(57)【要約】【課題】発光点からあらゆる角度で出射する光の特性を正確に評価することができる評価装置を提供する。【解決手段】  本発明の評価装置は、所定の点（発光点Ｌ）から出射する光の配光分布を測定する評価装置であって、所定の点から出射する光を集光する集光部１０３を備える。集光部１０３は、所定の点から出射する光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向に出射する光２０３ａと、所定の点から出射する光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向とは異なる方向に出射する光１０２ａとを分離する光分離構造２０２とを有する。【選択図】図２
2010127647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の点から出射する光の配光分布を測定する評価装置であって、
前記所定の点から出射する光を集光する集光部と、
前記集光部からの光を検知し、電気信号に変換する受光部と、
前記受光部からの電気信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部において得られる画像から配光パターンを求める画像処理部とを備え、
前記集光部は、
回転放物面と、
前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向に出射する光と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光とを分離する光分離構造とを有する、評価装置。
【請求項２】
前記光分離構造は、前記回転放物面に向かう方向に出射する光を通過させて前記回転放物面に入射させる光取入れ部と、前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光を屈折させるレンズ部とを有する、請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記回転放物面に入射した光は反射して受光部の一部に入射し、前記レンズ部によって屈折した光は前記受光部のうち前記一部とは異なる領域に入射する、請求項２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記レンズ部は凸レンズ形状である、請求項２に記載の評価装置。
【請求項５】
前記光分離構造は、前記回転放物面に向かう方向に出射する光を通過させて前記回転放物面に入射させる光取入れ部と、前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光を遮断する遮光部とを有する、請求項１に記載の評価装置。
【請求項６】
前記所定の点は前記回転放物面の焦点である、請求項１から５のいずれかに記載の評価装置。
【請求項７】
前記所定の点から出射する光は、面発光体からの光である、請求項１から６のいずれかに記載の評価装置。
【請求項８】
前記所定の点から出射する光は、透過率被測定物を透過した光である、請求項１から６のいずれかに記載の評価装置。
【請求項９】
前記光源と前記透過率被測定物との間に配置するプリズムをさらに備える、請求項８に記載の評価装置。
【請求項１０】
所定の点から出射する光の配光分布を測定する評価装置に用いる集光部材であって、
前記所定の点からの光を反射する回転放物面と、
前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向に出射する光と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光とを分離する光分離構造とを有する、集光部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光体の配光分布を評価するための評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスや面照明など面発光体の研究が盛んに行われている。これらの面発光体には、発光面から全方位への均一な発光が求められることが多い。したがって、面発光体の評価方法として、広い範囲の配光特性を正確に評価することが求められてきている。
【０００３】
従来の配光特性の評価方法は、２つの種類に大きく分けられる。一つ目は発光体を中心として受光部を回転させて配光特性を評価するゴニオ方式の評価方法である。二つ目は、特許文献１および２に示すように、専用光学系を備えたカメラを用いて発光体を撮影し、画像処理を用いて発光体の配光特性を測定する方法である。
【０００４】
ゴニオ方式の評価装置としては、有限会社テック・ワールド製「ＬＣＤ評価測定ステージ」などが市販され、一般的に使用されている。一方、特許文献１および２のような専用光学系を用いるシステムは、簡便に発光体の配光特性が評価できるため、ディスプレイデバイスの配光特性を測定するために最もよく用いられている。特許文献１および２のような光学系では、測定対象物からの光をレンズによって集光することによって配向特性を測定している。これらの方法では、受光部を測定対象物に対して動かすことなくディスプレイの配光特性を評価できる。したがって、短時間での測定・評価が可能になる。
【特許文献１】特表２００３−５１６５２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゴニオ方式の評価装置を用いて評価を行なう場合には、測定すべき角度および方位に検出器を移動させて測定を行なう。このとき、測定点同士の間の輝度値は、隣り合うデータから予測する。この評価装置によって信頼性のあるデータを取得するためには非常に多くの測定点が必要となり、測定ごとに大きな手間が生じてしまう。１回で検出できる範囲を広くするために検出器の受光面積を大きくすると、受光部に入射する光線の入射角の差が大きくなる。入射角が大きくなれば受光部の感度は低下する傾向があるため、受光部の測定結果に、ある程度の誤差が生じてしまうという問題が残る。
