JPH0694515A - 光発散特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再現性の良い測定データが短時間の間に得ら
れ、しかも過度的に変化する途中の光強度分布も測定す
ることのできる光発散特性測定装置を提供する。 【構成】測定装置は、対物レンズ１２とラインセンサー
１４を有している。対物レンズ１２は、その光軸が測定
対象物Ｓの表面に直交するように配置される。対物レン
ズ１２は好適にはその焦点が測定点に一致するように配
置される。この対物レンズ１２の後方にラインセンサー
１４が配置されている。ラインセンサー１４は、一定の
ピッチで一列に並んだ複数の受光素子を有し、受光素子
は受光強度に応じた電気信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランプやＬＥＤやＬＤ
やプラズマ発光体等の自己発光物体や、背面から照射さ
れる照明光を選択的に透過させて像を表示するＬＣＤパ
ネル等から発散する光の強度の角度依存性を測定する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発散光強度の角度分布を測定する装置の
一例を図７に示す。この測定装置は、回転可能なターン
テーブル１０６を有し、この上に測定箇所を中心に回転
できるように測定対象物（例えばＬＣＤパネル）Ｓが配
置される。さらに装置は、測定箇所に対して狭い角度で
集光作用を持つ集光光学系１０４と、この光学系１０４
で集光した光を検出するフォトディテクター１０２を備
えている。

【０００３】発散光の角度依存性の測定は、ターンテー
ブル１０６を回して、測定対象物Ｓに立てた法線と集光
光学系１０４の光軸とのなす角を順に変化させ、このと
きの角度と共にフォトディテクター１０２を用いて光強
度を測定して行なわれる。この結果、例えば図８に示す
角度−強度特性曲線が得られる。

【０００４】また、測定対象物が特にＬＣＤパネルであ
る場合には、その視認性を検討するために、見る角度に
より異なる像のコントラストを測定する（視野角の測
定）必要がある。このコントラストの測定は、各角度に
おいてＬＣＤパネルをＯＮ・ＯＦＦして、その時々のコ
ントラストを計算して行なう。この結果、例えば図９に
示すようなコントラストの角度依存性を示す角度−コン
トラスト曲線が得られる。

【０００５】なお、被測定対象がランプやＬＥＤやＬＤ
などの点光源である場合は、集光光学系１０４はスリッ
トやピンホールに代えてもよい。その１つの例として、
図１０と同様、相手が点光源ならばスリットが見込む角
度が入射角度になる。

【０００６】また、半導体レーザー（ＬＤ）のファーフ
ィールドパターンの測定系を図１０に示す。図に示すよ
うに、半導体レーザーはターンテーブルの中心に固定さ
れ、ＡＰＣ回路により定出力駆動される。ターンテーブ
ルには回転可変抵抗が設けてあり、その出力Ｘからその
ときの角度が求められる。半導体レーザーからの光はス
リットを介してフォトダイオードに入射し、その出力Ｙ
からフォトダイオードに入射した光の強度が求められ
る。そして、ターンテーブルを回転させながら角度（出
力Ｘ）と光強度（出力Ｙ）を測定することにより半導体
レーザーのファーフィールドパターンの測定が行なわれ
る。

【０００７】光散乱特性測定装置を図１１に示す。この
測定装置は、測定対象物Ｓの測定点に光を照射する光源
１０８と、測定点からの光を受光しその強度を測定する
光強度測定部１１０を有している。この光強度測定部１
１０は、測定対象物Ｓの測定点を中心とする円周上を移
動するように設けられている。光散乱特性は、光強度測
定部１１０の角度とそのときの受光強度を測定すること
により得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これらの測定装置は、
測定対象物と受光部とのなす相対角度を順次変えながら
測定を行なうため多くの時間と手間を必要とする。ま
た、角度の変更は機械的手段により行われるため、耐久
性や再現性の点で不十分である。さらに、一方向の角度
依存性だけでなく、それに直交する方向の角度依存性
や、それ以外の任意方向の角度依存性を測定するする場
合には、固定されている測定対象物を一旦外して所定の
角度だけ回転させ再度固定した後に測定を行なうため、
さらに多くの時間と手間が必要となる。

【０００９】また、散乱特性を外部印加電圧により制御
できる素子たとえば高分子分散型ＬＣＤパネルでは、散
乱度の低い状態から高い状態へ変化すると、それに応じ
て散乱光の角度強度分布は図１２のＩ1 からＩ3 へ過度
的に変化する。反対に、散乱度の高い状態から低い状態
へ変化すると、散乱光の角度強度分布は図１２のＩ3か
らＩ1 へ過度的に変化する。散乱度が変化する際、中間
的な散乱状態に対して、図１２にＩ2 で示す強度分布が
存在する。しかし、このような過度的に変化する途中の
強度分布は、上述した測定装置では測定することができ
ない。

