(57)【要約】【課題】取込光量を好適に規定できる光計測装置を提供する。【解決手段】光計測装置１は、測定対象である面光源１０１からの光を結像させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５の後側の面光源１０１の共役点に配置された視野絞り部材１７と、集光レンズ１５の前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材２１と、視野絞り部材１７及び開口絞り部材２１を透過した光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器５とを有する。【選択図】図２
2009271046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である光源からの光を結像させる集光光学要素と、
前記集光光学要素の後側の前記光源の共役点に配置された視野絞り部材と、
前記集光光学要素の前側焦点又は当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材と、
前記視野絞り部材及び前記開口絞り部材を透過した光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器と、
を有する光計測装置。
【請求項２】
前記光源としての面光源からの光を射影する射影光学要素と、
前記射影光学要素を介して前記面光源の各部からの光を前記集光光学要素の方向へ順次偏向することにより、前記面光源を走査する偏向器と、
を有し、
前記射影光学要素は、射出瞳が前記集光光学要素の前側焦点又は当該前側焦点の共役点に位置するように配置されている
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項３】
前記集光光学要素は、前記光源から出射されてから集光作用及び発散作用のいずれも受けていない光が入射する位置に配置されている
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項４】
前記開口絞り部材は、前記視野絞り部材よりも後側において、前記集光光学要素の前側焦点の共役点に配置され、
前側焦点に前記視野絞り部材が位置し、後側焦点に前記開口絞り部材が位置するように配置された第１リレーレンズと、
前側焦点に前記開口絞り部材が位置し、後側焦点に前記検出器が位置するように配置された第２リレーレンズと、
を有する請求項１に記載の光計測装置。
【請求項５】
前記集光光学要素を保持する第１保持部と、
前記視野絞り部材、前記第１リレーレンズ、前記開口絞り部材、前記第２リレーレンズ及び前記検出器を保持し、前記第１保持部に対して前記集光光学要素の光軸方向へ移動可能な第２保持部と、
を有する請求項４に記載の光計測装置。
【請求項６】
前記開口絞り部材は、前記集光光学要素の前側焦点に配置され、
前記開口絞り部材及び前記集光光学要素を保持する第１保持部と、
前記視野絞り部材及び前記検出器を保持し、前記第１保持部に対して前記集光光学要素の光軸方向へ移動可能な第２保持部と、
を有する請求項１に記載の光計測装置。
【請求項７】
前記開口絞り部材は絞りの径が可変である
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項８】
前記検出器は、輝度の絶対値を検出可能に構成されている
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光計測装置。
【請求項９】
測定対象である光源からの光を結像させる集光光学要素と、
前記集光光学要素の後側の前記光源の共役点に配置された視野絞り部材と、
前記集光光学要素の前側焦点又は当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材と、
を有する測定用光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源における輝度や色度等の光に係る量を計測する光計測装置及び当該光計測装置に利用可能な計測用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源の輝度や色度等の物理量若しくは心理物理量を計測する技術が知られている。特許文献１では、紙等のウェブの光学情報を収集する収集装置として、ウェブの各部からの光を順次偏向することによりウェブを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーにより偏向された光を透過させる２つのスリットと、２つのスリットを透過した光を分光する分光器とを有する装置が開示されている。特許文献１の技術によれば、面光源の各部からの光の計測を一の位置（視点）から行うことができる。
【特許文献１】特開２００４−９３３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、面光源と計測装置との距離に応じて、面光源の中央部及び外周部において共に、検出器に取り込まれる光量が変化することについて言及されていない。検出器に取り込まれる光量が変化すると、例えば、輝度値の絶対値を計測することが困難である。
【０００４】
