測定用光學系統、以及使用該光學系統的色彩亮度計及色彩計的製作方法

2023-09-20 14:52:20 5

專利名稱：測定用光學系統、以及使用該光學系統的色彩亮度計及色彩計的製作方法
技術領域：
本發明涉及在接受從液晶顯示器、燈等的光源放射的光而測定光源的亮度(Lv)、色度(xy)的色彩亮度計，或者接受朝被測定物·照射的光的反射光而測定被測定物的反射率、色度(Lab等)的色彩計等中使用的測定用光學系統、以及使用該光學系統的色彩亮度計及色彩計。
背景技術：
測定液晶顯示器的亮度(Lv)、色度(xy)的色彩亮度計，例如構成為具備與上述液晶顯示器的顯示畫面對置配置的測定探測器以及測定器主體。在所述測定探測器中，例如分別利用傳感器測定由CIE (國際照明委員會)規定的等色函數X、Y、Z的3個刺激值，在上述計測器主體中，根據上述測定結果來運算作為被測定物的顯示畫面3的亮度、色度。例如專利文獻I中示出了在這樣的色彩亮度計、色彩計中所使用的測定用光學系統的典型的現有技術。在該專利文獻I中，為了使入射光分別朝與上述3個刺激值對應的3個測色光學系統入射而使用纖維束(bundle fiber)。通過將受光傳感器與分別對應於上述3個刺激值的濾色器組合而構成所述測色光學系統，在上述纖維束的分支成3個出射端的各出射端配置有該各測色光學系統的各濾色器。進而，在該專利文獻I的所述纖維束中，從集束成圓形的入射端側觀察，沿周向分割為6束，位於對角線上的纖維束彼此被聚集。由此，實現了因指向性(配光特性)而引起的測定誤差的減小。然而，上述纖維束價格昂貴，並且還存在因指向性(配光特性)而引起的測定誤差。因此，在其它現有技術中，如圖27的測定探測器4"所示，採用具有分支及擴散功能的擴散板19來取代所述纖維束。或者，如圖28的測定探測器4"，所示，不使用對物光學系統11，而是直接向擴散板19入射來自被測定物的光束。另外，由於通過層疊多個光吸收類型的濾光器而構成所述濾色器，以使入射光具備與所述X、Y、Z的3個刺激值等的期望的分光特性對應的透過率，因此無法設計例如圖29所示那樣的在兩個波長域內具有透過率峰值的特性的濾光器，即，存在濾光器設計的自由度減小這樣的問題。另外，還存在透過率較小、且光量損失較大這樣的問題。進而，特別是在薄膜狀的濾色器中，還存在相對於熱、光(紫外線)、溼度等變化始終較為劇烈(穩定性較差)這樣的問題。因此，例如專利文獻2中提出有如下現有技術，S卩，在所述濾色器中使用幹涉類型的濾光器(以下，稱作幹涉膜濾光器)來取代所述光吸收類型的濾光器。該幹涉膜濾光器通過在玻璃基板上利用真空蒸鍍、濺射等手法層疊數十層電介質、氧化物而形成，通過光的幹涉作用而進行透過/反射的波長選擇。然而，對於所述幹涉膜濾光器，由於透過率因入射角度的不同而不同，因此存在當平行光(O度)入射時誤差靈敏度較高這樣的問題。專利文獻I:日本特開2003 - 247891號公報
專利文獻2:日本特開2010 - 2255號公報

發明內容
本發明是鑑於上述情形而完成的，其目的在於提供測定用光學系統、以及使用該光學系統的色彩亮度計及色彩計，通過使用幹涉膜濾光器而能夠減少因其入射角度而對透過率特性的偏差造成的影響。在本發明所涉及的測定用光學系統、以及使用了該測定用光學系統的色彩亮度計及色彩計中，利用第一擴散部件使測定光散射，當經由多個幹涉膜濾光器而在多個受光傳感器受光時，該光束經由第二擴散部件而向所述各幹涉膜濾光器入射。進而，所述幹涉膜濾光器形成為，根據相對於朝向該幹涉膜濾光器的入射光的入射角度的強度分布的條件，能夠獲得與測定參數對應的透過率特性。因此，本發明所涉及的測定用光學系統、以及使用了該測定用光學系統的色彩亮度計及色彩計能夠使用幹涉膜濾光器，並能夠降低基於其入射角度的對透過率特性的偏差的影響。
通過以下的詳細敘述和附圖將會使上述以及其它本發明的目的、特徵及優點變得清楚。


圖I是示出一個實施方式所涉及的色彩亮度計的測定探測器內的結構(測定用光學系統)的圖。圖2是用於說明在圖I所示的測定探測器內未使用第一擴散板時的朝向幹涉膜濾光器的入射光束的圖。圖3是用於說明在圖I所示的測定探測器內未使用第二擴散板時的朝向幹涉膜濾光器的入射光束的圖。圖4是示出所述第二擴散板與幹涉膜濾光器之間的位置關係的圖。圖5是用於說明圖I所示的測定探測器中的朝向幹涉膜濾光器的入射光束的強度分布的測定方法的圖。圖6是示出朝向幹涉膜濾光器的入射光束的強度分布的一例的曲線圖。圖7是示出所述幹涉膜濾光器的分光強度分布的曲線圖。圖8是示出朝向所述幹涉膜濾光器的入射角度的分布、與對濾光器傾斜時的影響的曲線圖。圖9是示出在圖8所示的入射角度分布的光學系統中設置了幹涉膜濾光器時的透過率分布的曲線圖。圖10是示出朝向所述幹涉膜濾光器的入射角度的大小與誤差之間的關係的曲線圖。圖11是示出圖I中第二擴散板的其它方式的圖。圖12是示出圖I中第二擴散板的又一其它方式的圖。圖13是示出使用圖12所示的第二擴散板時的測定探測器內的結構的圖。圖14是示出第二實施方式所涉及的測定探測器內的結構的圖。圖15是用於說明光纖內的光的傳輸的情況的剖視圖。
