【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、観察する角度（視
野角）によって被測定物（試料）の偏光特性、散乱角特
性、反射率、透過率、輝度、色度などの光学特性が変化
する場合に、これらの光学特性の角度分布を測定する光
学的視野角測定装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element such as a polarization characteristic, a scattering angle characteristic, a reflectance, a transmittance, a luminance, and a chromaticity of an object to be measured (sample) depending on an observation angle (viewing angle). In this case, the present invention relates to an optical viewing angle measuring device for measuring an angular distribution of these optical characteristics.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学的視野角を測定する場合、従来よ
り、ｆθレンズを用いて、試料からの出射角度に応じた
２次元光強度分布を測定する測定装置が提案されている
（特開平５−２８８６３８号、特開平８−３２０２７３
号公報）。この測定装置によれば、光検出器を光出射点
の回りに移動させる必要はなく、視野角特性を同時測定
できる。2. Description of the Related Art For measuring an optical viewing angle, a measuring device for measuring a two-dimensional light intensity distribution in accordance with an emission angle from a sample by using an fθ lens has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5 (1993) -520). -2888638, JP-A-8-320273
No.). According to this measuring device, it is not necessary to move the photodetector around the light emitting point, and the viewing angle characteristics can be measured simultaneously.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記ｆθレ
ンズを使用する方式では、試料からの出射光が法線とな
す角度が大きくなった場合、対応困難という問題があ
る。詳しくいうと、出射光が法線となす角度が大きくな
った場合でも、収差のないレンズを設計しなければなら
ないが、一般に開口角が６０°以上の場合には収差のな
いレンズの設計は困難になる（特開平８−１３６２３８
号公報参照）。However, the method using the fθ lens has a problem that it is difficult to cope with an increase in the angle between the light emitted from the sample and the normal line. More specifically, even when the angle between the emitted light and the normal increases, a lens having no aberration must be designed. However, it is generally difficult to design a lens having no aberration when the aperture angle is 60 ° or more. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-136238)
Reference).
【０００４】液晶表示素子を例にとると、現在、視野角
範囲は７０°まで広角化しており、光学的視野角測定装
置として、８０°以上の視野角に対応できる装置が望ま
れている。さらに、視野角が大きくなるとｆθレンズと
試料の測定面との距離を小さくせざるを得なくなり、測
定装置を操作するときに測定面とレンズが接触する危険
性が高くなる。[0004] Taking a liquid crystal display element as an example, the viewing angle range has been widened to 70 ° at present, and a device capable of handling a viewing angle of 80 ° or more is desired as an optical viewing angle measuring device. Furthermore, when the viewing angle increases, the distance between the fθ lens and the measurement surface of the sample must be reduced, and the risk of contact between the measurement surface and the lens when operating the measurement device increases.
【０００５】そこで、本発明は、視野角特性を広い角度
範囲にわたって精度よく、迅速かつ簡便に測定すること
のできる光学的視野角測定装置を実現することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical viewing angle measuring device capable of accurately, quickly and easily measuring viewing angle characteristics over a wide angle range.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の光学的視野角測
定装置は、第１焦点の近傍に配置される試料から出射さ
れる光を第２焦点位置に集光する楕円面ミラーと、前記
第２焦点位置に配置され、楕円面ミラーの表面にできた
像を結像する結像手段と、結像手段により結像された像
を記録する撮像手段とを備えることを特徴とするもので
ある。An optical viewing angle measuring apparatus according to the present invention comprises: an elliptical mirror for condensing light emitted from a sample disposed near a first focal point at a second focal position; disposed at the second focal point position, and an imaging means for forming an image made on a surface of the ellipsoidal mirror,even you, comprising an imaging means for recording the image formed by the image forming means It is.
【０００７】本発明の作用を本発明の具体的構成を示す
図である図１を参照して説明する。楕円面ミラー２４の
第１焦点近傍の位置に設置された試料２３から出射され
た光は、楕円面ミラー２４で反射集光され、楕円面ミラ
ー２４の第２焦点位置に配置された結像レンズ２５を通
して、撮像手段であるカメラ２６に入射される。カメラ
２６の記録面に結像された像は、楕円面ミラー２４の鏡
面にできた像を写しており、試料から出射される光の出
射角（視野角）に対応している。この像は、楕円面ミラ
ーという性質上、無収差の像であることも大きな特徴で
ある。The operation of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which shows a specific configuration of the present invention. Light emitted from the sample 23 placed at a position near the first focal point of the elliptical mirror 24 is reflected and condensed by the elliptical mirror 24, and an imaging lens arranged at the second focal position of the elliptical mirror 24. 25, the light is incident on a camera 26 as an imaging means. The image formed on the recording surface of the camera 26 is an image formed on the mirror surface of the elliptical mirror 24, and corresponds to the emission angle (view angle) of the light emitted from the sample. This image is also characterized by being an aberration-free image due to the property of an elliptical mirror.
