CN102822648A - 测量用光学系统以及使用了该系统的色彩亮度计及色彩仪 - Google Patents

Abstract

在本发明所涉及的测量探头（40）中，测量光被分支光学系统（12）分支为多个分支光，各分支光在经由作为滤色片的各干涉膜滤光片（13A、14A、15A）被各受光传感器（13B、14B、15B）接受时，经由形成近似两侧远心系统的各聚光透镜组（13C、14C、15C）向各干涉膜滤光片（13A、14A、15A）入射。而且，干涉膜滤光片（13A、14A、15A）形成为根据相对于向该干涉膜滤光片（13A、14A、15A）入射的入射光的入射角度的强度分布的条件，得到与测量参数对应的透过率特性。因此，本发明涉及的测量探头（40）能够在使用干涉膜滤光片（13A、14A、15A）的同时，减少因其入射角度引起的透过率特性的偏差的影响。

Description

测量用光学系统以及使用了该系统的色彩亮度计及色彩仪

技术领域

本发明涉及被使用于色彩亮度计、色彩仪等的测量用光学系统以及使用了该测量用光学系统的色彩亮度计以及色彩仪，该色彩亮度计接受从液晶显示器、灯等光源放射的光，对光源的亮度（Lv）、色度（xy）进行测量，该色彩仪接受照射到被测量物的光的反射光，对被测量物的反射率、色度（Lab等）进行测量。

背景技术

对液晶显示器的亮度（Lv）、色度（xy）进行测量的色彩亮度计例如构成为具备与上述液晶显示器的显示画面对置配置的测量探头以及计测器主体。上述测量探头利用各个传感器测量例如由CIE（国际照明委员会）规定的等色函数X、Y、Z这3个刺激值，上述计测器主体根据该测量结果来运算作为被测量物的显示画面3的亮度、色度。

这样的色彩亮度计、色彩仪中采用的测量用光学系统的典型现有技术例如如专利文献1所示。

在该专利文献1中，为了使入射光向与上述3个刺激值对应的三个测色光学系统的各个入射而使用了光纤束（bundle fiber）。上述测色光学系统通过对分别与上述3个刺激值对应的滤色片组合受光传感器而构成，在上述光纤束的分支为3个的各出射端配置有这些各测色光学系统的各滤色片。而且，在该专利文献1的上述光纤束中，从捆成圆形的入射端侧观察，沿周方向被分割为6个，位于对角线上的束彼此被捆绑。由此，实现了因指向性（配光特性）引起的测量误差的减少。

然而，由于上述滤色片通过层叠多枚光吸收类型的滤光片而构成，以使入射光成为与上述X、Y、Z这3个刺激值等的所希望分光特性对应的透过率，所以存在不能够设计例如图21所示那样的在2个波段具有透过率峰值的特性的滤波片、即滤波片设计的自由度较小这一问题。而且，也存在透过率较小、光量损耗较大这一问题。并且，特别是在薄片状的滤色片中，还存在相对热、光（紫外线）、湿度等，老化变化剧烈（稳定性差）这一问题。

鉴于此，例如专利文献2中提出了一种代替上述光吸收类型的滤光片而使用干涉类型的滤光片（以下称为干涉膜滤光片）作为上述滤色片的现有技术。该干涉膜滤光片是在玻璃基板上利用真空蒸镀、溅射等方法将电介质、氧化物层叠数十层而形成的，是利用光的干涉作用进行透过／反射的波长选择的滤光片。

然而，由于上述干涉膜滤光片因入射角度的不同，透过率不同，所以存在在平行光（0度）入射中误差灵敏度较高这一问题。

专利文献1:日本特开2003－247891号公报

专利文献2:日本特开2010－2255号公报

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而完成的发明，其目的在于，提供一种在使用干涉膜滤光片的同时，能够减少因其入射角度所引起的透过率特性的偏差影响的测量用光学系统以及使用了该测量用光学系统的色彩亮度计及色彩仪。

在本发明所涉及的测量用光学系统以及使用了该测量用光学系统的色彩亮度计及色彩仪中，测量光被分支为多个分支光，各分支光在经由各干涉膜滤光片被各受光传感器接受时，经由构成近似两侧远心系统的各聚光透镜组向上述各干涉膜滤光片入射。而且，上述干涉膜滤光片按照形成为根据相对于向该干涉膜滤光片入射的入射光的入射角度的强度分布的条件，得到与测量参数对应的透过率特性。因此，本发明所涉及的测量用光学系统以及使用了该测量用光学系统的色彩亮度计及色彩仪能够在使用干涉膜滤光片的同时，减少因其入射角度引起的透过率特性的偏差的影响。