圖16是示出由本申請發明人獲得的光纖的出射角度的實際測定數據的曲線圖。圖17是用於說明圖16的數據的求解方法的圖。圖18用於說明朝向圖14所示的測定探測器的幹涉膜濾光器的入射光束的強度分布的測定方法的圖。圖19是第三實施方式所涉及的測定探測器內的結構的圖。圖20是用於說明基於色彩亮度計的對液晶顯示器的測定方法的圖。圖21是示出色彩亮度計的測定探測器側的概 要結構的框圖。圖22是示出色彩計的測定探測器側的概要結構的框圖。圖23是示出現有技術的色彩亮度計的測定探測器內的結構(測定用光學系統)的圖。圖24是用於說明所述液晶顯示器的配光分布的圖。圖25是示出所述液晶顯示器的配光分布的一例的曲線圖。圖26是示出所述液晶顯示器的RGB各色的像素排列與測定區域之間的關係的圖。圖27是示出其它現有技術的色彩亮度計的測定探測器內的結構(測定用光學系統)的圖。圖28是示出又一其它現有技術的色彩亮度計的測定探測器內的結構(測定用光學系統)的圖。圖29是示出幹涉膜濾光器的光譜透過率特性的一例的曲線圖。圖30是示出相對於朝向所述幹涉膜濾光器的入射角度的變化的光譜透過率特性的變化的曲線圖。圖31是示出其它現有技術的色彩亮度計的測定探測器內的結構(測定用光學系統)的圖。
具體實施例方式以下，基於附圖對本發明所涉及的一個實施方式進行說明。此外，在各圖中標註相同的附圖標記的結構表示相同的結構，並適當地省略其說明。另外，在本說明書中，利用省略了下標後的參照標號來表示對部件的總稱，利用標註有下標的參照標號來表示個別的結構。(比較例)為了說明本實施方式的作用效果，以下首先對比較例進行說明。圖20是用於說明使用色彩亮度計I而針對液晶顯示器2的亮度(Lv)、色度(xy)進行測定的情況的圖。該色彩亮度計I構成為具備與液晶顯示器2的顯示畫面3對置配置的測定探測器4以及測定器主體5。測定探測器4例如利用各傳感器來測定由CIE規定的等色函數X、Y、Z的3個刺激值，測定器主體5根據上述測定結果來運算作為被測定物的顯示畫面3的亮度、色度。測定探測器4內的概要結構例如圖21所示。即，在測定探測器4中，利用對物光學系統11接受來自作為被測定物的顯示畫面3的出射光，並抽取預先規定的入射角的成分，例如抽取相對於顯示畫面3的法線±2. 5度以內的成分進而使該成分向分支光學系統12入射，分支為3束而向對應於等色函數X、Y、Z的3個刺激值的測色光學系統13、14、15入射，並測定入射光強度。
另一方面，在測定所述被測定物的反射率、色度(Lab等)的色彩計的情況下，例如圖22所示，在圖21所示的測定探測器4的結構中還具備作為光源的燈16以及照明光學系統17。利用這些燈16以及照明光學系統17向被測定物照射光，並利用所述測定探測器4測定其反射光。在專利文獻I示出了在這樣的色彩亮度計、色彩計中所使用的測定用光學系統的典型的技術。圖23是示出該所述技術中的測定探測器4'內的結構的圖。在該所述技術中，測定探測器4'具備對物光學系統11、分支光學系統12、測色光學系統13。在該對物光學系統11中使用具有正功率的凸透鏡11a，在分支光學系統12中使用纖維束12a。所述纖維束12a在入射端(入口)側對多根的η根(η =數百 數千)直徑較小(Φ = O. 03 O. 3mm左右的)現狀纖維進行集束，在出射端(出口)側將該纖維束隨機分支為多束(例如對應於所述X、Y、Z的3個刺激值的3束)，並且每束中聚集有多根的m根纖維。入射側以及出射側的形狀任意(圓形、長方形等)。進而，該測定探測器4'在凸透鏡Ila的後側焦點位置配置有開口光闌11b，如前所述，為了取入相對於顯示畫面3的法線±2. 5度以內的成分，形成為前側遠心的光學配 置。纖維束12a的入射端Fil Fin臨近開口光闌Ilb面。測色光學系統13、14、15具備分別與X、Y、Z的3個刺激值對應的濾色器13a、14a、15a、以及與這些濾色器組合使用的受光傳感器13b、14b、15b。此處，作為被測定物的特性，例如若考慮液晶顯示器的情況，則首先可知其配光分布具有指向性。即，光的出射強度因相對於顯示畫面3的法線的角度而不同，並且還存在相對於所述法線並未成為對象的情況。