【０００６】
一方、特許文献１および２のように、専用の光学系を備えたカメラを用いて配光特性を評価する方法では、発光面に対して浅い角度で出射する光がレンズ表面で反射しやすく、カメラ受光部に結像することができない場合がある。そのため、測定角度に制限が生じ、発光体の配光特性を全ての角度にわたって正確に評価することができない。したがって、この方法はある程度指向性のある光源に対しては有効であるものの、配光特性の指向性が低くなるにつれて正確性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光点からあらゆる角度で出射する光の特性を正確に評価することができる評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の評価装置は、所定の点から出射する光の配光分布を測定する評価装置であって、前記所定の点から出射する光を集光する集光部と、前記集光部からの光を検知し、電気信号に変換する受光部と、前記受光部からの電気信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部において得られる画像から配光パターンを求める画像処理部とを備え、前記集光部は、回転放物面と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向に出射する光と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光とを分離する光分離構造とを有する。
【０００９】
ある実施形態において、前記光分離構造は、前記回転放物面に向かう方向に出射する光を通過させて前記回転放物面に入射させる光取入れ部と、前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光を屈折させるレンズ部とを有する。
【００１０】
ある実施形態において、前記回転放物面に入射した光は反射して受光部の一部に入射し、前記レンズ部によって屈折した光は前記受光部のうち前記一部とは異なる領域に入射する。
【００１１】
ある実施形態において、前記レンズ部は凸レンズ形状である。
【００１２】
ある実施形態において、前記光分離構造は、前記回転放物面に向かう方向に出射する光を通過させて前記回転放物面に入射させる光取入れ部と、前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光を遮断する遮光部とを有する。
【００１３】
ある実施形態において、前記所定の点は前記回転放物面の焦点である。
【００１４】
ある実施形態において、前記所定の点から出射する光は、面発光体からの光である。
【００１５】
ある実施形態において、前記所定の点から出射する光は、透過率被測定物を透過した光である。
【００１６】
ある実施形態において、前記光源と前記透過率被測定物との間に配置するプリズムをさらに備える。
【００１７】
本発明の集光部材は、所定の点から出射する光の配光分布を測定する評価装置に用いる集光部材であって、前記所定の点からの光を反射する回転放物面と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向に出射する光と、前記所定の点から出射する光のうち前記回転放物面に向かう方向とは異なる方向に出射する光とを分離する光分離構造とを有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、所定の点から様々な角度で光が出射する光のうち回転放物面で反射した光は、パラボラアンテナの原理によって受光面に対してほぼ垂直な角度で入射する。一方、回転放物面に向かう方向とは異なる方向に向かう光は、回転放物面に向かう光と分離して、受光面に対して垂直に近い角度で入射する。このように、受光面に対して浅い角度で光が入射しないため、受光面で光の反射が生じにくい。そのため、所定の点から広い出射角で出射する光の配光特性を正確に評価することができる。また、得られた信号の積分値を求めることによって、発光体の光束に関する情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
以下、本発明による評価装置の第１の実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の評価装置１００は、光源１０１上の任意の点から出射する光の配向分布を測定するものであり、光源１０１のうち光が出射する面を覆うように配置されたピンホールマスク１０２と、ピンホールマスク１０２におけるピンホール１０２ａを通過した光を受ける集光部１０３と、集光部１０３のうち光が出射する面側に設けられたＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ１０４と、フィルタ１０４を通過した光を受ける受光部１０５と、受光部１０５が接続された信号処理部１１０および画像処理部１１１とを備えている。信号処理部１１０および画像処理部１１１は、ＰＣ１１２内に設けられている。
【００２１】
光源１０１から発せられた光は、ピンホールマスク１０２を介することにより、ピンホール１０２ａ（所定の点）のみから集光部１０３側に出射する。集光部１０３がピンホール１０２ａからの光を集光し、その光は、ＮＤフィルタ１０４を通過して受光部１０５に到達する。受光部１０５は、検知した光を電気信号に変換する。画像処理部１１１は受光部１０５からの電気信号を取得して画像パターンを生成し、信号処理部１１０は、画像パターンを配光パターンに変換する。
【００２２】
