專利名稱：光測量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此發(fā)明涉及一種用于測量諸如平面光源的亮度、色度等與光有 關(guān)的量值的光測量裝置以及可以由于光測量裝置中的掃描光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知一種技術(shù)，其中，為了測量平面光源的亮度分布，色度分 布等，連續(xù)測量在平面光源的不同部分G者如，中心部分、外圍部 分等)的諸如亮度、色度等物理量值或心理物理量值。日本專利公 開第2004-93326號(下文中稱為專利文件1 )纟皮露了一種用于收集 諸如紙幅板的幅板的光學(xué)信息的收集裝置。該收集裝置包括用于使 來自幅板的不同部分的光偏轉(zhuǎn)以執(zhí)行幅板的掃描的電流鏡面、用于 使被電流鏡面偏轉(zhuǎn)的光從其透射的兩個縫隙、以及用于分析^皮兩個 縫隙透射的光的光譜的分光計。在使用專利文件l中所4皮露的技術(shù) 的情況下，可以從一個位置(即，從視點)開始執(zhí)行來自平面光源 的光的測量。

發(fā)明內(nèi)容
在專利文件1所披露的技術(shù)中，可以足夠充分高的精確度來執(zhí) 行平面光源的亮度等的測量。例如，雖然在專利文件1中未描述兩 個縫隙的大小，但是存在以下可能性，在透射過兩個縫隙的光的橫 截面中，雖然外圍側(cè)上的光通量很小，但是中心側(cè)上的光通量可能 很大，從而導(dǎo)致無法確保亮度測量等的精確度。另外，如果過分減 小縫隙的大小，那么^f皮阻擋的光通量變大到以致于難以測量光。因 此，當(dāng)采用來自平面光源的不同部分的光來執(zhí)行測量時，重要的是 抑制光的橫截面中由用于取入光的光學(xué)系統(tǒng)引起的光通量密度的 不均勻性的出現(xiàn)或?qū)⒐庥行У貙?dǎo)入才企測器。
因此，需要提供一種用于測量諸如平面光源的亮度、色度等與 光有關(guān)的量值的光測量裝置以及可用于該光測量裝置的掃描光學(xué) 系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了 一種用于測量來自平面光源的光
的光測量裝置，包括空間分割裝置，^皮配置為才丸^f亍用于連續(xù)取入 來自平面光源的不同部分的光的操作；光學(xué)聚集裝置，被配置為聚 集通過空間分割裝置的操作取入的來自平面光源的不同部分的光； 以及檢測器，被配置為接收由光學(xué)聚集裝置聚集的光并輸出對應(yīng)于 所接收光的信號。
優(yōu)選地，該光學(xué)聚集裝置包括其中已形成有第一開口的第一 隔膜元件，該第 一開口透射來自平面光源的不同部分中的4壬一部分 的光，同時限定光的橫截面；其中已形成有第二開口的第二隔膜元 4牛，第二開口的開口面積小于第一開口的開口面積，該第二開口透 射通過第一隔膜元件透射的光，同時限定光的橫截面；以及聚集光 學(xué)元件，被配置為使通過第二隔膜元件透射的光聚集于檢測器的光 接收面上。
6作為替代，光學(xué)聚集裝置可以包括其中已形成有開口的隔膜 元件，該開口透射來自平面光源的不同部分中的4壬一部分的光，同 時限定光的橫截面；以及遠心透鏡，被配置為接收從隔膜元件向其 透射并在其與隔膜元件相鄰的側(cè)面上遠心聚焦的光。
在此實例中，優(yōu)選地，光測量裝置包括中繼光學(xué)元件，被配 置為將從遠心透鏡出射的光聚集在檢測器的光接收面上。
作為另一個替代，光學(xué)聚集裝置可以包括其中已形成有第一 開口的第一隔膜元件，第一開口透射來自平面光源的不同部分中的 任一部分的光，同時限定光的橫截面；目標光學(xué)元件，被配置為聚 集通過第一隔膜元件透射的光；以及第二隔膜元件，位于目標光學(xué) 元件的后側(cè)上的焦點處，且其中已形成有第二開口，第二開口透射 通過目標光學(xué)元件聚集的光，同時限定光的一黃截面。
在此實例中，優(yōu)選地，光學(xué)測量裝置還包4舌中繼光學(xué)元件， 被配置為使通過第二隔膜元件透射的光聚集在檢測器的光接收面 上。
優(yōu)選地，光測量裝置還包括擴散器，被配置為接收由光學(xué)聚 集裝置聚集并向其投射的光，檢測器，以與擴散器間隔預(yù)定距離的 關(guān)系放置，以使擴散器中投射有光的區(qū)域包括在檢測器可以取入光 的角度中。
優(yōu)選地，光測量裝置還包括定位光源，能夠響應(yīng)于空間分割 裝置的操作，將光連續(xù)投射到平面光源的不同部分；以及控制裝置，
的位置，并被配置為控制空間分割裝置，以基于所存儲的位置連續(xù) 偏轉(zhuǎn)來自平面光源的不同部分的光。
7根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例，提供了 一種用于部分提取來自平
面光源的光的掃描光學(xué)系統(tǒng)，包括空間分割裝置，^皮配置為連續(xù) 取入來自平面光源的不同部分的光；以及光學(xué)聚集裝置，被配置為 聚集通過空間分割裝置的操作區(qū)域的來自平面光源的不同部分的 光。