上述以及其他的本发明的目的、特征和优点根据以下的详细记载和附图会变得清楚。

附图说明

图1是表示实施的一个方式所涉及的色彩亮度计的测量探头内的构成（测量用光学系统）的图。

图2是表示图1所示的测量探头中的测色光学系统的具体构成的图。

图3是图2的光路图。

图4是图1所示的测量探头中的物镜的光路图。

图5是用于说明向干涉膜滤光片入射的光束的强度分布的测量方法的图。

图6是表示向干涉膜滤光入射的光束的强度分布的一个例子的图表。

图7是表示上述干涉膜滤光片的分光强度分布的图表。

图8是表示向上述干涉膜滤光片入射的角度的分布、与滤光片倾斜的情况下的影响的图表。

图9是表示在图8所示的入射角度分布的光学系统中设置了干涉膜滤光片的情况下的透过率分布的图表。

图10是表示向上述干涉膜滤光片入射的角度的大小与误差的关系的图表。

图11是表示光纤束的出射角度分布的例子的图。

图12是示意地表示上述聚光透镜组的具体设计例的图。

图13是表示上述聚光透镜组的具体构成例的图。

图14是用于说明通过色彩亮度计对液晶显示器的测量方法的图。

图15是表示色彩亮度计的测量探头侧的简要构成的框图。

图16是表示色彩仪的测量探头侧的简要构成的框图。

图17是表示现有技术的色彩亮度计的测量探头内的构成（测量用光学系统）的图。

图18是用于说明上述液晶显示器的配光分布的图。

图19是表示上述液晶显示器的配光分布的一个例子的图表。

图20是表示上述液晶显示器中的RGB各色的像素排列与测量区域的关系的图。

图21是表示上述干涉膜滤光片的分光透过率特性的一个例子的图。

图22是表示相对于向上述干涉膜滤光片入射的角度的变化的分光透过率特性的变化的图。

图23是用于示意地说明在图17所示的测量用光学系统中使用干涉膜滤光片的情况下，未使用聚光透镜的情况下的第1方式的光学系统的构成的图。

图24是用于示意地说明在图17所示的测量用光学系统中使用干涉膜滤光片的情况下，使用了聚光透镜的情况下的第2方式的光学系统的构成的图。

图25是用于示意地说明在图17所示的测量用光学系统中使用干涉膜滤光片的情况下，使用了聚光透镜的情况下的第3方式的光学系统的构成的图。

图26是用于说明光纤内的光的传播的情况的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的一个实施方式进行说明。其中，在各图中标注相同符号的构成表示是相同的构成，适当地省略其说明。另外，在本说明书中，统称的情况下利用省略了附加字的参照符号来表示，专指个别构成的情况下利用标注了附加字的参照符号来表示。

（比较例）

为了说明本实施方式的作用效果，首先，以下对比较例进行说明。图14是用于说明使用了色彩亮度计1的液晶显示器2的亮度（Lv）、色度（xy）的测量情况的图。该色彩亮度计1构成为具备与液晶显示器2的显示画面3对置配置的测量探头4以及计测器主体5。测量探头4利用各个传感器对例如由CIE规定的等色函数X、Y、Z这3个刺激值进行测量，计测器主体5根据该测量结果对作为被测量物的显示画面3的亮度、色度进行运算。

测量探头4内的简要结构例如图15所示。即，测量探头4利用对物光学系统11接受来自作为被测量物的显示画面3的出射光，提取出预先规定的入射角的分量、例如相对于显示画面3的法线±2.5度以内的分量向分支光学系统12入射，然后分支为3个向与等色函数X、Y、Z这3个刺激值对应的测色光学系统13、14、15入射，来测量入射光强度。

另一方面，在对上述被测量物的反射率、色度（Lab等）进行测量的色彩仪的情况下，例如图16所示，在图15所示的测量探头4的构成中还具备作为光源的灯16以及照明光学系统17。利用这些灯16以及照明光学系统17向被测量物照射光，并利用上述测量探头4对该反射光进行测量。