【００１０】本発明は、再現性の良い測定データを短時
間の間に得ることのできる光発散特性測定装置を提供す
るを目的とする。

【００１１】さらに本発明は、過度的に変化する途中の
光発散特性をも測定できる光発散特性測定装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光発散特性測定
装置は、少なくとも一方向に複数並んだ、受光した光を
その強度に応じた電気信号に変換する受光素子を有して
いる強度分布測定手段と、測定点から発散する光を集光
し、所定の角度で射出した光を所定の位置の受光素子に
導くレンズ系とを備えている。

【００１３】

【作用】測定対象物の測定点から発散する光はレンズ系
に入射し強度分布測定手段に照射される。この発散光は
様々な角度で射出した光を含んでおり、特定の角度で射
出した光はその角度に応じた位置にある受光素子に入射
し、各受光素子は入射した光の強度に応じた電気信号を
出力する。この結果、強度分布測定手段は、入射光の強
度分布を受光素子の配置ピッチの分解能で出力する。

【００１４】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。実施例を説明するにあたり、その前に図
１と図２を参照しながら本発明の原理を説明する。

【００１５】対物レンズ１２は、図１に示すように、そ
の光軸が測定対象物Ｓの表面に略直交するように配置さ
れる。この対物レンズ１２の後方に、一定のピッチで一
列に並んだ複数の受光素子を有しているラインセンサー
１４が配置される。

【００１６】測定対象物Ｓの測定点Ｏから発散した光
は、対物レンズ１２で集められ、ラインセンサー１４に
照射される。この発散光は、対物レンズ１２の光軸に対
して様々な角度で射出した光線を含んでおり、それぞれ
の光線は、ラインセンサー１４上において、その角度に
応じた距離だけ光軸から離れた位置に入射する。ライン
センサー１４は受光素子のピッチの分解能で強度分布を
出力し、受光素子の並ぶ方向において光軸からの距離に
対する強度分布が得られる。この強度分布に対して、光
軸からの距離を光軸に対する角度に変換する処理を行な
うことにより、発散光の角度分布が得られる。

【００１７】図１の構成において、対物レンズ１２の焦
点を測定対象物Ｓの測定点Ｏに一致させて配置した場
合、対物レンズ１２からラインセンサー１４へ向かう光
は平行光束となるので、対物レンズ１２とラインセンサ
ー１４の間隔は任意となる。

【００１８】しかし、別の理由からラインセンサー１４
は対物レンズ１２の射出瞳の位置（対物レンズ１２の後
側焦点面）に配置することが望ましい。次に、これにつ
いて図２を参照しながら説明しよう。今までの説明で
は、発散光は測定対象物の一点から射出されるとして説
明してきたが、発光部は実際には二次元的な広がりを持
っていることが多い。このため、ラインセンサー１４に
照射された光は各点からの発散特性がずれて重なり合っ
た特性を持つことになる。しかし、図２に示すように、
ラインセンサー１４を射出瞳の位置に配置すると、測定
対象物Ｓの異なる点から射出された光がラインセンサー
１４の面上ではただ一点に集まる。以上の説明からわか
るように、ラインセンサー１４は対物レンズ１２の射出
瞳の位置に配置することが望ましい。

【００１９】この構成において、対物レンズ１２に焦点
距離ｆの通常のレンズを使用した場合、光軸に対して角
度θで射出した光線がラインセンサー１４に入射する位
置の光軸から距離ｈは次式で与えられる。

【００２０】ｈ＝ｆ・ｓｉｎθ このように通常のレンズを使用した場合、距離ｈは角度
θに比例していないので、距離ｈを角度θに変換した際
のスケールは等間隔にはならない。このため、角度特性
にするためには変換（補正）をする必要が生じる。

【００２１】一方、距離ｈと角θの間に次式の関係があ
る特殊なレンズがあり、このレンズはｆθレンズと呼ば
れている。

【００２２】ｈ＝ｆ・θ このｆθレンズを対物レンズに用いた場合、距離ｈと角
θが比例関係にあるので、ラインセンサー１４上におい
て得られる強度分布はそのまま射出角度に対する強度分
布となる。