使用該光測量裝置和掃描光學(xué)裝置，可以有效取入來自平面光 源的不同部分的光來沖丸4亍測量。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光測量裝置的概括配 置的示意圖2是圖1的光測量裝置的概括配置的框圖3是示出了圖1的光測量裝置的空間分割裝置的功能的示意 圖4A 4C是示出了實施圖3所示功能的空間分割裝置的特定 實例的示意圖5是示出了圖1的光測量裝置的光學(xué)聚集裝置的配置的透一見
圖6是示出了圖5的光學(xué)聚集裝置中的光路的示圖； 圖7是示出了比較實例中的光路的示圖8是示出了通過圖1的光測量裝置進行的測量過程的流程
圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光測量裝置的光學(xué)聚 集裝置的配置的透—見圖IO是示出了圖9的光學(xué)聚集裝置中的光路的示圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光測量裝置的光學(xué) 聚集裝置的配置的透一見圖12是示出了圖11的光學(xué)聚集裝置的光路的示圖；以及
圖13是示出了對光學(xué)聚集裝置的修改的示圖。
具體實施例方式
第一實施例
圖1和2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光測量裝置1的概 括配置。
參看圖1和2，光測量裝置1 ;故配置成用于測量諸如作為測量 目標的平面光源101的光分布、色度分布等與光有關(guān)的量值分布的 裝置。平面光源101是用于調(diào)整多個像素中的每一個的亮度以執(zhí)行 (諸如)液晶顯示單元、有才幾EL顯示單元等的顯示裝置。
光測量裝置1包括空間分割裝置3，用于連續(xù)取入來自平面 光源101的不同部分的光；光學(xué)聚集裝置5，用于聚集通過空間分 割裝置3的操作取入的來自平面光源101的不同部分的光；以及分 光計7，用于接收由光學(xué)聚集裝置5聚集的光并輸出對應(yīng)于所接收 光的信號。將從分光計7輸出的信號輸入到(例如)計算才幾9，然 后計算機9基于從分光計7輸入的信號來執(zhí)行諸如亮度、色度等計算的各種數(shù)學(xué)運算。另外，光測量裝置1包括用于定位空間分割裝 置3中的下文所述的預(yù)定元件的定位光源11。
圖3示出了空間分割裝置3的功能。
空間分割裝置3將來自通過虛擬分割平面光源101配置的多個 測量區(qū)域的光連續(xù)導(dǎo)入到光學(xué)聚集裝置5。應(yīng)注意，如下文所述， 測量區(qū)域103的大小和形狀由光學(xué)聚集裝置5限定。例如，雖然可 以適當(dāng)設(shè)置測量區(qū)域103的大小和形狀，但是測量區(qū)域103的形狀 基本上為圓形。另外，當(dāng)平面光源IOI是顯示單元時，將測量區(qū)域 103的大小_沒置為通過將平面光源101虛擬分割成31 (水平方向) x 17 (垂直方向)部分而獲得的大小。例如，當(dāng)平面光源101是40 英寸的顯示單元時，測量區(qū)域103的直徑為約30mm。另外，例如， 雖然適當(dāng)設(shè)置了從多個測量區(qū)域103取入光時的取入次序或掃描方 向，^f旦是取入順序祐/i殳置為4吏7]c平方向為主掃4笛方向而垂直方向為 )欠434苗方向。
圖4A示出了實施圖3所示功能的空間分割裝置3的特定配置。
參看圖4A，所示的空間分割裝置3包括電流鏡面，且還包括 用于偏轉(zhuǎn)來自平面光源101的光的第一偏轉(zhuǎn)4免面29以及用于偏壽爭 被第一偏轉(zhuǎn)鏡面29偏轉(zhuǎn)的光的第二偏轉(zhuǎn)鏡面31。
第一偏轉(zhuǎn)4竟面29和第二偏轉(zhuǎn)4竟面31經(jīng)i殳置用于繞互不相同的 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)?？臻g分割裝置3通過(例如)第一偏轉(zhuǎn)4竟面29沿X 軸方向的S走轉(zhuǎn)來沿主掃描方向掃描平面光源101，并通過(例如) 第二偏轉(zhuǎn)鏡面31沿Y軸方向的旋轉(zhuǎn)來沿垂直于主掃描方向的次掃 描方向掃描平面光源101。應(yīng)注意，當(dāng)平面光源101是顯示單元時， 主和次掃4笛方向可以與平面光源101的主和次掃4翁方向相同或不 同。例如，第一偏轉(zhuǎn)鏡面29和第二偏轉(zhuǎn)鏡面31分別由第一發(fā)動才幾 電才幾？ 33和第二發(fā)動才幾35驅(qū)動。例如，第一發(fā)動才幾33和第二發(fā)動 機35的操作由計算機9控制。計算機9控制第 一發(fā)動機33以使第 一偏轉(zhuǎn)4竟面29以固定^:轉(zhuǎn)速度持續(xù)移動或以固定時間間隔間歇性 地移動固定角度。另外，計算機9控制第二發(fā)動機35以使第二偏 轉(zhuǎn)鏡面31以固定時間間隔間歇性地移動固定旋轉(zhuǎn)角度。
圖4B和4C示出了對空間分割裝置3的不同》務(wù)改。