专利文献1中表示了在这样的色彩亮度计、色彩仪中使用的测量用光学系统的典型技术。图17是表示上述技术中的测量探头4’内的构成的图。在上述技术中，测量探头4’具备对物光学系统11、分支光学系统12、和测色光学系统13。在该对物光学系统11中使用具有正光焦度（power）的凸透镜11a，在分支光学系统12中使用了光纤束12a。上述光纤束12a是将直径较小的（φ＝0.03～0.3mm左右的）素线光纤在入射端（入口）侧捆绑n（n＝数百～数千）根，在出射端（出口）侧将其随机分支为多个（例如与上述X、Y、Z这3个刺激值对应的3个），按每m根进行捆绑的光纤。入射侧以及出射侧的形状是任意（圆形、长方形等）的。

而且，该测量探头4’在凸透镜11a的后侧焦点位置配置未图示的孔径光阑，如前所述，为了获取相对于显示画面3的法线±2.5度以内的分量，成为前侧远心（Telecentric）的光学配置。光纤束12a的入射端Fi1～Fin面对上述孔径光阑面。测色光学系统13、14、15具备分别与X、Y、Z这3个刺激值对应的滤色片13a、14a、15a、和与它们组合使用的受光传感器13b、14b、15b。

这里，作为被测量物的特性，若例如对液晶显示器的情况进行考虑，则首先在其配光分布中存在指向性。即，光的出射强度因相对于显示画面3的法线的角度而不同，并且，还存在相对于上述法线为非对象的情况。例如，在笔记本电脑、移动电话用的显示器中，有目的地增强指向性，上述笔记本电脑的显示器的使用者大多从斜上方向往下看，因此，如图18所示，其配光分布18相对于显示画面3的法线N在上侧较多，在下侧较少。具体表示了这样的配光分布的一个例子的图是图19。

另外，在上述液晶显示器的情况下，发光强度因测量位置而不同（产生强度不均）。这样的现象因背光灯的配置位置或RGB滤光片的排列与测量探头4的位置关系而产生。图20中表示了液晶显示器的RGB各色的像素排列与测量区域的关系。例如，若着眼于中央的行，则在实线的测量区域A1中包括G为2个，R、B为一个的像素，与之相对，在从测量区域A1向像素排列方向移动1个像素后的虚线的测量区域A2中包括B为2个，R、G为一个的像素。在上述测量区域较小的（例如φ＝5mm以下的）情况下，这样的强度不均很显著。

并且，被测量物（液晶显示器）具有非轴对称的特征，另一方面，测量器被要求稳定的测量结果。即，要求即便使测量探头4绕光轴旋转，测量结果也不变动（无旋转误差）。这样的现象并不限于液晶显示器，在测量反射光的色彩仪中，例如在有光泽的打印物、金属、珍珠等涂装面的测量中也产生。

鉴于此，在上述专利文献1中，光纤束12a构成为从捆成圆形的入射端Fi1～Fin侧观察，多个素线光纤在周方向上被分割为6个，位于对角线上的束彼此被捆绑。由此，实现了因上述那样的指向性（配光特性）引起的测量误差的减少。

然而，滤色片13a、14a、15a通过层叠多枚光吸收类型的滤光片而构成，以使入射光成为与上述X、Y、Z这3个刺激值等所希望分光特性对应的透过率。因此，在这样的构成中，存在不能够设计例如图21所示那样的在2个波段具有透过率峰值那样的滤光片、即滤光片设计的自由度较小这一问题。而且，也存在透过率较小、光量损耗较大这一问题。并且，特别是在薄片状的滤色片中，还存在相对热、光（紫外线）、湿度等，老化变化剧烈（稳定性差）这一问题。

鉴于此，例如在专利文献2中提出了一种在滤色片13a、14a、15a中代替上述光吸收类型的滤光片而使用干涉类型的滤光片（以下称为干涉膜滤光片）的技术。该干涉膜滤光片是在玻璃基板上利用真空蒸镀、溅射等方法将电介质、氧化物层叠数十层而形成的，是利用光的干涉作用进行透过、反射的波长选择的滤光片。因此，该干涉膜滤光片也能够制成与上述那样的光吸收类型的滤光片相比，容易得到所希望的透过率（容易设计、设计的自由度较高）、等色函数X那样的具有2个峰值（山）的（如上述图21所示的）滤光片。而且，干涉膜滤光片透过率较高，例如峰值透过率在上述吸收类型中为50％以下，与之相对，该干涉膜滤光片接近100％。并且，干涉膜滤光片具有可靠性优异（因温度、湿度、光的暴露而引起的随时间变化的透过率变化较少）这样的优点。

