JPH1062303A - 物体の光度および色度を測定するための装置 - Google Patents

物体の光度および色度を測定するための装置

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JPH1062303A
JPH1062303A JP9144103A JP14410397A JPH1062303A JP H1062303 A JPH1062303 A JP H1062303A JP 9144103 A JP9144103 A JP 9144103A JP 14410397 A JP14410397 A JP 14410397A JP H1062303 A JPH1062303 A JP H1062303A
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Abstract

(57)【要約】 像焦点面(Fi)内に、単位領域(101)のフーリエ
変換の像(102)を形成する測定レンズ(2)と、検
出器(4i,j)によって構成されたセンサ(4)上
に、単位領域の像を形成する転送レンズ(3)と、単位
領域(101)の開口を規定するための絞り(5)と、
処理回路(6)とを備えた装置。フーリエ変換を生成す
るレンズ(2)は、視野レンズ(10)と組み合わさ
れ、これらの2つの手段(2,10)と、絞り(5)に
よって規定された直径(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(1)上に楕円形の測定領域を選定
することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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、フランス特許出願第8704944号および
第9500118号や日本公開番号第34858号およ
び特開平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(フランス特許出願第8704944号、第950
0118号および特開平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3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1
0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10
1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10
0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C
CD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,φ)...4i,j(θ,φ)に結合された
いくつかの光線100(θ,φ),100(θ
φ),100(θ,φ)および100(θ,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,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,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,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S
i,j(θ,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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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[angular inten
    sity distribution])(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)の各検出セル(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(10
    1)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. 【請求項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. 【請求項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(10)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. 【請求項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に
    よって構成されている照明装置(11)を備えたことを
    特徴とする請求項1に記載の装置。
  5. 【請求項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. 【請求項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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