【０００８】図２は、視野角を説明するための座標図で
ある。図のように、平面的な試料２３を想定し、その試
料２３の上の測定対象となる位置を原点にとる。直交座
標系ｘ，ｙ，ｚを図のようにとり、ｙ軸から光線の方向
に角度θをとり、ｘｚ面に投影された光線がｘ軸となす
角度φをとる。これらの角度θ，φを視野角という。視
野角θ，φにより楕円面ミラー２４の鏡面上の位置を特
定することができる。FIG. 2 is a coordinate diagram for explaining the viewing angle. As shown in the figure, a planar sample 23 is assumed, and a position to be measured on the sample 23 is set as an origin. An orthogonal coordinate system x, y, z is taken as shown, an angle θ is taken from the y-axis in the direction of the light beam, and an angle φ is formed between the light beam projected on the xz plane and the x-axis. These angles θ and φ are called viewing angles. The position on the mirror surface of the elliptical mirror 24 can be specified by the viewing angles θ and φ.
【０００９】図３は、楕円面ミラー２４の鏡面上に写っ
た角度θ、角度φの投影図である。この投影図の実像
が、結像レンズ２５の作用によって、カメラ２６の記録
面に結ばれる。したがって、視野角に応じた試料の偏光
特性、散乱角特性、反射率、透過率、輝度、色度などの
光学特性を測定することができる。しかも視野角の範囲
は、無収差であって、かつ図３に例示したように、θ＝
０°からθ＝９０°、φ＝−２０°（３４０°）からφ
＝２００°と広い範囲にわたっている。FIG. 3 is a projection view of the angles θ and φ on the mirror surface of the elliptical mirror 24. The real image of this projection is formed on the recording surface of the camera 26 by the operation of the imaging lens 25. Therefore, it is possible to measure optical characteristics such as polarization characteristics, scattering angle characteristics, reflectance, transmittance, luminance, and chromaticity of the sample according to the viewing angle. Moreover, the range of the viewing angle is astigmatism-free and, as illustrated in FIG.
From 0 ° to θ = 90 °, φ = -20 ° (340 °) to φ
= 200 ° over a wide range.
【００１０】なお、楕円面ミラー２４の曲率が理想的な
ものからずれていることも十分考えられる。この場合
は、図３に示す投影図が、計算上の分布と食い違ってく
るので、視野角が予め既知の標準試料（例えば透過型グ
レーティング）を使って、分布を補正しておく必要があ
る。本発明の光学的視野角測定装置は、楕円面ミラーの
反射を利用して、試料を照明する照明光源をさらに備え
るものでもよい（請求項２）。It is sufficiently conceivable that the curvature of the elliptical mirror 24 deviates from the ideal one. In this case, the projected view shown in FIG. 3 is different from the calculated distribution, so it is necessary to correct the distribution using a standard sample (for example, a transmission grating) whose viewing angle is known in advance. The optical viewing angle measuring device of the present invention may further include an illumination light source for illuminating the sample by using reflection of the elliptical mirror (claim 2).
【００１１】本発明の光学的視野角測定装置は、照明光
源から照明される光の偏光面を変化させることができる
偏光子と、試料からの出射光の偏光を検出する検光子と
をさらに備えるものでもよい（請求項３）。これによれ
ば、試料の偏光特性を測定することができる。前記照明
光源の例として、試料に照射する光の波長を可変するモ
ノクロメータがある（請求項４）。これによれば、試料
からの出射光の色度特性を測定することができる。[0011] The optical viewing angle measuring apparatus of the present invention further comprises a polarizer capable of changing the polarization plane of light illuminated from the illumination light source, and an analyzer for detecting the polarization of light emitted from the sample. (Claim 3). According to this, the polarization characteristics of the sample can be measured. As an example of the illumination light source, there is a monochromator that varies the wavelength of light to irradiate the sample. According to this, the chromaticity characteristics of the light emitted from the sample can be measured.
【００１２】前記照明光源は、試料上部より光を照射
し、試料からの反射光を測定するための反射照明光源で
もよく（請求項５）、試料下部より光を照射し、試料を
透過した光を測定するための透過照明光源でもよい（請
求項６）。The illumination light source emits lightfrom above thesample.
And may be a reflection illumination light sourcefor measuring the reflected light from the sample (claim 5),the light is irradiated from the sample lower, the sample
A transmitted illumination light sourcefor measuring transmitted light may be used.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、光学的
視野角測定装置の全体構成を示すブロック図である。光
学的視野角測定装置は、回転楕円面ミラー２４と、結像
レンズ２５と、撮像用カメラ２６と、各種可動部材を動
かすための各種モータ２７とを含む光学系２１を備えて
いる。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the optical viewing angle measuring device. The optical viewing angle measuring device includes an optical system 21 including a spheroid mirror 24, an imaging lens 25, an imaging camera 26, and various motors 27 for moving various movable members.
