CN101424568B - 光测量装置和扫描光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种光测量装置和扫描光学系统，光测量装置可以有效取入来自平面光源的不同部分的光以执行测量。用于测量来自平面光源的光的光测量装置包括被配置为执行用于连续取入来自平面光源的不同部分的光的操作的空间分割装置。光学聚集装置聚集通过空间分割装置的操作取入的来自平面光源的不同部分的光。检测器接收由光学聚集装置聚集的光并输出对应于所接收光的信号。

Description

光测量装置和扫描光学系统

相关申请的交叉参考

本发明包含于2007年10月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-281369的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

此发明涉及一种用于测量诸如平面光源的亮度、色度等与光有关的量值的光测量装置以及可以由于光测量装置中的扫描光学系统。

背景技术

已知一种技术，其中，为了测量平面光源的亮度分布，色度分布等，连续测量在平面光源的不同部分(诸如，中心部分、外围部分等)的诸如亮度、色度等物理量值或心理物理量值。日本专利公开第2004-93326号(下文中称为专利文件1)披露了一种用于收集诸如纸幅板的幅板的光学信息的收集装置。该收集装置包括用于使来自幅板的不同部分的光偏转以执行幅板的扫描的电流镜面、用于使被电流镜面偏转的光从其透射的两个缝隙、以及用于分析被两个缝隙透射的光的光谱的分光计。在使用专利文件1中所披露的技术的情况下，可以从一个位置(即，从视点)开始执行来自平面光源的光的测量。

发明内容

在专利文件1所披露的技术中，可以足够充分高的精确度来执行平面光源的亮度等的测量。例如，虽然在专利文件1中未描述两个缝隙的大小，但是存在以下可能性，在透射过两个缝隙的光的横截面中，虽然外围侧上的光通量很小，但是中心侧上的光通量可能很大，从而导致无法确保亮度测量等的精确度。另外，如果过分减小缝隙的大小，那么被阻挡的光通量变大到以致于难以测量光。因此，当采用来自平面光源的不同部分的光来执行测量时，重要的是抑制光的横截面中由用于取入光的光学系统引起的光通量密度的不均匀性的出现或将光有效地导入检测器。

因此，需要提供一种用于测量诸如平面光源的亮度、色度等与光有关的量值的光测量装置以及可用于该光测量装置的扫描光学系统。

根据本发明的实施例，提供了一种用于测量来自平面光源的光的光测量装置，包括：空间分割装置，被配置为执行用于连续取入来自平面光源的不同部分的光的操作；光学聚集装置，被配置为聚集通过空间分割装置的操作取入的来自平面光源的不同部分的光；以及检测器，被配置为接收由光学聚集装置聚集的光并输出对应于所接收光的信号。

优选地，该光学聚集装置包括：其中已形成有第一开口的第一隔膜元件，该第一开口透射来自平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定光的横截面；其中已形成有第二开口的第二隔膜元件，第二开口的开口面积小于第一开口的开口面积，该第二开口透射通过第一隔膜元件透射的光，同时限定光的横截面；以及聚集光学元件，被配置为使通过第二隔膜元件透射的光聚集于检测器的光接收面上。

作为替代，光学聚集装置可以包括：其中已形成有开口的隔膜元件，该开口透射来自平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定光的横截面；以及远心透镜，被配置为接收从隔膜元件向其透射并在其与隔膜元件相邻的侧面上远心聚焦的光。

在此实例中，优选地，光测量装置包括：中继光学元件，被配置为将从远心透镜出射的光聚集在检测器的光接收面上。

作为另一个替代，光学聚集装置可以包括：其中已形成有第一开口的第一隔膜元件，第一开口透射来自平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定光的横截面；目标光学元件，被配置为聚集通过第一隔膜元件透射的光；以及第二隔膜元件，位于目标光学元件的后侧上的焦点处，且其中已形成有第二开口，第二开口透射通过目标光学元件聚集的光，同时限定光的横截面。

在此实例中，优选地，光学测量装置还包括：中继光学元件，被配置为使通过第二隔膜元件透射的光聚集在检测器的光接收面上。

优选地，光测量装置还包括：扩散器，被配置为接收由光学聚集装置聚集并向其投射的光，检测器，以与扩散器间隔预定距离的关系放置，以使扩散器中投射有光的区域包括在检测器可以取入光的角度中。