図２（ａ）は図１における光源１０１と集光部１０３とを取り出して示す断面図である。集光部１０３は、図２（ａ）に示すように、回転放物面２０２ｂと、光分離構造２０２とを有する。図２（ｂ）に、回転放物面２０２ｂの断面を構成する放物線を示す。図２（ｂ）に示す放物線の焦点Ｆ（０、ａ）は、図２（ａ）に示すピンホール１０２ａ、すなわち発光点Ｌと一致している。
【００２３】
光分離構造２０２は、ピンホール１０２ａから出射する光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向に出射する光２０１ａと、回転放物面２０２ｂに向かう方向とは異なる方向に出射する光２０３ａとを分離する。
【００２４】
具体的には、ピンホール１０２ａから出射する光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向に出射する光２０１ａは、光分離構造２０２を、屈折することなく通過する。その後、光２０１ａは、回転放物面２０２ｂで反射して受光部１０５に達する（光２０１ｂ）。このとき、回転放物面２０２ｂの焦点Ｆが発光点Ｌと一致しているため、パラボラアンテナの原理によって、どのような角度で回転放物面２０２ｂに入射した光でも、受光部１０５に対して垂直に近い角度で入射する。
【００２５】
集光部１０３は、例えばＢＫ７などのガラス材料から形成されている。また、集光部１０３における回転放物面２０２ｂは、大気に接している。集光部１０３としてガラス材料を用いた場合には、光線２０１ａが回転放物面２０２ｂのうちのどの部分に入射しても、その入射角度は臨界角よりも大きくなる。そのため、光線２０１ａは、回転放物面２０２ｂにおいて屈折して大気中に放射することなく、全て受光部１０５のほうに全反射する。集光部１０３は、例えば切削加工によって作製される。ガラス材料以外にも、樹脂を用いた成型によって作製してもよい。
【００２６】
回転放物面２０２ｂに入射しない角度で発光点Ｌから出射する光線２０３ａは、出射した方向にそのまま進めば、回転放物面２０２ｂから反射してきた光線２０１ｂと同じ位置に入射してしまう（例えば、光２０３ｃ）。この場合、受光部１０５において、回転放物面２０２ｂによって反射した光の成分と反射しない光の成分とが混在してしまう。その結果、光線の出射角と光強度の相関が取れなくなり、配光分布を測定することができない。本実施形態では、光分離構造２０２が設けられていることにより、光２０３ａが屈折して、受光部１０５において、回転放物面２０２ｂによって反射した光２０１ｂが達する領域とは異なる領域に入射する（光２０３ｂ）。そのため、回転放物面２０２ｂに反射した光２０１ｂと反射しない光２０３ｂとが、受光部１０５において混合することがない。したがって、光２０１ｂが入射する領域と光２０３ｂが入射する領域とのそれぞれが受けた光の強度から、配光特性を算出することができる。
【００２７】
図１に示す受光部１０５には撮像素子などが用いられ、集光部１０３から出射する配光パターンを画像として取得する。受光部１０５によって得られた信号は付属の回路（図示せず）によって信号処理された後、画像情報としてＰＣ１１２に取り込まれる。ＰＣ１１２には、画像処理部１１１と信号処理部１１０とが設けられている。画像処理部１１１は受光部１０５からの電気信号を取得して画像パターンを生成し、信号処理部１１０は、画像パターンを配光パターンに変換する。
【００２８】
本実施形態では、回転放物面２０２ｂによって反射した光と反射しなかった光とが、受光部１０５における別の領域に入射する。信号処理部１１０および画像処理部１１１は、専用のアルゴリズムを用いて、このような２種類の光２０１ｂ、２０３ｂから、光源１０１の配光パターンを復元する。その詳細な方法については後述する。
【００２９】
本実施形態では、評価装置および光源１０１を固定して評価を行なうことができる。したがって、ゴニオ方式の評価装置を用いる場合のように、１つの対象物に対して測定を繰り返す必要はなく、簡便に評価を行なうことができる。また、図２（ａ）から分かるように、回転放物面２０２ｂによって反射した光２０１ｂは受光部１０５に対してほぼ垂直に入射する。一方、レンズ部２０２ｃによって屈折した光２０３ｂも、受光部１０５に対して垂直に近い角度で入射する。このように、本実施形態では、受光部１０５に対して浅い角度で光が入射しないため、受光部１０５の表面で光が反射しにくい。そのため、発光点Ｌからあらゆる角度で出射する光を正確に評価することができる。また、画像輝度信号を画像全領域で積算することによって、発光体が発する光束の総量を計算することができる。
【００３０】
図１に示すように、ピンホールマスク１０２は、例えばアルミからなる板であり、ピンホールマスク１０２にはピンホール１０２ａが設けられている。ピンホールマスク１０２によって光源１０１からの光が遮られ、ピンホール１０２ａのみから光が出射する。ピンホールマスク１０２においてピンホール１０２ａが設けられる位置は、集光部１０３の中心部と位置合わせされている。ピンホールマスク１０２を設けることにより、光源１０１の測定部分を点光源としてみなすことができる。
【００３１】
発光点Ｌが集光部１０３の中心に無い場合、回転放物面２０２ｂでの反射角が全反射角より小さくなってしまい、光漏れが発生して測定誤差になってしまう。本実施形態では、ピンホールマスク１０２にピンホール１０２ａを形成することにより、発光点Ｌを集光部１０３の中心部に固定することができる。
【００３２】
光源１０１として面光源を用いる場合、ピンホール１０２ａの径が発光点Ｌの径となる。そのため、ピンホール１０２ａの径は発光点Ｌから受光部１０５までの距離に対して十分小さい径であることが望ましい（例えば発光点Ｌから受光部１０５までの距離の十分の一以下）。なお、図１には光源１０１として面光源を示しているが、本実施形態の光源１０１はそれ以外の光源であってもよい。例えば光源１０１が点光源とみなせる光源である場合には、ピンホールマスク１０２は必ずしも設けなくともよい。
