光学測定装置
【課題】 たとえ高感度でないセンサを用いても、時間をかけずに輝度の測定が行なえるようにする。
【解決手段】 光学測定装置１は、光を内部に入れるための開口部１７と光を反射可能な内面１８とを有する積分球１０と、複数の測定スポット１４，１５，１６からそれぞれ進行してきた光を、開口部１７に導くための複数の光誘導手段と、内面１８によって反射された光を積分球１０の内部で受光することによって光量を測定するための測定器１１とを備える。
【解決手段】 光学測定装置１は、光を内部に入れるための開口部１７と光を反射可能な内面１８とを有する積分球１０と、複数の測定スポット１４，１５，１６からそれぞれ進行してきた光を、開口部１７に導くための複数の光誘導手段と、内面１８によって反射された光を積分球１０の内部で受光することによって光量を測定するための測定器１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルなどの表面輝度や表面輝度の時間変化を測定する際に用いられるような光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルの開発において、表示性能の評価項目のひとつとして表面輝度がある。表面輝度の評価のためには、指定条件に沿って液晶表示パネルの表示内容を設定した状態で光学測定装置によって測定を行なう。
【０００３】
従来の測定の一例を図３に示す。被測定面２は液晶表示パネルの画面である。光学測定装置５１は、レンズ５６と測定器１１とを備えている。光学測定装置５１においては、被測定面２の測定スポット５４から出射した光をレンズ５６で集光して測定器１１で受光する。測定器１１は輝度計とも呼ばれるものであり、受光量から輝度を導出する役割を果たす。
【０００４】
近年、液晶表示パネルはコントラスト向上および表面輝度増大を目指すことによって表示品位向上を図っている。そのため、表示輝度の範囲は従来に比べて大幅に広がってきており、光学測定装置としても測定範囲が十分に広いことが求められる。特に、画像表現において重要な「輝度が限りなく０に近い黒画面」を測定するときには、たとえば１ｃｄ／ｃｍ2以下といった輝度を測定することとなり、光学測定装置の受光量がきわめて小さくなるため、測定器としてきわめて高感度のセンサが必要となってしまう。また、感度が十分に高くないセンサを使用せざるを得ない場合、受光される光を積分することで光量の絶対量を増やしてから測定するという方法もあるが、そのようにすればたとえば１回の測定当り数十秒と測定時間が長くなってしまう。
【０００５】
光を積分する例として、特開昭５８−１０３６２４号公報（特許文献１）には、被測定面の輝度分布や色度分布を測定するための技術が開示されている。この文献に開示された装置では、微小孔を有する遮光板が結像面内で移動自在に設けられており、この微小孔を介して結像面から選択的に抽出されて入力された光を積分球によって積分する構成となっている。この装置では、遮光板を移動して微小孔が結像面内を走査することで被測定面の輝度分布や色度分布を求めることとなっている。
【特許文献１】特開昭５８−１０３６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いずれにしても従来の方法で積分すると１回の測定当りに時間がかかるので、表面輝度の時間変化を測定したい場合には不適当であった。特許文献１の技術においても遮光板を移動させて走査を行なうという点で時間がかかることには変わりない。また、１回の測定当りに時間がかかるということは、測定の利便性が損なわれ、作業効率が低下する。
【０００７】
一方、十分に高感度なセンサを調達するためには、センサの新規開発を行なわなければならないので容易ではなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、たとえ高感度でないセンサを用いても、時間をかけずに輝度の測定が行なえるような光学測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に基づく光学測定装置は、光を内部に入れるための開口部と光を反射可能な内面とを有する積分球と、複数の測定スポットからそれぞれ進行してきた光を、上記開口部に導くための複数の光誘導手段と、上記内面によって反射された光を上記積分球の内部で受光することによって光量を測定するための測定器とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の測定スポットからの光を光誘導手段によって集めて積分球の内部に取り込み十分な光量にしたものを測定器で受光する構成となっているので、さほど高感度でないセンサを用いても、時間をかけずに輝度の測定が行なえるような光学測定装置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】