また、面光源と計測装置との距離に関係なく、取込光量を調整したい場合もある。例えば、被測定物の明るさが大きく変化したときに、取込光量が、ある程度の範囲内に収まるように、取込光量を調整したい場合がある。このような場合において、例えば、ＮＤフィルタの光路への挿入及び退避、並びに／又は、ＮＤフィルタの交換によって取込光量を調整することが考えられる。しかし、ＮＤフィルタは、波長毎に減光率が異なることから、ＮＤフィルタを使用した場合には、波長毎の減光率の相違を考慮した補正を行う必要性が生じる。さらに、このような補正は、ＮＤフィルタ毎になされなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、取込光量を好適に規定できる光計測装置及び当該光計測装置に利用可能な計測用光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光計測装置は、測定対象である光源からの光を結像させる集光光学要素と、前記集光光学要素の後側の前記光源の共役点に配置された視野絞り部材と、前記集光光学要素の前側焦点又は当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材と、前記視野絞り部材及び前記開口絞り部材を透過した光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器と、を有する。
【０００７】
本発明の計測用光学系は、測定対象である光源からの光を結像させる集光光学要素と、前記集光光学要素の後側の前記光源の共役点に配置された視野絞り部材と、前記集光光学要素の前側焦点又は当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、取込光量を好適に規定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光計測装置１の概略構成を示す平面図である。
【００１０】
光計測装置１は、測定対象である面光源１０１の輝度分布や色度分布等の光に係る量の分布を計測する装置として構成されている。面光源１０１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の、複数の画素毎に輝度を調整して表示を行う表示装置である。
【００１１】
光計測装置１は、面光源１０１の各部の光を順次取り込むための走査光学系３（計測用光学系の一例）と、走査光学系３により取り込まれた光を受光して光に係る量を検出する検出器５と、走査光学系３を制御する制御部７と、検出器５の検出値に基づいて種々の処理を行う計測処理部９とを有している。
【００１２】
走査光学系３は、面光源１０１からの光が入射する走査レンズ１１（射影光学要素の一例）と、走査レンズ１１を透過した光を偏向する偏向器１３と、偏向器１３により偏向された光が入射する集光レンズ１５（集光光学要素の一例）と、集光レンズ１５を透過した光の径（断面）を規定する視野絞り部材１７と、視野絞り部材１７を透過した光を転送する第１リレーレンズ１９と、第１リレーレンズ１９を透過した光の径（断面）を規定する開口絞り部材２１と、開口絞り部材２１を透過した光が入射する第２リレーレンズ２３とを有している。
【００１３】
走査レンズ１１は、例えば、レンズ群により構成されている。ただし、走査レンズ１１は、単レンズにより構成されてもよい。走査レンズ１１は、面光源１０１に対して対向して配置されている。
【００１４】
走査レンズ１１は、計測の目的に照らして、面光源１０１の各部（中央部や外周部）からの光を所定の射影方式で射出するレンズにより構成されている。例えば、以下のとおりである。
【００１５】
ｙ＝ｆ・ｔａｎθで表される中心射影レンズにより走査レンズ１１を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角の差を小さくできる。
【００１６】
ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）で表される立体射影レンズにより走査レンズ１１を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角及び測定角の差を小さくできる。
【００１７】
ｙ＝ｆ・θで表される等距離射影レンズにより走査レンズ１１を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における測定面積の差を小さくできる。
【００１８】
なお、ｙは、測定面（面光源１０１）における走査レンズ１１の光軸ＬＡと測定位置との距離（物高）、ｆは走査レンズ１１の焦点距離、θは偏向器１３へ入射する（走査レンズ１１から射出された）光束が光軸ＬＡと成す角（走査角）である。立体角、測定角及び測定面積については、後述する。
【００１９】
偏向器１３は、走査レンズ１１を介して面光源１０１の各部からの光を一定の方向（集光レンズ１５への方向）へ順次偏向することにより、面光源１０１を走査するものである。偏向器１３は、例えば、ガルバノミラーにより構成されている。すなわち、偏向器１３は、走査レンズ１１からの光を偏向する第１偏向ミラー２５と、第１偏向ミラー２５により偏向された光を偏向する第２偏向ミラー２７とを有している。
【００２０】
第１偏向ミラー２５及び第２偏向ミラー２７は、例えば、いずれかが走査レンズ１１の射出瞳に位置するように配置され、また、その射出瞳よりも広い面積を有している。なお、走査レンズ１１は、射出瞳が走査レンズ１１の射出方向外部に位置するように構成されている。偏向器１３は、走査レンズ１１の射出瞳に配置されることにより、走査レンズ１１を透過する全ての光を偏向可能である。
【００２１】
第１偏向ミラー２５及び第２偏向ミラー２７は、互いに異なる回転軸回りに回転可能に設けられている。偏向器１３は、例えば、第１偏向ミラー２５の回転により面光源１０１を主走査方向に走査し、第２偏向ミラー２７の回転により面光源１０１を主走査方向に直交する副走査方向に走査する。主走査方向及び副走査方向は、面光源１０１がディスプレイである場合に、ディスプレイの主走査方向及び副走査方向と一致していても一致していなくてもよい。第１偏向ミラー２５及び第２偏向ミラー２７は、例えば、第１モータ２９及び第２モータ３１によりそれぞれ駆動される。
【００２２】