【００３３】
ＮＤフィルタ１０４は、受光部１０５面での反射光が集光部１０３で再反射することによる測定値の変化を防ぐために設けられている。
【００３４】
次に、集光部１０３の具体的な構造と、回転放物面２０２ｂで反射した後に受光部１０５に入射する光と直接受光部１０５に入射する光とを切り分ける方法について、図２（ａ）、（ｂ）および図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００３５】
図２（ａ）において、点Ａは回転放物面２０２ｂの基板側（ピンホールマスク１０２および光源１０１側）の端点であり、点Ｌは発光点である。角度αは、回転放物面２０２ｂの受光部１０５側端点から発光点Ｌまでを結んだ直線と垂直線とがなす角度を示している。ｄ1は光線取入れ部２０２ａの最大半径であり、ｖはレンズ部２０２（ｃ）の半径である。ｄ2は集光部１０３の受光部１０５側端面の半径である。ｕは発光点Ｌから点Ａまでの距離である。図２（ｂ）では、回転放物面２０２ｂの回転軸がｙ軸と一致するようにｘｙ軸を設定した。
【００３６】
図２（ｂ）に示すｘｙ平面において、回転放物面２０２ｂの放物線は以下の式で与えられる。
【００３７】
【数１】
2010127647.tif 000003
【００３８】
このとき、発光点Ｌから点Ａまでの距離ｕは２ａとなる。
【００３９】
ここで入射角αについて考える。図３（ａ）には、受光部１０５に対して光線１２０が入射している状態が示されている。入射角αは、受光部１０５に対する垂線からの光線１２０の傾きである。入射角αが大きくなると、反射率の角度依存性や、受光面に通常施されている各種コーティングやマイクロレンズなどに起因して、反射が起こりやすくなる。その結果、図３（ｂ）に示すように、同じ強度の光線が入射しても、入射角αが大きくなると受光部１０５の受光量は小さくなる（感度が悪くなる。）。使用する受光部１０５によって感度の入射角依存性は異なるため、使用する受光部１０５ごとに感度の入射角依存性を測定し、決定する必要がある。また、入射角αはｄ2の寸法によっても変化するが、ｄ2は使用する受光部１０５の寸法を考慮して決定する必要がある。ｄ2が決定すればａも一意に決定できるため、（数１）より回転放物面２０２ｂの形状を決定することができる。回転放物面２０２ｂの上端は、点Ａによって決定される半径ｕの円である。
【００４０】
集光部１０３における光分離構造２０２は、光取り入れ部２０２ａおよびレンズ部２０２ｃを有する。光取り入れ部２０２ａは、円弧の断面形状を有している。この円弧の曲率中心は発光点Ｌであり、曲率半径はｖである。一方、レンズ部２０２ｃは、発光点Ｌに向かう方向に突出した凸レンズ形状を有している。光取り入れ部２０２ａおよびレンズ部２０２ｃによって囲まれる領域２０２ｄは空洞である。光取り入れ部２０２ａには、発光点Ｌからの光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向に出射する光２０１ａ、すなわち、ピンホールマスク１０２の平面からの傾きが相対的に小さい光が入射される。一方、レンズ部２０２ｃには、発光点Ｌからの光のうち回転放物面２０２ｂに向かう方向とは異なる方向に出射する光２０３ａ、すなわち、ピンホールマスク１０２の平面からの傾きが相対的に大きい光が入射する。したがって、光取り入れ部２０２ａはピンホールマスク１０２の平面に近い領域に形成され、光取り入れ部２０２ａの先（下側）にレンズ部２０２ｃが配置されている。
【００４１】
ここで、レンズ部２０２ｃの設計方法について説明する。まず、レンズ部２０２ｃの半径の決定方法について図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００４２】
光取り入れ部２０２ａの円弧の半径ｖは、光源１０１のスポット径（ピンホール１０２ａの直径）より大きく、発光点Ｌから点Ａまでの距離ｕよりも小さく設計すればよい。このように設計することにより、ピンホール１０２ａからの光を、もれなく光分離構造２０２に入射させることができる。
【００４３】
発光点Ｌと受光部１０５の下端とを結ぶ直線と垂線とがなす角度を入射角αとする。また、発光点Ｌと受光部１０５の下端とを結ぶ直線のうち、発行点Ｌから光取入れ部２０２ａの円弧との交点までの距離がレンズ部２０２ｃの円弧の半径ｖとする。
【００４４】
次に、図４（ａ）、（ｂ）を用いて、レンズ部２０２ａの曲率の決定方法について説明する。図４（ａ）は集光部１０３の断面においてレンズ部２０２ｃの曲率の決定に必要な各寸法を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）における△ＬＰＬ’を抽出して示す。
【００４５】
図４（ａ）、（ｂ）において、点Ｍはレンズ部２０２ｃと垂直線（光軸）との交点であり、点Ｃはレンズ部２０２ｃの曲率中心である。
【００４６】
点Ｐはレンズ部２０２ｃと光取り入れ部２０２ａとの交点である。点Ｌ’はレンズ部２０２ｃの焦点である。点Ｐからの垂線が集光部１０３の底面と交差する点を点Ｇとする。大気の屈折率をｎ0、集光部１０３の屈折率をｎ3とする。一方、図４（ｂ）では、点Ｍを基準として図中右方向を＋、左方向を−と設定している。辺ＬＰの長さを−ｄ1、Ｌ’Ｐの長さをｄ1’、∠Ｌ’ＰＣをΦ、辺ＰＣからの延長線と辺ＬＰとのなす角をΦ’、∠ＭＣＰをσとしている。また、辺ＣＰの長さ（レンズ部３０２（ｃ）の曲率半径）をｒ、辺ＬＭを−ｓ，辺Ｌ’Ｍをｓ’としている。また、集光部１０３の高さ（垂線方向の長さ）をｈとしている。
【００４７】
まず曲率半径ｒを導出する。△ＰＬＣと△ＰＬ’Ｃについての正弦法則を解くと、下記式が導かれる。
【００４８】
【数２】
2010127647.tif 000004
