(57)【要約】【課題】面光源からの光を正確に計測できる。【解決手段】  面光源からの光が入射される光学系と、この光学系の前面に配置される偏光解消素子と、光学系を通過した光が入射される分光器と、を備える。【選択図】図１
2013213679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面光源からの光が入射される光学系と、
前記光学系の前面に配置される偏光解消素子と、
前記光学系を通過した光が入射される分光器と、を備える
光計測装置。
【請求項２】
前記偏光解消素子は、バビネ型の偏光解消素子である
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項３】
前記光学系を構成する光学素子にＡＲコートが施されている
請求項２に記載の光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ディスプレイ等の面光源からの光を計測する光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイは、液晶やバックライトを含む様々なデバイスが使用されつつあり、分光特性のバラツキによる輝度、色むらなどを高速かつ正確に測定することが求められている。
【０００３】
面光源からの光を計測するための光計測装置の一つに測色計がある。測色計は、輝度、色度を測定する測定器であり、ディスプレイ等の検査に用いられる。市販されている測色計としては、面光源のある１ポイント（１箇所）のみを測定する分光放射輝度計、２次元で輝度色度を測定することができるものの精度が劣るフィルタ方式の測色計がある。
【０００４】
光計測装置として、例えば、三つの受光部１２と各実測値を補正して三刺激値を求める補正値演算部２６とを備える三刺激値直読型計測器１０が開示されている（特許文献１を参照。）。三刺激値直読型計測器１０は、さらに色補正係数Ｋを求める色補正係数算出部２７と、基準分光放射エネルギー特性Ｓ、分光応答度特性Ｒ、等色関数Ｔおよび色補正係数Ｋを記憶する記憶手段２５と、を備える。色補正係数算出部２７は、等色関数Ｔと基準分光放射エネルギー特性Ｓとの積を可視領域の波長について積分することにより基準三刺激値を求める。そして、各分光応答度特性Ｒと基準分光放射エネルギー特性Ｓとの積を可視領域の波長について積分することにより予測三刺激値を求め、予測三刺激値を基準三刺激値で除算することにより刺激値毎の色補正係数Ｋを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ポイント式の分光放射輝度計は、分光器を利用した分光測定を行うものであるために、ＸＹＺフィルタなどの誤差要因がなくなるので、測定精度が非常に高く、２次元のイメージタイプの測色計の基準測定器として使われてきた。
【０００７】
一方、フィルタ方式測色計を用いて、ディスプレイなどの面発光デバイスを計測する場合、さまざまな誤差要因がある。ＸＹＺフィルタと等色関数との不一致、レンズフォーカス位置によるシェーディング（輝度分布）変化、センサ分光感度の校正誤差などが主な原因として挙げられる。
【０００８】
以上の状況から、面光源からの光を正確に計測できる手法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一側面の光計測装置は、面光源からの光が入射される光学系と、この光学系の前面に配置される偏光解消素子と、光学系を通過した光が入射される分光器と、を備える。
【００１０】
本開示の一側面によれば、偏光解消素子を光学系の前面に配置することにより、光学系に入射する光線の偏光度、角度によらず透過率を一定にし、光学系の像面での偏光依存を解消する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、光学系の像面での偏光依存が解消され、面光源からの光の輝度分布を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係る光計測装置の構成を説明する図である。
【図２】偏光依存の評価方法を説明する図である。
【図３】Ａ，Ｂは、光学系後面の位置に偏光解消素子を設置した場合における測定結果を示す輝度分布図および表である。
【図４】Ａ，Ｂは、光学系最前面に偏光解消素子を設置した場合における測定結果を示す輝度分布図および表である。
【図５】偏光依存の他の評価方法を説明する図である。
【図６】均一輝度面を測定したときの測定結果を示す輝度分布図である。