优选地，光测量装置还包括：定位光源，能够响应于空间分割装置的操作，将光连续投射到平面光源的不同部分；以及控制装置，能够存储当来自定位光源的光投射到平面光源上提供的标记上时的位置，并被配置为控制空间分割装置，以基于所存储的位置连续偏转来自平面光源的不同部分的光。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于部分提取来自平面光源的光的扫描光学系统，包括：空间分割装置，被配置为连续取入来自平面光源的不同部分的光；以及光学聚集装置，被配置为聚集通过空间分割装置的操作区域的来自平面光源的不同部分的光。

使用该光测量装置和扫描光学装置，可以有效取入来自平面光源的不同部分的光来执行测量。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一实施例的光测量装置的概括配置的示意图；

图2是图1的光测量装置的概括配置的框图；

图3是示出了图1的光测量装置的空间分割装置的功能的示意图；

图4A～4C是示出了实施图3所示功能的空间分割装置的特定实例的示意图；

图5是示出了图1的光测量装置的光学聚集装置的配置的透视图；

图6是示出了图5的光学聚集装置中的光路的示图；

图7是示出了比较实例中的光路的示图；

图8是示出了通过图1的光测量装置进行的测量过程的流程图；

图9是示出了根据本发明的第二实施例的光测量装置的光学聚集装置的配置的透视图；

图10是示出了图9的光学聚集装置中的光路的示图；

图11是示出了根据本发明的第三实施例的光测量装置的光学聚集装置的配置的透视图；

图12是示出了图11的光学聚集装置的光路的示图；以及

图13是示出了对光学聚集装置的修改的示图。

具体实施方式

第一实施例

图1和2示出了根据本发明的第一实施例的光测量装置1的概括配置。

参看图1和2，光测量装置1被配置成用于测量诸如作为测量目标的平面光源101的光分布、色度分布等与光有关的量值分布的装置。平面光源101是用于调整多个像素中的每一个的亮度以执行(诸如)液晶显示单元、有机EL显示单元等的显示装置。

光测量装置1包括：空间分割装置3，用于连续取入来自平面光源101的不同部分的光；光学聚集装置5，用于聚集通过空间分割装置3的操作取入的来自平面光源101的不同部分的光；以及分光计7，用于接收由光学聚集装置5聚集的光并输出对应于所接收光的信号。将从分光计7输出的信号输入到(例如)计算机9，然后计算机9基于从分光计7输入的信号来执行诸如亮度、色度等计算的各种数学运算。另外，光测量装置1包括用于定位空间分割装置3中的下文所述的预定元件的定位光源11。

图3示出了空间分割装置3的功能。

空间分割装置3将来自通过虚拟分割平面光源101配置的多个测量区域的光连续导入到光学聚集装置5。应注意，如下文所述，测量区域103的大小和形状由光学聚集装置5限定。例如，虽然可以适当设置测量区域103的大小和形状，但是测量区域103的形状基本上为圆形。另外，当平面光源101是显示单元时，将测量区域103的大小设置为通过将平面光源101虚拟分割成31(水平方向)×17(垂直方向)部分而获得的大小。例如，当平面光源101是40英寸的显示单元时，测量区域103的直径为约30mm。另外，例如，虽然适当设置了从多个测量区域103取入光时的取入次序或扫描方向，但是取入顺序被设置为使水平方向为主扫描方向而垂直方向为次扫描方向。

图4A示出了实施图3所示功能的空间分割装置3的特定配置。

参看图4A，所示的空间分割装置3包括电流镜面，且还包括用于偏转来自平面光源101的光的第一偏转镜面29以及用于偏转被第一偏转镜面29偏转的光的第二偏转镜面31。

第一偏转镜面29和第二偏转镜面31经设置用于绕互不相同的旋转轴旋转。空间分割装置3通过(例如)第一偏转镜面29沿X轴方向的旋转来沿主扫描方向扫描平面光源101，并通过(例如)第二偏转镜面31沿Y轴方向的旋转来沿垂直于主扫描方向的次扫描方向扫描平面光源101。应注意，当平面光源101是显示单元时，主和次扫描方向可以与平面光源101的主和次扫描方向相同或不同。