【００４９】
発光点Ｌから点Ｐに達した光は、集光部１０３によってレンズ部２０２ｃの焦点Ｌ’に導かれる。また、点Ｐにおいて、線分ＣＰはレンズ部２０２ｃの表面に対する垂線であるため、スネルの法則から以下の式が成り立つ。
【００５０】
【数３】
2010127647.tif 000005
【００５１】
（数２）と（数３）より、以下の式が導出される。
【００５２】
【数４】
2010127647.tif 000006
【００５３】
次に図４（ａ）を見ると、幾何的な関係によりｄ1’、ｓおよびｓ’は以下の式で与えられる。
【００５４】
まず、△ＬＰＣに注目すると、ＰＭ＝ｖ、ＰＣ＝ｒ、ＭＣ＝（ｒ2−ｖ2）1/2、ＬＭ＝ｄ1ｃｏｓα、ｓ＝ＬＭ＋ＭＣ−ｒの関係が成り立ち、以下の式が導かれる。
【００５５】
【数５】
2010127647.tif 000007
【００５６】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ｓ’は下記式で表される。
【００５７】
【数６】
2010127647.tif 000008
【００５８】
△ＬＬ’Ｄと△ＰＧＤの相似関係から辺ＰＧ及び辺Ｌ’Ｇの長さを求めると、ＰＧ＝ｈ−ｄ1ｃｏｓαであり、Ｌ’Ｇ＝ｄ1ｓｉｎαである。また、△ＰＧＬ’に注目すると（ＰＬ’）2＝（ＰＧ）2＋（Ｌ’Ｇ）2である。この式にＰＧおよびＬ’Ｇの式を代入して整理すると、ＰＬ’の長さであるｄ１’は以下の式で与えられる。
【００５９】
【数７】
2010127647.tif 000009
【００６０】
（数５）、（数６）を（数４）に代入すると
【００６１】
【数８】
2010127647.tif 000010
【００６２】
（数８）に（数７）から求めたｄ１’を代入し、ｒについて解くことによってｒを導出することができる。
【００６３】
図２（ａ）や図４（ａ）では、集光部１０３の断面（回転放物面２０２ｂの軸に平行な面の断面）において、光が受光部１０５のどの位置に到達するかが示されている。この光が受光部１０５の受光面に集光することによって得られる画像を図５に示す。集光部１０３から得られる画像には、レンズ部２０２ｃを通り直接受光部１０５に光線が入射した領域１３０と、回転放物面２０２ａによって反射した光線が入射した領域１３１とが現れる。領域１３０と領域１３１とは、半径ｕの輪帯線によって区切ることができる。
【００６４】
図５のように得られた画像から配光分布を求める手法を図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）は光線が受光部１０５に直接入射する場合を示し、図６（ｂ）は光線が回転放物面２０２ａによって反射した後に受光部１０５に入射する場合を示している。
【００６５】
まず、受光部に直接入射する光線の配光特性を算出する方法について説明する。図６（ａ）に示すように、発光点Ｌからある角度θ1で出射した光線は、レンズ部２０２ｃによって屈折し、受光部１０３の中心部からｘ1の距離に入射する。レンズ部２０２ｃの形状が一定であれば、ｘ1とθ1は一対一で対応するため、受光部１０５の各画素ごとの検出値と出射角度とを対応づけることができる。なお、ｘ1とθ1の関係はレンズ形状によって異なるが、光線追跡によって容易に求めることができる。また、発光点Ｌから受光面までの光路長の違いによって生じる光の減衰を考慮して、検出値を補正しなければならない。出射角０°のときの光路長をｌ0、発光点から光線追跡によって求めた出射角θ1のときの光路長をｌθ1、ｘ1で検出される光強度値をＩx1とすると、補正後の光強度値Ｉx1' は逆２乗の法則から以下の式で与えられる。
【００６６】
【数９】
2010127647.tif 000011
【００６７】
以上の手順で、受光面１０３に直接入射する光線の配光特性を測定することができる。
【００６８】
次に、回転放物面２０２ａにおいて反射した後に受光部１０３に入射する光線の配光特性を算出する方法を説明する。図６（ｂ）において、ｚは、発光点Ｌから反射点までの垂直方向の距離、ｘ2は、出射角θ2で発光点Ｌから出射した光が受光部１０５へ入射する位置（集光部１０３の下端部を基準とした位置）である。回転放物面２０２ａによって反射した後の光線の場合にも、回転放物面２０２ａの形状が既知であれば、入射位置ｘ2と出射角θ2とを一対一で対応付けることができる。
【００６９】
ここで、図７を用いて、ｘ2に対するθ2の導出方法を説明する。図７において、点Ｈはｘ座標がｄ2−ｘ2のときの放物線上の点であり、点Ｉは点Ｈから水平線を伸ばした場合のｙ軸との交点、点Ｔは端面（集光部１０３のうち撮像素子側の面における端部）からｘ2の距離の点である。ｙ2は発光点Ｌから点Ｈまでのｙ方向の寸法である。放物線がｙ＝ｑｘ2で与えられる場合、ｙ2は以下の式で与えられる。
【００７０】
【数１０】
2010127647.tif 000012
【００７１】
ここで△ＨＩＬに注目すると、tanθ2＝ＩＨ/ＩＬ＝（ｄ2−ｘ2）/ｙ2となるため、この式に（数１０）を代入すると、θ2は次式で与えられる。
【００７２】
【数１１】
2010127647.tif 000013
【００７３】
ｑ、ｄ2、ａは既知であるため、ｘ2が決定すればθ2を導出することができる。
【００７４】
また、光路長の違いによる受光光量の変化は、発光点Ｌから出射角０°で出射した光の光路長をｌ0、発光点Ｌから出射角θ2で出射したときの光路長をｌθ2、ｘ2で検出される光強度値をＩx2とし、補正後の光強度値をＩx2' とすると以下のように記述される。
【００７５】
【数１２】
2010127647.tif 000014
【００７６】
なお、ｎ0は大気の屈折率であり、ｎ3は集光部１０３の屈折率である。
【００７７】
（数１２）で求めたｌ0、ｌ2を下記式に代入することにより、補正値を求めることができる。
【００７８】
【数１３】