【００１４】さらに、光学的視野角測定装置は、試料の
一例としての液晶表示素子２３を照射するための単色光
を発生する照明光源３２と、照明光源３２の光を光学系
２１に導く光ファイバ３５（この光ファイバ３５の代わ
りにミラー系を用いてもよい）と、カメラ２６からの画
像データを取り込むとともに露光時間などのパラメータ
を制御するカメラ制御部３１と、液晶表示素子２３を駆
動する信号を発生する液晶駆動部３３と、モータコント
ローラ３４と、全体を制御するコンピュータ１４と、表
示装置１５と、キーボード１６とを備えている。なお、
試料は、液晶表示素子限らず、発光ダイオード、光ファ
イバの出射端、フィルム、カラーフィルタなどどんなも
のを用いてもよいことを予め断っておく。Further, the optical viewing angle measuring device includes an illumination light source 32 for generating monochromatic light for irradiating a liquid crystal display element 23 as an example of a sample, and an optical fiber for guiding the light of the illumination light source 32 to the optical system 21. 35 (a mirror system may be used in place of the optical fiber 35), a camera control unit 31 that captures image data from the camera 26 and controls parameters such as an exposure time, and a signal that drives the liquid crystal display element 23. , A motor controller 34, a computer 14 for controlling the whole, a display device 15, and a keyboard 16. In addition,
The sample is not limited to a liquid crystal display element, and it is previously refused that any material such as a light emitting diode, an emission end of an optical fiber, a film, and a color filter may be used.
【００１５】前記照明光源３２は、白色照明光源３２ａ
とモノクロメータ３２ｂとの組合せを想定している。モ
ノクロメータ３２ｂ波長の選択は、コンピュータ１４ら
の制御によって行われる。しかし、モノクロメータ限ら
ず、レーザ照明光源であってもよく、単色光を発生する
代わりに、多色光を発生する照明光源若しくはハロゲン
ランプ、Ｘｅランプ、メタルハライドランプなどの白色
光を発生する照明光源であってもよい。要するにどのよ
うな照明光源を使用するかは試料２３の測定条件に応じ
て決められるものである。また、試料２３が自ら発光す
るものであれば、この照明光源３２は、使用しなくても
よい。レーザ照明光源の場合、出射光が直線偏光であれ
ば、偏光特性が測定に影響しないように１／４波長板を
用いて円偏光にして使用してもよい。The illumination light source 32 includes a white illumination light source 32a.
And a monochromator 32b. The selection of the wavelength of the monochromator 32b is performed under the control of the computer 14. However, the light source is not limited to a monochromator, and may be a laser illumination light source. Instead of generating monochromatic light, an illumination light source that generates polychromatic light or an illumination light source that generates white light such as a halogen lamp, a Xe lamp, or a metal halide lamp. There may be. In short, what kind of illumination light source is used depends on the measurement conditions of the sample 23. If the sample 23 emits light by itself, the illumination light source 32 need not be used. In the case of a laser illumination light source, if the emitted light is linearly polarized light, it may be used as a circularly polarized light using a quarter-wave plate so that the polarization characteristics do not affect the measurement.
【００１６】前記カメラ２６は、撮像した画像を記憶す
るものであれば何でもよく、例えばＣＣＤカメラなど画
像を電気信号に変換するものでもよく、光学カメラのよ
うに画像をフィルムに化学的に記録するものでもよい。
図４ではＣＣＤカメラを想定している。モータ２７及び
モータコントローラ３４は、試料２３の姿勢制御、試料
２３への光の照射軸、偏光子、検光子、位相差板など各
種の光学素子の回転、移動などを行うものである。The camera 26 may be of any type as long as it stores a captured image, for example, a device such as a CCD camera which converts an image into an electric signal, and chemically records an image on a film like an optical camera. It may be something.
FIG. 4 assumes a CCD camera. The motor 27 and the motor controller 34 control the attitude of the sample 23, rotate and move various optical elements such as a light irradiation axis, a polarizer, an analyzer, and a phase difference plate on the sample 23.