例如，在個人筆記本計算機、行動電話用的顯示器中，具有特意加強指向性的結構，使用者大多從斜上方朝下看所述個人筆記本計算機的顯示器，因此，如圖24所示，其配光分布18相對於顯示畫面3的法線N在上側較多，在下側較少。圖25具體不出了這樣的配光分布的一例。另外，在所述液晶顯示器的情況下，發光強度因測定位置而不同(產生強度斑點)。這種現象因背光燈的配置位置、RGB濾光器的排列與測定探測器4的位置關係而產生。圖26中示出了液晶顯示器的RGB各色的像素排列與測定區域之間的關係。例如，若著眼於中央的行，則在實線所示的測定區域Al中包括兩個G像素、以及一個R、B像素，與此相對，在像素排列方向上相對於測定區域Al錯開一個像素的虛線所示的測定區域A2內，包括兩個B像素以及一個R、G像素。在所述測定區域較小(例如，Φ = 5_以下的)情況下這樣的強度斑點較為明顯。進而，被測定物(液晶顯示器)具有軸非對稱的特徵，另一方面，對於測定器要求穩定的測定結果。即，要求即便使測定探測器4繞光軸旋轉，也要使測定結果不發生變動(不存在旋轉誤差)。這樣的現象並不局限於液晶顯示器，在測定反射光的色彩計中，例如在對具有光澤的印刷物、金屬製品、珍珠等的塗裝面的測定中也會產生上述現象。因此，在所述專利文獻I中，纖維束12a構成為當從集束成圓形的入射端Fil Fin側觀察時，多根線狀纖維在周向上分割成6束，位於對角線上的纖維束彼此被集束。由此，實現了因上述這樣的指向性(配光特性)而引起的測定誤差的減少。然而，纖維束12a價格昂貴，並且還存在因所述那樣的指向性(配光特性)而引起的測定誤差。因此，在其它現有技術中，如圖27的測定探測器4"所示，採用具有分支及擴散的功能的擴散板19來取代纖維束12a。或者，如圖28的測定探測器4"'所示，並不使用對物光學系統11，而是直接向擴散板19入射來自被測定物的光束。另外，通過層疊多個光吸收類型的濾光器而構成濾色器13a、14a、15a，以使入射光具有對應於所述X、Y、Z的3個刺激值等的期望的分光特性的透過率。因此，在這樣的結構中，無法設計例如圖29所示那樣的在兩個波長域中具有透過率峰值這樣的濾光器，即存在濾光器設計的自由度較小這樣的問題。另外，還存在透過率較小、且光量損失較大這樣的問題。進而，特別是在薄膜狀的濾色器中，還存在相對於熱、光(紫外線)、溼度等變化始終較為劇烈(穩定性較差)這樣的問題。因此，例如專利文獻2中提出有在濾色器13a、14a、15a中使用幹涉類型的濾光器(以下，稱作幹涉膜濾光器)來取代所述光吸收類型的濾光器的技術。該幹涉膜濾光器通過在玻璃基板上利用真空蒸鍍、濺射等手法層疊數十層電介質、氧化物而形成，通過光的幹涉作用而進行透過/反射的波長選擇。由此，與上述這樣的光吸收類型的濾光器相比，該幹涉膜濾光器易於得到期望的透過率(易於設計，設計的自由度較高)，能夠製作等色函數X 這樣的具有兩個峰值(頂點)(所述圖21所示)的濾光器。另外，幹涉膜濾光器的透過率較高，例如對於透過率峰值而言，所述吸收類型為50 %以下，與此相對，該幹涉膜濾光器接近100%。進而，幹涉膜濾光器具有可靠性優異(因溫度、溼度、或者暴露於光下而引起的透過率的經時變化較小)這樣的優點。另一方面，由於所述幹涉膜濾光器的透過率因入射角度而不同，因此存在平行光(O度)入射時誤差靈敏度較高這樣的問題。圖30中示出了朝向所述幹涉膜濾光器的光的入射角與透過率之間的關係。這樣，在以O度入射的情況下，入射角度越偏離該幹涉膜濾光器的法線，透過域越偏向短波長側。由此，若部件的位置關係略微傾斜，透過率特性便會不同。與此相對，在圖27所示的結構中，在作為濾色器13a、14a、15a搭載有幹涉膜濾光器的情況下，測定探測器如圖31所示。此處，朝向擴散板19的入射位置取決於被測定物的指向性，例如從被測定面朝上放射的光(虛線)集中於擴散板的Pl位置，從被測定面朝下放射的光(點劃線)集中於擴散板的P2位置。進而，從擴散板的一端附近Pl的位置向各濾色器13a、14a、15a入射的角度、以及從擴散板的另一端附近p2的位置向各濾色器13a、14a、15a入射的角度，由擴散板19的尺寸、擴散板19與濾色器13a、14a、15a的距離D、擴散板19與濾色器13a、14a、15a的軸向距離d決定。因此，在濾色器13a的情況下，來自所述pi的位置的光束在入射角接近O度的狀態下入射，來自所述P2的位置的光束以較大的角度入射。因此，通過該濾色器13a、且利用受光傳感器13b受光的數據為從被測定物朝上(虛線)的指向性信息、以及向下(點劃線)的指向性信息，且是濾光器透過率不同的受光數據，因此受光數據因被測定物與測定器的旋轉方向而變化(旋轉誤差)。(實施方式I)接下來，以下對一個實施方式進行說明。圖I是示出第一實施方式所涉及的測定探測器40內的結構(測定用光學系統)的圖。