【図７】Ａ〜Ｄは、偏光子の回転に伴う均一輝度面の測定結果の変化を示す図である。
【図８】Ａ，Ｂは、入射光線角度と透過率との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）の例について説明する。説明は以下の順序で行う。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
１．導入説明
２．一実施形態（偏光解消素子をすべての光学面の前面に設置した例）
３．その他
【００１４】
＜１．導入説明＞
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、光計測装置の一つとして、イメージング分光器を用いた２次元の分光放射輝度計を開発した。分光器の場合、上記のＸＹＺフィルタを用いないため、等色関数との不一致は生じない。またセンサの分光感度の校正においても、分光器は各波長での物理量への変換が容易であるため誤差は生じにくく、高精度な測定器を実現できる。
【００１５】
この２次元の分光放射輝度計において、液晶ディスプレイ等の強い偏光状態にある面発光デバイスを測定した場合に、これまで精度に大きく影響しないと考えられてきた誤差要因があることが分かった。それはレンズ表面に反射防止のために施されたＡＲ（Anti Reflection）コート（反射防止膜）の偏光特性である。結像レンズは原理上、中心に結像する光線とセンサ周辺部に結像する光線ではレンズ面に対する入射角度が異なる。そのため偏光光を測定した場合に、中心と外側での透過率が偏光方位によって異なるという現象が生じてしまう。これは測定誤差に直結し、強い偏光状態にあるディスプレイ等については正確な測定を実施できない。
【００１６】
この課題について、フィルタ方式の測色計のアプリケーションとして、液晶ディスプレイ、バックライト等が非常に大きなウェイトを占め、業界内においても一般的に用いられているのにも関わらず、対策がなされていなかった。なお、バックライトもあまり知られていないが、ＢＥＦ（Brightness Enhancement Film）等のフィルムの形状によっては偏光状態（バックライトの偏光）を呈する。これは、これまでのフィルタタイプでの測定器においてはフィルタ起因による測定誤差の方が、支配的であり、ＡＲコートによる偏光による周辺部の測定誤差は小さく、認知されてこなかったと思われる。
【００１７】
逆に、測定精度の高いポイント式の分光放射輝度計では、偏光光が測定に影響を与えないように設計されている。分光器における偏光依存は回折格子がもっとも大きく、分光器に偏光光が入らないように工夫されていることが多い。しかしながら、ポイント測定であるため、レンズのＡＲコートによる周辺部のエラーは考慮する必要がなく、また考慮されている例はなかった。今回、２次元の分光放射輝度計を実現するのにあたり、本発明者らにより初めて健在化した、ＡＲコートにおける偏光依存を解消する必要があった。
【００１８】
前述した課題を解決するにあたり、２次元の分光放射輝度計の最初の光学面にバビネ型の偏光解消素子を設置することで、課題を解決した。これによって結像レンズに入射する光線の偏光度、角度によらず透過率は一定になる。なお、バビネの原理は、二つの相補的な回折スクリーン、すなわち、一方の不透明部分が他方の透明部分に対応しているような二つのスクリーンから得られる回折パターンは同一というものである。すなわち、ある物体の回折は、その物体と形状が同じで、全く逆の透過率をもつ物体の回折に等しい。
【００１９】
ここで使用する偏光解消素子は、楔形をした水晶結晶を進相軸、遅相軸を４５度傾けた状態でコンタクト（接面）させた素子であり、光線透過位置によって異なる位相差を与える。光学系の像面以外の場所で光線束の偏光を場所スクランブルすることで、像面での偏光依存を解消する。また結晶軸を４５度傾けて配置した構成によって入射光の偏光方位にその効果は依存しない。原理上、大きいビーム径ほど光路長の差が大きく解消の効果は大きく、ビーム径が極小の場合には機能しない。なお、偏光解消素子は、市販されている一般のものを利用できる。
【００２０】
＜２．一実施形態＞
図１は、本開示の一実施形態に係る光計測装置の構成を説明する図である。
面光源である面発光デバイスＳからの光を測定する。偏光解消素子１００を透過後、出射光の偏光状態はランダム状態となりＮＤ（Neutral Density）フィルタ１０１、結像レンズ１０３を透過する。このときそれぞれの面には、ＡＲコートが施されている。ＮＤフィルタ１０１及び結像レンズ１０３は、モータースライダー１０４によってＹ軸方向へ上下動する。ＮＤフィルタ１０１及び結像レンズ１０３の上下の動作によって、分光ブロック１０５のスリット１０６で切り出されるラインが移動し、結果として、面発光デバイスＳ全面をライン走査することができる。