【００１７】図５は、光学系２１の第１の具体例を示す
詳細な構成図である。この第１の具体例では、液晶表示
素子２３が自己発光型である場合を想定している。液晶
表示素子２３を照射するための照明光源は使用しないの
で図示していない。光学系２１は、試料２３を置いて、
任意の姿勢に保つためのステージ２８と、第１焦点の近
傍に配置される試料２３から出射される光を第２焦点位
置に集光する回転楕円面ミラー２４と、回転楕円面ミラ
ー２４からの反射光を通すアパーチャ２９と、回転楕円
面ミラー２４の第２焦点に配置され、回転楕円面ミラー
の表面にできた像を結像させる結像レンズ２５と、結像
レンズ２５により結像された像を記録するカメラ２６と
を備える。なお、カメラ２６の前面に光学フィルタを配
置してもよい。例えば、測定に必要のない波長を除去す
る波長カットフィルタや、カメラの感度を人間の目の感
度に近似させるＹ視感度フィルタや、試料からの光を減
光する減光フィルタなどである。また、色度及び輝度を
測定するための３刺激値フィルタを選んで配置してもよ
い。FIG. 5 is a detailed configuration diagram showing a first specific example of the optical system 21. As shown in FIG. In the first specific example, it is assumed that the liquid crystal display element 23 is of a self-luminous type. Since no illumination light source for irradiating the liquid crystal display element 23 is used, it is not shown. The optical system 21 places the sample 23,
A stage 28 for maintaining an arbitrary posture, a spheroid mirror 24 for condensing light emitted from a sample 23 arranged near the first focus at a second focus position, and a spheroid mirror 24 An aperture 29 through which the reflected light passes, an imaging lens 25 arranged at the second focal point of the spheroid mirror 24, and an image formed on the surface of the spheroid mirror 24, and an image formed by the imaging lens 25. A camera 26 for recording an image. Note that an optical filter may be arranged on the front surface of the camera 26. For example, there are a wavelength cut filter that removes wavelengths that are not necessary for measurement, a Y-visibility filter that makes the sensitivity of a camera close to the sensitivity of the human eye, and a light-dark filter that reduces light from a sample. Further, a tristimulus value filter for measuring chromaticity and luminance may be selected and arranged.
【００１８】回転楕円面ミラー２４の焦点距離は、第１
焦点距離ｆ１が５５ｍｍ、第２焦点距離ｆ２が６００ｍ
ｍのものを使用した。試料２３と回転楕円面ミラー２４
の下端面との距離は８ｍｍ確保でき、試料２３の設置に
特別な注意を要しない。図６は、光学系２１の第２の具
体例を示す詳細な構成図である。この第２の具体例で
は、反射率を測定するため液晶表示素子２３を照射する
照明光源３２が使用されている。The focal length of the spheroid mirror 24 is the first
The focal length f1 is 55 mm and the second focal length f2 is 600 m
m. Sample 23 and spheroid mirror 24
The distance from the lower end surface of the sample 23 can be secured at 8 mm, and no special attention is required for setting the sample 23. FIG. 6 is a detailed configuration diagram illustrating a second specific example of the optical system 21. In the second specific example, an illumination light source 32 that irradiates the liquid crystal display element 23 to measure the reflectance is used.
【００１９】この照明光源３２は、光源３２ｈと、光軸
上を移動可能なレンズ３２ｃと、そのレンズ３２ｃの出
射側に配置される虹彩絞り３２ｄと、光源３２ｈからの
光を楕円面ミラー２４の第１焦点に投影するための反射
ミラー３２ｅとを備えている。なお、反射ミラー３２ｅ
の位置は、光源３２ｈからの光を楕円面ミラー２４の第
１焦点の真上（θ＝０）の点に投影するように図示され
ているが、これに限らず、反射ミラー３２ｅの位置、角
度を変えることにより、θ＝０°から数十度までの範囲
で楕円面ミラー２４に投影することができる。The illumination light source 32 includes a light source 32h, a lens 32c movable on the optical axis, an iris diaphragm 32d arranged on the exit side of the lens 32c, and a light from the light source 32h to the elliptical mirror 24. A reflection mirror 32e for projecting the light to the first focal point. The reflection mirror 32e
Is shown so that the light from the light source 32h is projected onto a point just above the first focal point (θ = 0) of the elliptical mirror 24, but the position is not limited to this, and the position of the reflection mirror 32e, By changing the angle, the light can be projected onto the elliptical mirror 24 in the range from θ = 0 ° to several tens degrees.
【００２０】レンズ３２ｃは、照明光源のスポットを試
料２３の上に結んだり、無限遠に結んだりするための調
整部材である。スポット径は、光源の虚像が楕円面ミラ
ーの第２焦点の位置に置かれるようにレンズ３２ｃの位
置を決めたとき、最小になる。照明光の開口角は虹彩絞
り３２ｄにより調節する。また、正反射の位置に減光フ
ィルタ３２ｆを配置している（図６では照明光の試料へ
の入射角θが０°になっているため、減光フィルタ３２
ｆは、反射ミラー３２ｅの影に隠れている）。この減光
フィルタ３２ｆは、試料２３からの正反射光を減光する
ための減光フィルタ（ＮＤフィルタ）である。この減光
により、正反射成分を抑え拡散成分測定のダイナミック
レンジを確保することができる。The lens 32c is an adjusting member for connecting the spot of the illumination light source on the sample 23 or connecting it to infinity. The spot diameter becomes minimum when the position of the lens 32c is determined such that the virtual image of the light source is located at the position of the second focal point of the elliptical mirror. The aperture angle of the illumination light is adjusted by the iris diaphragm 32d. In addition, a neutral density filter 32f is disposed at the position of regular reflection (in FIG. 6, since the incident angle θ of the illumination light to the sample is 0 °, the neutral density filter 32f is used).
f is hidden by the shadow of the reflection mirror 32e). The neutral density filter 32f is a neutral density filter (ND filter) for dimming specularly reflected light from the sample 23. Due to this dimming, the specular component can be suppressed and the dynamic range of the diffuse component measurement can be secured.
