(57)【要約】【課題】平面状の光学系の光学特性計測において、二次元での計測が可能であるうえに、計測精度の向上を実現することができる光学特性計測装置を提供する。【解決手段】平面状の光学系１からの光を集光して所定方向へ反射する受光系４と、受光系４からの反射光を入力する光検出器５と、光検出器５の出力信号に基づいて光学系１の特性値を算出する演算器３を備え、受光系４が、個別に駆動可能な光反射素子Ｍを複数配列して成る反射体４Ｂを備え、演算器３が、光反射素子Ｍの駆動信号に正弦波を印加すると共に、光検出器５の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系１の特性値を算出する光学特性計測装置とすることで、二次元での計測が可能であるうえに、微弱な光でも高感度な計測を行うことができ、計測精度の向上を実現した。【選択図】図１
2009222646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の光学系からの光を集光して所定方向へ反射する受光系と、
前記受光系からの反射光を入力する光検出器と、
前記光検出器の出力信号に基づいて光学系の特性値を算出する演算器を備え、
前記受光系が、個別に駆動可能な光反射素子を複数配列して成る反射体を備え、
前記演算器が、前記光反射素子の駆動信号に正弦波を印加すると共に、前記光検出器の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系の特性値を算出する、
光学特性計測装置。
【請求項２】
前記受光系の反射体が、平面状の光学系の複数箇所からの光を個別の光反射素子で反射する請求項１に記載の光学特性計測装置。
【請求項３】
前記反射体における複数の光反射素子に対して、個別の光検出器を備えた請求項２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記演算器が、前記受光系における各光反射素子の駆動信号に振幅の異なる正弦波を印加する請求項２に記載の光学特性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＬＥＤバックライトや液晶ディスプレイといった平面状の光学系の検査において、輝度や色彩等の光学特性を計測するのに用いる光学特性計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面状の光学系の検査において、光学特性を計測するには、例えば、平面状の光学系に対して、分光器に接続した光ファイバをスキャン動作させるようにしたものや、ガルバノミラーをスキャン動作させて、その反射光を分光器に入力するようにしたものがあった。
【０００３】
また、上記のように光ファイバやガルバノミラーをスキャン動作させるものでは、受光範囲が極めて小さい点計測となる。そこで、特許文献１に開示されているような反射ミラー、ずなわち個別に駆動可能な多数のマイクロミラーを配列したマイクロミラーアレイを用いることで、平面状の光学系を二次元で計測することが可能となる。
【特許文献１】特開２００６−１０８４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように光ファイバやガルバノミラーをスキャン動作させるものでは、点計測しかできないうえに、分光器の内部ではスリット光を分光するので、微弱な光を検出することとなる。また、マイクロミラーアレイを用いたものにあっても、各マイクロミラー当たりの光量が小さくて、微弱な光を検出しなければならない。このため、従来では、いずれの装置も計測精度を高めることが困難であるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、平面状の光学系の光学特性計測において、二次元での計測が可能であるうえに、計測精度の向上を実現することができる光学特性計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学特性計測装置は、平面状の光学系からの光を集光して所定方向へ反射する受光系と、受光系からの反射光を入力する光検出器と、光検出器の出力信号に基づいて光学系の特性値を算出する演算器を備え、受光系が、個別に駆動可能な光反射素子を複数配列して成る反射体を備えており、演算器が、光反射素子の駆動信号に正弦波を印加すると共に、光検出器の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系の特性値を算出する構成としている。
