TWI405958B - Optical system for measurement - Google Patents

Description

測定用光學系統

本發明係有關於將測定對象之色彩之特性加以測定時所使用的測定用光學系統，是有關於將彩色LCD的顯示特性(例如色度、亮度、色差等)加以測定的色彩儀上所能理想適用的測定用光學系統。

先前以來，作為計測彩色LCD之顯示特性(例如色度、亮度、色差等)之色彩儀中所使用的測定用光學系統，為了在光強度微弱的情況下仍可正確地測定出測定對象的色彩特性，具備一接物透鏡，其係具有，在來自測定對象之被測定領域之光束當中僅將出射角度在所定值以下之光束予以聚光之正的光焦度，使已被該接物透鏡所聚光之光束，入射至由複數根光纖所集束而形成之導光體的入射端面，將該導光體作3分割，使各光束從所被分割之各導光體的出射端面出射，將從該各出射端面所出射得各光束，分別以受光元件加以受光，基於光的三刺激值(R、G、B)所關連之光電轉換訊號，來進行測定對象之色彩特性的計測者，已為公知(參照專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特開2002-318080號公報

可是，先前，在該測定用光學系統中，為了獲得光的三刺激值，而在各受光元件的前面，配設有對R(紅)、B(藍)、G(綠)之各波長領域具有感度之分光感度補正濾光片。在該分光感度補正濾光片，通常會採用彩色玻璃濾光片。

然而，此種彩色玻璃濾光片，係由於穿透率較低，所以入射至受光元件的受光量會變少，在光強度微弱的情況下，色彩特性的測定相當困難，並且為了使偵測感度提升，就測定對象的色彩特性的正確測定而言，並不充分。

於是，考慮使用穿透率高的干涉濾光片來作為分光感度補正濾光片，但是，干涉濾光片係為，若入射至該干涉濾光片的光束的入射角越大，則光的波長會往越短之方向平移，因此具有難以正確測定色彩特性之問題。

又，若將接物透鏡的焦距設定得較大，則可縮小在導光體入射端面位置上的入射角，使該入射角被保持而傳播至導光體出射端面而出射，可縮小對干涉濾光片的入射角，但若採取此種構成，則會導致測定用光學系統全長變長之問題。

本發明係有鑑於上記情事而研發，目的在於提供一種，不必加長光學系統之全長，就可使用干涉用濾光片來使偵測感度提升的測定用光學系統。

申請專利範圍第1項所記載之發明，係一種測定用光 學系統，其特徵為，具備：第1透鏡，係面對於測定對象而具有正的光焦度，且將來自前記測定對象之被測定領域之各點的光束予以聚光而使其準直(collimate)；和開口光圈，係被配設於前記第1透鏡的略後側焦點位置，限制從前記各點入射至前記第1透鏡之光束的入射角度；和第2透鏡，係在該開口光圈的略配設位置具有前側焦點，且基於通過前記開口光圈而入射之光束，將前記被測定領域的像形成在後側焦點位置；和光束分割構件，在該第2透鏡的略後側焦點位置具有入射端面，且將入射至該入射端面的各光束，分割成3個光束群；和受光構件，係隔著對向於前記光束分割構件的出射面而配設的干涉濾光片而將前記各光束群予以受光；在前記光束分割構件之入射端面位置上的光束之入射角是被設定成小於在前記開口光圈位置上的入射角，來自前記受光構件的輸出，係被使用於色彩特性之測定；為了使前記光束分割構件之入射端面位置上的入射角小於前記開口光圈位置上的入射角，前記光束分割構件的入射端面之大小是被設定成大於前記開口光圈之大小。

申請專利範圍第2項所記載之發明，係如申請專利範圍第1項所記載之測定用光學系統，其中，在前記光束分割構件的入射端面，配設有用來規定前記被測定領域之大小的視野光圈。

申請專利範圍第3項所記載之發明，係如申請專利範圍第2項所記載之測定用光學系統，其中，前記光束分割 構件，係由將多數根光纖集合成束的導光體所成，該多數根光纖係被集束成，使得成像於前記入射端面之光束的成像位置關係是呈擬似性隨機。