例如，第一偏转镜面29和第二偏转镜面31分别由第一发动机电机？33和第二发动机35驱动。例如，第一发动机33和第二发动机35的操作由计算机9控制。计算机9控制第一发动机33以使第一偏转镜面29以固定旋转速度持续移动或以固定时间间隔间歇性地移动固定角度。另外，计算机9控制第二发动机35以使第二偏转镜面31以固定时间间隔间歇性地移动固定旋转角度。

图4B和4C示出了对空间分割装置3的不同修改。

首先参看图4B，所示的空间分割装置203包括多角镜229。空间分割装置203通过(例如)多角镜229绕X轴旋转来沿主扫描方向扫描平面光源101，并通过多角镜229绕Y轴旋转来沿与主扫描方向垂直的次扫描方向扫描平面光源101。例如，通过分别提供给各个轴的第一发动机233和第二发动机235来旋转多角镜229。

现在参看图4C，所示的空间分割装置303被配置为改变光学聚集装置5的方向。空间分割装置303包括用于使光学聚集装置5绕X轴旋转以沿主扫描方向扫描平面光源101的第一发动机333，以及用于使光学聚集装置5绕Y轴旋转以沿与主扫描方向垂直的次扫描方向扫描平面光源101的第二发动机335。应注意，空间分割装置303可以为沿平面光源101的主扫描方向和次扫描方向移动光学聚集装置5的类型。

图5示出了光学聚集装置5的概括配置。

参看图5，光学聚集装置5包括：其中已形成有第一开口37a的第一隔膜元件37，第一开口37a透射来自测量区域103的光，同时限定光的横截面；其中已形成有第二开口39a的第二隔膜元件39，第二开口39a透射通过第一隔膜元件37透射的光，同时限定光的横截面；以及聚集透镜41，用于聚集通过第二隔膜元件39透射的光。应注意，光学聚集装置5不从除第一开口37a外的任何地方接收光。

虽然可以适当设置第一开口37a和第二开口39a的形状，但是其形状为(例如)圆形。第二开口39a具有比第一开口37a小的直径或开口面积。提供聚集透镜41以使从第二开口39a发出的光全部导入到聚集透镜41。换句话说，聚集透镜41具有相对于第二开口39a的直径和与第二开口39a的距离充分大的直径。聚集透镜41将向其入射的光聚集到分光计7的光接收面。

例如，分光计7使用光纤43来取入光，且聚集透镜41将来自第二开口39a的光聚集到光纤43的端面，即，聚集到分光计7的光接收面。此时，在光纤43的端面部分上的聚集光的直径比光纤43的端面的直径小。应注意，光纤43的端面的直径为(例如)1mm或更小。

光纤43通过全反射仅将具有预定入射至其的角度的光导入到分光计7中。详言之，在光纤43的入射侧上具有确定的数值开口(NA)。因此，在出射侧上的聚集透镜41的数值开口(NA)被设置为小于在光纤43的入射侧上的数值开口。因此，通过光纤43所聚集的光无损耗地进入了光纤43。

应注意，此处放人聚集透镜41的数值开口实际上并非是聚集透镜41的数值开口，而是第一隔膜元件37、第二隔膜元件39和聚集透镜41的全部组合的数值开口，即，整个光学聚集装置5的数值开口。组成开口分割装置3的电流镜面被配置为具有足够大的面积以不影响光学聚集装置5的数值开口。

图6示意性地示出了光学聚集装置5中的光路。应注意，图6中省略了开口分割装置3。

参看图6，平面光源101的光进入用于具有实线箭头标记y1所指示的测量直径d1的每个测量区域103(图3)的聚集透镜41。应注意，实线箭头标记y1指示从第一开口37a的末端部分行进到相对光学轴与第一开口37a的末端部分相对侧面上的第二开口39a的末端部分的光线。

在此，入射到聚集透镜41的光具有在虚线L1所指示的区域中较高光通量密度。应注意，虚线L1指示从第一开口37a的末端部分行进到相对光学轴与第一开口37a的末端部分相同侧面上的第二开口39a的末端部分的光线。

图7示出了光学聚集装置的比较实例。

参看图7，所示的比较实例的光学聚集装置包括分别具有直径相同的第一开口437a和第二开口439a的第一隔膜元件437和第二隔膜元件439。在此实例中，实线箭头标记y11和虚线L11的隔离比较大。因此，仅在测量区域103的部分上的光被取入了较大的量，且因此，从第二隔膜元件439投射出光通量密度不均匀的光，从而无法确保测量精确度。如果在平面光源101的测量直径内特别出现了部分不规则，那么误差就会增加。