集光レンズ１５は、偏向器１３からの光を集光することにより、面光源１０１からの光を結像させる。集光レンズ１５は、例えば、走査レンズ１１の射出瞳に前側焦点が位置するように配置されている。集光レンズ１５は、単レンズにより構成されていてもよいし、レンズ群により構成されていてもよい。
【００２３】
視野絞り部材１７は、走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系の像面に配置されている。例えば、集光レンズ１５に入射する光が平行光である場合には、像面位置は集光レンズ１５の後側焦点位置である。視野絞り部材１７には、集光レンズ１５により集光された光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる視野絞り１７ａが形成されている。視野絞り１７ａは、例えば、０．３〜３ｍｍの開口である。視野絞り１７ａの形状は適宜な形状でよいが、例えば、円形や矩形である。なお、視野絞り部材１７は、視野絞り１７ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００２４】
第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、集光レンズ１５の結像した像を転送するレンズである。なお、上述のように、集光レンズ１５の像面には視野絞り部材１７が配置されているから、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、視野絞り部材１７により径が規定された像を転送する。
【００２５】
第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、例えば、アフォーカル系を構成している。すなわち、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、第１リレーレンズ１９の後側焦点に第２リレーレンズ２３の前側焦点が位置するように配置されており、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３の焦点距離ｆ２及びｆ３（図２参照）の比によって決定される倍率で物体を結像する。
【００２６】
第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、例えば、第１リレーレンズ１９の前側焦点が走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系の像面に位置するように配置され、第２リレーレンズ２３の後側焦点に像を結ぶ。なお、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３は、それぞれ、レンズ群により構成されていてもよいし、単レンズにより構成されていてもよい。
【００２７】
開口絞り部材２１は、例えば、集光レンズ１５の前側焦点位置の共役点に配置されている。開口絞り部材２１には、第１リレーレンズ１９を透過した光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる開口絞り２１ａが形成されている。開口絞り部材２１は、例えば、第１リレーレンズ１９の後側焦点（第２リレーレンズ２３の前側焦点）に配置されており、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３と共にテレセントリック光学系を構成している。なお、開口絞り部材２１は、開口絞り２１ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００２８】
開口絞り２１ａの径が可変のものである場合、開口絞り部材２１は、撮像装置のシャッタのように、複数の絞り羽根により構成され、複数の絞り羽根の相対移動により開口絞り２１ａの径を変化させるものであってもよい。また、例えば、開口絞り部材２１は、回転可能に軸支され、円周方向に沿って複数の絞りが形成されており、回転移動により光路に挿入される絞りが切り換えられることにより、開口絞り２１ａの径を変化させるターレットであってもよい。なお、走査光学系３は、開口絞り２１ａの径が互いに異なる複数の開口絞り部材２１が着脱可能であってもよい。
【００２９】
検出器５は、例えば、分光器により構成されており、受光した光を分光して光のスペクトルを求め、そのスペクトルのデータを、若しくは、そのスペクトルから算出された輝度や色度を、電気信号として出力する。検出器５は、例えば、特に図示しないが、モノクロメータ等のいわゆる狭義の分光器と、狭義の分光器により分光された光を受光して、受光した光の光量に応じた電気信号を出力するＣＣＤ等の光電変換器とを有している。
【００３０】
検出器５は、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３の像面における光を検出するように配置される。例えば、検出器５は、光ファイバ５ａ（図１０参照）により光を取り込み、取り込んだ光の輝度等を算出して出力するように構成されており、光ファイバの入射面は、第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３の像面（本実施形態では第２リレーレンズ２３の後側焦点）に配置される。
【００３１】
制御部７は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を含むコンピュータにより構成されており、不図示のモータドライバを介して第１モータ２９及び第２モータ３１を制御する。制御部７は、例えば、第１偏向ミラー２５が一定の回転速度で連続的に移動するように、若しくは、第１偏向ミラー２５が一定の時間間隔で間欠的に一定の回転角度で移動するように、第１モータ２９を制御するとともに、第２偏向ミラー２７が一定の時間間隔で間欠的に一定の回転角度で移動するように第２モータ３１を制御する。
【００３２】