另一方面，上述干涉膜滤光片存在由于透过率因入射角度而不同，所以在平行光（0度）的入射中误差灵敏度较高这一问题。因此，具有用于使平行光入射的光学系统变得复杂这一缺点。图22中表示了向上述干涉膜滤光片入射的光的入射角与透过率的关系。在这样0度入射的情况下，入射角度越偏离该干涉膜滤光片的法线，透过波段越向短波长侧移动。因此，部件的位置关系只是稍微倾斜，透过率特性就变得不同。

因此，入射角度的强度分布始终稳定、以及各入射角度的各个不具有固有的信息（需要入射角度分别具有均一化的信息）作为对干涉膜滤光片的要求事项。鉴于此，为了响应这样的要求，在上述专利文献2中，作为对物光学系统11，具备2个透镜以及配置于它们之间的孔径光阑，通过比向孔径光阑入射的入射角小地设定光纤束12a的入射端Fi1～Fin处的入射角，来缩小从上述光纤束12a向干涉膜滤光片入射的入射角度的展宽，补偿上述干涉膜滤光片的缺点。

这里，为了如上述那样提取出相对于显示画面3的法线±2.5度以内的分量，向分支光学系统12入射，对物光学系统11成为前侧远心的光学配置。因此，通过各个光纤素线本身所具有的信息以及向光纤素线入射的入射角所具有的信息使向各滤色片13a、14a、15a入射的入射光均匀化还是较困难的。以下详述该理由。

首先，使光纤素线的各个与从被测量面放射的角度（指向性）相关联，作为光纤素线本身所具有的信息。即，在前述的图17中，从被测量面向上方向放射的光（虚线）全部集中到上侧的光纤素线的入射端Fi1。因此，如果在光纤束12a的3束出射端Foa1～Foam、Fob1～Fobm、Foc1～Focm中随机排列多根光纤素线的关系，则这样的指向性的信息被均匀化。然而，那样的光纤束的制作较困难，而且即使能够制作也高价。实际上不知道在光纤束12a的出射端侧各光纤束排列在哪，成为偏向的排列（例如，0度周边的指向性信息集中在出射端侧的光纤束的外圆周等）。并且，即使是相同模型的测量器，在各个中偏向的状态也不同。

接下来，由于作为向上述光纤束入射的入射角所具有的信息，在各光纤束内，光因纤芯与包层的折射率差而重复全反射地被传送，所以若如上所述，使向各光纤素线入射的入射角度与被测量面内的位置相关联（图17中，从S1放射的光始终以恒定的角度向光纤入射），则在光纤长度较短时，入射角＝±出射角，入射角度所具有的信息被保存为出射角度（也包括符号反转的情况）。

这里，在光纤长度为某一程度以上的情况下，在光纤中传送的期间（纤芯－包层间多次反射的期间），入射角度被随机地均匀化，光纤越长（反射的次数越增加），该问题越被消除。这是因为，光纤利用纤芯与包层的折射率差，理想的情况下应该如图26（a）所示使入射光全反射，但实际上因折射率的局部的差（脉纹）、光纤直径的局部的不同（粗、细），或者光纤的弯曲带来的反射面的弯曲等，出射位置、出射角度如图26（b）所示那样变得随机。

这样，在光纤长度为某种程度以上的情况下，得到与漫射板相同的漫射效果（与漫射板相比，光量的降低较少），入射光被均匀化地出射，光纤越长，该出射角度的分布越接近光纤固有的NA。即，与向光纤入射的入射角度无关，以光纤固有的NA条件出射。因此，上述的专利文献2在该点上矛盾。为了减小来自光纤的出射角（减小向滤色片13a、14a、15a入射的入射角），需要以某程度以下的较短光纤构成，但在较短的情况下，向光纤入射的入射角所具有的信息有偏差，产生测量误差。

另一方面，需要以相同的条件（不取决于向干涉膜滤光片入射的入射角）接受全部的光束。然而，由于如上所述，在从光纤束12a出射的光束中分别具有被测量物特定的信息，所以需要不缺少这些信息、且以相同的条件使光通过滤色片13a、14a、15a，并由受光传感器13b、14b、15b接受。若缺少一部分的信息地进行受光，则如前所述，若使测量探头4旋转，则受光数据伴随着旋转而变化（旋转误差），若缺少的条件按测量器不同，则产生器差（在相同模型的测量器中测量结果产生差）。

