(57)【要約】【課題】低輝度から高輝度までを高精度で且つ短時間に測光することのできる測光装置を提供すること。【解決手段】ディスプレイ（２）のような測定対象の光を測定する測光装置（１）であって、三刺激値に応じた特定の波長を選択透過する干渉フィルタ（２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ）と、入射された光を分光して透過するＬＶＦ（２１）と、これら干渉フィルタ及び前ＬＶＦを支持する円板（２２）と、測定対象からの光を干渉フィルタ及びＬＶＦに順次走査させるよう円板を回転駆動するモータ（２３）と、干渉フィルタを介した光及びＬＶＦを介した光を電気信号に変換する受光部（１３）と、受光部により変換された干渉フィルタを介した光の電気信号及びＬＶＦを介した光の電気信号に基づき測光情報を出力する測光制御部（１４）と、を備える。【選択図】図２
2017207406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の光を測定する測光装置あって、
三刺激値に応じた特定の波長を選択透過する干渉フィルタと、
入射された光を分光して透過する分光手段と、
前記干渉フィルタ及び前記分光手段を支持する支持手段と、
前記測定対象からの光を前記干渉フィルタ及び前記分光手段に順次走査させるよう前記支持手段を駆動する駆動手段と、
前記干渉フィルタを介した光及び前記分光手段を介した光を電気信号に変換する受光手段と、
前記受光手段により変換された前記干渉フィルタを介した光の電気信号及び前記分光手段を介した光の電気信号に基づき測光情報を出力する測光制御手段と、
を備える測光装置。
【請求項２】
前記支持手段は、板状部材であり、当該板状部材の面内に前記干渉フィルタ及び前記分光手段が配設されており、
前記駆動手段は、前記干渉フィルタ及び前記分光手段が配設されている方向に沿って前記板状部材を移動させるモータである請求項１記載の測光装置。
【請求項３】
前記分光手段は、光の透過部位に応じて透過波長が異なるリニアバリアブルフィルタである請求項１または２に記載の測光装置。
【請求項４】
前記干渉フィルタは、赤系、緑系、青系の３つの干渉フィルタからなる請求項１から３のいずれか一項に記載の測光装置。
【請求項５】
前記干渉フィルタは、光路に対して前後一対のフィルタ要素からなり、両フィルタ要素は一側が接近し、他側が離間するよう傾斜して対向している請求項１から４のいずれか一項に記載の測光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象からの光の輝度、色度、分光分布等を測定する測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測光装置は、液晶ディスプレイの表示特性や自動車等の製品の塗装の状態を測定したり、食品の鮮度を測定したり、人や動物の健康状態を測定したり等、工業、食品、医療等の種々の分野にて利用されている。
【０００３】
測光装置による測光の方式には種々の方式がある。例えば、フィルタを用いた方式があり、測定対象からの光を三刺激値に対応した光学フィルタ（干渉フィルタ）を介して測定を行うマルチフィルタ方式の測光装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、透過部位に応じて透過波長が異なる透過波長変化型フィルタ（走査ウェッジバンドパスフィルタ、リニアバリアブルフィルタ、ともいう）を介して測定を行う測光装置も開発されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６―２０１４７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、等色関数に合わせるように調整したＸ、Ｙ、Ｚフィルタを採用しているが、完全に合致することができないため、測定速度は速いが、測定精度が低いという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の技術のように、透過波長変化型フィルタを用いた場合は、１つのフィルタを走査することで必要な波長域の分光特性を得ることが可能である。しかし、透過波長変化型フィルタは光を波長別に面分割するため、受光部に入る光量が微小となり、低輝度（黒輝度）の測定ができないという問題がある。このため、この方式は、黒輝度の評価が重要である液晶ディスプレイの測光等には適さない。
【０００８】
このように、特許文献１、２のいずれの方式においてもそれぞれにメリットとデメリットとがあり、測光装置において低輝度から高精度までを高精度で且つ短時間に測光することは容易ではない。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低輝度から高輝度までを高精度で且つ短時間に測光することのできる測光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明に係る測光装置では、測定対象の光を測定する測光装置あって、三刺激値に応じた特定の波長を選択透過する干渉フィルタと、入射された光を分光して透過する分光手段と、前記干渉フィルタ及び前記分光手段を支持する支持手段と、前記測定対象からの光を前記干渉フィルタ及び前記分光手段に順次走査させるよう前記支持手段を駆動する駆動手段と、前記干渉フィルタを介した光及び前記分光手段を介した光を電気信号に変換する受光手段と、前記受光手段により変換された前記干渉フィルタを介した光の電気信号及び前記分光手段を介した光の電気信号に基づき測光情報を出力する測光制御手段と、を備える。