計測処理部９は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を含むコンピュータと、ユーザの入力を受け付ける操作部と、ユーザに情報を提示する表示装置とを有して構成されている。計測処理部９は、例えば、ユーザの入力に基づいて、走査光学系３により面光源１０１の走査を行うように制御部７に指令を出力する。また、例えば、計測処理部９は、検出器５から出力された電気信号から得られる計測結果に対して所定の補正処理（例えば、後述するシェーディング処理）を行い、計測結果若しくは計測結果に基づく演算結果を表示装置に表示する処理を行う。
【００３３】
なお、制御部７及び計測処理部９は、別個のハードウェアにより構成されてもよいし、共通のハードウェアにより構成されてもよく、また、両者の役割分担は適宜に設定されてよい。また、計測結果に基づく補正処理等における計測処理部９及び検出器５の役割分担も適宜に設定されてよい。
【００３４】
光計測装置１は、走査レンズ１１、偏向器１３及び集光レンズ１５を保持する第１保持部３３と、視野絞り部材１７、第１リレーレンズ１９、開口絞り部材２１、第２リレーレンズ２３及び検出器５を保持する第２保持部３５と、第１保持部３３及び第２保持部３５を集光レンズ１５の光軸方向（図１の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース３７とを有している。
【００３５】
第１保持部３３、第２保持部３５及びベース３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部３３及び第２保持部３５の相対移動は、第１保持部３３及び第２保持部３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。
【００３６】
次に、光計測装置１の作用の説明に先立って、測定距離、測定面積、測定角、立体角及び取込光量について説明する。
【００３７】
測定距離（図３（ｂ）のＬを参照）は、面光源１０１と走査光学系３との距離である。なお、走査光学系３における、測定距離の基準となる位置は、適宜に選択されてよいが、例えば、集光レンズ１５の配置位置である。
【００３８】
測定面積（図３（ｂ）のＳｍを参照）は、面光源１０１上の面積であって、走査の各時点において計測対象となる測定領域Ａ（図１参照）の面積である。すなわち、走査光学系３が一時点において検出器５へ出力する光の、光源の面積である。
【００３９】
測定角（図３（ｂ）の２αを参照）は、走査光学系３から測定領域Ａを見込む角度である。すなわち、測定角は、測定領域Ａの大きさを走査光学系３の光軸に対する角度で示す。なお、測定面積は、測定角及び測定距離の関数となる。
【００４０】
立体角（単位：ステラジアン）は、一般に、Ｓ／ｒ２で定義される。ｒは、球の半径を表し、Ｓは、その球の表面の所定部分の面積を表す。本実施形態では、立体角は、面光源１０１上の各点から出射された光線により形成される錐体において定義される。なお、立体角は、図３（ｂ）の頂角ωに相関するから、頂角ωを立体角とみなして考察してもよい。
【００４１】
取込光量は、測定領域Ａから出射され、且つ、走査光学系３により取り込まれて検出器５へ出力される単位時間当たりの光の量である。
【００４２】
図２は、走査光学系３の作用を説明するための光路図である。図２では、理解を容易にするために、偏向器１３を省略して同軸状に走査レンズ１１や集光レンズ１５等の光学部品を図示している。
【００４３】
上述のように、走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系は、集光レンズ１５の後側に面光源１０１の光を結像し、視野絞り部材１７は、走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系の像面に配置されている。すなわち、面光源１０１と視野絞り部材１７とは共役となっている。従って、視野絞り１７ａの面積により、測定面積等を規定できる。なお、視野絞り部材１７が、視野絞り１７ａの大きさを可変のものである場合には、視野絞り１７ａの大きさの調整により、測定面積等を調整できる。
【００４４】
また、上述のように、開口絞り部材２１は、共役点が集光レンズ１５の前側焦点に配置されており、走査レンズ１１は、集光レンズ１５の前側焦点に射出瞳が位置するように設けられている。従って、開口絞り部材２１の像１２１は、走査レンズ１１の射出瞳に位置することになる。その結果、開口絞り部材２１は、射出瞳に配置されたのと同様の作用を奏し、走査レンズ１１の有効瞳径を規定することができる。すなわち、開口絞り２１ａにより、立体角を規定できる。なお、開口絞り部材２１が、開口絞り２１ａの大きさを可変のものである場合には、開口絞り２１ａの大きさの調整により、立体角を調整できる。立体角の調整により、取込光量も調整できる。この取込光量の調整は、ＮＤフィルタによる調整のように、波長毎の減光率の相違を考慮した補正を行う必要がない。
【００４５】
本実施形態では、上述のように、走査レンズ１１の射出瞳には、第１偏向ミラー２５又は第２偏向ミラー２７が位置しているから、開口絞り部材２１は、第１偏向ミラー２５又は第２偏向ミラー２７に配置されたのと同様の作用も奏する。
【００４６】
なお、開口絞り部材２１は、開口絞り２１ａの像１２１ａの径が、偏向器１３から出射された偏向された光束の径以下になるように設けられている。集光レンズ１５の径は、開口絞り２１ａの像１２１ａの光が全て入射可能な大きさに設定されている。
【００４７】
上述のように、集光レンズ１５は、前側焦点が走査レンズ１１の射出瞳（開口絞り部材２１の像１２１）に位置するように配置されている。その結果、測定距離によらず、取込光量が一定になるという作用を奏する。具体的には、以下のとおりである。
【００４８】
図３（ａ）は、測定角２αを説明する図である。