2010127647.tif 000015
【００７９】
以上の方法を用いれば、受光部１０５の各画素から出射する光と出射角とを対応付けることができる。この結果から、図８に示すような三次元的な光分布を得ることができる。図８では、光源１０１の平面がｘーｙ平面となるように座標軸を示している。また、ｚ軸に平行な面（ｘーｚ平面およびｙーｚ平面）上に、発光点Ｌからの出射角ごとの光の強度分布１４０を示している。
【００８０】
（実施の形態２）
以下、受光部に直接入射する光と、回転放物面によって反射した後に受光部に入射する光とを、別々の集光部を用いて集光する場合について説明する。
【００８１】
図９（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態の集光部３００ａ、３００ｂをそれぞれ示す断面図である。図９（ａ）に示す集光部３００ａは、受光部に直接入射する光、すなわち発光点Ｌからの出射角θが０≦θ≦αの範囲の光を集光する際に用いる。図９（ａ）に示す集光部３００ａでは、発光点Ｌを囲むように、半球状の凹部３０４が形成されている。凹部３０４の表面のうち、出射角θがα<θ≦９０°の範囲の光が照射する領域には、クロムまたはアルミ等からなる遮光膜３０１ａが形成されている。この遮光膜３０１ａによって発光点Ｌからの出射角θがα<θ≦９０°の範囲の光が遮断され、発光点Ｌからの出射角θが０≦θ≦αの範囲の光のみが、受光部１０５に到達する。図９（ａ）において、ｘ3は、発光点Ｌから出射角θ3で出射した光線が受光部１０５に入射した場合の中心点からの距離である。
【００８２】
ｘ3とθ3は以下の式で対応付けられる。
【００８３】
【数１４】
2010127647.tif 000016
（ｈ：集光部１０３の高さ（垂線方向の長さ））
【００８４】
このときの光路長をｌθ3、とし、出射角０°のときの光路長をｌ0、ｘ3で検出される光強度値をＩx3とし、補正後の光強度値Ｉx3' とすると、それぞれの値は以下のように記述される。
【００８５】
【数１５】
2010127647.tif 000017
（ｎ0：大気の屈折率、ｎ3：集光部１０３の屈折率、ｄ1：光線取入れ部の最大半径）
【００８６】
（数１５）を用いて受光光量を補正することができる。
【００８７】
一方、図９（ｂ）に示す集光部３００ｂは、回転放物面３０３によって反射した後に受光部に入射する光、すなわち発光点Ｌからの出射角θがα＜θ≦９０°の範囲の光を集光する際に用いる。図９（ｂ）に示す集光部３００ｂでは、発光点Ｌを囲むように、半球状の凹部３０４が形成されている。凹部３０４の表面のうち、出射角θが０≦θ<αの光が照射する領域には、例えばからなる遮光膜３０２ａが形成されている。この遮光膜３０２ａによって発光点Ｌからの出射角θが０≦θ<αの範囲の光が遮断され、発光点Ｌからの出射角θがα≦θ≦９０°範囲の光のみが、回転放物面３０３によって反射した後に受光部１０５に到達する。図９（ｂ）に示す集光部３００ｂを用いた場合には、第１の実施形態と同様の方法で配光特性を導出することができる。
【００８８】
図９（ａ）の集光部３００ａを用いて得られる画像と図９（ｂ）の集光部３００ｂを用いて得られる画像とを合成することによって、全体としての配光特性を測定することができる。
【００８９】
集光部３００ａ、３００ｂ以外の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００９０】
なお、遮光部のない集光系と、図９（ａ）、（ｂ）に示す遮光部３００ａ、３００ｂのうちのいずれかとを組み合わせて用いることにより、配光特性を評価してもよい。この場合には、遮光部のない集光系から得られる画像輝度値と、集光系３００ａ、３００ｂのいずれかから得られる画像輝度値との差分を取ることによって、回転放物面で反射する光と直接受光部に到達する光とを分離することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
以下では、自発光素子ではない光学素子の透過率などを評価できる評価装置を説明する。図１０は、第３の実施形態の評価装置の分解斜視図である。図１０に示す評価装置では、評価用レーザ光源４０１、プリズム部４０２および透過率被測定物４０３が配置されている。図１０の評価装置は、透過率被測定物４０３に対する光線入射角を変化させて透過光量を測定し、透過効率および配光特性を評価することができる。
【００９２】
評価用レーザ光源４０１は、透過率被測定物４０３への光線の入射角を変化させることができるようにゴニオメータなどに取り付けられている。
【００９３】
評価用レーザ光源４０１から発したレーザ光はプリズム部４０２に入射した後に透過率被測定物４０３に入射する。その後、透過率被測定物４０３の透過光は集光部１０３を介して受光部１０５に落射する。透過率被測定物４０３に直接レーザ光を入射させた場合、レーザ光の入射角を大きくしていくと透過率被測定物４０３表面での反射率が増大し、透過率被測定物４０３に入射する光量が減少してしまう。このため、同一の光量で透過率被測定物４０３に入射できる角度範囲は限られる。本実施形態では、透過率被測定物４０３の上にプリズム部４０２を配置することでレーザ光が同一光量で入射できる範囲を拡大している。
【００９４】
この時、大気、プリズム部４０２および透過率被測定物４０３のそれぞれの屈折率の違いから、プリズム部４０２への光線入射角と透過率被測定物４０３への光線入射角とは異なる。透過率被測定物４０３への実際の入射角は観察できないため、制御できるプリズム部４０２への光線入射角から透過率被測定物４０３への入射角を導出する必要がある。透過率被測定物４０３への入射角をプリズム部４０２への入射角から導出する方法を、図１１を用いて説明する。図１１はプリズム部４２２におけるレーザ光線４２１の屈折の様子を示したものである。図１１に示すように、評価用レーザ光源４０１からのレーザ光線４２１は、プリズム部４２２へ入射して屈折した後に透過率被測定物４２３へ入射する。透過率被測定物４２３へ入射したレーザ光線４２１は、測定器側界面４２４を通過して、集光部（図示せず）へ入射する。