申請專利範圍第4項所記載之發明，係如申請專利範圍第3項所記載之測定用光學系統，其中，前記受光構件，係由對向於前記出射端面而配設且具有將從該出射端面所出射之光束予以聚光之正的光焦度的聚光透鏡、和將已被該聚光透鏡所聚光之光線予以受光用的受光部，所構成。

若依據申請專利範圍第1至4項所記載之發明，則可達成以下效果：不必加長光學系統之全長，就可使用干涉用濾光片來提升偵測感度。

又，若依據申請專利範圍第5項所記載之發明，則除了上記效果外，還可達成受光感度之提升。

以下，一面參照圖面，一面說明本發明所述之色彩儀的測定用光學系統的發明實施形態。

[實施例]

圖1係本發明所述之色彩儀的測定用光學系統的概略構成的說明圖，於此圖1中，符號1係為液晶盤，符號 1a係為液晶盤1的顯示面，2係測定用光學系統。此處，顯示面1a係為測定對象，該顯示面1a的一部分是被當成被測定領域。

測定用光學系統2係由筒體3與框體4所概略構成。在筒體3的內部係設有第1透鏡5、開口光圈6、第2透鏡7，在框體4中則設有例如作為光束分割構件的導光體8、受光構件9、含演算電路10的其他測定電路、電源電路等、測定開關等之測定時所需要的機構。

筒體3的先端3a係在測定之際會接觸於顯示面1a，第1透鏡5係在測定之際會面對於顯示面1a。筒體3係擔任遮蔽外光的角色，並用來規定顯示面1a對第1透鏡5之距離。

第1透鏡5係具有正的光焦度，是以使得其前側焦點位置f1是位於顯示面1a上的方式而配設。該第1透鏡5係負責將來自顯示面1a之被測定領域的光束加以聚光，並使其準直(collimate)。於此圖1中，符號Pa1~Pa3係表示從點a入射至第1透鏡5之光束，符號Pb1~Pb3係表示從點b入射至第1透鏡5之光束，符號Pc1~Pc3係表示從點c入射至第1透鏡5之光束，來自被測定領域之各點a、b、c的光束係被第1透鏡5所聚光，分別被予以準直而導入至開口光圈6。

開口光圈6係被配設於第1透鏡5的後側焦點位置f1'，負責限制從各點a、b、c入射至第1透鏡5的光束的入射角度。此處，該開口光圈6係負責以主光線Pa2、 Pb2、Pc2為基準，將超過正負2.5度之角度的從被測定領域往第1透鏡5之光束予以遮光。

此處，以主光線Pa2、Pb2、Pc2為基準，將超過正負2.5度之角度的從被測定領域往第1透鏡5之光束予以遮光的根據，是基於色彩儀所被要求之國際規格。

第2透鏡7係在開口光圈6的配設位置具有前側焦點位置f2且負責基於通過開口光圈6所入射之光束而將被測定領域的像形成在後側焦點位置f2'，該第2透鏡也是和第1透鏡5同樣地具有正的光焦度。該第2透鏡7的焦距係短於第1透鏡5的焦距。

導光體8係由多數光纖集結成束的光纖束所構成。這些光纖束係在入射端面8a側被收成一束，在出射端面則是被分割成3條光纖束。該被分割成3條光纖束的各光纖束的出射端面係分別以符號8br、8bg、8bb表示。該各出射端面8br、8bg、8bb係如圖2所示，係被配置成，例如，其中心位置O1、O2、O3所連結成的線段是構成一正三角形。

導光體8的入射端面8a係被配設在第2透鏡7的後側焦點位置f2'，導光體8係擔任作為將入射至入射端面8a的像形成光束分割成3個光束群之光束分割構件之角色。

該多數根光纖，係如圖3的模式性圖示，以使得成像於入射端面8a之像形成光束的成像位置關係是擬似性隨機的方式而被集束形成，藉此，從各出射端面8br~8bb 所出射而入射至後述的各受光元件的像形成光束，係被擬似性隨機地混合，而入射至該當各受光元件，因此可減輕像形成光束的光量不均。