【０００７】
また、本発明の光学特性計測装置は、より好ましい実施形態として、受光系の反射体が、平面状の光学系の複数箇所からの光を個別の光反射素子で反射する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光学特性計測装置によれば、平面状の光学系の光学特性計測において、二次元での計測が可能であるうえに、微弱な光でも高感度な計測を行うことができ、計測精度の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の光学特性計測装置の一実施形態を説明する。
光学特性計測装置は、図１（ａ）に概略を示すように、平面状の光学系１からの光を検出する受光器２と、受光器２の検出信号から光学系１の光の特性値を算出する演算器３を備えている。演算器３は、受光器２の制御を行うこともできる。
【００１０】
より具体的なイメージとしては、図４に示すように、ディスプレイである光学系１に対して、三脚５０等の支持手段を用いて受光器２を配置し、受光器２とコンピュータである演算器３を接続したものとなっている。
【００１１】
受光器２は、図１（ｂ）に示すように、平面状の光学系１からの光を集光して所定方向へ反射する受光系４と、受光系４からの反射光が入力される光検出器５を備えた構成になっている。
【００１２】
受光系４は、平面状の光学系１からの光を集光する集光レンズ４Ａと、個別に駆動可能な光反射素子Ｍを複数配列して成る反射体４Ｂと、各光反射素子Ｍを個別に駆動する駆動部４Ｃを備えた構成になっている。反射体４Ｂは、マイクロマシニング技術により形成した微小な光反射素子Ｍ、いわゆるマイクロミラーを縦横に配列したアレイ構造を有するものであり、各光反射素子Ｍを個別に往復回動させることができる。
【００１３】
ここで、受光系４の反射体４Ｂは、基本的に平面状の光学系１の全域に対応し、光学系１の複数箇所からの光を個別の光反射素子Ｍで反射する。すなわち、本発明の光学特性計測装置は、光学系１の各部における輝度や色彩等の光学特性を計測して、光学系１の品質を判断するための装置であり、スキャン動作（点計測）を行わずに２次元での計測を実現するものであるから、平面状の光学系１の複数箇所に個別の光反射素子Ｍが夫々対応する構成としている。
【００１４】
したがって、光学系１を分割する最小単位は画素であるから、光学系１の画素数が光反射素子Ｍの最大数となる。光学系１の画素数の分だけ光反射素子Ｍを備えた反射体４Ｂを用いれば、各画素毎の光学特性を計測することができる。しかし、実際には、光学系１の表面を適数に分割し、各分割領域に個別の光反射素子Ｍを対応させても充分な計測が可能であり、例えば、図３に示すように、光学系１の表面に複数の計測領域Ａを規則的な配置で設定し、これらの計測領域Ａに個別の光反射素子Ｍを対応させるようにしても良い。
【００１５】
光検出器５は、分光器を兼ねるものであって、受光系４からの反射光の光軸上に、スリット５Ａと、回析格子５Ｂと、ディテクタ５Ｂを順に配置した構成になっており、反射光を分光回析して電気的信号に変換する。
【００１６】
演算器３は、受光器２における光検出器５の出力信号が入力されると共に、受光系４における駆動部４Ｃに駆動信号を出力する。より具体的には、演算器３は、光反射素子Ｍの駆動信号に正弦波を印加すると共に、光検出器５の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系１の特性値を算出する。
【００１７】
上記構成を備えた光学特性計測装置は、平面状の光学系１の光学特性を計測するに際して、光学系１からの光を集光レンズ４Ａで集光し、反射体４において、光学系１の各部の光を個別の光反射素子Ｍで反射して光検出器５へ導くこととなる。
【００１８】
このとき、当該光学特性計測装置では、演算器３により、各光反射素子Ｍの駆動信号に正弦波を印加する。つまり、図２（ａ）に示すように、光反射素子Ｍの駆動部４Ｃに正弦波の入力電圧を印加して、光反射素子Ｍを往復回動させる。
【００１９】
これにより、光検出器５に対する入射光（Ｉｉｎ）は、Ｉｉｎ＝Ａ（一定）から、Ｉｉｎ＝Ａｓｉｎθ（正弦波印加）となる。
【００２０】
次に、受光器２において、光検出器５では、スリット５Ａにより入射光の一部を回析格子５Ｂに導いてディテクタ５Ｃに投下する。このとき、光検出器５では、駆動信号に正弦波を印加した光反射素子Ｍからの反射光を導入しているので、図２（ｂ）に示すように、ディテクタ５Ｃの出力信号（測定光）が正弦波で強度変調される。