【００９５】
図１１に示すように、プリズム部４２２へのレーザ光線４２１の入射角をθ1、レーザ光線４２１が入射した面４２２ａに対するレーザ光線４２１の屈折角をθ2、レーザ光線４２１が出射する面４２２ｂに対するレーザ光線４２１の屈折角をθ3、プリズム部４２２からレーザ光線が出射する角度（または透過率被測定物４２３への入射角）をθ、大気の屈折率をｎ0、プリズム部４２２の屈折率をｎ1、透過率被測定物４２３の屈折率をｎ2とすると、透過率被測定物４２３の測定器側界面への入射角θは以下の式から求められる。まず、スネルの法則により下記式が成立する。
【００９６】
【数１６】
2010127647.tif 000018
【００９７】
三角形ｌｍｎの角度の関係から、θ3＝θ4−θ2が成立するため、これに上記（数１６）を代入すると、下記式が成立する。
【００９８】
【数１７】
2010127647.tif 000019
【００９９】
さらに、以下に示すように、スネルの法則により成立するθについての式に、（数１７）を代入する。
【０１００】
【数１８】
2010127647.tif 000020
【０１０１】
以上の式から、入射角θを求めることができる。このとき、入射角θに対する光強度の積算値を比較することで、光源４０１に面光源を想定した場合の透過効率の評価を行うことができ、理想的な面光源が用意できない場合でも評価を行うことができる。もちろん、実際に面光源を被測定物４０３に密着させて評価をおこなってもよい。θと共にレーザの光強度を変化させれば、様々な配光パターンを再現できるため、用途に応じた光源を想定した評価を行うことができ、また用いるレーザの光の波長を変更することによって被測定物の透過率の波長依存性を評価することも可能である。
【０１０２】
（実施例１）
以下、実施例１の評価装置について、図１および図１２を用いて説明する。図１２における評価部５２１は、図１におけるピンホールマスク１０２、集光部１０３およびＮＤフィルタ１０４を一体化した構造を有する。評価部５２１は、PC５２４の信号処理部５２２および画像処理部５２３に接続されている。
【０１０３】
光源１０１としては、被測定物である面光源を用いた。評価部５２１におけるピンホールマスク１０２としては、エッチングで作製されたアルミ基板に黒色アルマイト処理を施したものを用いた。ピンホール径は２ｍｍとした。
【０１０４】
集光部１０３の材料としてはＢＫ７（ｎ＝１．５１５）を用い、受光部１０５には１０．０ｍｍ角のＣＣＤを用いた。ＣＣＤによって検知される光の強度が３％より多く減少しないためには、入射角αは±４０°以内であればよい。この値を実現するために、ｄ2は５．０ｍｍ、放物線はｙ＝０．３ｘ2とする。ｕは３．３３ｍｍ、ｄ1は１．０ｍｍ、ｈは６．６７ｍｍ、αは３６．９°、ｖ＝０．６０ｍｍである。ここで、（数７）よりｄ1’を求めると、ｄ1’＝５．９０ｍｍである。また、（数８）よりｒ＝２．１１ｍｍとした。
【０１０５】
なお、集光部１０３の回転放物面２０２ｂとして、アルミなどからなる放物線形状を有するミラーを用いてもよい。このようなミラーを用いても、ガラス材料のみからなる回転放物と同等の光線経路が得られる。ただし、ガラス材料のみによって回転放物面を形成した場合には、より良好な加工精度や表面粗さを得ることができること、金属面での反射に起因する測定誤差などの問題が生じないといった利点がある。なお、ミラーを用い、光源１０１として面光源を用いる場合には、ピンホールマスク１０２のピンホール径は、６．６７ｍｍ（集光部１０３の高さｈ）の十分の一である０．６６７ｍｍ以下にする。ピンホール径が集光部１０３の高さの十分の一以下であれば、ピンホール１０２を通過した光を点光源からの光とみなすことができる。
【０１０６】
集光部１０３の直下のＮＤフィルタ１０４には、透過率５０％のゼラチンＮＤフィルタを用いた。ゼラチンＮＤフィルタは、厚みが薄く光吸収型であるため、迷光の発生が少ないというメリットを持つ。また、透過率２５％のＮＤフィルタを用いた場合には、受光部１０５からの反射光を１／４にカットすることができる。ＮＤフィルタ１０４の厚さは、例えば０．１ｍｍである。
【０１０７】
以上の構成を有する評価装置によって取得した画像から、第１の実施形態と同様の手順で各ピクセルに対する光線の出射角を求め、光強度を補正することで、配光特性を測定することができる。
【０１０８】
図１２に示すように、フラットパネルディスプレイなどの光源１０１に対して評価部１２０１を当接することによって、任意の位置の配光特性を評価することができる。本実施例によれば、発光体表面に対する浅い角度に配光特性の大きい発光体に関しても簡便に且つ正確に評価を行うことができる。
【０１０９】
（実施例２）
以下、実施例２の集光部３００ａ、３００ｂについて、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。集光部３００ａ、３００ｂ以外の構成、実施例１と同様であるため、ここではその説明を省略する。遮光部３０１ａ、３０２ａはクロムを蒸着することによって作製した。
【０１１０】
本実施例によれば、図９（ａ）、（ｂ）それぞれに示す集光部３００ａ、３００ｂにおいて画像を取得し、第２の実施形態と同様の方法で画像を合成することができる。これにより、発光体表面に対する浅い角度に配光特性の大きい発光体に関しても簡便に且つ正確に評価を行うことができる。
【０１１１】
（実施例３）