首先參看圖4B，所示的空間分割裝置203包^"多角4免229?？?間分割裝置203通過(例如)多角4竟229繞X軸旋轉(zhuǎn)來沿主掃描方 向掃描平面光源101，并通過多角鏡229繞Y軸旋轉(zhuǎn)來沿與主掃描 方向垂直的次掃描方向掃描平面光源101。例如，通過分別提供纟會 各個軸的第 一發(fā)動才幾233和第二發(fā)動機235來旋轉(zhuǎn)多角鏡229。
現(xiàn)在參看圖4C,所示的空間分割裝置303凈皮配置為改變光學(xué) 聚集裝置5的方向?？臻g分割裝置303包括用于使光學(xué)聚集裝置5 繞X軸旋轉(zhuǎn)以沿主掃描方向掃描平面光源101的第一發(fā)動才幾333, 以及用于使光學(xué)聚集裝置5繞Y軸旋轉(zhuǎn)以沿與主掃描方向垂直的次 掃描方向掃描平面光源101的第二發(fā)動機335。應(yīng)注意，空間分割 裝置303可以為沿平面光源101的主掃描方向和次掃描方向移動光 學(xué)聚集裝置5的類型。
圖5示出了光學(xué)聚集裝置5的概括配置。
參看圖5，光學(xué)聚集裝置5包括其中已形成有第一開口 37a 的第一隔膜元件37,第一開口 37a透射來自測量區(qū)域103的光，同 時限定光的坤黃截面；其中已形成有第二開口 39a的第二隔膜元件39， 第二開口 39a透射通過第一隔膜元件37透射的光，同時限定光的 橫截面；以及聚集透鏡41,用于聚集通過第二隔膜元件39透射的光。應(yīng)注意，光學(xué)聚集裝置5不從除第一開口 37a外的任何地方接 收光。
雖然可以適當(dāng)設(shè)置第一開口 37a和第二開口 39a的形狀，但是 其形狀為(例如)圓形。第二開口 39a具有比第一開口 37a小的直 徑或開口面積。4是供聚集透4免41以偵^人第二開口 39a發(fā)出的光全 部導(dǎo)入到聚集透鏡41。換句話說，聚集透鏡41具有相對于第二開 口 39a的直徑和與第二開口 39a的距離充分大的直徑。聚集透4免41 將向其入射的光聚集到分光計7的光接收面。
例如，分光計7〗吏用光纖43來取入光，且聚集透4免41將來自 第二開口 39a的光聚集到光纖43的端面，即，聚集到分光計7的 光接收面。此時，在光纖43的端面部分上的聚集光的直徑比光纖 43的端面的直徑小。應(yīng)注意，光纖43的端面的直徑為(例如)1 mm 或更小。
分光計7中。詳言之，在光纖43的入射側(cè)上具有確定的數(shù)值開口 (NA)。因此，在出射側(cè)上的聚集透鏡41的數(shù)值開口 (NA)被設(shè) 置為小于在光纖43的入射側(cè)上的數(shù)值開口。因此，通過光纖43所 聚集的光無損耗地進入了光纖43。
應(yīng)注意，此處放人聚集透鏡41的數(shù)值開口實際上并非是聚集 透鏡41的數(shù)值開口，而是第一隔膜元件37、第二隔膜元件39和聚 集透鏡41的全部組合的數(shù)值開口 ，即，整個光學(xué)聚集裝置5的數(shù) 值開口 。組成開口分割裝置3的電流4竟面被配置為具有足夠大的面 積以不影響光學(xué)聚集裝置5的數(shù)值開口 。
圖6示意性地示出了光學(xué)聚集裝置5中的光路。應(yīng)注意，圖6 中省略了開口分割裝置3。
12參看圖6,平面光源101的光進入用于具有實線箭頭標記yl 所指示的測量直徑dl的每個測量區(qū)i成103 (圖3 )的聚集透4竟41。 應(yīng)注意，實線箭頭標記yl指示從第一開口 37a的末端部分行進到 相對光學(xué)軸與第一開口 37a的末端部分相對側(cè)面上的第二開口 39a 的末端部分的光線。
在此，入射到聚集透鏡41的光具有在虛線L1所指示的區(qū)域中 4交高光通量密度。應(yīng)注意，虛線Ll指示^v第一開口 37a的末端部 分行進到相對光學(xué)軸與第一開口 37a的末端部分相同側(cè)面上的第二 開口 39a的末端部分的光線。
圖7示出了光學(xué)聚集裝置的比較實例。
參看圖7，所示的比較實例的光學(xué)聚集裝置包括分別具有直徑 相同的第一開口 437a和第二開口 439a的第一隔膜元件437和第二 隔膜元件439。在此實例中，實線箭頭標記yll和虛線Lll的隔離 比較大。因此，僅在測量區(qū)域103的部分上的光被取入了較大的量， 且因此，從第二隔膜元件439投射出光通量密度不均勻的光，從而 無法確保測量精確度。如果在平面光源101的測量直徑內(nèi)特別出現(xiàn) 了部分不夫見則，那么誤差就會增加。
另 一方面，由于通過第一隔膜元件37和第二隔膜元件39透射 的光的透射區(qū)域接近底部在測量區(qū)域103 (圖1)的圓錐形，所以 實線箭頭標記yl和虛線L1的隔離減小。當(dāng)?shù)诙裟ぴ?9的第 二開口 39a被形成為此處形成圓錐形形狀的頂點的小開口 (例如， 0.3至0.6mm)時，隔離變?yōu)樽钚?。在此實例中，通過第二隔膜元 件39透射的光量小，且此難以測量。因此，在本實施例中，雖然 將第二開口 39a的直徑的大小設(shè)為某些尺寸，例如設(shè)為比分光計7 的光接收面的直徑大(例如，大于1 mm)， 4旦是將第一開口 37a的 直徑設(shè)置為比第二開口 39a大且另外通過聚集透鏡41將來自第二開口 39a的光全部導(dǎo)入到光纖43中，從而實現(xiàn)測量精確度的改進。 為了能夠有效取入光，將第一開口 37a和第二開口 39a的直徑設(shè)為 (例如)〗吏第一開口 37a的直徑為4 mm而第二開口 39a的直徑為 2mm，或者第二開口 39a的直徑為2mm或更大而第一開口 37a的 直徑等于或大于第二開口 39a的直徑兩倍。