【００１１】
また、本発明に係る測光装置において、前記支持手段は、板状部材であり、当該板状部材の面内に前記干渉フィルタ及び前記分光手段が配設されており、前記駆動手段は、前記干渉フィルタ及び前記分光手段が配設されている方向に沿って前記板状部材を移動させるモータとしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る測光装置において、前記分光手段は、光の透過部位に応じて透過波長が異なるリニアバリアブルフィルタであってもよい。
【００１３】
また、本発明に係る測光装置において、前記干渉フィルタは、赤系、緑系、青系の３つの干渉フィルタであってもよい。
【００１４】
また、本発明に係る測光装置において、前記干渉フィルタは、光路に対して前後一対のフィルタ要素からなり、両フィルタ要素は一側が接近し、他側が離間するよう傾斜して対向していてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記手段を用いる本発明によれば、光を選択透過する干渉フィルタと、分光する分光手段とを併用することで、分光手段による精度で測光情報を得られるとともに、干渉フィルタにより低輝度の測光を補うことができる。これにより低輝度から高輝度までを高精度で且つ短時間に測光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る測光装置をディスプレイの測光に適用した場合の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る測光装置を示す概略構成図である。
【図３】図２の矢視Ａから見た円板の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
本実施形態に係る測光装置１は、いわゆる面分光放射計（二次元分光放射計ともいう）であり、例えば図１に示すように、測定対象をディスプレイ２とし、このディスプレイ２から出射される光束を測定して輝度や色度の評価が可能なものである。測光装置１はパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）３等の外部機器と接続可能であり、測光結果をＰＣ３に出力したり、ＰＣ３から測光装置１における測定条件の変更を行ったりすることが可能である。
【００１９】
なお、測定対象はディスプレイに限られず、例えば、自動車等の製品の塗装の検査やシミュレーション、食品の状態検査、人や動物の健康状態の検査等、種々の分野に適用可能である。また測光装置１はＰＣ以外の外部機器を接続してもよいし、測光装置１単体で用いてもよい。
【００２０】
図２を参照すると、測光装置１の概略構成図が示されている。同図に示すように、測光装置１は、主に対物光学系１０、分光部１１、結像光学系１２、受光部１３（受光手段）、及び測光制御部１４（測光制御手段）を有している。
【００２１】
対物光学系１０は、ディスプレイ２からの光束Ｌａを集光して、分光部１１に向かう平行光束Ｌｂとするレンズ群からなる。また結像光学系１２は、分光部１１を通った平行光束Ｌｃを集光して、受光部１３に向かう平行光束Ｌｄとするレンズ群からなる。
【００２２】
分光部１１は、３つの干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚと１つのリニアバリアブルフィルタ（以下ＬＶＦという）２１（分光手段）が設けられた円板２２（支持手段）（板状部材）が、モータ２３（駆動手段）により回転駆動されるターレットとして構成されている。
【００２３】
詳しくは、干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚは、三刺激値（等色関数XYZ）に応じて特定の波長を選択透過する光学フィルタである。具体的には、赤系（Ｒ）の波長域の光を透過するＸフィルタ２０Ｘ、緑系（Ｇ）の波長域の光を透過するＹフィルタ２０Ｙ、青系（Ｂ）の波長域の光を透過するＺフィルタ２０Ｚ、の３種類の干渉フィルタを有している。
【００２４】
ＬＶＦ２１は、円板２２の周方向、すなわちＬＶＦ２１の幅方向に沿って厚みが変化しており、この厚みの変化に応じて透過波長が変化する透過波長変化型フィルタである。例えば本実施形態のＬＶＦ２１では、約３５０〜１１００ｎｍまでの透過波長を有している。
【００２５】
これら３つの干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚと、１つのＬＶＦ２１はそれぞれほぼ同じ面積の矩形をなし、円板面にて周方向に沿って配設されている。本実施形態では、円板２２の一側の領域に３つの干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚが近接して配設され、円板２２の他側の領域に１つのＬＶＦ２１が配設されている。なお、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ及びＬＶＦ２１の円板２２上での配置はこれに限られるものでない。
【００２６】