【００４９】
物高ｈ（測定領域Ａの半分の高さ）と、像高ｈ′（視野絞り１７ａの半分の高さ）とが常に結像関係にある場合、次の式が成り立つ。
ｈ／ｈ′  ＝  ｘ／ｆ
ｈ／ｘ  ＝  ｈ′／ｆ
ここで、焦点距離ｆと視野絞り１７ａの半径であるｈ′は不変であるためｈ／ｘも常に一定となることが分かる。
【００５０】
一方、測定角２αをｘとｈとで作る三角形で構成すれば、
２α  ＝  ２ｔａｎ−１（ｈ／ｘ）
となる。
【００５１】
以上のように、測定角２αの基準は、集光レンズ１５の前側焦点となる。また、測定距離Ｌ（図３（ａ）ではｘ）が変化しても、測定角２αは変化しない。測定角２αを変えるためには、視野絞り１７ａの径（ｈ′）を変化させなければならない。
【００５２】
光路には、走査レンズ１１が挿入されている。走査レンズ１１を挿入した場合には、ディスプレイ（測定対象である面光源１０１）から集光レンズ１５の焦点位置までの距離は、走査レンズ１１のパワーに応じて変化する。また、光学的な測定角２αの基準位置も変化する。
しかし、上記距離や基準位置の変位と同じだけ開口絞り（開口絞り部材２１の像１２１）の位置が変化するため、上記と同様な効果、たとえば「測定角２αの基準は集光レンズ１５の前側焦点となる」という効果は、走査レンズ１１を挿入するかしないかに関係なく同様に得られる。つまり、面光源１０１から走査レンズ１１を見たときに、走査レンズ越しに見える集光レンズ１５の焦点位置と開口絞りの像１２１の位置は変化しないため、走査レンズ１１があっても上記効果が得られることに変わりがない。
【００５３】
図３（ｂ）は、取込光量が一定になる作用を説明する図である。
【００５４】
測定面積Ｓｍは、測定角２α及び測定距離Ｌにより決定される。例えば、視野絞り１７ａの形状、換言すれば、測定領域Ａの形状が円形であるとすると、その半径は、（Ｌ−ｆ１）ｔａｎαとなるから、Ｓｍ＝π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２となる。
【００５５】
また、測定領域Ａ内の点光源がもつエネルギーをＰと考えると、入射瞳（図３（ｂ）では、走査レンズ１１の射出瞳の有効瞳径を規定する開口絞り２１ａの像１２１ａは、集光レンズ１５の入射側に位置することから、入射瞳と表現されることがある。）の位置における光束密度は、エネルギーＰを、Ｌ−ｆ１を半径とする球の表面積で割った値となるから、Ｐ／（４π（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５６】
このとき光源からみて入射瞳に取り込まれる光線の円錐頂角ωによって取込の立体角が規定される。入射瞳径が２Ｒとすると、点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量は、上述の入射瞳の位置における光束密度に入射瞳の面積πＲ２を乗じて、Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５７】
取込光量は、測定面積×“点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量”の関係で決定されるので
π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２  ×  Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）
＝（Ｐ・πＲ２・ｔａｎα）／４
となり距離の関数ではなくなり、計測器としての取込光量は測定角α，瞳径Ｒと光源のエネルギーＰによって決定される。これは測定距離の変化による測定面積の変化量を、同様に測定距離によって変化する立体角の変化によって相殺していることを意味している。
【００５８】
図４は、本実施形態における取込光量のシミュレーション結果を示す図である。横軸は、測定距離を、縦軸は、検出器５の位置で取り込まれる光量の変化率を示している。
【００５９】
「Ｃｅｎｔ」は、測定領域Ａが面光源１０１の中央に位置するときの取込光量変化を示し、「Ｏｕｔ」は、測定領域Ａが面光源１０１の外周部に位置するときの取込光量変化を示す。「３８０」、「５５０」、「７８０」は、光の波長を３８０ｎｍ、５５０ｎｍ、７８０ｎｍとしたことを示している。
【００６０】
図４に示されるように、走査光学系３では、測定領域Ａが面光源１０１の中央に位置するとき、及び、測定領域Ａが面光源１０１の外周部に位置するときのそれぞれにおいて、測定距離によらず、取込光量が一定となる。
【００６１】
また、上記のような効果が生じる結果、測定領域Ａが面光源１０１の中央に位置するときの光量と、測定領域Ａが面光源１０１の外周部に位置するときの光量とは、測定距離によらず、一定の関係（一定の比）を保つことになる。
【００６２】
図５は、シェーディング補正を説明する図である。ｘ軸及びｙ軸は、測定座標（例えば、面光源１０１の主走査方向及び副走査方向）を示し、縦軸は、取込光量のムラの量を示している。
【００６３】
通常、レンズを用いて面光源等の測定対象物の輝度分布などを測定する場合には、あらかじめ光学系が固有に持つ取り込みムラ（レンズのシェーディング）を補正する必要がある。このシェーディングは図５に示すように測定座標（ｘ、ｙ）の２次元関数（例えば、ａ０ｘ２＋ａ１ｘ＋ａ２ｙ２＋ａ３ｙ＋ａ４ｘｙ＋ａ５）で表現することが可能であるが、従来の場合、このシェーディング関数は測定距離が変わるとその形状が変化してしまうという特性があった。従ってシェーディング関数の取得は測定距離毎に行う必要があった。
【００６４】
しかし、走査光学系３は、図４を参照して説明したように、シェーディング特性が距離に依存しないため、シェーディング関数の取得は基準の位置のみで行えば良く、測定距離毎に取得する必要がない。
【００６５】