【００１１】
（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置１について説明する。図１に示すように、この光学測定装置１は、光を内部に入れるための開口部１７と光を反射可能な内面１８とを有する積分球１０と、複数の測定スポット１４，１５，１６からそれぞれ進行してきた光を、開口部１７に導くための複数の光誘導手段と、内面１８によって反射された光を積分球１０の内部で受光することによって光量を測定するための測定器１１とを備える。ここでいう複数の光誘導手段は、複数のミラー３，４，５および複数のレンズ６，７，８を含む。複数のミラー３，４，５は、測定スポット１４，１５，１６から進行してきた光を積分球１０の側に向けて反射させるためのものである。複数のレンズ６，７，８は、複数のミラー３，４，５でそれぞれ反射して積分球１０に向かって進行する光を開口部１７に集光するためのものである。ミラー３，４，５から開口部１７までの距離は各レンズの焦点距離にほぼ等しくなっている。積分球１０の内面１８には、拡散反射率が高くかつ光をほぼ吸収しない硫酸バリウムなどの白色塗料が塗られている。
【００１２】
複数の測定スポット１４，１５，１６は、平坦な被測定面２の中の複数の領域であり、それぞれ直径数ｃｍ程度の領域である。好ましいことに、複数のミラー３，４，５は、複数の測定スポット１４，１５，１６から見て被測定面２の法線方向にそれぞれ配置されている。被測定面２から法線方向に数十ｃｍ離れたところにミラー３，４，５が配置されている。測定スポット１４から法線方向に出射した光はミラー３で反射して、レンズ６を透過して開口部１７に入る。測定スポット１５から法線方向に出射した光はミラー４で反射して、レンズ７を透過して開口部１７に入る。測定スポット１６から法線方向に出射した光はミラー５で反射して、レンズ８を透過して開口部１７に入る。これら３通りの光路がそれぞれ確保されており、ミラー３，４，５およびレンズ６，７，８は他の光路を妨げない位置にそれぞれ配置されている。
【００１３】
さらに好ましいことに、光学測定装置１は、開口部１７の外側に配置された遮光板９を備え、遮光板９は開口部１７と重なる位置に開口部１７より小さい微小孔９ａを有する。図１における開口部１７近傍の断面を拡大したところを図２に示す。遮光板９は積分球１０の開口部１７に密着している。微小孔９ａは、直径数ｍｍ以下の貫通孔である。光学測定装置１がこのような遮光板９を備える場合、上述の光誘導手段は微小孔９ａを介して開口部１７に光を導くためのものとなる。したがって、光誘導手段は、各測定スポットからの測定に必要な光がちょうど微小孔９ａを通過するように位置関係を調整しておくべきである。レンズ６，７，８から微小孔９ａまでの距離はそれぞれ各レンズの焦点距離になるようにしておくとよい。
【００１４】
（作用・効果）
本実施の形態における光学測定装置１では、複数の測定スポットの光を光誘導手段によって積分球１０内に同時に取り込み、これらの光を積分球１０によって加算ないし積分した結果を測定器１１によって受光することができるので、被測定面２自体の放射する光が微弱であっても、測定器１１に入射する光量を増やすことが可能となる。本実施の形態では、測定スポットの数を３とし、ミラー、レンズをそれぞれ３ずつ用意したが、測定スポットの数は２以上であれば３以外の数であってもよい。数を多くするほど、多くの光を積分球１０内に導くことができるので測定器１１に入射する光量を増やすことができて好ましい。
【００１５】
本実施の形態では、開口部１７より小さい微小孔９ａを有する遮光板９を備えているので、測定に不要な光は微小孔９ａの位置から外れて遮光板９に遮られ、測定に真に必要な光のみが微小孔９ａを通過して開口部１７から積分球１０の内部に入射する。
【００１６】
均一に面発光するような被測定面の輝度を測定しようとする場合、本発明によれば、測定スポットの面積を容易に拡大することが可能である。被測定物の放射光が微弱な低輝度測定においても、本発明によれば、センサが受光する光量をセンサにとって検出可能なレベルまで大きくすることが容易にでき、たとえセンサそのものの感度が従来どおりであったとしても、測定下限を下げることが可能となる。しかも、センサが受光する光量を大きくする過程には時間が余計にかかるわけでもない。
【００１７】
被測定面から放射される光が偏光されていても、本発明では積分球の中で光が乱反射することで偏光誤差を抑えることができる。
【００１８】