モータ２３は、回転軸２３ａが円板２２の中心に連結されており、円板２２に向かう光束Ｌｂの光路と交差する方向に回転駆動可能である。例えば本実施形態では、図２において円板２２を反時計回りに回転駆動する。当該モータ２３はステッピングモータであり、１ステップで設定された角度分、円板２２を回転駆動する。
【００２７】
この１ステップで回転する角度は可変設定可能であり、本実施形態におけるモータ２３は、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚの走査に対応した１ステップ当たりの所定角度（第１の所定角度という）と、ＬＶＦ２１の走査に対応した１ステップ当たりの所定角度（第２の所定角度という）と、干渉フィルタ２０Ｘ、２０ＺとＬＶＦ２１との間の移動に対応した１ステップ当たりの所定角度（第３の所定角度）がそれぞれ設定されている。
【００２８】
具体的には、図３に図２の矢視Ａから見た円板２２の平面図が示されており、同図に示すように、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ及びＬＶＦ２１は、それぞれ円板面において中心角約５０°の範囲を占めている。そこでモータ２３は、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚの範囲では１ステップ５０°で円板２２を回転させ、ＬＶＦ２１の範囲では１ステップ０．０４５°で１１００ステップ円板２２を回転させるよう設定されている。また、Ｘフィルタ２０ＸからＬＶＦ２１まで、ＬＶＦ２１からＺフィルタ２０Ｚまでは、１ステップ８０°で円板２２を回転させるよう設定されている。
【００２９】
さらに、図４には図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、同図に示すように、干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚは、光路に対して前後一対のフィルタ要素２０Ｘａ、２０Ｘｂ、２０Ｙａ、２０Ｙｂ、２０Ｚａ、２０Ｚｂ（２０Ｙａ、２０Ｙｂのみ図示）から構成されている。ＬＶＦ２１については、光路に対して前後一対のフィルタ要素２１ａ、２１ｂが２組光路に沿って並んで構成されている。迷光除去のため、これら前後一対のフィルタ要素２０Ｙａ、２０Ｙｂ、２１ａ、２１ｂは円板中心側（一側）が接近し、円板外縁側（他側）が離れるよう互いに傾斜して対向している。
【００３０】
受光部１３は、ＣＣＤ等の撮像素子であり、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｘ、及びＬＶＦ２１を透過し結像光学系１２により結像された光を受光して電気信号に変換する。受光部１３は測光制御部１４と電気的に接続されており、変換した電気信号は測光制御部１４に出力される。
【００３１】
測光制御部１４は、主に画像処理部３０、主制御部３１、モータ制御部３２を有しており、受光部１３にて変換された電気信号は画像処理部３０に入力される。画像処理部３０は、入力された電気信号に対して、例えばアナログ信号からデジタル信号への変換等の所定の信号処理を行い、処理後の情報を主制御部３１に出力する。
【００３２】
主制御部３１は、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚを介した光の情報（以下、ＸＹＺデータという）及びＬＶＦ２１を介した光の情報（以下、分光データという）について所定の演算処理を行う。この所定の演算処理としては、例えば分光データを用いて、ＸＹＺデータの自己校正を行う。具体的には、分光データを用いてＸＹＺデータの測定精度を補完処理する。
【００３３】
また所定の演算処理としては、この他にも例えば測光装置１に接続されているＰＣ３にて測光結果を出力する処理や、波長、温度、直線性などの各種補正処理等が含まれる。
【００３４】
主制御部３１は、モータ制御部３２とも接続されており、モータ２３の回転駆動条件の設定等を行う。そして、モータ制御部３２は、上述した１ステップ当たりの角度やステップ数等のあらかじめ設定された回転駆動条件で円板２２の回転駆動を行う。
【００３５】
測光装置１は、以上のように構成されており、以下測光装置１の測光時の動作について説明する。
【００３６】
測光装置１による測定を行う際には、図１に示したように測光装置１の対物光学系１０を測定対象であるディスプレイ２に向けて設置する。また、測光装置１にＰＣ３等の各種外部機器を接続する。
【００３７】
測光装置１は、図示しないスイッチ又はＰＣ３による操作に応じた測光開始のトリガを受けると、モータ制御部３２の制御の下、モータ２３が予め設定された角度とステップ数で円板２２を回転駆動させる。
【００３８】
円板２２の回転により、対物光学系１０を介した光束Ｌｂが各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ、ＬＶＦ２１を順次走査する。各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚは１ステップで１つの干渉フィルタ全域が速やかに走査される。一方、ＬＶＦ２１は細分化された波長域それぞれを走査するため狭い角度で多くのステップ数で走査される。このためＬＶＦ２１の走査は各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚの走査に比べて走査時間は長くなる。
【００３９】