另一方面，由于通过第一隔膜元件37和第二隔膜元件39透射的光的透射区域接近底部在测量区域103(图1)的圆锥形，所以实线箭头标记y1和虚线L1的隔离减小。当第二隔膜元件39的第二开口39a被形成为此处形成圆锥形形状的顶点的小开口(例如，0.3至0.6mm)时，隔离变为最小。在此实例中，通过第二隔膜元件39透射的光量小，且此难以测量。因此，在本实施例中，虽然将第二开口39a的直径的大小设为某些尺寸，例如设为比分光计7的光接收面的直径大(例如，大于1mm)，但是将第一开口37a的直径设置为比第二开口39a大且另外通过聚集透镜41将来自第二开口39a的光全部导入到光纤43中，从而实现测量精确度的改进。为了能够有效取入光，将第一开口37a和第二开口39a的直径设为(例如)使第一开口37a的直径为4mm而第二开口39a的直径为2mm，或者第二开口39a的直径为2mm或更大而第一开口37a的直径等于或大于第二开口39a的直径两倍。

在要求平面光源101的二维光谱数据情况下的光测量中，对所要求精确度等，重要的是要将测量直径d1设为什么尺寸。优选地，可以响应于诸如测量目标的应用或标准的多种情况来将测量直径d1设为任意尺寸。在当前的光谱辐射计中，通常响应于测量角度(即，测量的物距)来确定测量直径d1。

在本实施例的光学聚集装置5中，根据第一开口37a的直径、第二开口39a的直径和第一开口37a与第二开口39a之间的距离(即，图6中的隔膜距离)来确定用于取入光的立体角。如果确定了平面光源101与第一开口37a之间的距离(即，图6中的测量距离)，那么同样也确定了测量直径d1。因此，通过调整第一开口37a的直径、第二隔膜元件39的直径、隔膜距离和测量距离，可以将测量直径d1设为任意值。应注意，在本实施例中，取入到分光计7中的光的能量由立体角确定，且如果立体角是固定的，那么平面光源的亮度不会随测量距离改变。应注意，虽然可以适当设置测量距离，但是例如将其设为平面光源101的高度的约三倍。详言之，当平面光源101是具有约50cm高度的40英寸的显示单元时，将测量距离设为约1.5cm。应注意，在其中第一开口37a的直径是4mm且第二开口39a的直径是2mm的本文上述情况下，当实施测量距离＝1.5m且测量直径d1＝30mm时，隔膜距离为346mm。

分光计7(图1)从光学聚集装置5接收光、对所接收的光进行光谱分析以确定光的光谱并将光谱的光谱数据或基于光谱数据计算出的亮度、色度等输出为电信号。尽管具体示出，但是除了本文以上所述的光纤43之外，分光计7还包括(例如)诸如单色仪的狭义分光计和接收经分光计进行光谱分析的光并输出代表所接收光的量的电信号的诸如CCD装置的光电转换器。

现在参看图2，计算机9包括主机部13，其从分光计7接收向其透射的信号并执行各种数学操作。计算机9还包括形成用于接受用户的操作并将对应于操作的信号输入到主机部13的键盘15和鼠标17以及用于响应来自主机部13的图像信号而显示图像的显示单元19。

主机部13包括用于执行多种数学操作的CPU21和包括用于存储将由CPU21等执行的程序的ROM和用作CPU21的工作存储器的RAM的存储器23。主机部13还包括硬磁盘驱动器(HDD)25作为用于存储将由CPU21执行的程序、测量结果等的外部存储装置以及用于将信号从分光计7输出到CPU21的诸如USB接口的接口27。

例如，定位光源11由用于投射激光束的激光指示器形成。定位光源11将激光束投射到空间分割装置3。激光束由空间分割装置3的第二偏转镜面31和第一偏转镜面29反射并进入平面光源101。同时，在平面光源101的预定位置处设置一个标记(未图示)。因此，通过由第一发动机33和第二发动机35驱动第一偏转镜面29和第二偏转镜面31，使得激光束被投射到该标记上，平面光源101和第一偏转镜面29和第二偏转镜面31可以相对彼此定位。