使用該測定探測器40作為所述圖21所示的色彩亮度計的測定探測器4、圖22所示的色彩計的測定探測器4。作為測定方法的一例，與所述的圖20相同，色彩亮度計與液晶顯示器2的顯示畫面3對置配置，構成為具備測定來自顯示畫面3的光的測定探測器40、以及基於測定探測器40的輸出而求出色彩亮度的測定器主體5。另外，作為測定方法的一個其它例子，色彩計構成為具備向被測定物照射測定光的測定光照射部、測定由被測定物反射的所述測定光的反射光的測定探測器40、以及基於測定探測器40的輸出而求出色彩的測定器主體。對於該測定探測器40的概要的框式結構，在該測定探測器40中，與圖27所示的測定探測器4'，類似，針對對應的部分標註相同的參照標號而示出。S卩，該測定探測器40具備接受來自被測定物的光的對物光學系統11 ;作為第一擴散部件的擴散板19，作為分支及擴散光學系統，該擴散板19使從對物光學系統11出射的出射光散亂出射；以及多個測色光學系統13、14、15，該多個測色光學系統13、14、15排列設置於擴散板19的出射端側，檢測由擴散板19散射後的出射光。在對物光學系統11中使用具有正的光學功率(折射力、焦距的倒數)的兩個凸透鏡11a，並且在凸透鏡Ila的後側焦點位置配置有開口光闌lib。進而，如前所述，為了取入相對於顯示畫面3的法線半角為α、例如所述的±2. 5度以內的成分，對物光學系統11形成為前側遠心的光學配置。
此處，在該測定探測器40中，為了在測色光學系統13、14、15中將幹涉膜濾光器用作濾色器13Α、14Α、15Α，將擴散板19作為第一擴散板,在該第一擴散板19與該幹涉膜濾光器之間夾裝有作為第二擴散部件的第二擴散板13C、14C、15C，並且將所述幹涉膜濾光器的透過率特性調製成規定的特性。即，測色光學系統13、14、15具備第二擴散板13C、14C、15C，分別從被測定面按順序朝該第二擴散板13C、14C、15C入射從第一擴散板19出射的出射光，並使該出射光散亂出射；幹涉膜濾光器13A、14A、15A，從第二擴散板13C、14C、15C出射的出射光向該幹涉膜濾光器13A、14A、15A入射，作為濾色器而使所述出射光以規定的透過率特性透過；以及受光傳感器13B、14B、15B，從幹涉膜濾光器13A、14A、15A出射的出射光向該受光傳感器13B、14B、15B入射，從而檢測出所述出射光的強度。此處，當不具有第一擴散板19時，如圖2所示，只有像前述那樣地從被測定物朝上放射的光(虛線)向濾色器13A入射。因此，首先與圖27相同，本實施方式的測定探測器40利用具有一定程度以上的擴散性的第一擴散板19，並以適當地隔開間隔的方式配置測色光學系統13、14、15，由此利用該第一擴散板19使被測定物的特徵均勻化(混合)，並使光擴散透過。接下來，本實施方式的測定探測器40在與幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的同軸上配置第二擴散板13C、14C、15C，通過使光束通過該第二擴散板13C、14C、15C，如圖3中參照標號20所示，使光束所具有的信息均勻化，並使該光束向幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)入射。第一及第二擴散板19、13C、14C、15C例如使玻璃、石英形成為磨砂玻璃狀，能夠使用在玻璃中混入微粒、塑料樹脂(白色的丙烯板等)、樹脂片材(半透明的矽樹脂片材等)。此處，在設置有後述的吸光的遮光部件21的情況下，朝向所述幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射角度由第二擴散板13C、14C、15C與該幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的距離、及其尺寸決定。當尺寸恆定時，距離越近，朝向幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射角度越寬。例如圖4所示，在第二擴散板13C、14C、15C的有效直徑=Φ 4mm、幹涉膜濾光器的有效直徑=Φ3_、第二擴散板13C、14C、15C與幹涉膜濾光器的距離=5mm的情況下，朝向幹涉膜濾光器的入射角度為tan — I ((2 + 1.5)/ 5) =35度(半角)。進而，朝向所述幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射角的強度分布由第二擴散板13C、14CU5C的特性、以及擴散板與該幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的距離決定。