なお、シェーディング補正は、例えば、計測処理部９において行われる。計測処理部９は、例えば、検出器５により検出された輝度等の光に係る量に対して、予め記憶されたシェーディング関数から求められる係数を乗じるなどして、検出器５の検出値を補正する。計測処理部９は、シェーディング関数の計算式を記憶することにより（具体的には、例えば、上述の式のａ０〜ａ５の係数を記憶することにより）、又は、測定座標（ｘ、ｙ）と光量とを対応付けたデータを記憶することにより、シェーディング関数を記憶している。
【００６６】
シェーディング関数は、例えば、各部の輝度が既知の面光源（基準光源）を、任意に設定された基準の位置に配置し、その基準光源の各部の輝度を光計測装置１により測定し、既知の輝度分布と、測定された輝度分布とを比較することにより求められる。なお、上述のように、光計測装置１では、基準の位置のみでシェーディング関数を得ればよいが、計測距離の変化による取込光量の微小な変化による誤差も低減したい場合には、測定対象である面光源１０１の輝度を実際に計測するときの計測距離で基準光源及び光計測装置１を配置して、シェーディング関数を得てもよい。
【００６７】
測定距離が変化すると、走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系の像面の位置は変化する。しかし、走査光学系３は、第１保持部３３に対して第２保持部３５を光軸方向へ移動可能であるから、走査レンズ１１から集光レンズ１５までの光学系の像面に視野絞り部材１７を位置させるように調整すること（ピント合わせ）が可能である。
【００６８】
この際、第１リレーレンズ１９、開口絞り部材２１及び第２リレーレンズ２３は、テレセントリック光学系を形成していることから、第１保持部３３に対して第２保持部３５を光軸方向へ移動させても、開口絞り２１ａの像１２１ａの大きさは変化しない。
【００６９】
以下では、ピント合わせの方法を例示する。ピント合わせは、視野絞り部材１７の位置で結像していることを確認出来ればよい。
【００７０】
第１保持部３３に対して第２保持部３５を移動させてピント合わせを行う場合には、例えば、図６〜図８に示す３つの手法がある。
【００７１】
図６は、検出器５が配置されるべき位置に光源１０３を設置し、走査光学系３の逆側から光線を投影し、測定対象物（面光源１０１）が配置されるべき位置でピントが合うことを確認する手法を示している。面光源１０１が配置されるべき位置には、例えば、スクリーン１０５が配置され、スクリーン１０５上に視野絞り１７ａの像が精度良く結像しているか等が肉眼で確認される。
【００７２】
図７は、視野絞り部材１７をアパーチャミラーにより構成し、若しくは、視野絞り１７ａと同一形状のアパーチャを有するアパーチャミラーを視野絞り部材１７に代えて配置し、集光レンズ１５からの光を、測光用の光Ｌ１と、結像確認用の光Ｌ２に分離し、視野絞り部材１７の位置での結像状態を観測する手法を示している。
【００７３】
結像確認用の光Ｌ２は、例えば、結像確認用光学系５１に入射する。結像確認用光学系５１は、例えば、レンズやミラーを含んで構成され、視野絞り部材１７の位置に結像された像をイメージセンサ５３上に転送する。そして、イメージセンサ５３により撮像された画像に基づいて、コンピュータ若しくはユーザにより、面光源１０１の像が結像されているか否か等が確認される。なお、イメージセンサ５３による撮像に代えて、接眼レンズを介してユーザが転送された像を視認してもよい。
【００７４】
図８は、視野絞り部材１７をアパーチャ付きのイメージセンサにより構成し、若しくは、視野絞り１７ａと同一形状のアパーチャを有するイメージセンサを視野絞り部材１７に代えて配置し、ピントを調整する手法を示している。アパーチャ付イメージセンサにより撮像された画像に基づいて、コンピュータ若しくはユーザにより、面光源１０１の像が結像されているか否か等が確認される。
【００７５】
また、集光レンズ１５を光軸方向へ移動させてピント合わせを行うこともできる。なお、本発明では、集光レンズ（１５）は、前側焦点位置が走査レンズ（１１）の射出瞳や開口絞り部材（２１）の共役点（１２１）に位置するように配置されるが、集光レンズが、この要件を厳密に満たす位置の近傍であって、要求される計測精度に照らして許容される許容範囲（誤差範囲）内に配置される場合も、本発明に含まれることは当然であり、本発明に含まれる範囲で、集光レンズ１５を移動させてピント合わせを行うことができる。
【００７６】
例えば、図示は省略するが、図６〜図８において、第２保持部３５ではなく、集光レンズ１５を光軸方向へ移動させてピント合わせを行うことができる。また、図６〜図８以外の方法として、図９の方法によりピント合わせを行うことができる。
【００７７】
図９は、集光レンズ１５と視野絞り部材１７との間に設置したミラー６１で偏向した像面にイメージセンサ５３を設置する方法を示している。イメージセンサ５３は、集光レンズ１５からの距離が視野絞り部材１７と同一になるように配置されている。この方法では、図７に示した例と同様に、イメージセンサ５３により撮像された画像に基づいて、コンピュータ若しくはユーザにより、面光源１０１の像が結像されているか否か等が確認される。なお、イメージセンサ５３による撮像に代えて、接眼レンズを介してユーザが転送された像を視認してもよい。
【００７８】
なお、本実施形態の光計測装置１は、上述のように、基本的には測定距離に依存した光学特性は持たないが、測定距離を何らかの補正にフィードバックするときには、ピント調整のために可動する部材に対して固定的な位置から測定距離を計算することが好ましい。例えば、第２保持部３５の移動によりピント合わせを行う場合には、第２保持部３５に保持される光学部品の位置又は当該光学部品に対して固定的な位置（焦点位置等）を基準として測定距離を計算することが好ましい。第２保持部３５等を移動させることによる光学特性の変化も補正にフィードバックできるからである。