计算机9预先在平面光源101中提供标记的位置进行存储。另外，当将激光束投射到平面光源101的标记时，计算机9存储第一偏转镜面29和第二偏转镜面31的位置，即，第一发动机33和第二发动机35的位置。因此，计算机9可以从平面光源101的标记位置和在激光束照射在标记上时的标记位置来确定第一偏转镜面29和第二偏转镜面31相对于平面光源101的位置并控制第一偏转镜面29和第二偏转镜面31的操作以适当扫描平面光源101。

应注意，尽管可以在合适位置设置标记，但是(例如)标记被设置在平面光源101的四个角上。定位光源11的光学轴可以与光学聚集装置5的光学轴对准或者不对准。当定位光源11的光学轴与光学聚集装置5的光学轴对准时，由于在将激光束从定位光源11投射到标记时第一偏转镜面29和第二偏转镜面31的位置分别与在将来自标记位置的光取入到光学聚集装置5中时第一偏转镜面29和第二偏转镜面31的位置相符，所以在由光学聚集装置5扫描平面光源101时，可以将所存储的位置信息原样用于数学运算。另一方面，当定位光源11的光学轴与光学聚集装置5的光学轴彼此不对准时，可以预先测量偏移量并使用该偏移量来将所存储的位置信息转换为将在将光取入到光学聚集装置5中时所使用的位置信息。当空间分割装置具有图4C所示的光学聚集装置5移动的配置时，定位光源11可以被配置为与光学聚集装置5一起移动。

用户通过诸如键盘15的输入部可以执行对驱动第一发动机33和第二发动机35以使得激光束投射到标记的控制，同时该用户通过目测来确定激光束是否投射到标记上。或者，可以通过使用探测用于确定激光束是否投射到标记的信息并将探测结果输入到电脑9的传感器的电脑9来自动执行控制。

图8示出了光测量装置1的测量过程。

参看图8，首先在步骤S1，确定测量距离以确定测量直径d1。通过测量直径d1的确定，确定了平面光源101的分割次数或测量次数。随后，使平面光源101和光测量装置1相对彼此定位，以使实际测量距离变得等于所确定的测量距离，并扫描平面光源101以将测量平面光源101的大小、标记位置、测量直径d1、测量次数等所需要的各种信息输入到计算机9。应注意，可以通过用户的手动操作来执行或者可以通过由发动机等驱动平面光源101和/或光测量装置1来自动执行用于将实际测量距离设为所确定的测量距离的定位。另外，可以通过计算机9基于诸如测量距离的输入信息来计算诸如测量直径d1或测量次数的一些信息。

在步骤S2，使用由如本文上述的激光指示器等形成的定位光源11来执行平面光源101和空间分割装置3的定位。换句话说，将平面光源101与光测量装置1的相对位置存储在计算机9中，以最终决定扫描平面光源101时的位置坐标。

在步骤S3，确定分光计7的积分时间(即，曝光时间)。详言之，确定将通过光电转换产生的电流累积到电容器中的时间。将积分时间设得很短，以使扫描时间可以最小化，而该时间长到足以补偿光电转换元件等的响应延迟，从而确保了高精确度。

在步骤S4和S5，空间分割装置3的操作由计算机9控制，以使来自预定测量区域103的光通过光学聚集装置5被取入到分光计7中，以执行光的测量。将测量结果数据输出到计算机9。在步骤S6，确定是否完成了对所有测量区域103的测量。如果确定尚未完成测量，那么重复在步骤S4和S5的处理。

在完成所有测量区域103的测量之后，计算机9基于测量结果数据执行各种计算过程。例如，计算亮度分布、色度分布等。将计算结果显示在显示单元10上和/或将其传递到另一个计算机等。随后，结束测量。

光测量装置1的校准操作基本上与现有的光谱辐射计的校准操作类似。详言之，执行光谱灵敏度校准和亮度灵敏度校准，以使光测量装置1可以呈现覆盖380nm～780nm的可见光范围的标准光源的光谱特征和亮度值。