在以上述方式構成的測定光學系統中，幹涉膜濾光器的入射角與透過率之間的關係如所述的圖30所示(Y濾光器的例子)。與此對應，在本實施方式中，例如通過圖5所示那樣的測定、模擬等求出基於所述的第二擴散板13C、14C、15C與幹涉膜濾光器(濾色器13A、14AU5A)的距離及尺寸、以及第二擴散板13C、14C、15C的特性等而變化的朝向幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射光束的實際的強度分布。在圖5中，對於來自第二擴散板13C、14C、15C的放射光束的強度，使亮度計30從該第二的擴散板13C，14CU5C的中心在相同半徑上移動，並通過所有立體角(錐角)來測定上述強度。此外，分別互相劃分出第二擴散板13C、14C、15C、幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)、受光傳感器13B、14B、15B的組，設置不會產生出射、入射光的所述的遮光部件21，當測定朝向該幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射光束的強度分布時，在幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的位置將該遮光部件21切斷。
另一方面，當進行模擬時，首先，朝向幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射角度由第二擴散板13C、14C、15C的擴散特性的編目值等決定。進而，根據構成的光學部件的各個條件、特性並使用透鏡模擬軟體等來計算在過濾面的入射光束的強度分布。例如，當從第二擴散板13C、14C、15C的出射條件為所述的擴散特性的編目值的條件時出射光束，並進行光線追蹤模擬。圖6中示出了以該方式求出的朝向幹涉膜濾光器的入射光束的強度分布的一個例子。在該圖6的例子中，示出了使所述亮度計30在規定範圍的圓弧上移動時(一維)的強度的變化。對該圖6中所示那樣的相對強度(以立體角來考慮的相對強度所有「錐角處的透過率」)乘以所述圖30中所示那樣的幹涉膜濾光器的各自的入射角度處的透過率，由此計算考慮了入射角度的強度分布後的濾光器透過率。其結果，例如在圖7中，形成為參照標號β I (虛線)所示的曲線。進而，對於最終利用測定器獲得的受光靈敏度，在這樣的濾光器透過率的基礎上，還要考慮光學系統(透鏡、光纖等)的透過率、受光傳感器的受光靈敏度、在受光傳感器面等處的反射特性等的特性。在本實施方式中，對所述幹涉膜濾光器進行調製，使得最終所獲的受光靈敏度與圖7中以參照標號β2 (實線)所示的期望的(由CIE規定)等色函數近似。此處，對朝向所述幹涉膜濾光器(濾色器13Α、14Α、15Α)的入射角度的擴展條件進行說明。若因部件誤差等而傾斜地安裝該幹涉膜濾光器(濾色器13Α、14Α、15Α)，則相對於朝向該幹涉膜濾光器(濾色器13Α、14Α、15Α)的入射角度的強度分布偏離設計值，伴隨與此，所獲的濾光器透過率不同，由此使得傳感器受光靈敏度分布不同。對於以該方式傾斜安裝濾光器的情況下的透過率變化的影響，強度分布越狹窄，影響越大，因此優選朝向濾光器的入射角度的強度分布具有一定程度以上的擴展。因此，圖8中示出了入射角度的分布與濾光器傾斜時的影響。圖8 Ca)是示出入射角度的半角為7. 5度時的設計值的強度分布(實線)、與濾光器傾斜I度時的強度分布(虛線)的曲線圖，圖8 (b)是示出入射角度的半角為17. 5度時的設計值的強度分布(實線)、與濾光器傾斜I度時的強度分布(虛線)的曲線圖。此處所說的入射角度7. 5度(半角)是指相對於入射角度的強度分布的峰值(通常大多為O度時達到峰值)大約5%的角度。進而，在圖9 (a)及圖9 (b)中，分別示出了在這些圖8 (a)以及圖8 (b)所示的入射角度分布的光學系統中設置有所述的圖31所示的幹涉膜濾光器時的透過率分布。在這些圖9 Ca)以及圖9 (b)中，強調示出了相對於所述設計值傾斜的值的偏差量。通過比較圖9 (a)與圖9 (b)明顯可知，入射角度的強度分布較廣的相對於濾光器的傾斜的誤差減小。若使這樣的濾光器入射角度的大小與誤差(與設計值之差)的關係曲線化，則形成為圖10所示的曲線。根據該圖10，當濾光器傾斜I度時，通過預先將入射角度的擴展角設定為15度(半角)以上，能夠將誤差量抑制在2. 5%以下。由此，若考慮到相對於實際使用中的濾光器傾斜的誤差靈敏度，則優選朝向幹涉膜濾光器的入射角度的擴展為15度(半角)以上。