【００７９】
また、色度の測定にあたりミラー反射スペクトルやレンズ表面のＡＲコートの透過率スペクトルが光線の角度に依存するため、偏向器１３のミラー振り角ごとのスペクトル値は補正することが好ましい。
【００８０】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態の光計測装置２０１の要部を示す概略図である。また、図１１は、光計測装置２０１における光路図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
光計測装置２０１は、例えば、走査光学系２０３の構成が第１の実施形態の走査光学系３の構成と異なり、他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００８２】
走査光学系２０３は、走査光学系３と比較して、走査レンズ１１が設けられていない点、開口絞り部材２１が集光レンズ１５の前側焦点の共役点ではなく前側焦点に配置されている点等が、第１の実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。
【００８３】
走査光学系２０３は、面光源１０１側（図１０及び図１１の紙面左側）から、偏向器１３（図１０及び図１１では図示省略。図１参照）と、開口絞り部材２１と、集光レンズ１５と、視野絞り部材１７と、リレーレンズ２１９とを有している。
【００８４】
走査光学系２０３は、走査レンズ１１を有していない。従って、面光源１０１からの光は、直接的に偏向器１３に入射して偏向される。偏向器１３により偏向された光は、開口絞り部材２１に入射する。換言すれば、開口絞り部材２１には、集光作用及び発散作用を受ける前の面光源１０１からの光が入射する。
【００８５】
開口絞り部材２１は、第１の実施形態と同様に、測定される光の立体角を規定する。ただし、第１の実施形態では、開口絞り部材２１の像１２１が集光レンズ１５の前側焦点に位置していたのに対して、第２の実施形態では、開口絞り部材２１自体が集光レンズ１５の前側焦点に配置されている。そして、面光源１０１から出射されてから集光作用及び発散作用のいずれも受けていない光は、集光レンズ１５に入射する。
【００８６】
集光レンズ１５は、第１の実施形態と同様に、面光源１０１からの光を結像させる。また、視野絞り部材１７は、第１の実施形態と同様に、集光レンズ１５の後側の、面光源１０１と共役点に配置される。
【００８７】
ただし、面光源１０１及び視野絞り部材１７は、第１の実施形態では、走査レンズ１１及び集光レンズ１５を介して共役の関係にあったのに対し、第２の実施形態では、集光レンズ１５のみを介して共役の関係にある。換言すれば、面光源１０１と視野絞り部材１７との間において、面光源１０１からの光に集光作用又は発散作用を及ぼす光学要素は集光レンズ１５のみである。
【００８８】
リレーレンズ２１９は、第１の実施形態の第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３と同様に、集光レンズ１５の結像した像を転送し、面光源１０１及び視野絞り部材１７と、検出器５の光ファイバ５ａの入射面とを共役の関係とするものである。リレーレンズ２１９は、例えば、第１の実施形態の第１リレーレンズ１９及び第２リレーレンズ２３を含んでユニット化されたレンズ群である。
【００８９】
走査光学系２０３は、図１０に示すように、開口絞り部材２１及び集光レンズ１５を保持する第１保持部２３３と、視野絞り部材１７、リレーレンズ２１９、及び、検出器５を保持する第２保持部２３５と、第１保持部２３３及び第２保持部２３５を集光レンズ１５の光軸方向（図１０の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース２３７とを有している。従って、走査光学系２０３は、開口絞り部材２１を集光レンズ１５の前側焦点に位置させたまま、集光レンズ１５の像面に視野絞り部材１７を位置させるようにピント合わせが可能である。
【００９０】
なお、第１の実施形態と同様に、第１保持部２３３、第２保持部２３５及びベース２３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部２３３及び第２保持部２３５の相対移動は、第１保持部２３３及び第２保持部２３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部２３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部２３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。
【００９１】
第２の実施形態における、各種設定事項の数値の一例を示すと、距離（Ｌ−ｆ１）は３００ｍｍ〜∞、測定角２αは２度、光ファイバ５ａの入射面の直径は１ｍｍ、光ファイバ５ａのＮＡ（開口数）は０．２、集光レンズ１５の焦点距離ｆ１は８０ｎｍ、リレーレンズ２１９の前側焦点距離ｆ４は１００ｍｍ、リレーレンズ２１９の後側焦点距離ｆ５は３０ｍｍ、開口絞り２１ａの直径は１０ｍｍ、視野絞り１７ａの直径は２．７８ｍｍ、集光レンズ１５と視野絞り部材１７との距離Ｌ３は７６〜９７ｍｍである。なお、走査光学系２０３の出射側のＮＡは、光ファイバ５ａのＮＡよりも小さくなるように設定されている。
【００９２】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、光計測装置２０１は、測定対象である面光源１０１からの光を結像させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５の後側の面光源１０１の共役点に配置された視野絞り部材１７と、集光レンズ１５の前側焦点又は前側焦点の共役点（第２の実施形態では前側焦点、第１の実施形態では前側焦点の共役点）に配置された開口絞り部材２１と、視野絞り部材１７及び開口絞り部材２１を透過した光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器５とを有することから、図３を参照して説明したように、測定距離Ｌの変化による測定面積Ｓｍの変化と、測定距離Ｌの変化による立体角（ω）の変化とを相殺させ、測定距離Ｌによらず、取込光量を一定にすることができる。