【００２１】
つまり、ディテクタ５Ｃの出力信号（Ｉｏｕｔ）は、Ｉｏｕｔ（ｉ）＝Ｂ（ｉ）（一定）から、正弦波で強度変調されたＩｏｕｔ（ｉ）＝Ｂ（ｉ）ｓｉｎθとなる。なお、ｉはピクセル番号又は計測領域番号である。
【００２２】
次に、当該光学特性計測装置は、演算器３において、光検出器５の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系１の各部の特性値を算出する。
【００２３】
すなわち、図２（ｃ）に示すように、光検出器５からの出力信号（測定光）に入射光のｓｉｎθを乗算すると、Ｉｏｕｔ（ｉ）×ｓｉｎθ＝Ｂ（ｉ）ｓｉｎθ×ｓｉｎθとなり、図２（ｄ）に示すように、乗算出力が得られる。
【００２４】
また、倍角の公式により、ｓｉｎθ×ｓｉｎθ＝（１−ｃｏｓ（２θ））／２であるから、乗算出力は、Ｉｏｕｔ（ｉ）×ｓｉｎθ＝Ｂ（ｉ）ｓｉｎθ×ｓｉｎθ＝Ｂ（ｉ）×（１−ｃｏｓ（２θ））／２と表すことができる。この式は、ＤＣ成分と、強度変調による高周波成分（ｃｏｓ（２θ））に分離されることを意味している。
【００２５】
そこで、上記の乗算結果を、図２（ｅ）に示すローパスフィルター（ＬＰＦ）に通すことにより、図２（ｆ）に示すように、本来検出するべき特性値Ｂ（ｉ）の項だけを得ることができる。この特性値Ｂ（ｉ）は、光学系１の各部（ピクセル又は計測領域Ａ）毎の値である。
【００２６】
このように、上記の光学特性計測装置は、平面状の光学系１からの光を受光器２で受光し、受光系４において、反射体４Ｂの各光反射素子Ｍを順次駆動すると共に、各光反射素子Ｍからの反射光を光検出器５に順次導入し、さらに、演算器３において夫々の特性値を順次算出することから、従来の装置のようにスキャン動作（点計測）を行うことなく、２次元での計測を行うこととなる。
【００２７】
そして、当該光学特性計測装置は、各光反射素子Ｍの駆動信号に正弦波を印加し、光検出器５の出力信号に基づいてヘテロダイン方式により光学系１の各部の特性値を算出、すなわち強度変調させた光を検出して特性値を算出することから、微弱な光でも高感度な計測を行うことができ、計測精度の向上を実現することができる。
【００２８】
また、当該光学特性計測装置は、強度変調させた光を検出して特性値を算出するので、ノイズに埋もれた信号の中から必要な信号だけを取り出すこともでき、さらに、計測の高速化を実現することができると共に、これらの信号処理機能を安価な回路（演算器３）で実現することができる。
【００２９】
本発明の光学特性計測装置は、上記実施形態のほか、より好ましい実施形態として、反射体における複数の光反射素子Ｍに対して、個別の光検出器を備えた構成にすることができる。光検出器としては、上記実施形態で説明したような分光機能を有するものだけでなく、光信号を電気的信号に変換するセンサ類を採用することができる。このような構成にすれば、光検出器の複数化により、計測精度のさらなる向上や、計測のさらなる高速化を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の光学特性計測装置は、より好ましい実施形態として、演算器３が、受光系２における各光反射素子Ｍの駆動信号に振幅の異なる正弦波を印加する構成にすることができる。このような構成にすれば、演算器３において、各光反射素子Ｍ毎の信号を容易に区別することができ、計測精度のさらなる向上や、計測のさらなる高速化を図ることができる。
【００３１】
なお、本発明の光学特性計測装置は、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の光学特性計測装置の一実施形態を説明する概略図（ａ）及び受光器の内部を具体化したブロック図（ｂ）である。
【図２】受光器及び演算器の信号処理過程を示す説明図である。
【図３】平面状の光学系における計測領域を示す正面図である。
【図４】光学特性計測装置を具体的なイメージ化した説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    光学系
２    受光器
３    演算器
４    受光系
４Ａ  集光レンズ
４Ｂ  反射体
４Ｃ  駆動部
５    光検出器
Ｍ    光反射素子
【図１】
2009222646.tif 000003
【図２】
2009222646.tif 000004
【図３】
2009222646.tif 000005
【図４】
2009222646.tif 000006