如上，本實施方式的測定探測器40被用於色彩亮度計、色彩計等，利用對物光學系統11接受從光源放射的光束、被測定物的反射光束，在使該光束通過第一擴散板19而分支以及擴散以後，使其透過由幹涉膜濾光器構成的濾色器13A、14A、15A，並使其向能夠求得所述光束的強度(亮度或者照度值)的受光傳感器13B、14B、15B入射。由此，為了消除吸收式的濾色器中存在的問題，在所述第一擴散板19與濾色器13A、14A、15A之間夾裝有第二擴散板13C、14C、15C，並且對所述幹涉膜濾光器的透過率特性進行調製。 由此，不管光束從第一擴散板19的哪個位置入射，即不管被測定物的位置信息、角度信息如何，都會從第二擴散板13C、14C、15C的出射面出射具有規定的配光分布、且被實施了均勻化後的光束，測定探測器40能夠獲得穩定的受光靈敏度數據。因此，將所述幹涉膜濾光器的透過率特性設定為，當具有所述規定的配光分布的光束入射時，使得透過光束與受光傳感器13B、14B、15B的測定參數對應，由此，配光分布雖然拓寬，但是配光分布實現了均勻化，取而代之地，，幹涉膜濾光器的透過率特性與該配光分布匹配。由此，本實施方式的測定探測器40能夠設定任意的透過率特性，並且還能夠發揮光量損失少、且穩定性較高這樣的幹涉膜濾光器的優點，並且能夠彌補因入射角度而造成的透過率特性的偏差較大這樣的該幹涉膜濾光器的缺點。此外，在上述實施方式中，像圖11所示的第二擴散板C那樣地，與第一擴散板19一樣，所述第二擴散板13C、14C、15C可以由一個構成。在該情況下，通過所述遮光部件21使得以下的幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)以及受光傳感器13B、14B、15B之間相互遮光，並且還保持了其光路。另外，在上述實施方式中，如圖12的濾色器AC所示，通過將共用的玻璃基板ACl的入射面側形成為粗糙面而構成第二擴散板AC2，通過在出射面側對幹涉膜濾光器AC3成膜而使這些第二擴散板AC2以及幹涉膜濾光器AC3形成於一個共用的玻璃基板ACl上。該情況下的測定探測器41內的結構如圖13所示。S卩，在測色光學系統131、141、151中，共同使用所述幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)以及第二擴散板13C、14C、15C以幹涉膜濾光器 13AC、14AC、15AC。(實施方式2)圖14是第二實施方式所涉及的測定探測器42內的結構(測定用光學系統)的圖。在該測定探測器42中，與所述圖I所示的測定探測器40類似，針對相應的部分標註相同的參照標號，並將其說明省略。在本實施方式的測定探測器42中，作為第二擴散部件，在測色光學系統132、142、152設置有單線纖維13F、14F、15F以取代第一實施方式的第二擴散板13C、14C、15C。
此處，優選地，光纖利用芯線與覆層之間的折射率差而像圖15所示那樣地使入射光全反射而對光進行引導。然而，實際上，因折射率的局部差(脈動pulSation)、光纖直徑的局部的差異(粗、細)，或者基於光纖的彎曲的反射面的彎曲、材料(折射率)的變形等而導致出射位置、出射角度變得散亂，入射光並未以這樣的理想的形式被傳輸，並且出射光被實施了均勻化(出射位置、出射角度散亂)。即，在一定程度上較長的光纖的情況下，並不取決於朝向該光纖的入射光的特徵，而是在實施了均勻化、且在始終穩定的出射角度條件下出射出射光(具有與擴散板同樣的效果。與擴散板相比能夠獲得更多的光量)。在本實施方式的測定探測器42中，利用了這樣的光纖的特性。圖16中示出了本申請發明人的實驗結果。圖16是示出光纖的出射角度的實際測定數據的曲線圖。在該實驗中，如圖17所示，入射與光纖大致平行的光(±2度以下的光束)，與所述圖5相同，利用鄰近出射端的圖略的亮度計，並在使相對於纖維軸心的角度(錐角)變化、且將強度峰值(大致處於0°的位置)設為I的情況下測定各角度處的相對強度。纖維在一處位置彎曲90°。另外，纖維為塑料纖維(NA = 0.5，Φ = 1mm)，使其長度分別變化為 30mm (X)、50mm (A)> 100mm (■)以及 300mm ( )