在要求平面光源101的二維光譜數(shù)據(jù)情況下的光測量中，對所 要求精確度等，重要的是要將測量直徑dl設(shè)為什么尺寸。優(yōu)選地， 可以響應(yīng)于t者如測量目標的應(yīng)用或標準的多種情況來卩夸測量直徑 dl i殳為4壬意尺寸。在當(dāng)前的光i普輻射計中，通常響應(yīng)于測量角度 (即，測量的物距)來確定測量直徑dl。
在本實施例的光學(xué)聚集裝置5中，才艮據(jù)第一開口 37a的直徑、 第二開口 39a的直徑和第一開口 37a與第二開口 39a之間的3巨離 (即，圖6中的隔膜距離)來確定用于取入光的立體角。如果確定 了平面光源101與第一開口 37a之間的距離(即，圖6中的測量距 離)，那么同樣也確定了測量直徑dl。因此，通過調(diào)整第一開口 37a 的直徑、第二隔膜元件39的直徑、隔膜距離和測量距離，可以將 測量直徑dl _沒為任意值。應(yīng)注意，在本實施例中，取入到分光計7 中的光的能量由立體角確定，且如果立體角是固定的，那么平面光 源的亮度不會隨測量距離改變。應(yīng)注意，雖然可以適當(dāng)i殳置測量距 離，但是例如將其設(shè)為平面光源101的高度的約三倍。詳言之，當(dāng) 平面光源101是具有約50 cm高度的40英寸的顯示單元時，將測 量距離設(shè)為約1.5 cm。應(yīng)注意，在其中第一開口 37a的直徑是4mm 且第二開口 39a的直徑是2 mm的本文上述情況下，當(dāng)實施測量距 離=1.5 m且測量直徑dl=30mm時，隔月莫3巨離為346 mm。
分光計7 (圖1 )從光學(xué)聚集裝置5接收光、對所接收的光進 4亍光"i普分析以確定光的光i普并將光i普的光i普凄t據(jù)或基于光譜4t據(jù) 計算出的亮度、色度等輸出為電信號。盡管具體示出，但是除了本
14文以上所述的光纖43之外，分光計7還包括(例如)諸如單色儀 的狹義分光計和接收經(jīng)分光計進行光譜分析的光并輸出代表所接 收光的量的電信號的諸如CCD裝置的光電轉(zhuǎn)換器。
現(xiàn)在參看圖2，計算才幾9包4舌主4幾部13,其乂人分光計7^妻收向 其透射的信號并執(zhí)4于各種數(shù)學(xué)操作。計算才幾9還包括形成用于接受 用戶的操作并將對應(yīng)于操作的信號輸入到主機部13的鍵盤15和鼠 標17以及用于響應(yīng)來自主才幾部13的圖1象信號而顯示圖<象的顯示單 元19。
主機部13包括用于執(zhí)行多種數(shù)學(xué)操作的CPU 21和包括用于存 儲將由CPU21等執(zhí)行的程序的ROM和用作CPU21的工作存儲器 的RAM的存儲器23。主機部13還包括硬磁盤驅(qū)動器(HDD ) 25 作為用于存儲將由CPU 21執(zhí)行的程序、測量結(jié)果等的外部存儲裝 置以及用于將信號從分光計7輸出到CPU 21的諸如USB接口的接 口 27。
例如，定位光源11由用于才更射激光束的激光指示器形成。定 位光源11將激光束投射到空間分割裝置3。激光束由空間分割裝置 3的第二偏轉(zhuǎn)鏡面31和第一偏轉(zhuǎn)鏡面29反射并進入平面光源101。 同時，在平面光源101的預(yù)定位置處i殳置一個標記(未圖示)。因 此，通過由第一發(fā)動才幾33和第二發(fā)動才幾35驅(qū)動第一偏轉(zhuǎn)4竟面29 和第二偏轉(zhuǎn)鏡面31,使得激光束纟皮投射到該標記上，平面光源101 和第一偏轉(zhuǎn)4竟面29和第二偏轉(zhuǎn)鏡面31可以相對4皮此定位。
計算機9預(yù)先在平面光源101中提供標記的位置進行存儲。另 外，當(dāng)將激光束沖殳射到平面光源101的標記時，計算才幾9存^f渚第一 偏轉(zhuǎn)鏡面29和第二偏轉(zhuǎn)鏡面31的位置，即，第一發(fā)動機33和第 二發(fā)動才幾35的4立置。因此，計算才幾9可以乂人平面光源101的標i己 位置和在激光束照射在標記上時的標記位置來確定第一偏轉(zhuǎn)4竟面29和第二偏轉(zhuǎn)4免面31相對于平面光源101的位置并控制第一偏轉(zhuǎn) 鏡面29和第二偏轉(zhuǎn)4竟面31的操作以適當(dāng)掃描平面光源101。
應(yīng)注意，盡管可以在合適位置設(shè)置標記，但是(例如)標記被 設(shè)置在平面光源101的四個角上。定位光源11的光學(xué)軸可以與光 學(xué)聚集裝置5的光學(xué)軸對準或者不對準。當(dāng)定位光源11的光學(xué)軸 與光學(xué)聚集裝置5的光學(xué)軸對準時，由于在將激光束從定位光源11 才殳射到標記時第一偏轉(zhuǎn)4竟面29和第二偏轉(zhuǎn)4竟面31的位置分別與在 將來自標記位置的光取入到光學(xué)聚集裝置5中時第一偏轉(zhuǎn)鏡面29 和第二偏轉(zhuǎn)4竟面31的位置相符，所以在由光學(xué)聚集裝置5掃描平 面光源101時，可以將所存儲的位置信息原樣用于數(shù)學(xué)運算。另一 方面，當(dāng)定位光源11的光學(xué)軸與光學(xué)聚集裝置5的光學(xué)軸彼此不 對準時，可以預(yù)先測量偏移量并4吏用該偏移量來將所存儲的位置信 息轉(zhuǎn)換為將在將光取入到光學(xué)聚集裝置5中時所使用的位置信息。 當(dāng)空間分割裝置具有圖4C所示的光學(xué)聚集裝置5移動的配置時， 定位光源11可以#:配置為與光學(xué)聚集裝置5—起移動。