以下、実施例３の評価装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０に示す評価用レーザ光源４０１としては、波長６３５ｎｍ、スポット径５０μｍの半導体レーザを用いる。かつ、光の入射角を変化できるように、θゴニオにレーザ光源４０１を設置する。このとき、レーザ光源４０１には、１／２λ波長板を用いて受光面に対する偏光の調整を行う。評価用光源４０１として別波長のレーザを用いて複数回測定を行なうことにより、配光分布の波長依存性を評価することもできる。
【０１１２】
図１３に、本実施例に用いたプリズム部４０２の形状を示す。プリズム４０２におけるＡ〜Ｄ面にはＡＲ（Ａｎｔｉ-Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）コートが施されている。Ａ、Ｂ、Ｄの各面は、底面Ｃに対して、それぞれ１５°、４５°、７５°の角度を有している。Ａ面には、光源を設置したθゴニオの角度が０°〜３０°の光を照射し、Ｄ面にはゴニオの角度が３０°〜６０°の光を照射し、Ｂ面にはゴニオの角度が６０°〜９０°の光を照射することで、プリズム４０２への光線入射角を±１５°の範囲内に抑えることができる。この構成によって、プリズム面における光の反射による測定誤差を最小に抑えることができる。プリズム４０２の材質にはＢＫ７を用い、面精度はλ／４、角度精度は±１分以内とする。
【０１１３】
透過率被測定物４０３としては石英基板（ｎ＝１．４５７）を用いた。また、プリズム部４０２と透過率被測定物４０３との間に屈折率マッチング液を注入してもよい。この場合には、プリズム４０２と透過率被測定物４０３との間で発生する反射による損失を取り除くことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明にかかる評価装置は、例えば投影スクリーン評価、プラズマディスプレイ評価、エレクトロルミネッセンスディスプレイ評価、液晶ディスプレイ評価、反射表面または光学部品の透過パターン評価などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明による第１の実施形態および第１の実施例の評価装置を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１における光源１０１と集光部１０３とを取り出して示す断面図である。（ｂ）は、集光部１０３の回転放物面形状を決定する方法を説明するための図である。
【図３】（ａ）は、光線１２０が入射する状態を示す図であり、（ｂ）は、光線の入射角αと受光部１０５における受光量との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、集光部１０３の断面においてレンズ部２０２ｃの曲率の決定に必要な各寸法を示す図である。（ｂ）は、図４（ａ）における△ＬＰＬ’を抽出して示す図である。
【図５】集光部１０３からの光を受けた受光部１０５によって得られる画像を示す図である。
【図６】（ａ）は、発光点Ｌから受光部１０５に直接入射する光の配光特性を導出する方法を説明するための図であり、（ｂ）は、回転放物面２０２ａに反射した後に受光部１０５に入射する光の配光特性を導出する方法を説明するための図である。
【図７】回転放物面２０２ａに反射した後に受光部１０５に入射する光から得られた画像の輝度を補正する方法を説明するための図である。
【図８】光源１０１の三次元的な配光特性を説明するための図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、本発明による第２の実施形態および第２の実施例の集光部３００ａ、３００ｂを示す図である。
【図１０】本発明による第３の実施形態および第３の実施例の評価装置を示す分解斜視図である。
【図１１】プリズム４０２に対して光線４２１が入射する角度を計算する方法を説明するための図である。
【図１２】本発明による第１の実施例の評価装置を示す斜視図である。
【図１３】本発明による第３の実施例のプリズム部４０２を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１      光源
１０２      ピンホールマスク
１０２ａ      ピンホール
１０３      集光部
１０４      ＮＤフィルタ
１０５      受光部
１１０      信号処理部
１１１      画像処理部
１１２      ＰＣ
１２０      光線
１３０、１３１      受光部において光線が入射した領域
１４０      光強度
２０１ａ、２０１ｂ      光線
２０２ａ      光線取入れ部
２０２ｂ      回転放物面
２０２ｃ      レンズ部
３００ａ、３００ｂ      集光部
３０１ａ、３０２ａ      遮光部
３０３      回転放物面
３０４      凹部
４０１      光源
４０２      プリズム
４０３      透過率被測定物
４２１      光線
４２２      プリズム部
４２３      透過率被測定物
４２４      透過率被測定物の測定器側界面
５２１      評価部
【図１】
2010127647.tif 000021
【図２】
2010127647.tif 000022
【図３】
2010127647.tif 000023
【図４】
2010127647.tif 000024
【図５】
2010127647.tif 000025
【図６】
2010127647.tif 000026
【図７】
2010127647.tif 000027
【図８】
2010127647.tif 000028
【図９】
2010127647.tif 000029
【図１０】
2010127647.tif 000030
【図１１】
2010127647.tif 000031
【図１２】
2010127647.tif 000032
【図１３】
2010127647.tif 000033