受光構件9，係由干涉濾光片11a~11c與受光元件12a~12c所概略構成。該各干涉濾光片11a~11c係分別對向於出射端面8br、8bg、8bb而配設。受光元件12a~12c係對應於各干涉濾光片11a~11c而配置。

干涉濾光片11a係具有，使得從出射端面8br所出射的光束當中的紅色(R)光會穿透的濾光片特性，干涉濾光片11b係具有，使得從出射端面8bg所出射的光束當中的綠色(G)光會穿透的濾光片特性，干涉濾光片11c係具有，使得從出射端面8bb所出射的光束當中的藍色(B)光會穿透的濾光片特性。

受光元件12a係基於通過了干涉濾光片11a之紅色波長帶的光而輸出光電轉換訊號，受光元件12b係基於通過了干涉濾光片11b之綠色波長帶的光而輸出光電轉換訊號，受光元件12c係基於通過了干涉濾光片11c之藍色波長帶的光而輸出光電轉換訊號，各光電轉換訊號係被輸入至演算電路10及其他測定電路，藉由這些測定電路，測定出色度、亮度、色差等之色彩特性。

在導光體8的入射端面8a，設有用來規定被測定領域之大小的視野光圈13，藉此，來自被測定領域的多餘光就會被遮光。又，視野光圈13的大小，亦即導光體8的入射端面8a之大小，係被設定成大於開口光圈6的大 小，藉此，相對於在導光體8的入射端面8a配置在開口光圈6時入射至該入射端面8a的各光束的最大入射角α 1而言，在導光體8的入射端面8a配置在第2透鏡7的後側焦點位置f2'時入射至該入射端面8a的各光束的最大入射角α 2可較為緩和，其結果為，即使使用了穿透率高的干涉濾光片11a~11c的情況下，仍可防止光的波長往短波長方向平移，可正確地測定色彩特性。

又，若刻意在開口光圈6的位置配置入射端面8a，則入射至該入射端面8a的各像形成光束的最大入射端角α 1會被保存，會傳播至出射端面8br~8bb而出射，因此在使用干涉濾光片11a~11c來構成測定用光學系統的情況下，有必要為了縮小最大入射角α 1而加長第1透鏡5的焦距，又，由於導光體8的入射端面8a會因此而增大，所以導光體8需要有足夠長度，必須要加長測定用光學系統的全長，但是，在本發明的實施形態中，將使用第1透鏡5與第2透鏡7的測定用光學系統設計成由遠心光學系統所成之構成，使透過第2透鏡7而入射至入射端面8a的像形成光束的最大入射角α 2是較最大入射角α 1緩和之構成，因此，不必加長測定用光學系統之全長，可精簡地加以構成。

理想而言，令開口光圈6的面積為S1，導光體8的入射端面8a亦即視野光圈13的面積為S2，以使得開口光圈6的最大入射角α 1的正弦與面積S1的積S1‧sin α 1，是相等於最大入射角α 2的正弦與面積S2的積S2‧ sin α 2的方式，來配設第1透鏡5與第2透鏡7，同時，以使得被測定領域與入射端面8a是隔著第1透鏡5與第2透鏡7而呈光學性共軛的方式，將入射端面8a對第2透鏡7進行配設，較為理想。

以上，在本發明的實施形態中，雖然是設計成使受光元件12a~12c直接對於干涉濾光片11a~11c作對向配設之構成，但如圖4所示，若在出射端面8br~8bb與干涉濾光片11a~11c之間，配置一具有把從出射端面8br~8bb所出射之光束加以聚光的正的光焦度的聚光透鏡14，使透過了構成受光部之一部分的干涉濾光片11a~11c的光束，被收束於受光元件12a~12c的構成，則可更進一步謀求受光感度之提升。

