 １０３ ビームスプリッター ６１１ （絞り板６１の）開口 Ｌ 平行光束

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の焦点が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回転対称軸
   に直交する仮想直交面近傍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配置され、しかも前
   記楕円面鏡によって前記光学的焦点面上に形成される前
   記被測定領域の強度分布像に沿った開口を有するアパー
   チャ板と、 前記アパーチャ板の前記開口から出射する光束を分散さ
   せるとともに、所定の結像位置に前記強度分布像の分散
   像を形成する分散像形成手段と、 前記分散像を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段によって撮像された分散像に基づき前記被
   測定領域における分光的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。
2. 【請求項２】 前記分散像形成手段が、 前記開口に形成された強度分布像を前記結像位置に結像
   するレンズ系と、 前記開口から出射する光束を分散させる前記レンズ系の
   光軸に対して軸対称な波長分散手段とを備えた請求項１
   記載の配光測定装置。
3. 【請求項３】 前記分散像形成手段が、前記波長分散手
   段から出射された光束のうち０次光を遮光して０次像を
   除去する規制手段をさらに備えた請求項２記載の配光測
   定装置。
4. 【請求項４】 前記波長分散手段が前記レンズ系と前記
   結像位置との間に配置された透過型回折格子である請求
   項２記載の配光測定装置。
5. 【請求項５】 前記波長分散手段が前記レンズ系と前記
   結像位置との間に配置されたプリズムである請求項２記
   載の配光測定装置。
6. 【請求項６】 前記分散像形成手段が、前記結像位置
   上、あるいは前記結像位置と前記波長分散手段との間に
   配置され、前記波長分散手段から出射された光束のうち
   ０次光を遮光して０次像を除去する規制手段をさらに備
   えた請求項４または５記載の配光測定装置。
7. 【請求項７】 前記波長分散手段が前記レンズ系と前記
   結像位置との間に配置された反射型回折格子である請求
   項２記載の配光測定装置。
8. 【請求項８】 前記分散像形成手段が、前記アパーチャ
   板と前記反射型回折格子との間に配置され、前記反射型
   回折格子によって反射された光束のうち０次光を除くす
   べての光束を反射し、前記撮像手段に導光する規制手段
   をさらに備えた請求項７記載の配光測定装置。
9. 【請求項９】 前記分散像形成手段が、前記被測定領域
   に対応した開口を有し、前記第２の焦点に配置された絞
   り板を、さらに備えた請求項１ないし８のいずれかに記
   載の配光測定装置。
10. 【請求項１０】 前記被測定領域が平面状の被測定物の
    一部であり、前記楕円反射面が、前記被測定物平面の上
    方側で、しかも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ないし９のいずれかに記載の配
    光測定装置。
11. 【請求項１１】 前記楕円面鏡、前記アパーチャ板、前
    記分散像形成手段および前記撮像手段が前記被測定物の
    上方位置に配置され、しかも、 前記被測定物の上方位置に配置され、前記楕円反射面に
    よって反射された光束を前記撮像手段に向けて折り返す
    折り返し手段を、さらに備える請求項１０記載の配光測
    定装置。
12. 【請求項１２】 前記楕円面鏡、前記アパーチャ板、前
    記折り返し手段、前記分散像形成手段および前記撮像手
    段を前記被測定領域の法線回りに回転自在に構成すると
    ともに、 前記楕円面鏡、前記アパーチャ板、前記折り返し手段、
    前記分散像形成手段および前記撮像手段を一体的に前記
    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１１記載の配光測定装置。
13. 【請求項１３】 前記被測定領域が光を出射する光源の
    一部領域である請求項１ないし１２のいずれかに記載の
    配光測定装置。
14. 【請求項１４】 前記被測定領域を照明する照明手段を
    さらに備える請求項１ないし１２のいずれかに記載の配
    光測定装置。
15. 【請求項１５】 前記照明手段は、 照明光を出射する光源と、 前記光源からの照明光のうち一部を前記被測定領域に導
    くとともに、残りの少なくとも一部を前記楕円面鏡に導
    くビームスプリッターとを備えた請求項１４記載の配光
    測定装置。
16. 【請求項１６】 前記演算手段は、前記撮像部によって
    撮像された分散像から、前記被測定領域における分光強
    度分布と、前記照明光の分光強度分布とを求め、両分光
    強度分布の比を前記被測定領域で反射された反射光の変
    角分光分布として求める請求項１５記載の配光測定装
    置。