【００２１】
分光ブロック１０５は、中心だけでなく画像周辺部の結像性能も保証されたイメージング分光器が望ましく、特にオフナー型のイメージング分光器であることが望ましい。
【００２２】
スリット１０６を透過した光線は、ミラー１０７において９０度屈折し、凹面ミラー１０８で反射され、凸面グレーティングが施された回折素子１０９に入光する。回折光は凹面ミラー１１０において再び反射及び集光され、エリアセンサ１１１に結像する。エリアセンサ１１１は、カメラ１１２の撮像素子に相当する。
【００２３】
偏光解消素子１００がない場合には、スリットに至る時点で透過率が周辺と中心部において異なり、その透過率分布（シェーディング）は偏光方位によっても異なる。そのため偏光解消素子１００を設置する位置は、できるだけ面発光デバイスＳに近い位置が望ましく、すべての光学面の最初に位置することが特に好適である。
【００２４】
ここでいう光学面とは、平面、曲率の有無に関わらず、ＡＲコートなど多層膜による透過特性の改善を狙った素子を指す。ただし、ＡＲコートがない保護、カバー用のガラスを偏光解消素子の前に設置するのはその限りではない。
【００２５】
偏光解消素子１００の効果によって、途中で各硝材面での透過率の偏光依存特性、ミラー１０７、凹面ミラー１０８、凹面ミラー１１０の鏡面での反射率の偏光依存特性、回折素子１０９における回折効率の偏光依存を最小化することができる。また偏光解消素子の効果を最大限に発揮するために、偏光解消素子１００を透過する光線のビーム径はなるべく大きいほうが良い。
【００２６】
このビーム径は、レンズ鏡筒１０２内に設置された開口絞り１１３の直径で決まり、大きさは一般に明るさの指標としてＦ値で示される。本実施形態において、Ｆ値は５以下にすることが望ましく、ここではＦ値を２に設定した。このＦ値は、結像レンズ１０３の絞りの設定が、Ｆ値が２となるように設定されているだけでなく、後段の分光ブロック（分光器）においてもＦ値が２以上の光学系でなければならない。
【００２７】
次に、偏光依存の評価について説明する。
図２は、偏光依存の評価方法を説明する図である。図３Ａ，Ｂは、光学系後面の位置に偏光解消素子を設置した場合における測定結果を示す輝度分布図および表である。図４Ａ，Ｂは、光学系最前面に偏光解消素子を設置した場合における測定結果を示す輝度分布図および表である。
【００２８】
ここで、光学系最前面とは、結像用のレンズや減光用のＮＤフィルタ等の光学系を通過する前を指す。
【００２９】
本開示の光計測装置を用いて、ＬＥＤバックライトＳ１の光を、図２に示すような構成を用いて測定した。ここでのＬＥＤバックライトＳ１は、ＢＥＦによって偏光状態にあるものとする。そして、その測定結果を図４Ａ，Ｂに示した。
【００３０】
図３Ａ，Ｂには、偏光解消素子を、図２に示すように設置位置１００Ａに取り付けた場合の本開示に係る光計測装置と、基準測定器であるポイント式の分光放射輝度計の測定結果との誤差を比較した結果を示している。この例では、設置位置１００Ａは、レンズ鏡筒１０２の後面、すなわち開口絞り１１３およびその後段の光学系のさらに後段、モータースライダー１０４の前である。分光放射輝度計での測定は、本開示に係る光計測装置とサンプリングする光線が同じになるように、同じ距離離れた位置から同じ角度の光線をサンプリングするよう設置した。測定結果は、輝度差が２％以上あり、高精度な測定がなされているとは言えないものである。
【００３１】
図４Ａ，Ｂには、本開示に係る光計測装置の一実施形態で述べたとおり、設置位置１００Ｂに偏光解消素子１００を設置した場合の測定結果を示した。基準測定器との輝度誤差は±１％以下であり、精度の高い測定結果が得られている。一般にポイント式の分光放射輝度計の輝度測定精度は±２％である。
【００３２】
図５は、偏光依存の他の評価方法を説明する図である。上記の実験結果が、光学素子面のＡＲコートの偏光依存によるものであることを確認するため、図５に示すような構成で偏光依存の評価を実施した。光源Ｓ２として、輝度ばらつきが全面で±０．０５％となるような光源を用意する。この光源Ｓ２は、偏光状態にはないので、結像レンズ１０３の前に回転偏光子２０１を設置し、計測される輝度分布を確認する。回転偏光子２０１を使用したのは、偏光子（偏光解消素子１００）の濃度ムラと区別するためである。
【００３３】