根据上述实施例，测量来自平面光源101的光的光测量装置1包括用于连续取入来自平面光源101的不同部分的光的空间分割装置3、用于聚集通过空间分割装置3的操作取入的来自平面光源101的不同部分的光的光学聚集装置5以及用于接收由光学聚集装置5聚集的光并输出对应于所接收的光的信号的分光计7。因此，与其中仅通过由小开口等截取光来选择取入来自平面光源101的不同部分的光的比较情况相比较，可以通过光的聚集来有效选择取入来自平面光源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类似原因导致的错误，且因此，改进了光测量的精确度。另外，光学聚集装置5包括：其中已形成有第一开口37a的第一隔膜元件37，第一开口37a透射来自平面光源101的不同部分的光，同时限定光的横截面；其中已形成有第二开口39a的第二隔膜元件39，第二开口39a的开口面积比第一开口37a的开口面积小，第二开口39a透射通过第一隔膜元件37透射的光，同时限定光的横截面；以及聚集透镜41，用于将通过第二隔膜元件39透射的光聚集在分光计7的光接收面上。因此，可以将取入到可以确定立体角的配置中的光线所形成的形状形成为较接近圆锥形，以抑制光通量的密度分散，同时可以将具有足以执行测量的量的光通量输入到如本文以上参看图6所述的分光计7中。

光测量装置1包括：定位光源11，能够通过空间分割装置3的操作来将光连续投射到平面光源101的不同部分；以及计算机9，能够存储在来自定位光源11的光投射到平面光源101上提供的标记时的位置，并被配置为基于所存储的位置来控制空间分割装置3以连续偏转来自平面光源101的不同部分的光。因此，即使在将光测量装置1安装到平面光源101中时出现物理定位错误，但是仍然可以在测量时补偿该错误。

应注意，在上述实施例中，分光计7是检测器的实例以及聚集透镜41是聚集光学元件的实例，而计算机9是控制装置的实例，且空间分割装置3与光学聚集装置5的组合是光学测量装置的实例。

第二实施例

图9示出了根据本发明的第二实施例的光测量装置501的光学聚集装置505的概括配置。应注意，除了光学聚集装置505的配置之外，光测量装置501在配置方面与第一实施例的光测量装置1是通用的。

参看图9，光学聚集装置505包括：其中已形成有开口537a的隔膜元件537，用于透射来自平面光源的101不同部分的任何部分的光，同时限定光的截面形状。光学聚集装置505还包括：输入有通过隔膜元件537透射的光的目标侧远心透镜539和被配置为将从目标侧远心透镜539发出的光聚集到分光计7的光接收面的中继透镜541。

图10示出了光学聚集装置505中的光路。应注意，图10中省略了空间分割装置3。

参看图10，光学聚集装置505不从除开口537a之外的任何地方接收光。目标侧远心透镜539是用于从其中输入光的地方发出仅平行光的透镜。因此，隔膜元件537的开口537a的直径保持与测量直径d1相同。取入到分光计7中的光的能量由开口537a的直径确定。

应注意，目标侧远心透镜539具有比隔膜元件537的开口537a的直径更大的直径。另外，优选地，目标侧远心透镜539的焦距与到平面光源101的距离相等。

中继透镜541将从目标侧远心透镜539发出的光聚集到光纤43的端面。应注意，与第一实施例中类似，将整个光学聚集装置505的NA设为比光纤43的NA小。

使用上述的第二实施例，由于光学聚集装置505仅将来自从平面光源101发出的光中的平行光导入到分光计7，所以消除了如图7的比较实例中的光通量密度通过光学聚集装置的配置分散在所取入光的部分区域中的情况。另外，由于即使平面光源101与光测量装置1之间的距离改变，但是测量直径d1仍然固定，所以改进了测量精确度。另外，可以仅通过调整开口537a的直径量值来将测量直径d1设为任意尺寸。

应注意，在上述第二实施例中，目标侧远心透镜539是远心透镜的实例，且中继透镜541是中继光学元件的实例。

第三实施例

图10示出了根据本发明的第三实施例的光测量装置601的光学聚集装置605的概括配置。应注意，除了光学聚集装置605的配置之外，光测量装置601在配置方面与第一实施例的光测量装置1是通用的。

光学聚集装置605包括：其中已形成有第一开口637a的第一隔膜元件637，第一开口637a透射来自平面光源101的不同部分的光，同时限定光的横截面；以及物镜639，用于聚集通过第一隔膜元件637透射的光。光学聚集装置605还包括：第二隔膜元件641，位于物镜639的后侧焦点上，且其中已形成有第二开口641a，第二开口641a透射由物镜639聚集的光，同时限定光的横截面。光学聚集装置605还包括：中继透镜643，被配置为将通过第二隔膜元件641透射的光聚集到分光计7的光接收面。