用戶通過諸如鍵盤15的輸入部可以執(zhí)行對驅(qū)動第一發(fā)動機33 和第二發(fā)動才幾35以z使得激光束沖殳射到標記的控制，同時該用戶通 過目測來確定激光束是否4殳射到標記上?；蛘?，可以通過4吏用#1測 用于確定激光束是否投射到標記的信息并將探測結(jié)果輸入到電腦9 的傳感器的電腦9來自動4丸4于控制。
圖8示出了光測量裝置1的測量過程。
參看圖8，首先在步驟S1，確定測量3巨離以確定測量直徑dl。 通過測量直徑dl的確定，確定了平面光源101的分割次lt或測量 次凄t。隨后，4吏平面光源101和光測量裝置1相只十4皮此定4立，以佳L 實際測量距離變4尋等于所確定的測量距離，并掃描平面光源101以 將測量平面光源101的大小、標記位置、測量直徑dl、測量次凄史等所需要的各種信息輸入到計算機9。應(yīng)注意，可以通過用戶的手動
操作來執(zhí)行或者可以通過由發(fā)動機等驅(qū)動平面光源101和/或光測
量裝置1來自動執(zhí)行用于將實際測量距離設(shè)為所確定的測量距離的
定位。另外，可以通過計算才幾9基于諸如測量距離的輸入信息來計 算"^者如測量直徑dl或測量次凄t的一些^f言息。
在步驟S2，使用由如本文上述的激光指示器等形成的定位光源 11來執(zhí)行平面光源101和空間分割裝置3的定位。換句話說，將平 面光源101與光測量裝置1的相對位置存儲在計算才幾9中，以最終 決定掃描平面光源101時的^f立置坐標。
在步驟S3，確定分光計7的積分時間(即，曝光時間)。詳言 之，確定將通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電流累積到電容器中的時間。將積 分時間詔j尋4艮4豆，以〗吏掃描時間可以最小4匕，而該時間長到足以補 償光電轉(zhuǎn)換元件等的響應(yīng)延遲，從而確保了高精確度。
在步驟S4和S5，空間分割裝置3的操作由計算機9控制，以 使來自預(yù)定測量區(qū)域103的光通過光學(xué)聚集裝置5被取入到分光計 7中，以執(zhí)行光的測量。將測量結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到計算機9。在步驟 S6，確定是否完成了乂十所有測量區(qū)i或103的測量。如果確定尚未完 成測量，那么重復(fù)在步驟S4和S5的處理。
在完成所有測量區(qū)域103的測量之后，計算才幾9基于測量結(jié)果 數(shù)據(jù)執(zhí)行各種計算過程。例如，計算亮度分布、色度分布等。將計 算結(jié)果顯示在顯示單元10上和/或?qū)⑵鋫鬟f到另一個計算機等。隨 后，結(jié)束測量。
光測量裝置1的校準操作基本上與現(xiàn)有的光譜輻射計的校準操 作類似。詳言之，執(zhí)行光譜靈敏度校準和亮度靈敏度校準，以使光測量裝置1可以呈現(xiàn)覆蓋380 nm~780 nm的可見光范圍的標準光 源的光i普4爭;f正和亮度^f直。
根據(jù)上述實施例，測量來自平面光源101的光的光測量裝置1 包括用于連續(xù)耳又入來自平面光源101的不同部分的光的空間分割裝 置3、用于聚集通過空間分割裝置3的操作取入的來自平面光源101 的不同部分的光的光學(xué)聚集裝置5以及用于接收由光學(xué)聚集裝置5 聚集的光并輸出對應(yīng)于所接收的光的信號的分光計7。因此，與其 中僅通過由小開口等截取光來選擇取入來自平面光源101的不同部 分的光的比較情況相比較，可以通過光的聚集來有效選擇取入來自 平面光源101的不同部分的光。另外，抑制了由入射到光接收面的 光通量的密度分散或由類似原因?qū)е碌腻e誤，且因此，改進了光測 量的精確度。另外，光學(xué)聚集裝置5包括其中已形成有第一開口 37a的第一隔膜元件37，第一開口 37a透射來自平面光源101的不 同部分的光，同時限定光的4黃截面；其中已形成有第二開口 39a的 第二隔膜元件39，第二開口 39a的開口面積比第一開口 37a的開口 面積小，第二開口 39a透射通過第一隔膜元件37透射的光，同時 限定光的橫截面；以及聚集透鏡41，用于將通過第二隔膜元件39 透射的光聚集在分光計7的光4妄收面上。因此，可以將取入到可以 確定立體角的配置中的光線所形成的形狀形成為4交接近圓錐形，以 抑制光通量的密度分散，同時可以將具有足以執(zhí)行測量的量的光通 量車lr入到如本文以上參看圖6所述的分光計7中。