一般に、センサを高感度にすると、ノイズが増大してしまうが、本発明によればセンサのノイズが増大することは回避することができる。
【００１９】
本明細書の冒頭では、光学測定装置の使用目的の一例として液晶表示パネルの輝度測定について説明したが、本発明に基づく光学測定装置は、液晶表示パネルの輝度測定に限らず、面積的広がりをもつ対象物の面が放射する光量を測定する一般的用途に広く使用することができる。
【００２０】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置の部分拡大断面図である。
【図３】従来技術に基づく輝度測定の概念図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，５１ 光学測定装置、２ 被測定面、３，４，５ ミラー、６，７，８，５６ レンズ、９ 遮光板、９ａ 微小孔、１０ 積分球、１１ 測定器、１４，１５，１６，５４ 測定スポット、１７ （積分球の）開口部、１８ （積分球の）内面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルなどの表面輝度や表面輝度の時間変化を測定する際に用いられるような光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルの開発において、表示性能の評価項目のひとつとして表面輝度がある。表面輝度の評価のためには、指定条件に沿って液晶表示パネルの表示内容を設定した状態で光学測定装置によって測定を行なう。
【０００３】
従来の測定の一例を図３に示す。被測定面２は液晶表示パネルの画面である。光学測定装置５１は、レンズ５６と測定器１１とを備えている。光学測定装置５１においては、被測定面２の測定スポット５４から出射した光をレンズ５６で集光して測定器１１で受光する。測定器１１は輝度計とも呼ばれるものであり、受光量から輝度を導出する役割を果たす。
【０００４】
近年、液晶表示パネルはコントラスト向上および表面輝度増大を目指すことによって表示品位向上を図っている。そのため、表示輝度の範囲は従来に比べて大幅に広がってきており、光学測定装置としても測定範囲が十分に広いことが求められる。特に、画像表現において重要な「輝度が限りなく０に近い黒画面」を測定するときには、たとえば１ｃｄ／ｃｍ2以下といった輝度を測定することとなり、光学測定装置の受光量がきわめて小さくなるため、測定器としてきわめて高感度のセンサが必要となってしまう。また、感度が十分に高くないセンサを使用せざるを得ない場合、受光される光を積分することで光量の絶対量を増やしてから測定するという方法もあるが、そのようにすればたとえば１回の測定当り数十秒と測定時間が長くなってしまう。
【０００５】
光を積分する例として、特開昭５８−１０３６２４号公報（特許文献１）には、被測定面の輝度分布や色度分布を測定するための技術が開示されている。この文献に開示された装置では、微小孔を有する遮光板が結像面内で移動自在に設けられており、この微小孔を介して結像面から選択的に抽出されて入力された光を積分球によって積分する構成となっている。この装置では、遮光板を移動して微小孔が結像面内を走査することで被測定面の輝度分布や色度分布を求めることとなっている。
【特許文献１】特開昭５８−１０３６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いずれにしても従来の方法で積分すると１回の測定当りに時間がかかるので、表面輝度の時間変化を測定したい場合には不適当であった。特許文献１の技術においても遮光板を移動させて走査を行なうという点で時間がかかることには変わりない。また、１回の測定当りに時間がかかるということは、測定の利便性が損なわれ、作業効率が低下する。
【０００７】
一方、十分に高感度なセンサを調達するためには、センサの新規開発を行なわなければならないので容易ではなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、たとえ高感度でないセンサを用いても、時間をかけずに輝度の測定が行なえるような光学測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に基づく光学測定装置は、光を内部に入れるための開口部と光を反射可能な内面とを有する積分球と、複数の測定スポットからそれぞれ進行してきた光を、上記開口部に導くための複数の光誘導手段と、上記内面によって反射された光を上記積分球の内部で受光することによって光量を測定するための測定器とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の測定スポットからの光を光誘導手段によって集めて積分球の内部に取り込み十分な光量にしたものを測定器で受光する構成となっているので、さほど高感度でないセンサを用いても、時間をかけずに輝度の測定が行なえるような光学測定装置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】