【００２１】図７は、光学系２１の第３の具体例を示す
詳細な構成図である。この第３の具体例では、液晶表示
素子２３を下から透過照明するために照明光源３２を配
置している。液晶表示素子２３を下から透過照明するた
めに、ステージ２８の下半分にも楕円面ミラー２４ａを
配置している。この楕円面ミラー２４ａは、集光用の楕
円面ミラー２４と合わせて、１個の楕円面ミラーから切
り出されるので、焦点距離ｆ１，ｆ２の値も同じで焦点
位置がずれるという心配がない。照明光源３２は、図６
で用いていたものを反対側に回転させて用いる。このよ
うにすることで、１台の照明光源３２で透過率、反射率
を測定することができ、小型で安価な光学的視野角測定
装置を実現できる。FIG. 7 is a detailed block diagram showing a third specific example of the optical system 21. As shown in FIG. In the third specific example, an illuminating light source 32 is arranged to transmit and illuminate the liquid crystal display element 23 from below. An elliptical mirror 24a is also arranged on the lower half of the stage 28 to illuminate the liquid crystal display element 23 from below. Since the elliptical mirror 24a is cut out from one elliptical mirror together with the condensing elliptical mirror 24, the focal lengths f1 and f2 have the same value, and there is no concern that the focal position shifts. Illumination light source 32 is shown in FIG.
The one used in the above is rotated to the opposite side and used. By doing so, the transmittance and the reflectance can be measured by one illumination light source 32, and a compact and inexpensive optical viewing angle measuring device can be realized.
【００２２】透過率測定においても、直接透過光が強い
ときは、拡散成分測定のダイナミックレンジをとるため
に、減光フィルタ３２ｆを使用する。図８は、光学系２
１の第４の具体例を示す詳細な構成図である。この第４
の具体例は、液晶表示素子２３の偏光特性を測定するた
めの構成となっている。照明光源３２が実線の位置にあ
る時には、反射率偏光特性の測定ができ、照明光源３２
が破線の位置にある時には、透過率偏光特性の測定がで
きる。Also in the transmittance measurement, when the directly transmitted light is strong, the neutral density filter 32f is used in order to secure a dynamic range of the diffuse component measurement. FIG. 8 shows the optical system 2
FIG. 11 is a detailed configuration diagram illustrating a fourth specific example of FIG. This fourth
Is a configuration for measuring the polarization characteristics of the liquid crystal display element 23. When the illumination light source 32 is at the position indicated by the solid line, the reflectance polarization characteristic can be measured.
Is at the position indicated by the broken line, the transmittance polarization characteristic can be measured.
【００２３】照明光源３２には偏光子２０ｇが設けら
れ、楕円面ミラー２４と結像レンズ２５との間には、位
相差板３０ａと検光子３０ｂとが設けられている。偏光
子２０ｇ、位相差板３０ａ、検光子３０ｂは、いずれも
偏光面が回転できる構造になっていて、これらの回転角
を所定の角に組み合わせることによって、試料による偏
光の楕円率（tan φ）や位相差（cos Δ）偏光面の回転
方向などの物理量を、視野角の関数として求めることが
できる。The illumination light source 32 is provided with a polarizer 20g, and a phase difference plate 30a and an analyzer 30b are provided between the elliptical mirror 24 and the imaging lens 25. The polarizer 20g, the phase difference plate 30a, and the analyzer 30b all have a structure in which the plane of polarization can be rotated. By combining these rotation angles with a predetermined angle, the ellipticity (tan φ) of the polarized light by the sample is obtained. And the physical quantity such as the rotation direction of the phase difference (cos Δ) polarization plane can be obtained as a function of the viewing angle.
【００２４】なお、偏光子２０ｇ、位相差板３０ａ、検
光子３０ｂは、偏光特性を測定しないときには、自動的
に光軸から退避できるようにしている。次に、光散乱強
度測定装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。図９は、光散乱強度測定装置の概略図で
ある。The polarizer 20g, the phase difference plate 30a, and the analyzer 30b can be automatically retracted from the optical axis when the polarization characteristics are not measured. Next, an embodiment of a light scattering intensity measuring device will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 9 is a schematic diagram of a light scattering intensity measuring device.