光測量裝置1包括定位光源11,能夠通過空間分割裝置3的 才喿作來將光連續(xù)^:射到平面光源101的不同部分；以及計算才幾9， 能夠存儲在來自定位光源11的光投射到平面光源101上提供的標 記時的位置，并^^皮配置為基于所存儲的位置來控制空間分割裝置3 以連續(xù)偏轉(zhuǎn)來自平面光源101的不同部分的光。因此，即使在將光
18測量裝置l安裝到平面光源101中時出現(xiàn)物理定位4昔誤，4旦是仍然 可以在測量時補償該錯-誤。
應(yīng)注意，在上述實施例中，分光計7是檢測器的實例以及聚集 透鏡41是聚集光學(xué)元件的實例，而計算機9是控制裝置的實例， 且空間分割裝置3與光學(xué)聚集裝置5的組合是光學(xué)測量裝置的實 例。
第二實施例
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光測量裝置501的光學(xué) 聚集裝置505的概括配置。應(yīng)注意，除了光學(xué)聚集裝置505的配置 之外，光測量裝置501在配置方面與第一實施例的光測量裝置1是 通用的。
參看圖9,光學(xué)聚集裝置505包括其中已形成有開口 537a 的隔膜元件537，用于透射來自平面光源的101不同部分的任何部 分的光，同時限定光的截面形狀。光學(xué)聚集裝置505還包括輸入 有通過隔膜元件537透射的光的目標側(cè)遠心透4竟539和^皮配置為將 從目標側(cè)遠心透鏡539發(fā)出的光聚集到分光計7的光接收面的中繼 透鏡541。
圖10示出了光學(xué)聚集裝置505中的光路。應(yīng)注意，圖10中省 略了空間分割裝置3。
參看圖10，光學(xué)聚集裝置505不乂人除開口 537a之外的任何地 方接收光。目標側(cè)遠心透鏡539是用于從其中輸入光的地方發(fā)出僅 平行光的透鏡。因此，隔膜元件537的開口 537a的直徑保持與測 量直徑dl相同。取入到分光計7中的光的能量由開口 537a的直徑 確定。應(yīng)注意，目標側(cè)遠心透4竟539具有比隔力莫元件537的開口 537a 的直徑更大的直徑。另外，優(yōu)選地，目標側(cè)遠心透鏡539的焦距與 到平面光源101的3巨離相等。
中繼透鏡541將從目標側(cè)遠心透鏡539發(fā)出的光聚集到光纖43 的端面。應(yīng)注意，與第一實施例中類似，將整個光學(xué)聚集裝置505 的NA設(shè)為比光纖43的NA小。
使用上述的第二實施例，由于光學(xué)聚集裝置505僅將來自從平 面光源101發(fā)出的光中的平4亍光導(dǎo)入到分光計7，所以消除了如圖 7的比較實例中的光通量密度通過光學(xué)聚集裝置的配置分散在所取 入光的部分區(qū)域中的情況。另外，由于即4吏平面光源101與光測量 裝置1之間的距離改變，但是測量直徑dl仍然固定，所以改進了 測量蜂青確度。另外，可以4又通過調(diào)整開口 537a的直徑量j直來將測 量直徑dl設(shè)為任意尺寸。
應(yīng)注意，在上述第二實施例中，目標側(cè)遠心透鏡539是遠心透 4免的實例，且中繼透4竟541是中繼光學(xué)元件的實例。
第三實施例
圖10示出了才艮據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光測量裝置601的光 學(xué)聚集裝置605的概括配置。應(yīng)注意，除了光學(xué)聚集裝置605的配 置之外，光測量裝置601在配置方面與第一實施例的光測量裝置1 是通用的。
光學(xué)聚集裝置605包括其中已形成有第一開口 637a的第一 隔膜元件637，第一開口 637a透射來自平面光源101的不同部分的 光，同時限定光的坤黃截面；以及物4竟639，用于聚集通過第一隔月莫 元件637透射的光。光學(xué)聚集裝置605還包括第二隔膜元件641,
20位于物4竟639的后側(cè)焦點上，且其中已形成有第二開口 641a，第二 開口 641a透射由物一統(tǒng)639聚集的光，同時限定光的沖黃截面。光學(xué) 聚集裝置605還包括中繼透鏡643,被配置為將通過第二隔膜元 件641透射的光聚集到分光計7的光接收面。
圖12示出了光學(xué)聚集裝置605中的光^各。應(yīng)注意，圖12中省 略了空間分割裝置3。
光學(xué)聚集裝置605不從除第一開口 637a外的任何地方4妄收光。 由于第二隔膜元件641被放置在物鏡639的后側(cè)焦點上，即，出射 側(cè)上的焦點上，所以物4竟639和第二隔月莫元件641共同形成了具有 目標側(cè)遠心性質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)。詳言之，物鏡639和第二隔膜元件641 透射來自入射光中的大體上平行的光。因此，與第二實施例類似， 測量之間dl基本上等于第一開口 637a的直徑。
此處，由于第二開口 641a的大小一皮減少以變成(例如)0.3 ~ 0.6 mm的小開口 ，所以通過第二開口 641a透射的入射光接近平行 光。同時，在本實施例中，由于通過第二開口 641a透射的光通量 的量減少，所以第二開口 641a的大小i殳為(i者如)比分光計7的 光接收面的直徑大的尺寸的某個尺寸(明確地，lmm或更大)。