【００２３】続いて図３と図４を参照しながら本発明の
第一実施例について説明する。

【００２４】測定対象物Ｓから射出された光は、対物レ
ンズ１２を通過する際に平行光束となりハーフミラー１
６に入射する。ハーフミラー１６は入射した光束を二本
に分割する。ハーフミラー１６で反射された平行光束は
結像レンズ１８に入射して集束性の光束となり、この光
束はプリズム２０で反射され上方に偏向される。この光
束は、結像レンズ１８の焦点面に配置した接眼指標２２
の上に結像する。この像は接眼レンズ２４を用いて観察
者の目２６により観察される。一方、ハーフミラー１６
を透過した平行光束は結像レンズ２８により集束され
る。結像レンズ２８の焦点面には視野絞り３０が配置さ
れ、その僅か上方にシャッター３２が設けられている。
視野絞り３０を通過した光束はレンズ３４に入射し再び
平行光束となりラインセンサー１４に入射する。視野絞
り３０と接眼指標２４は共役な位置関係にあり、視野絞
り３０の絞り径に相当する印が接眼指標２４に設けてあ
り、接眼レンズ２４を覗くことにより測定範囲が正確に
確認される。

【００２５】次に図４を参照しながら本実施例の信号処
理系について説明する。ラインセンサー１４は、受光強
度に対応した電気信号を出力する所定のピッチで一列に
並んだ多数の受光素子を有している。各受光素子の出力
は走査回路４２により順に取り出されアンプ３６に入力
される。アンプ３６の出力信号はＡ／Ｄ変換器３８でデ
ジタル信号に変換されＣＰＵ４０に入力される。ＣＰＵ
４０は、走査速度やトリガーのタイミング等の設定を行
ない、その条件を走査回路４２に出力して制御を行なう
と共に、入力したデータに対して受光素子の位置を射出
角度へ変換する演算や補正などの処理を行なう。このよ
うな演算や補正処理の結果として得られる射出角度に対
する光強度分布は出力装置４４に転送され出力される。

【００２６】次に測定の手順について説明する。まず、
接眼レンズ２４を覗いて測定する箇所を設定する。次
に、仮測定を行ない、その結果をＣＰＵ４０で判断し、
ラインセンサー１４の蓄積時間等の感度設定を行なう。
続いて、本測定を行なって測定データＩｂ（ｎ）［ｎ：
受光素子番号］を得る。その後、シャッター３２を閉じ
た状態で測定を行ない、暗電流データＩｄ（ｎ）を得
る。これらのデータＩｂ（ｎ）とＩｄ（ｎ）はＣＰＵ４
０で処理される。

【００２７】ＣＰＵ４０は以下の手順に従ってＩｂ
（ｎ）とＩｄ（ｎ）を処理する。まず、次式の計算を行
なって、受光素子番号ｎ（すなわち位置）に対する光強
度Ｉ（ｎ）を求める。

【００２８】Ｉ（ｎ）＝Ｉｂ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ） 次に、受光素子番号ｎと出射角度θとの関係に基づい
て、光強度Ｉ（ｎ）をθの関数に変換して、射出角度θ
に対する光強度Ｉ（θ）を得る。さらに、この光強度Ｉ
（θ）に対して、光学系や受光素子の感度のばらつき等
に対する補正を行なう。例えば、予め完全散乱板に対し
て同様の測定を行なっておき、その測定結果に基づいて
測定値の補正を行なう。

【００２９】ＬＣＤパネル等のコントラストを測定は以
下の手順で行なわれる。まずＬＣＤパネルのＯＮ時とＯ
ＦＦ時のそれぞれに対して上述した測定を行ないＩON
（θ）とＩOFF （θ）を得る。このＩON（θ）とＩOFF
（θ）に対して次式の計算を行なうことにより、角度に
対するコントラストＣ（θ）が求められる。

【００３０】Ｃ（θ）＝ＩON（θ）／ＩOFF （θ） 上述した演算や補正の処理はＣＰＵ４０において瞬時に
行なわれ、測定開始から結果出力までに１〜２秒で処理
される。

【００３１】次に、本実施例において測定をより簡単に
するレンズ支持部材の構造について説明する。図５に示
すように、対物レンズ１２を支持するレンズ支持部材４
５は、測定時に測定対象部Ｓに押し付けられる接触部４
６を有している。この接触部４６は、その先端を測定対
象物Ｓに接触させたときに、対物レンズ１２の焦点が測
定対象物Ｓの内部の測定点に丁度くる長さに形成されて
いる。ラインセンサー１４は、レンズ支持部材４５を保
持する筐体４７の内部に固定されている基板４８に、対
物レンズ１２を介して測定対象物Ｓに対向するように設
けられている。ラインセンサー１４の出力信号は、上述
したアンプ３６とＡ／Ｄ変換器３８とＣＰＵ４０と走査
回路４２と出力装置４４とを含むデータ処理装置５０に
入力され処理される。

【００３２】このようなレンズ支持部材４５を用いるこ
とにより、接触部４６の先端を測定対象物Ｓに押し当て
るだけで、光軸方向の位置調整をすることなく測定が行
なえる。従って、測定を短時間の間に行なえるようにな
る。