【００２５】光散乱強度測定装置は、測定試料を収容す
るガラス製の試料セル１と、この試料セル１にミラー２
ａ，２ｂ、集光レンズ３ａ，３ｂ、ピンホール４を通し
てレーザ光線を投射するレーザ装置５とを備え、さらに
試料からの散乱光を結像レンズ１２に集光させるための
楕円面ミラー６と、楕円面ミラー６からの反射光を通す
アパーチャ１１と、結像レンズ１２と、ＣＣＤカメラ１
３とを配置している。結像レンズ１２は、楕円面ミラー
６の鏡面にできた像をＣＣＤカメラ１３の撮像面に結像
させるものである。７は試料セル１を真っ直ぐ透過した
レーザ光線を吸収する吸収板であり、透過したレーザ光
線がガラスウィンドウ８などに当たって反射・散乱され
ることを防ぐ。ピンホール４やアパーチャ１１は、レー
ザ光の周りの余分な迷光をカットし、きれいなレーザ光
プロファイルを作る役割を果たしている。The light scattering intensity measuring apparatus comprises a glass sample cell 1 for accommodating a measurement sample, and a mirror 2
a, 2b, condensing lenses 3a, 3b, a laser device 5 for projecting a laser beam through the pinhole 4, and an elliptical mirror 6 for condensing scattered light from the sample on the imaging lens 12. Aperture 11 for passing light reflected from elliptical mirror 6, imaging lens 12, CCD camera 1
3 are arranged. The imaging lens 12 forms an image formed on the mirror surface of the elliptical mirror 6 on the imaging surface of the CCD camera 13. Reference numeral 7 denotes an absorption plate that absorbs a laser beam that has passed straight through the sample cell 1, and prevents the transmitted laser beam from hitting a glass window 8 or the like and being reflected or scattered. The pinhole 4 and the aperture 11 play a role of cutting extra stray light around the laser beam and creating a clean laser beam profile.
【００２６】なお、図９では、レーザ装置５の位置は、
平面作図の都合で試料セル１の上になっているが、試料
セル１に光を入射できるものであれば、この位置に限ら
れるものではなく、例えば試料セル１と同じ高さに置い
てもよい（この場合ミラーの配置はもちろん変わってく
る）。楕円面ミラー６は、図１０(a) に示すように回転
楕円体の表面を輪切りにして内面を鏡面としたものであ
る。回転楕円体の性質により、一方の焦点６１から出た
光は、楕円面ミラー６に当たり、他方の焦点６２に集束
する。なお、楕円面ミラー６は必ずしも１周した輪状に
なっている必要はなく、図１０(b) に示すように、一部
が欠けていてもよい。要するに、測定したい散乱角の範
囲にわたってミラーが存在していればよい。In FIG. 9, the position of the laser device 5 is
Although it is above the sample cell 1 for the sake of plan drawing, it is not limited to this position as long as light can enter the sample cell 1. For example, it can be placed at the same height as the sample cell 1. Good (in this case the mirror placement will of course change). As shown in FIG. 10 (a), the ellipsoidal mirror 6 has a spheroidal surface whose section is cut into a circle and whose inner surface is a mirror surface. Due to the nature of the spheroid, the light emitted from one focal point 61 hits the elliptical mirror 6 and is focused on the other focal point 62. Note that the elliptical mirror 6 does not necessarily have to be formed in an annular shape with one round, and may be partially missing as shown in FIG. In short, it is only necessary that the mirror exists over the range of the scattering angle to be measured.
【００２７】この光散乱強度測定装置は、前記の回転楕
円体の性質を利用して、一方の焦点を試料セル１に置
き、他方の焦点は、結像レンズ１２に置いている。した
がって、試料セル１から出た散乱光で楕円面ミラー６に
当たったものは、楕円面ミラー６で反射されて結像レン
ズ１２に集光し、ＣＣＤカメラ１３に入射する。図１１
は、光散乱強度測定装置の具体的構造を示す図である。
図１１において、試料セル１にレーザ光線を投射するた
めのレーザ装置、ミラー、集光レンズの図示は省略して
いる。In this light scattering intensity measuring apparatus, one focal point is placed on the sample cell 1 and the other focal point is placed on the imaging lens 12 by utilizing the property of the spheroid. Therefore, the scattered light from the sample cell 1 that hits the elliptical mirror 6 is reflected by the elliptical mirror 6, condensed on the imaging lens 12, and enters the CCD camera 13. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a specific structure of a light scattering intensity measuring device.
In FIG. 11, a laser device for projecting a laser beam onto the sample cell 1, a mirror, and a condenser lens are not shown.