在此實例中，由第一開口 637a的直徑和第二開口 641a的直徑 確定立體角，且如果確定了平面光源101與第一開口 637a之間的 距離(即，測量距離)，那么確定了測量直徑dl。因此，可以通過 調(diào)整第一開口 637a的直徑、第二開口 641a的直徑和測量距離來將 測量直徑dl設(shè)置為任意值。應(yīng)注意，在本實施例中，取入到分光 計7中的光的能量由立體角確定，且如果立體角是固定的，那么平 面光源的亮度不會被距離改變。中繼透鏡643將從第二隔膜元件641發(fā)出的光聚集到光纖43 的端面。應(yīng)注意，與第一實施例類似，整個光學(xué)聚集裝置605的 NA i殳為比光纖43的NA小。
使用上述第三實施例，由于光學(xué)聚集裝置605僅將來自從平面 光源101發(fā)出的光中的平行光導(dǎo)入到分光計7，所以消除了如圖7 的比較實例中光通量密度通過光學(xué)聚集裝置的配置分散在所取入 光的部分區(qū)域中的情況。另外，由于即4吏平面光源101與光測量裝 置l之間的距離變動，測量直徑dl的變化也很小，所以改進了測 量精確度。應(yīng)注意，在第三實施例中，物鏡639是目標光學(xué)元件的 實例，且中繼透鏡643是中繼光學(xué)元件的實例。
本發(fā)明不限于上述實施例，而是可以用多種形式來4丸4亍。
光測量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)不限于包括二維掃描的那些光測 量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)，而是可以為執(zhí)行一維掃描的類型。另外， 測量目標的平面光源可以為其上可以4又通過一維掃描來執(zhí)4亍整個 光源的測量的延長平面光源。平面光源不限于用于顯示裝置的光 源。例如，平面光源可以應(yīng)用于照明或者應(yīng)用為用作顯示裝置的背 光的平面光源。將由檢測器探測的與光有關(guān)的量值可以為物理量值 或心理物理量值，或者可以為除亮度或色度以外的量值。
聚集光學(xué)元件、目標光學(xué)元件和中繼光學(xué)元件不限于^f吏用透鎮(zhèn): 形成。例如，還可以4吏用彎曲表面4竟面或彎曲表面4竟面與透4竟的^L 合形成。另外，聚集光學(xué)元件、遠心透鏡、目標光學(xué)元件和中繼光 學(xué)元件可以4吏用單個光學(xué)元件(諸如，單一透4竟)形成或者可以為 光學(xué)元件群(諸如，透鏡群)。遠心透鏡不限于目標側(cè)遠心透鏡， 而是可以為^又側(cè)遠心透4竟。第一隔月莫元4牛37、 39、 537、 637或641的開口可以為固定或 變化的。當(dāng)開口為變化的時，隔膜元件可以為具有(例如)^皮此不 同直徑且形成在相同圓周上以使通過旋轉(zhuǎn)隔膜元件來改變將插入 光路中的開口的多個開口的類型。或者，如在圖像獲取裝置等中使 用的隔膜元件的情況下，隔膜元件可以由多個隔膜葉片的組合形 成。同樣，當(dāng)開口的直徑固定時，可以安裝隔膜元件來替代，以使 開口的直徑變得基本可變。
如上所述，整個光學(xué)聚集裝置的出射側(cè)上的NA優(yōu)選地比^r測 器的入射側(cè)上的NA小。然而，如果難以使整個光學(xué)聚集裝置的出 射側(cè)上的NA比才企測器的入射側(cè)上的NA小，那么如圖13所示，可 以在聚集透鏡或中繼透鏡與檢測器之間放置擴散器51。圖13示出 了在第一實施例中放置擴散器51的配置。將由聚集透鏡41聚集的 光投射到擴散器51。隨后，如果以間隔預(yù)定距離的關(guān)系放置擴散器 51和光纖43以^吏擴散器51的投射區(qū)i或可以包4舌在在光纖43中由 全反射可以導(dǎo)入光的角度中，那么可以將由光學(xué)聚集裝置聚集的光 有效地導(dǎo)入到光纖43中。
檢測器并非必須包括光纖。例如，可以將光學(xué)聚集裝置所聚集 的光直接導(dǎo)入或接收或通過分光計的縫隙導(dǎo)入或接收。同樣，在檢 測器不包括光纖的情況下，當(dāng)確定了入射側(cè)上的NA時，光學(xué)聚集 裝置的出射側(cè)上的NA優(yōu)選地比4企測器的入射側(cè)上的NA小。當(dāng)難 以使光學(xué)聚集裝置的出射側(cè)上的NA比檢測器的入射側(cè)上的NA小 時，優(yōu)選地，在光學(xué)聚集裝置與光纖之間放置光擴散板。
在光測量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)中，可以響應(yīng)于特定條件(諸如， 目標的使用或測量目標的類型)，將各種光學(xué)元件放置在合適位置。 例如，有時要求光測量裝置準備多種光度。在此實例中，可以通過 將檢測器(諸如，分光計)的積分時間設(shè)置為適當(dāng)值來正常滿足該 要求。然而，當(dāng)平面光源不連續(xù)發(fā)光而閃爍時，檢測器的積分時間有時會受到限制。在此實例中，可以在光路中》文置ND (消光)過 濾器。應(yīng)注意，雖然可以適當(dāng)設(shè)置ND過濾器的放置位置，但是優(yōu) 選地，將多個不同種類的ND過濾器經(jīng)過放置以便能夠可切換地使 用。當(dāng)將測量平面光源的非常亮的光(諸如，背光)時，自然也使 用ND過濾器。