因此，在接受全部的光束（上述信息）的情况下，如果想要无聚光透镜地进行，则如图23所示，导致滤色片a以及受光传感器b相对于光纤束12a的出射端Foa1～Foam侧的光纤束变大，并且，它们的间隔A、B也变大，大小（空间）以及成本存在非常大的问题。由于滤色片a以及受光传感器b随着尺寸变大而变得昂贵，所以迫切期望尽量以较小的尺寸构成。

例如，在出射端Foa1～Foam侧的光纤束的直径φ是2.3mm，光纤出射角θ是±40度，而且，上述出射端Foa1～Foam与滤色片a的间隔A是1mm，滤色片a的厚度是1mm，滤色片a与受光传感器b的间隔缝隙B是1mm，从受光传感器b的外装面到受光单元的距离是1mm，它们共计是4mm厚度的情况下，受光传感器b的单元尺寸（矩形单元的情况下，其短面的长度）成为（1.15＋tan40度×4）×2＝9.0mm这样巨大的尺寸。

另一方面，如上所述，在接受全部的光束（上述信息）的情况下，为了尽量较小地构成滤色片a以及受光传感器b，也可以考虑由聚光透镜进行聚光然后受光。图24以及图25表示了该情况下的构成。图24表示了使用聚光透镜19以平行光向受光传感器b入射的例子，图25表示了使用聚光透镜19向受光传感器b成像的例子。然而，在这样的构成中，存在若使用干涉膜滤光片作为滤色片a，则会受到前述那样的各个光纤素线所具有的信息以及向光纤素线入射的入射角所具有信息的影响这一问题。

更具体而言，首先由于作为光纤素线所具有的信息，从各个素线出射的光束以不同的角度向滤色片a入射，所以导致从具有分别不同的信息的素线出射的光束的受光灵敏度不同。即，如图24以及图25所示，在从出射端Foa1出射的光和从Foam出射的光中，向滤色片12a入射的角度不同。

接下来，在作为向光纤素线入射的入射角所具有的信息，光纤较短的情况下，如前所述，入射角度所具有的信息被保存，射出光。因此，如图24以及图25所示，各光纤素线出射的角度的各个反映了入射角度，例如如实线与虚线所示那样被保存，由此，向滤色片a入射的入射角度也不同。但是，在光纤长度十分长的情况下，在通过光纤内部的期间，角度被随机混合（mixing），来自各光纤素线的出射光的角度被变换为均匀化后的信息，没有问题。然而，如前所述，以光纤固有的NA条件出射。

（实施方式1）

接下来，以下对一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施一方式所涉及的测量探头40内的构成（测量用光学系统）的图。该测量探头40作为前述的图15所示的色彩亮度计或图16所示的色彩仪的测量探头4而被使用。作为测量方法的一个例子，与前述的图14相同，色彩亮度计构成为具备与液晶显示器2的显示画面3对置配置的测量探头40、以及基于测量探头40的输出来求出色彩亮度的计测器主体5。另外，作为测量方法的另一个例子，与前述的图16相同，色彩仪构成为具备向被测量物照射测量光的测量光照射部、对由被测量物反射的上述测量光的反射光进行测量的测量探头40、以及基于测量探头40的输出来求出色彩的计测器主体。对于该测量探头40的简要的模块构成而言，在该测量探头40中，与图17所示的测量探头4’类似，在对应的部分标注相同的参照符号来表示。

即，该测量探头40具备：接受来自被测量物的光的对物光学系统11；将从对物光学系统11出射的出射光分支为多支的分支光学系统12；和与分支光学系统12的各出射端分别对应设置，对从上述各出射端出射的各出射光进行检测的多个测色光学系统13、14、15。在对物光学系统11中使用具有正的光学焦度（折射力、焦距的倒数）的双凸透镜11a，在分支光学系统12中使用光纤束12a，该光纤束12a通过捆绑多个光纤素线而构成，来自对物光学系统11的出射光向该光纤束12a的一端侧入射，在另一端侧上述多个光纤素线被分割为多束。而且，在凸透镜11a的后侧焦点位置配置未图示的孔径光阑，如前所述，为了获取相对于显示画面3的法线以半角α、例如前述的±2．5度以内的分量，对物光学系统11成为前侧远心的光学配置。光纤束12a的入射端Fi1～Fin面对上述孔径光阑面。