光源２００の均一輝度面を、本開示に係る光計測装置で測定した場合の測定結果を説明する。
【００３４】
図６は、均一輝度面を測定したときの測定結果を示す輝度分布図である。図６に示す測定結果からも、均一な輝度分布が得られていることが確認できる。
【００３５】
次に、偏光解消素子１００を、設置位置１００Ａ（レンズ鏡筒１０２の後方）に設置した場合の測定結果を示す。
【００３６】
図７Ａ〜Ｄは、偏光子の回転に伴う均一輝度面の測定結果の変化を示す図である。
図７Ａ〜Ｄに示すように、回転偏光子２０１の回転によって偏光解消素子２００周辺部の輝度分布が変動することが分かる。この結果から偏光依存は、設置位置１００Ａ以前の光学素子によって生じていると言える。また回折格子における回折効率も偏光光の影響をうけていないと言える。さらに光源２００中心部の測定結果は、偏光子の回転によらず一定値をとっている。これは、設置位置１００Ａに設けた偏光解消素子１００によって、光軸中心の偏光依存が解消されているということを意味している。一方で、結像レンズ１０３に対して傾いて入射した光線は、偏光方位の回転によって透過率が変動しているということがわかる。
【００３７】
ここで、結像レンズ１０３の入射光線角度における偏光依存を計算した。計算モデルは、結像レンズ１０３を構成するレンズの各面に一般的なＡＲコートであるλ／４厚のＭｇＦ２を設定し、光線の偏光方位を垂直、水平、ランダムとしたとき入射光線の角度±１８度の範囲で透過率がどう変化するかを調べたものである。その結果を図８に示した。
【００３８】
図８Ａ，Ｂは、入射光線角度と透過率との関係を説明する図である。
図８Ａ，Ｂに示すように、実験からも、計算からもＡＲコートの偏光依存は、２次元の測色計において無視することのできない誤差要因であると言える。また、その誤差の解決には、光学系最前面に偏光解消素子１００を設置する。本開示では、偏光解消素子１００の設置位置の条件をこのように設定することで、それらの各種光学面に施されたＡＲコートにおける偏光光の入射光角度に依存する透過光量変化を解消し、正確な輝度値を測定できる。
【００３９】
上述した実施形態によれば、偏光解消素子を結像レンズ等から構成される光学系の前面に配置することにより、光学系に入射する光線の偏光度、角度によらず透過率を一定にし、各レンズの像面での偏光依存を解消している。したがって、偏光状態にある面発光デバイス（ＬＣＤ、ＬＥＤバックライト等）からの光の光学系の像面での偏光依存が解消され、その光の輝度分布を正確に測定できる２次元の分光放射輝度計（色彩輝度計）といった光計測装置を実現できる。
【００４０】
また、上述した実施形態における分光ブロック１０５（測色デバイス）にイメージング分光器を用いれば、ＡＲコートによる偏光依存だけでなく、グレーティングの偏光依存も解消することができる。それゆえ、高解像度の２次元の分光放射輝度計といった光計測装置を実現できる。
【００４１】
＜３．その他＞
なお、分光ブロック（測色デバイス）は、ここではイメージング分光器であったが、従来からのフィルタ方式の２次元の測色計でもよい。フィルタ方式の２次元の測色計に対して本開示を適用することにより、同様に、結像レンズによる偏光依存を解消することで測定精度を改善することができる。
【００４２】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
面光源からの光が入射される光学系と、
前記光学系の前面に配置される偏光解消素子と、
前記光学系を通過した光が入射される分光器と、を備える
光計測装置。
（２）
前記偏光解消素子は、バビネ型の偏光解消素子である
前記（１）に記載の光計測装置。
（３）
前記光学系を構成する光学素子にＡＲコートが施されている
前記（１）または（２）に記載の光計測装置。
【００４３】
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
【符号の説明】
【００４４】
１００…偏光解消素子、１００Ｂ…設置位置、１０１…ＮＤフィルタ、１０２…レンズ鏡筒、１０３…結像レンズ、１０４…モータースライダー、１０５…分光ブロック、１０６…スリット、１０７…ミラー、１０８…凹面ミラー、１０９…回折素子、１１０…凹面ミラー、１１１…エリアセンサ、１１２…カメラ、１１３…開口絞り、２０１…回転偏光子、Ｓ…面発光デバイス、Ｓ１…ＬＥＤバックライト、Ｓ２…光源
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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