图12示出了光学聚集装置605中的光路。应注意，图12中省略了空间分割装置3。

光学聚集装置605不从除第一开口637a外的任何地方接收光。由于第二隔膜元件641被放置在物镜639的后侧焦点上，即，出射侧上的焦点上，所以物镜639和第二隔膜元件641共同形成了具有目标侧远心性质的光学系统。详言之，物镜639和第二隔膜元件641透射来自入射光中的大体上平行的光。因此，与第二实施例类似，测量之间d1基本上等于第一开口637a的直径。

此处，由于第二开口641a的大小被减少以变成(例如)0.3～0.6mm的小开口，所以通过第二开口641a透射的入射光接近平行光。同时，在本实施例中，由于通过第二开口641a透射的光通量的量减少，所以第二开口641a的大小设为(诸如)比分光计7的光接收面的直径大的尺寸的某个尺寸(明确地，1mm或更大)。

在此实例中，由第一开口637a的直径和第二开口641a的直径确定立体角，且如果确定了平面光源101与第一开口637a之间的距离(即，测量距离)，那么确定了测量直径d1。因此，可以通过调整第一开口637a的直径、第二开口641a的直径和测量距离来将测量直径d1设置为任意值。应注意，在本实施例中，取入到分光计7中的光的能量由立体角确定，且如果立体角是固定的，那么平面光源的亮度不会被距离改变。

中继透镜643将从第二隔膜元件641发出的光聚集到光纤43的端面。应注意，与第一实施例类似，整个光学聚集装置605的NA设为比光纤43的NA小。

使用上述第三实施例，由于光学聚集装置605仅将来自从平面光源101发出的光中的平行光导入到分光计7，所以消除了如图7的比较实例中光通量密度通过光学聚集装置的配置分散在所取入光的部分区域中的情况。另外，由于即使平面光源101与光测量装置1之间的距离变动，测量直径d1的变化也很小，所以改进了测量精确度。应注意，在第三实施例中，物镜639是目标光学元件的实例，且中继透镜643是中继光学元件的实例。

本发明不限于上述实施例，而是可以用多种形式来执行。

光测量装置和扫描光学系统不限于包括二维扫描的那些光测量装置和扫描光学系统，而是可以为执行一维扫描的类型。另外，测量目标的平面光源可以为其上可以仅通过一维扫描来执行整个光源的测量的延长平面光源。平面光源不限于用于显示装置的光源。例如，平面光源可以应用于照明或者应用为用作显示装置的背光的平面光源。将由检测器探测的与光有关的量值可以为物理量值或心理物理量值，或者可以为除亮度或色度以外的量值。

聚集光学元件、目标光学元件和中继光学元件不限于使用透镜形成。例如，还可以使用弯曲表面镜面或弯曲表面镜面与透镜的组合形成。另外，聚集光学元件、远心透镜、目标光学元件和中继光学元件可以使用单个光学元件(诸如，单一透镜)形成或者可以为光学元件群(诸如，透镜群)。远心透镜不限于目标侧远心透镜，而是可以为双侧远心透镜。

第一隔膜元件37、39、537、637或641的开口可以为固定或变化的。当开口为变化的时，隔膜元件可以为具有(例如)彼此不同直径且形成在相同圆周上以使通过旋转隔膜元件来改变将插入光路中的开口的多个开口的类型。或者，如在图像获取装置等中使用的隔膜元件的情况下，隔膜元件可以由多个隔膜叶片的组合形成。同样，当开口的直径固定时，可以安装隔膜元件来替代，以使开口的直径变得基本可变。

如上所述，整个光学聚集装置的出射侧上的NA优选地比检测器的入射侧上的NA小。然而，如果难以使整个光学聚集装置的出射侧上的NA比检测器的入射侧上的NA小，那么如图13所示，可以在聚集透镜或中继透镜与检测器之间放置扩散器51。图13示出了在第一实施例中放置扩散器51的配置。将由聚集透镜41聚集的光投射到扩散器51。随后，如果以间隔预定距离的关系放置扩散器51和光纤43以使扩散器51的投射区域可以包括在在光纤43中由全反射可以导入光的角度中，那么可以将由光学聚集装置聚集的光有效地导入到光纤43中。

检测器并非必须包括光纤。例如，可以将光学聚集装置所聚集的光直接导入或接收或通过分光计的缝隙导入或接收。同样，在检测器不包括光纤的情况下，当确定了入射侧上的NA时，光学聚集装置的出射侧上的NA优选地比检测器的入射侧上的NA小。当难以使光学聚集装置的出射侧上的NA比检测器的入射侧上的NA小时，优选地，在光学聚集装置与光纤之间放置光扩散板。