また、各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ及びＬＶＦ２１はそれぞれ前後一対のフィルタ要素２０Ｘａ、２０Ｘｂ、２０Ｙａ、２０Ｙｂ、２０Ｚａ、２０Ｚｂ、２１ａ、２１ｂを備えていることで、図４にてＬＶＦ２１を通る光束が二点鎖線で示されるように、前側のフィルタ要素２１ａに入射した光束Ｌｂは一旦外側に屈折し、後側のフィルタ要素２１ｂにより再び内側に屈折することで元の光路線上に戻る。このように、光束が屈折する構成とすることで、測定対象の光束の迷光を抑制することができる。
【００４０】
この各干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ及びＬＶＦ２１を透過した光束Ｌｃは結像光学系１２により受光部１３に結像され、受光部１３にて電気信号に変換されて測光制御部１４に出力される。
【００４１】
測光制御部１４では、入力された電気信号が画像処理部３０からＸＹＺデータ及び分光データとして主制御部３１に入力され、主制御部３１にて自己校正処理等が行われて、測定結果情報としてＰＣ３に出力される。
【００４２】
以上のように、本実施形態における測光装置１によれば、分光部１１において、入射された光を選択透過する干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚと、入射された光を分光するＬＶＦ２１とが円板２２により一体的に支持されており、モータ２３によって順次走査されることで、ＸＹＺデータと分光データの両方を一連の動作で取得することができる。そして、測光制御部１４において、これらのＸＹＺデータと分光データに基づき、自己校正処理が行われることで、分光データにおいて不足している光量をＸＹＺデータにより補うことができる。
【００４３】
したがって、測光装置１によれば、分光ではない選択透過する干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚと、分光手段であるＬＶＦ２１とを併用することで、ＬＶＦ２１による精度で測定できるとともに、干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚにより低輝度の測定を補完することができる。これにより測光装置１は、低輝度から高輝度までを高精度で且つ短時間に測光することができる。
【００４４】
また、分光部１１は、干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０ＺとＬＶＦ２１が円板面内にて周方向に沿って配設され、モータ２３による円板２２の回転駆動により順次走査することが可能であることで、容易な構成及び容易な駆動制御により干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０ＺとＬＶＦ２１の走査を行うことができる。
【００４５】
さらに、分光手段としてＬＶＦ２１を用いることで、容易な構成で分光を行うことができる。また、干渉フィルタが赤系、緑系、青系の３つの干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚからなることで、最小限の干渉フィルタで分光データの補完を行うことができる。
【００４６】
以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
上記実施形態における測光装置１では、１つのモータ２３により１ステップにおける角度を可変設定させることで、各フィルタにおける走査時間が調整されているが、フィルタの走査時間の調整はこのような手法に限られるものでなく、例えば、異なる速度のモータを複数使用したり、変速ギヤを介したりすることで、回転駆動条件を可変設定可能な構成としてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態における測光装置１では、分光手段としてＬＶＦ２１を用いているが、他の分光手段を用いてもよい。例えば、ＬＶＦ２１に代えて反射型の素子を設けて分光を行なう構成としてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態のおける測光装置１では、円板２２が干渉フィルタ２０Ｘ、２０Ｙ、２０ＺとＬＶＦ２１を支持し、円運動による走査を行っているが、干渉フィルタとＬＶＦ（分光手段）の支持手段は円板に限られない。例えば、支持手段を矩形板（板状部材）とし、矩形板の長手方向に干渉フィルタとＬＶＦを設け、この長手方向に沿って矩形板を直線運動させて走査を行う構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  測光装置
２  ディスプレイ
３  パーソナルコンピュータ
１０  対物光学系
１１  分光部
１２  結像光学系
１３  受光部（受光手段）
１４  測光制御部（測光制御手段）
２０Ｘ、２０Ｙ、２０Ｚ  干渉フィルタ
２１  ＬＶＦ：リニアバリアブルフィルタ（分光手段）
２２  円板（支持手段）（板状部材）
２３  モータ（駆動手段）
２３ａ  回転軸
３０  画像処理部
３１  主制御部
３２  モータ制御部
【図１】
2017207406.tif 000003
【図２】
2017207406.tif 000004
【図３】
2017207406.tif 000005
【図４】
2017207406.tif 000006