【００９３】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００９４】
光計測装置及び計測用光学装置は、光源を走査するものに限定されない。例えば、点光源からの光を計測するものであってもよい。光計測装置及び計測用光学装置が、光源を走査するものである場合、光計測装置及び走査光学系は、２次元の走査を行うものに限定されず、一次元の走査を行うものであってもよい。また、計測対象となる面光源は、一次元の走査のみで光源全体の計測が行われることが可能な長尺状のものであってもよい。面光源は表示装置に限定されない。例えば、照明として使用されたり、表示装置のバックライトとして使用される面光源であってもよい。
【００９５】
射影光学要素及び集光光学要素は、レンズにより構成されるものに限定されない。例えば、曲面鏡により、若しくは、レンズと曲面鏡との組み合わせにより構成されてもよい。曲面鏡を用いる場合には、反射波長の角度依存を軽減できる等のメリットがある。
【００９６】
面光源の各部からの光を順次取り込む（面光源を走査する）動作を行う空間分割装置は、面光源の各部からの光を一定の方向へ偏向する偏向器に限定されない。例えば、空間分割装置は、集光光学要素や検出器等を面光源に沿って移動させる移動装置であったり、集光光学要素や検出器等の面光源に対する向きを変化させる回転装置であったりしてもよい。
【００９７】
偏向器は、ガルバノミラーに限定されない。例えば、偏向器は、ポリゴンミラーを含んで構成されてよい。検出器は、分光器に限定されない。例えば、光を分光しないものであってもよい。検出器の検出する光に係る量は、物理量でも心理物理量でもよく、また、輝度や色度以外の量であってもよい。
【００９８】
視野絞り部材は、集光光学要素の後側の面光源の共役点に配置されればよいから、集光光学要素を含む光学系の像面位置ではなく、像面位置の共役点に配置されてもよい。また、集光光学要素を含む光学系の像面位置に、検出器が配置され、検出器の、光を取り込むための開口を有する部材が、視野絞り部材として機能してもよい。換言すれば、視野絞り部材と検出器とは兼用されてもよい。
【００９９】
検出器は、光源からの光の入射面が、面光源と共役の関係になくてもよい。例えば、面光源と視野絞り部材とが共役の関係にあり、検出器の入射面が、視野絞り部材（面光源）の共役点からずれた位置にある場合、視野絞りにより測定領域を正確に規定しつつ、測定領域内部の領域がデフォーカスされた像を検出器の入射面に入力させることができる。この場合、例えばケラレの影響を低減できる。
【０１００】
光計測装置及び計測用光学系には、使用目的や測定対象の種類等の具体的事情に応じて、視感度補正フィルタ、色フィルタ、拡散透過板等の光学要素が適宜な位置に配置されてよい。集光光学要素の光軸はミラーにより適宜な方向へ屈曲されていてもよい。
【０１０１】
第１の実施形態及び第２の実施形態は、適宜に組み合わされてよい。例えば、第１の実施形態において、走査レンズ１１が省略されてもよい。換言すれば、走査レンズ１１を省略する構成と、開口絞り部材２１を集光レンズ１５の前側焦点の共役点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【０１０２】
また、例えば、第１の実施形態において、第２の実施形態のように、開口絞り部材２１を集光レンズ１５の前側焦点に配置してもよい。換言すれば、走査レンズ１１を設ける構成と、開口絞り部材２１を集光レンズ１５の前側焦点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光計測装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の光計測装置の走査光学系の作用を説明するための光路図。
【図３】図１の光計測装置において取込光量が一定になる作用を説明する図。
【図４】図１の光計測装置における取込光量のシミュレーション結果を示す図。
【図５】シェーディング補正を説明する図。
【図６】図１の光計測装置におけるピント合わせの方法を説明する図。
【図７】図１の光計測装置におけるピント合わせの方法を説明する図。
【図８】図１の光計測装置におけるピント合わせの方法を説明する図。
【図９】図１の光計測装置におけるピント合わせの方法を説明する図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光計測装置の要部を示す斜視図。
【図１１】図１０の光計測装置の走査光学系の作用を説明するための光路図。
【符号の説明】
【０１０４】
１…光計測装置、３…走査光学系、５…検出器、１１…走査レンズ（射影光学要素）、１３…偏向器、１５…集光レンズ（集光光学要素）、１７…視野絞り部材、２１…開口絞り部材、１０１…面光源。
【図１】
2009271046.tif 000003
【図２】
2009271046.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009271046.tif 000009
【図８】
2009271046.tif 000010
【図９】
2009271046.tif 000011
【図１０】
2009271046.tif 000012
【図１１】
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