在光测量装置和扫描光学系统中，可以响应于特定条件(诸如，目标的使用或测量目标的类型)，将各种光学元件放置在合适位置。例如，有时要求光测量装置准备多种光度。在此实例中，可以通过将检测器(诸如，分光计)的积分时间设置为适当值来正常满足该要求。然而，当平面光源不连续发光而闪烁时，检测器的积分时间有时会受到限制。在此实例中，可以在光路中放置ND(消光)过滤器。应注意，虽然可以适当设置ND过滤器的放置位置，但是优选地，将多个不同种类的ND过滤器经过放置以便能够可切换地使用。当将测量平面光源的非常亮的光(诸如，背光)时，自然也使用ND过滤器。

相反，在光测量装置和扫描光学系统中，可以适当省略一些光学元件(诸如，中继透镜541或643)。例如，可以将由远心透镜或物镜所聚集的光直接导入到检测器1中。

本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包括在随附权利要求或等同物的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测量来自平面光源的光的光测量装置，包括：

空间分割装置，被配置为执行用于连续取入来自所述平面光源的不同部分的光的操作；

光学聚集装置，被配置为聚集通过所述空间分割装置的操作而取入的来自所述平面光源的不同部分的光；

检测器，被配置为接收由所述光学聚集装置聚集的光并输出对应于所接收光的信号；

定位光源，能够响应于所述空间分割装置的操作，将光连续投射到所述平面光源的不同部分；以及

控制装置，能够存储当来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标记上时的位置，并被配置为控制所述空间分割装置，以基于所存储的位置连续偏转来自所述平面光源的不同部分的光。

2.根据权利要求1所述的光测量装置，其中，所述光学聚集装置包括：

第一隔膜元件，其中形成有第一开口，所述第一开口透射来自所述平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定所述光的横截面；

第二隔膜元件，其中形成有第二开口，所述第二开口的开口面积小于所述第一开口的开口面积，所述第二开口透射通过所述第一隔膜元件透射的光，同时限定所述光的横截面；以及

聚集光学元件，被配置为使通过所述第二隔膜元件透射的光聚集于所述检测器的光接收面上。

3.根据权利要求1所述的光测量装置，其中，所述光学聚集装置包括：

隔膜元件，其中形成有开口，所述开口透射来自所述平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定所述光的横截面；以及

远心透镜，被配置为接收从所述隔膜元件向其透射并在其与所述隔膜元件相邻的侧面上远心聚焦的光。

4.根据权利要求3所述的光测量装置，还包括：中继光学元件，被配置为将从所述远心透镜出射的光聚集在所述检测器的光接收面上。

5.根据权利要求1所述的光测量装置，其中，所述光学聚集装置包括：

第一隔膜元件，其中形成有第一开口，所述第一开口透射来自所述平面光源的不同部分中的任一部分的光，同时限定所述光的横截面；

目标光学元件，被配置为聚集通过所述第一隔膜元件透射的光；以及

第二隔膜元件，位于所述目标光学元件的后侧上的焦点处，且其中形成有第二开口，所述第二开口透射通过所述目标光学元件聚集的光，同时限定所述光的横截面。

6.根据权利要求5所述的光测量装置，还包括：中继光学元件，被配置为使通过所述第二隔膜元件透射的光聚集在所述检测器的光接收面上。

7.根据权利要求1所述的光测量装置，还包括：扩散器，被配置为接收由所述光学聚集装置聚集并向其投射的光；

所述检测器，以与所述扩散器间隔预定距离的关系放置，以使所述扩散器中投射有光的区域被包括在所述检测器可以取入光的角度中。

8.一种用于部分提取来自平面光源的光的扫描光学系统，包括：

空间分割装置，被配置为连续取入来自所述平面光源的不同部分的光；

光学聚集装置，被配置为聚集通过所述空间分割装置的操作取入的来自所述平面光源的不同部分的光；

定位光源，能够响应于所述空间分割装置的操作，将光连续投射到所述平面光源的不同部分；以及

控制装置，能够存储当来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标记上时的位置，并被配置为控制所述空间分割装置，以基于所存储的位置连续偏转来自所述平面光源的不同部分的光。

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