这里，在本实施方式的测量探头40中，测色光学系统13、14、15分别具有：聚光透镜组13C、14C、15C，被入射从分支光学系统12、在本实施方式中从光纤束12a的另一端侧出射的出射光；干涉膜滤光片13A、14A、15A，被入射从聚光透镜组13C、14C、15C出射的出射光，作为滤色片的、以规定的透过率特性使上述出射光透过；以及受光传感器13B、14B、15B，被入射从干涉膜滤光片13A、14A、15A出射的出射光，对上述出射光的强度进行检测；聚光透镜组13C、14C、15C分别形成近似两侧远心系统，而且，干涉膜滤光片13A、14A、15A的透过率特性被调制为规定的特性。即，为了使用干涉膜滤光片作为滤色片13A、14A、15A，在光纤束12a与这些各干涉膜滤光片之间分别夹设有构成近似两侧远心系统的各聚光透镜组13C、14C、15C，并且，干涉膜滤光片13A、14A、15A的透过率特性被调制。

首先，参照图2，以聚光透镜组13C、14C、15C中的聚光透镜组13C为例，对该聚光透镜组13C进行说明。聚光透镜组14C、15C与该聚光透镜组13C相同地构成。该聚光透镜组13C构成为具备：2组聚光透镜13C1、13C2，如构成上述两侧远心系统那样，例如都具有正的光学焦度；和孔径光阑13C3，其被夹设于聚光透镜13C1、13C2之间。如图3所示，该孔径光阑13C3配置于聚光透镜组13C中的被配置于被测量面侧的聚光透镜13C1的像面侧的焦距f1的位置、且聚光透镜组13C中的被配置于像面侧的聚光透镜13C2的被测量面侧的焦距f2的位置。其中，设为光纤束12a的长度是规定值以上，光纤束12a的出射角根据光纤的开口率（NA）预先规定。由此，通过以f1＋f2的主点间隔配置2组聚光透镜13C1、13C2，也可以不特别设置孔径光阑13C3。

返回到图2，通过这样组合规定值以上的长度的光纤束12a和两侧远心的光学系统，使得从光纤束12a的各个光纤素线的出射端Foa1～Foam出射的光束的全部以相同的角度的展宽向滤色片13A入射。因此，即使各光纤素线具有不同的信息，干涉膜滤光片中的透过率特性也相同，受光传感器13B中的受光数据不受被测量物的特性的影响。即，不产生测量器的旋转误差。更具体而言，在图2中，从出射端Foa1向上侧出射的光UL（实线）、与向下侧出射的光LL（虚线）都具有相同的展宽角度θa11、θa12地向滤色片13A入射。这样，光纤束12a的各光纤素线所具有的信息能够被均匀化。

与此相对，在光纤较短的情况下，由于入射角度所具有的信息保持原样被保存而出射，所以从光纤素线出射的各个角度的光以不同的角度向滤色片13A入射，从而各个中具有不同的信息，受光传感器13B中的受光灵敏度变得不同。即，如前述的图17所示，从光纤素线出射的实线的光与虚线的光向滤色片13A入射的角度不同。因此，如上所述，通过充分增长光纤长度，在该光纤内部通过的期间，入射角度不同的光被随机混合（Mixing），该光所具有的信息需要被变换为是根据开口率（NA）规定的展宽、且均匀化后的信息。能够使向这样的光纤素线入射的入射角所具有的信息消除的上述充分的长度为纤芯直径的30倍以上。

另外，为了使物镜11a成为前侧远心的光学配置，例如如图4（a）所示，若设测量范围为φ＝27mm的圆形、针对受光开口角α为测量液晶显示器的情况下的业界规定的上述±2．5度以内的情况考虑透镜性能（象差等）而在设计上设为±2.3度、从显示画面3到该物镜11a的距离设为30mm、光纤束12a的入射径设为φ＝4.0mm、该物镜11a的像面侧的焦距f0设为50mm，则光纤束12a的入射角α1（NA）以半角成为后述的约15度。此时，光纤束12a（3分支）的出射侧的面积成为2.0²×π÷3＝4.18mm²，出射侧的直径成为2×√（4．18÷π）＝2.3mm。