【００１１】
（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置１について説明する。図１に示すように、この光学測定装置１は、光を内部に入れるための開口部１７と光を反射可能な内面１８とを有する積分球１０と、複数の測定スポット１４，１５，１６からそれぞれ進行してきた光を、開口部１７に導くための複数の光誘導手段と、内面１８によって反射された光を積分球１０の内部で受光することによって光量を測定するための測定器１１とを備える。ここでいう複数の光誘導手段は、複数のミラー３，４，５および複数のレンズ６，７，８を含む。複数のミラー３，４，５は、測定スポット１４，１５，１６から進行してきた光を積分球１０の側に向けて反射させるためのものである。複数のレンズ６，７，８は、複数のミラー３，４，５でそれぞれ反射して積分球１０に向かって進行する光を開口部１７に集光するためのものである。ミラー３，４，５から開口部１７までの距離は各レンズの焦点距離にほぼ等しくなっている。積分球１０の内面１８には、拡散反射率が高くかつ光をほぼ吸収しない硫酸バリウムなどの白色塗料が塗られている。
【００１２】
複数の測定スポット１４，１５，１６は、平坦な被測定面２の中の複数の領域であり、それぞれ直径数ｃｍ程度の領域である。好ましいことに、複数のミラー３，４，５は、複数の測定スポット１４，１５，１６から見て被測定面２の法線方向にそれぞれ配置されている。被測定面２から法線方向に数十ｃｍ離れたところにミラー３，４，５が配置されている。測定スポット１４から法線方向に出射した光はミラー３で反射して、レンズ６を透過して開口部１７に入る。測定スポット１５から法線方向に出射した光はミラー４で反射して、レンズ７を透過して開口部１７に入る。測定スポット１６から法線方向に出射した光はミラー５で反射して、レンズ８を透過して開口部１７に入る。これら３通りの光路がそれぞれ確保されており、ミラー３，４，５およびレンズ６，７，８は他の光路を妨げない位置にそれぞれ配置されている。
【００１３】
さらに好ましいことに、光学測定装置１は、開口部１７の外側に配置された遮光板９を備え、遮光板９は開口部１７と重なる位置に開口部１７より小さい微小孔９ａを有する。図１における開口部１７近傍の断面を拡大したところを図２に示す。遮光板９は積分球１０の開口部１７に密着している。微小孔９ａは、直径数ｍｍ以下の貫通孔である。光学測定装置１がこのような遮光板９を備える場合、上述の光誘導手段は微小孔９ａを介して開口部１７に光を導くためのものとなる。したがって、光誘導手段は、各測定スポットからの測定に必要な光がちょうど微小孔９ａを通過するように位置関係を調整しておくべきである。レンズ６，７，８から微小孔９ａまでの距離はそれぞれ各レンズの焦点距離になるようにしておくとよい。
【００１４】
（作用・効果）
本実施の形態における光学測定装置１では、複数の測定スポットの光を光誘導手段によって積分球１０内に同時に取り込み、これらの光を積分球１０によって加算ないし積分した結果を測定器１１によって受光することができるので、被測定面２自体の放射する光が微弱であっても、測定器１１に入射する光量を増やすことが可能となる。本実施の形態では、測定スポットの数を３とし、ミラー、レンズをそれぞれ３ずつ用意したが、測定スポットの数は２以上であれば３以外の数であってもよい。数を多くするほど、多くの光を積分球１０内に導くことができるので測定器１１に入射する光量を増やすことができて好ましい。
【００１５】
本実施の形態では、開口部１７より小さい微小孔９ａを有する遮光板９を備えているので、測定に不要な光は微小孔９ａの位置から外れて遮光板９に遮られ、測定に真に必要な光のみが微小孔９ａを通過して開口部１７から積分球１０の内部に入射する。
【００１６】
均一に面発光するような被測定面の輝度を測定しようとする場合、本発明によれば、測定スポットの面積を容易に拡大することが可能である。被測定物の放射光が微弱な低輝度測定においても、本発明によれば、センサが受光する光量をセンサにとって検出可能なレベルまで大きくすることが容易にでき、たとえセンサそのものの感度が従来どおりであったとしても、測定下限を下げることが可能となる。しかも、センサが受光する光量を大きくする過程には時間が余計にかかるわけでもない。
【００１７】
被測定面から放射される光が偏光されていても、本発明では積分球の中で光が乱反射することで偏光誤差を抑えることができる。