若依據本發明的實施形態，則由於可提升微弱光的偵測感度，因此可達成，提升被測定領域的黑色測定感度之效果。

1‧‧‧液晶盤

2‧‧‧測定用光學系統

3‧‧‧筒體

4‧‧‧框體

5‧‧‧第1透鏡

6‧‧‧開口光圈

7‧‧‧第2透鏡

8‧‧‧導光體

9‧‧‧受光構件

10‧‧‧演算電路

13‧‧‧視野光圈

14‧‧‧聚光透鏡

11a~11c‧‧‧干涉濾光片

8br、8bg、8bb‧‧‧出射端面

12a~12c‧‧‧受光元件

1a‧‧‧顯示面

3a‧‧‧先端

8a‧‧‧入射端面

O1、O2、O3‧‧‧中心位置

Pa1~Pa3‧‧‧從點a入射至第1透鏡5之光束

Pb1~Pb3‧‧‧從點b入射至第1透鏡5之光束

Pc1~Pc3‧‧‧從點c入射至第1透鏡5之光束

f1‧‧‧前側焦點位置

f1'‧‧‧後側焦點位置

f2‧‧‧前側焦點位置

f2'‧‧‧後側焦點位置

[圖1]本發明之測定用光學系統的模式性圖示之說明圖。

[圖2]圖1所示的出射端面之位置關係的平面圖。

[圖3]本發明所述之光纖束之一例子的模式性圖示之斜視圖。

[圖4]本發明所述之測定用光學系統另一例子的模式性圖示之說明圖。

1‧‧‧液晶盤

2‧‧‧測定用光學系統

3‧‧‧筒體

4‧‧‧框體

5‧‧‧第1透鏡

6‧‧‧開口光圈

7‧‧‧第2透鏡

8‧‧‧導光體

9‧‧‧受光構件

10‧‧‧演算電路

13‧‧‧視野光圈

11a~11c‧‧‧干涉濾光片

12a~12c‧‧‧受光元件

1a‧‧‧顯示面

3a‧‧‧先端

8a‧‧‧入射端面

8bb、8bg、8br‧‧‧出射端面

Pa1~Pa3‧‧‧從點a入射至第1透鏡5之光束

Pb1~Pb3‧‧‧從點b入射至第1透鏡5之光束

Pc1~Pc3‧‧‧從點c入射至第1透鏡5之光束

f1‧‧‧前側焦點位置

f1’‧‧‧後側焦點位置

f2‧‧‧前側焦點位置

f2’‧‧‧後側焦點位置

Claims (4)

1. 一種測定用光學系統，其特徵為，具備：第1透鏡，係面對於測定對象而具有正的光焦度，且將來自前記測定對象之被測定領域之各點的光束予以聚光而使其準直(collimate)；和開口光圈，係被配設於前記第1透鏡的略後側焦點位置，限制從前記各點入射至前記第1透鏡之光束的入射角度；和第2透鏡，係在該開口光圈的略配設位置具有前側焦點，且基於通過前記開口光圈而入射之光束，將前記被測定領域的像形成在後側焦點位置；和光束分割構件，在該第2透鏡的略後側焦點位置具有入射端面，且將入射至該入射端面的各光束，分割成3個光束群；和受光構件，係隔著對向於前記光束分割構件的出射面而配設的干涉濾光片而將前記各光束群予以受光；在前記光束分割構件之入射端面位置上的光束之入射角是被設定成小於在前記開口光圈位置上的入射角，來自前記受光構件的輸出，係被使用於色彩特性之測定；前記光束分割構件的入射端面之大小是被設定成大於前記開口光圈之大小，以使得前記光束分割構件之入射端面位置上的入射角小於前記開口光圈位置上的入射角。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之測定用光學系 統，其中，在前記光束分割構件的入射端面，配設有用來規定前記被測定領域之大小的視野光圈。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之測定用光學系統，其中，前記光束分割構件，係由將多數根光纖集合成束的導光體所成，該多數根光纖係被集束成，使得成像於前記入射端面之光束的成像位置關係是呈擬似性隨機。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之測定用光學系統，其中，前記受光構件，係由對向於前記出射端面而配設且具有將從該出射端面所出射之光束予以聚光之正的光焦度的聚光透鏡、和將已被該聚光透鏡所聚光之光線予以受光用的受光部，所構成。