相反，在光測量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)中，可以適當(dāng)省略一些光 學(xué)元件(諸如，中繼透鏡541或643)。例如，可以將由遠心透4竟或 物鏡所聚集的光直接導(dǎo)入到檢測器1中。
本領(lǐng)域的4支術(shù)人員應(yīng)理解，4艮據(jù)i殳計要求和其他因素，可以有 多種修改、組合、再組合和改進，均應(yīng)包括在隨附權(quán)利要求或等同 物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于測量來自平面光源的光的光測量裝置，包括空間分割裝置，被配置為執(zhí)行用于連續(xù)取入來自所述平面光源的不同部分的光的操作；光學(xué)聚集裝置，被配置為聚集通過所述空間分割裝置的操作而取入的來自所述平面光源的不同部分的光；以及檢測器，被配置為接收由所述光學(xué)聚集裝置聚集的光并輸出對應(yīng)于所接收光的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光測量裝置，其中，所述光學(xué)聚集裝置 包括第一隔膜元件，其中形成有第一開口開口？，所述第一 開口透射來自所述平面光源的不同部分中的4壬一部分的光，同 時限定所述光的橫截面；第二隔膜元件，其中形成有第二開口，所述第二開口的 開口面積小于所述第 一開口的開口面積，所述第二開口透射通 過所述第一隔膜元件透射的光，同時限定所述光的橫截面；以 及聚集光學(xué)元件，被配置為使通過所述第二隔膜元件透射 的光聚集于所述檢測器的光接收面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光測量裝置，其中，所述光學(xué)聚集裝置 包括隔膜元件，其中形成有開口，所述開口透射來自所述平 面光源的不同部分中的任一部分的光，同時限定所述光的橫截 面；以及遠心透4竟，；故配置為4妄收,人所述隔力莫元件向其透射并在 其與所述隔力莫元件相鄰的側(cè)面上遠心聚焦的光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光測量裝置，還包括中繼光學(xué)元件， 被配置為將從所述遠心透鏡出射的光聚集在所述^r測器的光 接收面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光測量裝置，其中，所述光學(xué)聚集裝置 包括第一隔膜元件，其中形成有第一開口，所述第一開口透 射來自所述平面光源的不同部分中的任一部分的光，同時限定 所述光的一黃截面；目標光學(xué)元件，,皮配置為聚集通過所述第一隔膜元件透 射的光；以及第二隔膜元件，位于所述目標光學(xué)元件的后側(cè)上的焦點 處，且其中形成有第二開口，所述第二開口透射通過所述目標 光學(xué)元件聚集的光，同時限定所述光的橫截面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光測量裝置，還包括中繼光學(xué)元件， 被配置為使通過所述第二隔膜元件透射的光聚集在所述檢測 器的光接收面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光測量裝置，還包括擴散器，被配置 為接收由所述光學(xué)聚集裝置聚集并向其投射的光；所述檢測器，以與所述擴散器間隔預(yù)定距離的關(guān)系放置， 耳又入光的角度中
8. 才艮據(jù)4又利要求1所述的光測量裝置，還包括定位光源，能夠響應(yīng)于所述空間分割裝置的操作，將光 連續(xù)4殳射到所述平面光源的不同部分；以及控制裝置，能夠存儲當(dāng)來自所述定位光源的所述光投射 到在所述平面光源上提供的標記上時的位置，并被配置為控制 所述空間分割裝置，以基于所存儲的位置連續(xù)偏轉(zhuǎn)來自所述平 面光源的不同部分的光。
9. 一種用于部分^是耳又來自平面光源的光的掃描光學(xué)系統(tǒng)，包括空間分割裝置，^皮配置為連續(xù)取入來自所述平面光源的 不同部分的光；以及光學(xué)聚集裝置，被配置為聚集通過所述空間分割裝置的 操作取入的來自所述平面光源的不同部分的光。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種光測量裝置和掃描光學(xué)系統(tǒng)，光測量裝置可以有效取入來自平面光源的不同部分的光以執(zhí)行測量。用于測量來自平面光源的光的光測量裝置包括被配置為執(zhí)行用于連續(xù)取入來自平面光源的不同部分的光的操作的空間分割裝置。光學(xué)聚集裝置聚集通過空間分割裝置的操作取入的來自平面光源的不同部分的光。檢測器接收由光學(xué)聚集裝置聚集的光并輸出對應(yīng)于所接收光的信號。
文檔編號G01J1/04GK101424568SQ200810170559
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者松浦康二 申請人:索尼株式會社