當入射所述平行光時，根據該圖16可知，若纖維長度為50mm，則有效的開口角(峰值的5%強度的寬度)為±35°左右，即使設定為該50mm以上，開口角也幾乎不變化，而是保持穩定。另一方面，當纖維的長度為30_，出射光的強度分布狹窄，混合(均勻化)的程度較低。然而，這些實驗數據是入射平行光時的結果，在實際的光學系統中，由於朝向纖維的入射光具有一定的角度，因此上述結果是在該實驗條件(平行光入射)為最嚴格條件時的實驗數據。由此，由於在實際的光學系統中入射的並非平行光束，而是具有一定程度的角度的光束，因此只要單線纖維13F、14F、15F具有30mm以上的長度，便能夠充分均衡地進行混合。進而，當在纖維中引導光時，入射光與出射光以及光纖長度的關係取決於在芯線、覆層之間的反射次數。因此，在該實驗數據中，由於Φ = Imm時所需的纖維長度為30_，因此優選纖維長度為纖維直徑的30倍以上。利用具有如此長度的纖維，能夠獲得使出射角度均勻化(出射角度不具有固有的信息)、始終保持穩定的出射角度條件。接下來，對光纖的開口率NA而言，在纖維長度較長的情況下，如前所述，由於形成為從光纖的出射角N光纖的NA的條件，因此優選為纖維NA > O. 26 (= sinl5度)。只要通過與所述的圖5同樣的圖18所示的測定、模擬等求出從該單線纖維13F、14F、15F朝向幹涉膜濾光器(濾色器13A、14A、15A)的入射光束的實際的強度分布即可。當進行模擬時，將光 纖的出射條件設為光纖固有的NA條件而出射光束。通過以該方式使用單線纖維13F、14F、15F，與使用第二擴散板13C、14C、15C的情況相比，本實施方式的測定探測器42還能夠將光量損失抑制到極小。(實施方式3)圖19是示出第三實施方式所涉及的測定探測器43內的結構(測定用光學系統)的圖。對於該測定探測器43，與所述圖I所示的測定探測器40類似，針對相應的部分標註相同的參照標號並省略其說明。在本實施方式的測定探測器43中，使第一擴散板191形成為覆蓋所述第二擴散板13C、14C、15C側的穹頂狀。這樣，第一擴散部件中也可以使用其它結構。
本說明書雖然公開了上述各種方式的技術，但是以下主要對其中主要的技術進行整理。一個方式所涉及的測定用光學系統構成為具備第一擴散部件，來自被測定物的光束向該第一擴散部件入射；以及幹涉膜濾光器，該幹涉膜濾光器在所述第一擴散部件的出射端側排列設置有多組，在所述第一擴散部件被散射的出射光朝該幹涉膜濾光器入射，並使該入射光以相互不同的規定的透過率特性透過，進而使該光束分別朝能夠求得所述光束的強度的傳感器入射，還包括在所述幹涉膜濾光器的前方配置的第二擴散部件，所述幹涉膜濾光器形成為根據相對於從所述第二擴散部件朝該幹涉膜濾光器入射的入射光的入射角度的強度分布的條件而獲得與測定參數對應的透過率特性。例如在色彩亮度計、色彩計等中使用具有上述結構的測定用光學系統。在該測定用光學系統中，在所述色彩亮度計的情況下從液晶顯示器、燈等的光源放射的光束、或者在所述色彩計的情況下基於來自規定的照明光源的照射光的被測定物的反射光束，在所述第一擴散部件被散射以後，朝多個幹涉膜濾光器入射，分別通過這些具有相互不同的規定的 透過率特性的所述多個幹涉膜濾光器，向能夠求得所述光束的強度(亮度或者照度值)的傳感器入射。由此，該測定用光學系統實現了基於吸收式的濾色器的問題的消除。進而，在該測定用光學系統中，分別在所述多個幹涉膜濾光器的前方夾裝有多個第二擴散部件，並且對所述多個幹涉膜濾光器的各透過率特性進行調製。更加具體而言，首先，通過夾裝第二擴散部件，使得不管所述光束從第一擴散部件的任何位置入射，均能夠從該第二擴散部件的出射面出射具有規定的配光分布、且被實施了均勻化後的光束。即，在對被測定物的位置信息、角度信息進行均勻化以後，再向幹涉膜濾光器入射所述光束。進而，接下來，將所述幹涉膜濾光器的透過率特性設定為，當來自所述第二擴散部件的出射面的具有規定的配光分布的光束入射時，透過光束與傳感器的測定參數對應。即，以往，為了抑制基於朝向幹涉膜濾光器的入射角度的透過率特性的偏差，將朝向該幹涉膜濾光器的入射光束儘量配置成平行(配光分布狹窄)，與此相對，在上述結構中，通過第二擴散部件而使得朝向幹涉膜濾光器的入射光束的配光分布變得寬廣，但卻使配光分布具有均勻性，並且取而代之地，使幹涉膜濾光器的透過率特性與該配光分布匹配。由此，具有如此結構的測定用光學系統能夠設定任意的透過率特性，從而能夠發揮光量損失較小、且穩定性較高這樣的幹涉膜濾光器的優點，並能夠彌補基於入射角度的透過率特性的偏差較大這樣的該幹涉膜濾光器的缺點。另外，在另一個方式中，在上述測定用光學系統中，所述第一擴散部件為擴散板，所述第二擴散部件也為擴散板。在具有上述結構的測定用光學系統中，以隔開某種程度的間隔的方式配置第一及第二擴散板，由此能夠使上述那樣的朝向幹涉膜濾光器的入射光束具有均勻性。優選地，所述第一及第二擴散板分別由一個構成。另外，在另一個方式中，在上述測定用光學系統中，通過使共用的玻璃基板的入射面側形成為粗糙面而實現了作為所述第二擴散部件的擴散板，對於所述幹涉膜濾光器，在所述共用的玻璃基板的出射面側成膜。根據上述結構，在測定用光學系統中，能夠在一個基板上形成所述第二擴散板以及幹涉膜濾光器。