【００３３】本実施例において、対物レンズ１２にｆθ
レンズを用いたり、対物レンズ１２の射出瞳位置（また
はその投影像位置）にラインセンサー１４を配置しても
良い。

【００３４】本実施例によれば、ラインセンサーに入射
する光に基づいて射出角度に対する光強度分布が測定さ
れるので、測定が非常に短時間に行なえる。さらに、光
量が充分であればデータとなる光を取り込む時間は非常
に短いので、過度的に変化する途中の光強度分布も測定
することができる。

【００３５】続いて、図６を参照しながら本発明の第二
実施例について説明する。

【００３６】測定対象物Ｓは設置台５４に固定される。
設置台５４は開口を有しており、この開口を介して測定
対象物Ｓの測定箇所が光源５２により照明される。光源
５２は、測定対象物までの距離と測定対象物への光の入
射角度が調整できるように設けられている。測定対象物
Ｓに対して光源５２の反対側には対物レンズ５６が設け
られている。対物レンズ５６は、測定対象物までの距離
とその光軸の測定対象物に対する角度とが調整できるよ
うに設けられている。対物レンズ５６の射出側には、二
次元のＣＣＤアレイ５８が設けられている。ＣＣＤアレ
イ５８は、測定対象物までの距離と光源の射出光軸に対
する角度さらに測定対象物に平行な面内での位置が調整
できるように設けられている。

【００３７】以下では、光源５２にはＨｅ−Ｎｅレーザ
ーを使用し、その射出光が測定対象物に垂直に入射する
ように光源５２を配置し、対物レンズ５６はその光軸が
光源の射出光軸に一致しかつその焦点が測定対象物の測
定点にくるように配置し、ＣＣＤアレイ５８はその受光
面が光源の射出光軸に直交するように配置した設定にお
いて行なった測定について説明する。

【００３８】光源５２から射出された光Ｌ0 は測定対象
物Ｓの測定点に入射する。測定対象物Ｓの測定点から散
乱する光Ｌ1 は対物レンズ５６に入射して平行光束Ｌ2
となり、ＣＣＤアレイ５８に入射する。ＣＣＤアレイ５
８は、二次元に並んだ多数のＣＣＤ素子を有し、各ＣＣ
Ｄ素子は受光強度に応じた電気信号を出力する。各ＣＣ
Ｄ素子の出力信号と位置を対応させて処理すると共に、
ＣＣＤの位置を射出角度に変換することにより、射出角
度に対する散乱光の強度分布が得られる。

【００３９】本実施例によれば、第一実施例で得られる
効果に加えて、二次元センサーであるＣＣＤアレイを用
いているので、各方向における角度に対する散乱光強度
を一度に測定することができる。

【００４０】本発明は、上述した実施例により何等限定
されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々多くの変形が可能である。例えば、第一実施
例において、光軸を中心としてラインセンサーを回転さ
せる手段を設けることにより、任意の方向における射出
角度に対する光強度分布が得られるようにすることもで
きる。また、第二実施例では、光源５２にＨｅ−Ｎｅレ
ーザーを使用したが、他のレーザーを使用しても良い。
また、タングステンランプやハロゲンランプやメタルハ
ライドランプ等にレンズと絞りを組み合わせて射出光の
平行度を高めた光学系を光源に使用しても良い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、機械的に移動する部材
がないので、再現性の良い測定データが短時間の間に得
られるようになる。さらに、測定データとなる光を取り
込む時間が非常に短いので、過度的に変化する途中の光
強度分布も測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】ラインセンサーを対物レンズの射出瞳位置に配
置したときの光の光路を示す。

【図３】本発明の第一実施例である測定装置の構成を示
す。

【図４】図３のラインセンサーに接続される信号処理系
の構成を示す。

【図５】図３の装置において測定をより簡単にするレン
ズ支持部材の構造を示す。

【図６】本発明の第二実施例の測定装置の構成を示す。

【図７】従来の測定装置の構成を示す。

【図８】角度に対する光強度分布を示すグラフである。

【図９】ＬＣＤパネルのコントラストの角度依存性を示
すグラフである。

【図１０】半導体レーザーのファーフィールドパターン
の測定系を示す。

【図１１】従来の別の測定装置の構成を示す。

【図１２】光強度分布が過度的に変化する様子を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１２…対物レンズ、１４…ラインセンサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 昌浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物の測定点から発散する光の角
   度に対する強度分布を測定する装置であって、 受光した光をその強度に応じた電気信号に変換する受光
   素子を複数有し、この複数の受光素子は少なくとも一方
   向に並んでいる、その方向に沿った強度分布を測定する
   強度分布測定手段と、 測定点から発散する光を集光し、所定の角度で射出した
   光を所定の位置の受光素子に導くレンズ系とを備えてい
   る光発散特性測定装置。