【００１８】
一般に、センサを高感度にすると、ノイズが増大してしまうが、本発明によればセンサのノイズが増大することは回避することができる。
【００１９】
本明細書の冒頭では、光学測定装置の使用目的の一例として液晶表示パネルの輝度測定について説明したが、本発明に基づく光学測定装置は、液晶表示パネルの輝度測定に限らず、面積的広がりをもつ対象物の面が放射する光量を測定する一般的用途に広く使用することができる。
【００２０】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における光学測定装置の部分拡大断面図である。
【図３】従来技術に基づく輝度測定の概念図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，５１ 光学測定装置、２ 被測定面、３，４，５ ミラー、６，７，８，５６ レンズ、９ 遮光板、９ａ 微小孔、１０ 積分球、１１ 測定器、１４，１５，１６，５４ 測定スポット、１７ （積分球の）開口部、１８ （積分球の）内面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を内部に入れるための開口部と光を反射可能な内面とを有する積分球と、
複数の測定スポットからそれぞれ進行してきた光を、前記開口部に導くための複数の光誘導手段と、
前記内面によって反射された光を前記積分球の内部で受光することによって光量を測定するための測定器とを備える、光学測定装置。
【請求項２】
前記光誘導手段は測定スポットから進行してきた光を前記積分球の側に向けて反射させるための複数のミラーを含む、請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記光誘導手段は前記ミラーで反射して前記積分球に向かって進行する光を前記開口部に集光するためのレンズを含む、請求項２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記複数の測定スポットは、平坦な被測定面の中の複数の領域であり、前記複数のミラーは、前記複数の測定スポットから見て前記被測定面の法線方向にそれぞれ配置されている、請求項２または３に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記開口部の外側に配置された遮光板を備え、前記遮光板は前記開口部と重なる位置に前記開口部より小さい微小孔を有し、前記光誘導手段は前記微小孔を介して前記開口部に光を導くためのものである、請求項１から４のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１】
光を内部に入れるための開口部と光を反射可能な内面とを有する積分球と、
複数の測定スポットからそれぞれ進行してきた光を、前記開口部に導くための複数の光誘導手段と、
前記内面によって反射された光を前記積分球の内部で受光することによって光量を測定するための測定器とを備える、光学測定装置。
【請求項２】
前記光誘導手段は測定スポットから進行してきた光を前記積分球の側に向けて反射させるための複数のミラーを含む、請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記光誘導手段は前記ミラーで反射して前記積分球に向かって進行する光を前記開口部に集光するためのレンズを含む、請求項２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記複数の測定スポットは、平坦な被測定面の中の複数の領域であり、前記複数のミラーは、前記複数の測定スポットから見て前記被測定面の法線方向にそれぞれ配置されている、請求項２または３に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記開口部の外側に配置された遮光板を備え、前記遮光板は前記開口部と重なる位置に前記開口部より小さい微小孔を有し、前記光誘導手段は前記微小孔を介して前記開口部に光を導くためのものである、請求項１から４のいずれかに記載の光学測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２４７６３（Ｐ２００７−２４７６３Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０９９３８（Ｐ２００５−２０９９３８）
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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