另外，在另一個方式中，在上述測定用光學系統中，所述第一擴散部件為擴散板，所述第二擴散部件為單線纖維。根據上述結構，通過具有某種程度的長度，更加具體而言，通過具有芯線直徑的30倍以上的長度的光纖而使其對入射配光的影響緩和。即，在具有某種程度的長度的單線纖維中，出射位置、出射角度變得散亂，從而能夠獲得與擴散板同樣的擴散效果。進而，對於單根現狀纖維，還能夠在在纖維固有的NA條件下出射光並使該光束形成為出射角度的分布，另外，與擴散板相比，還能夠減小光量的減少。另外，在另一個方式中，在這些上述測定用光學系統中，優選地，作為所述第一擴散部件的擴散板形成為將所述第二擴散部件側覆蓋的穹頂狀。另外，另一個方式所涉及的色彩亮度計以及色彩計使用 了上述的任意測定用光學系統。因此，具有如此結構的色彩亮度計以及色彩計能夠實現使用幹涉膜濾光器的高精度的色彩亮度計以及色彩計。本申請以於2010年4月23日申請的日本國專利申請特願2010 — 99830為基礎，並在此將所述申請的內容併入本申請。雖然為了表述本發明而在上文中通過參照附圖並利用實施方式對本發明進行了適當且充分的說明，但應當理解為，只要是本領域技術人員，便能夠容易地實現對上述實施方式的變更以及/或者改進。因此，解釋為只要由本領域技術人員實施的變更方式或改進方式未脫離權利要求書所記載的範圍，該變更方式或該改進方式便被包含於該權利要求書中。產業上的利用可能性根據本發明，能夠提供測定用光學系統以及使用了該測定用光學系統的色彩亮度計以及色彩計。
權利要求
1.一種測定用光學系統，其特徵在於， 所述測定用光學系統具備 第一擴散部件，來自被測定物的光束向該第一擴散部件入射；以及多個測色光學系統，所述多個測色光學系統在所述第一擴散部件的出射端側排列設置，檢測來自所述第一擴散部件的出射光， 所述多個測色光學系統分別具備 第二擴散部件，來自所述第一擴散部件的出射光向該第二擴散部件入射； 幹涉膜濾光器，來自所述第二擴散部件的出射光向該幹涉膜濾光器入射，該幹涉膜濾光器使所述出射光以規定的透過率特性透過；以及 受光傳感器，來自所述幹涉膜濾光器的出射光向該受光傳感器入射，該受光傳感器檢 測所述出射光的強度， 所述幹涉膜濾光器形成為，根據相對於朝向該幹涉膜濾光器的入射光的入射角度的強度分布的條件而獲得與測定參數對應的透過率特性。
2.根據權利要求I所述的測定用光學系統，其特徵在於， 所述第一擴散部件是擴散板，所述第二擴散部件也是擴散板。
3.根據權利要求2所述的測定用光學系統，其特徵在於， 所述第二擴散部件是針對所述多個測色光學系統共用設置的一個擴散板。
4.根據權利要求3所述的測定用光學系統，其特徵在於， 所述第二擴散部件是由使入射面側形成為粗糙面的共用的玻璃基板構成的擴散板，所述多個測色光學系統中的所述多個幹涉膜濾光器分別在所述共用的玻璃基板的出射面側成膜。
5.根據權利要求I所述的測定用光學系統，其特徵在於， 所述第一擴散部件是擴散板，所述第二擴散部件是單線纖維。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的測定用光學系統，其特徵在於， 所述第一擴散部件是形成為將所述第二擴散部件側覆蓋的穹頂狀的擴散板。
7.一種色彩亮度計，其特徵在於， 使用權利要求I至6中任一項所述的測定用光學系統。
8.一種色彩計，其特徵在於， 使用權利要求I至6中任一項所述的測定用光學系統。
全文摘要
本發明提供測定用光學系統、以及使用該光學系統的色彩亮度計及色彩計。在本發明所涉及的測定探測器(40)中，利用第一擴散板(19)使測定光散射，當經由多個幹涉膜濾光器(13A、14A、15A)而在多個受光傳感器(13B、14B、15B)受光時，該光束經由第二擴散板(13C、14C、15C)而向各幹涉膜濾光器(13A、14A、15A)入射。進而，這些幹涉膜濾光器(13A、14A、15A)形成為，根據相對於朝向該幹涉膜濾光器(13A、14A、15A)的入射光的入射角度的強度分布的條件，能夠獲得與測定參數對應的透過率特性。因此，本發明所涉及的測定探測器(40)能夠使用幹涉膜濾光器(13A、14A、15A)，並能夠降低基於其入射角度的對透過率特性的偏差的影響。
文檔編號G01J3/51GK102859339SQ201180019549
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月15日 優先權日2010年4月23日
發明者鶴谷克敏 申請人:柯尼卡美能達精密光學儀器株式會社