【００２８】試料セル１は、高屈折率の液体を満たした
恒温液浸バスの中にセットされ、試料セル１から出た散
乱光は、ガラスウィンドウ８を透過して、楕円面ミラー
６に当たり反射される。試料セル１の直下には楕円面ミ
ラー６により反射された光を折り返す平面ミラー１０が
配置されている。この平面ミラー１０は、反射光を折り
返すことにより装置全体の高さを抑える効果をもたら
す。The sample cell 1 is set in a constant temperature immersion bath filled with a liquid having a high refractive index, and scattered light emitted from the sample cell 1 passes through the glass window 8 and strikes the elliptical mirror 6 and is reflected. Is done. A flat mirror 10 that folds the light reflected by the elliptical mirror 6 is disposed immediately below the sample cell 1. The flat mirror 10 has an effect of suppressing the height of the entire device by folding the reflected light.
【００２９】平面ミラー１０により折り返された光は、
アパーチャ１１、結像結像レンズ１２を通りＣＣＤカメ
ラ１３に入射する。ＣＣＤカメラ１３は非常に高い位置
分解能（例えば５１２×５１２画素）の受光素子を使用
しており、これにより、測定角度分解能として散乱角１
°以下という高分解能のデータを得ることが可能であ
る。The light turned back by the plane mirror 10 is
The light enters the CCD camera 13 through the aperture 11 and the imaging lens 12. The CCD camera 13 uses a light receiving element having a very high positional resolution (for example, 512 × 512 pixels), and as a result, a scattering angle of 1 as a measurement angle resolution.
It is possible to obtain high-resolution data of less than °.
【００３０】図１２は、ＣＣＤカメラ１３の撮像面に生
じた散乱光の強度パターンを示している。この散乱光の
パターンは、図１０(b) に示した約半分が欠けた輪状の
楕円面ミラー６のミラー面の結像パターンであり、散乱
角θが５°から１７５°という角度範囲をカバーしてい
る。このパターンを散乱角θを横軸にとりθの関数とし
てグラフにしたものが図１３である。FIG. 12 shows an intensity pattern of scattered light generated on the image pickup surface of the CCD camera 13. This scattered light pattern is an imaging pattern of the mirror surface of the ring-shaped elliptical mirror 6 with a half missing as shown in FIG. 10B, and covers an angle range where the scattering angle θ is 5 ° to 175 °. are doing. FIG. 13 is a graph of this pattern in which the scattering angle θ is plotted on the horizontal axis as a function of θ.
【００３１】このように、光学系を構成する要素を動か
すことなしに、広い角度での散乱光強度データを一度に
取得することができる。なお、試料からの散乱光を結像
レンズ１２に集光させるのに、楕円面ミラー以外に、図
１４(a) に示すような三角錐の一部を輪切りにしたミラ
ー６ｂや、図１４(b) に示すような球面の一部を輪切り
にしたミラー６ｃを使用してもよい。これらのミラー６
ｂ，６ｃを使うときは、楕円面ミラー６のように１つの
焦点から出て楕円面ミラー６に当たった光が無収差で他
の焦点に集まることはないが、輪の幅Ｗを小さくするこ
とで１つの焦点から出てミラー６ｂ，６ｃに当たった光
をほぼ１点に集めることは可能である。したがってこれ
らのミラー６ｂ，６ｃ使っても、楕円面ミラー６を使っ
たのと遜色ない精度で散乱光のデータを得ることができ
る。As described above, the scattered light intensity data at a wide angle can be obtained at a time without moving the components constituting the optical system. In order to condense the scattered light from the sample to the imaging lens 12, in addition to the elliptical mirror, a mirror 6b in which a part of a triangular pyramid is sliced as shown in FIG. A mirror 6c in which a part of the spherical surface is cut into a circle as shown in b) may be used. These mirrors 6
When the lenses b and 6c are used, light coming out of one focal point and hitting the elliptical mirror 6 like the elliptical mirror 6 does not converge on the other focal point without aberration, but the width W of the ring is reduced. Thus, it is possible to collect light coming out of one focal point and hitting the mirrors 6b and 6c at almost one point. Therefore, even if these mirrors 6b and 6c are used, scattered light data can be obtained with an accuracy comparable to that of using the elliptical mirror 6.
【００３２】この光散乱強度測定装置によれば、散乱光
の角度依存性を、非常に広い角度範囲で、しかも光学系
を構成する要素を動かすことなしに一度に測定すること
ができるので、測定の時間効率を格段に向上させること
ができる。したがって、従来測定が難しかった経時変化
を起こす試料の測定が可能となる。また、光学系の構成
要素に可動部分がないので、測定の安定性・信頼性が向
上し、装置の寿命も長くなる。光学系構成部品が少ない
ので、コスト面や製作面で利点がある。According to this light scattering intensity measuring apparatus, the angle dependence of the scattered light can be measured at a time in a very wide angle range without moving the components constituting the optical system. Time efficiency can be remarkably improved. Therefore, it is possible to measure a sample that causes a temporal change, which has been difficult to measure conventionally. Also, since there are no moving parts in the components of the optical system, the stability and reliability of the measurement are improved, and the life of the device is prolonged. Since there are few optical system components, there are advantages in terms of cost and manufacturing.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上のように本発明の光学的視野角測定
装置によれば、試料から出射された光を楕円面ミラーで
集光し、結像することができるので、全ての視野角特性
を一度に得ることができる。As described above, according to the optical viewing angle measuring apparatus of the present invention, the light emitted from the sample can be condensed by the ellipsoidal mirror and imaged. Can be obtained at once.
【図１】本発明の作用を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
【図２】視野角を説明するための座標図である。FIG. 2 is a coordinate diagram for explaining a viewing angle.
【図３】楕円面ミラーの鏡面上に写った投影図である。FIG. 3 is a projection view on the mirror surface of an elliptical mirror.
【図４】光学的視野角測定装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of an optical viewing angle measuring device.
【図５】自己発光形の試料の視野角特性を測定する光学
系の第１の具体例を示す詳細な構成図である。FIG. 5 is a detailed configuration diagram showing a first specific example of an optical system for measuring a viewing angle characteristic of a self-luminous sample.
【図６】反射型の試料の視野角特性を測定する光学系の
第２の具体例を示す詳細な構成図である。FIG. 6 is a detailed configuration diagram showing a second specific example of an optical system for measuring a viewing angle characteristic of a reflective sample.
【図７】透過型の試料の視野角特性を測定する光学系の
第３の具体例を示す詳細な構成図である。FIG. 7 is a detailed configuration diagram showing a third specific example of an optical system for measuring a viewing angle characteristic of a transmission-type sample.
【図８】反射型又は透過型の試料の偏光視野角特性を測
定する光学系の第３の具体例を示す詳細な構成図であ
る。FIG. 8 is a detailed configuration diagram showing a third specific example of an optical system for measuring the polarization viewing angle characteristics of a reflective or transmissive sample.
【図９】光散乱強度測定装置の概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a light scattering intensity measuring device.
【図１０】回転楕円体の表面を輪切りにして内面を鏡面
とした楕円面ミラーを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ellipsoidal mirror in which the surface of a spheroid is sliced and the inner surface is a mirror surface.
【図１１】光散乱強度測定装置の具体的構造を示す図で
ある。FIG. 11 is a diagram showing a specific structure of a light scattering intensity measuring device.
【図１２】ＣＣＤカメラの撮像面に生じた散乱光の強度
パターンを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an intensity pattern of scattered light generated on an imaging surface of a CCD camera.
【図１３】散乱光の強度パターンを散乱角θの関数とし
て示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the intensity pattern of scattered light as a function of the scattering angle θ.
【図１４】三角錐の一部を輪切りにしたミラー６ｂや、
球面の一部を輪切りにしたミラー６ｃを示す図である。FIG. 14 shows a mirror 6b in which a part of a triangular pyramid is sliced,
It is a figure which shows the mirror 6c which partly rounded the spherical surface.
１ 試料セル ２ａ，２ｂ ミラー ３ａ，３ｂ 集光レンズ ４ ピンホール ５ レーザ装置 ６ 楕円面ミラー １０ 平面ミラー １１ アパーチャ １２ 結像レンズ １３ ＣＣＤカメラ １４ コンピュータ １５ 表示装置 ２１ 光学系 ２３ 液晶表示素子 ２４ 回転楕円面ミラー ２５ 結像レンズ ２６ 撮像用カメラ ２７ モータ ３１ カメラ制御部 ３２ 照明光源 ３２ｆ 減光フィルタ ３３ 液晶駆動部 ３４ モータコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample cell 2a, 2b Mirror 3a, 3b Condensing lens 4 Pinhole 5 Laser device 6 Elliptical mirror 10 Planar mirror 11 Aperture 12 Imaging lens 13 CCD camera 14 Computer 15 Display device 21 Optical system 23 Liquid crystal display element 24 Spheroid Plane mirror 25 Imaging lens 26 Imaging camera 27 Motor 31 Camera control unit 32 Illumination light source 32f Dimming filter 33 Liquid crystal drive unit 34 Motor controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻尾 典男 大阪府枚方市北船橋町14−１ (72)発明者 筒井 和典 大阪府枚方市楠葉面取町１丁目15−２− 202 (56)参考文献 特開 平５−288638（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−320273（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−136238（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−101126（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−223845（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G01B 11/00 - 11/30 G01J 1/00 - 1/60 G01J 11/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Norio Tsujio 14-1 Kitafunabashi-cho, Hirakata-shi, Osaka (72) Inventor Kazunori Tsutsui 1-15-2-202, Kusuba-Medori-cho, Hirakata-shi, Osaka (56) References JP-A-5-288638 (JP, A) JP-A-8-320273 (JP, A) JP-A-8-136238 (JP, A) JP-A-9-101126 (JP, A) JP-A-2-223845 ( JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl.7 , DB name) G01M 11/00-11/02 G01B 11/00-11/30 G01J 1/00-1/60 G01J 11/00
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