此外，也可以如图4（b）所示，物镜11a是被测量面与光纤束12a的入射端Fi1～Fin成为成像关系那样的光学配置。该情况下，被测量面的各位置与光纤的各素线相对应，例如从被测量面的一端S1放射的光始终向一端的入射端Fin入射，从被测量面的另一端S3放射的光始终向另一端的入射端Fi1入射。

在如上述那样构成的测量光学系统中，干涉膜滤光片的入射角与透过率的关系如前述的图22所示（Y滤光片的例子）。与此对应，在本实施方式中，向基于光纤束12a的开口率（NA）以及聚光透镜组13C、14C、15C的特性等而变化的干涉膜滤光片入射的入射光束的实际强度分布通过例如图5所示那样的测量、模拟等来求出。在图5中，使亮度计30在距离聚光透镜13C2的中心相同的半径上移动，以所有的立体角（锥角）测量来自后段的聚光透镜13C2的放射光束的强度。

另一方面，在模拟的情况下，首先向干涉膜滤光片入射的入射角度由光纤的出射面积以及出射角度、和聚光透镜组13C、14C、15C的焦距以及透镜配置决定。而且，使用透镜模拟软件等，根据构成的光学部件的各个条件、特性，计算出滤光片面中的入射光束的强度分布。例如，来自光纤的出射条件设为以光纤固有的NA条件出射，根据聚光透镜组13C、14C、15C的结构数据，进行光线跟踪模拟。

图6表示了这样求出的向干涉膜滤光片入射的入射光束的强度分布的一个例子。在该图6所示的例子中，表示了使上述的亮度计30在规定范围的圆弧上移动的情况（1维）下的强度的变化。通过将该图6所示那样的相对强度（以立体角考虑的相对强度：所谓的“锥角中的透过率”）与前述的图22所示那样的干涉膜滤光片的各个入射角度下的透过率相乘，来运算考虑了入射角度的强度分布的滤光片透过率。结果，例如在图7中成为以参照符号β1（虚线）所示的曲线。

而且，最终由测量器得到的受光灵敏度是在这样的滤光片透过率的基础上，还加入了光学系统（透镜、光纤等）的透过率、受光传感器的受光灵敏度、受光传感器面等中的反射特性等特性后的受光灵敏度，这成为最终的受光灵敏度。在本实施方式中，例如调制上述干涉膜滤光片，以使最终得到的受光灵敏度成为与图7中由参照符号β2（实线）表示那样的所希望的（由CIE规定的）等色函数近似的受光灵敏度。

这里，对向上述干涉膜滤光片入射的入射角度的展宽条件进行说明。若因部件误差等使得该干涉膜滤光片被倾斜安装，则针对向该干涉膜滤光片入射的入射角度的强度分布与设计值偏离，与此相伴，所得到的滤光片透过率不同，因此，传感器受光灵敏度分布变得不同。对于这样倾斜安装了滤光片的情况下的透过率变化的影响而言，由于强度分布越窄，影响越大，所以优选向滤光片入射的入射角度的强度分布具有某种程度以上的展宽。

因此，图8中表示了入射角度的分布与滤光片倾斜的情况下的影响。图8（a）是表示入射角度以半角为7.5度的情况下的设计值的强度分布（实线）、和滤光片倾斜了1度的情况下的强度分布（虚线）的图表，图8（b）是表示了入射角度以半角为17.5度的情况下的设计值的强度分布（实线）、和滤光片倾斜了1度的情况下的强度分布（虚线）的图表。这里所说的入射角度7.5度（半角）是指相对入射角度的强度分布的峰值（通常大多0度成为峰值）近似为5％的角度。

而且，分别在图9（a）以及图9（b）中表示了在这些图8（a）以及图8（b）所示的入射角度分布的光学系统中，设置了如前述的图22所示的干涉膜滤光片的情况下的透过率分布。在这些图9（a）以及图9（b）中，强调表示了倾斜的值相对于上述设计值的偏离量。比较图9（a）与图9（b）可知，入射角度的强度分布较宽的一方，相对于滤光片的倾斜的误差变小。若将这样的滤光片入射角度的大小与误差（与设计值的差量）的关系图表化，则成为图10所示的曲线。根据该图10，通过在滤光片倾斜了1度的情况下，将入射角度的展宽角设定为15度（半角）以上，误差量被抑制为2.5％以下。因此，若考虑相对于实际使用中的光纤倾斜的误差灵敏度，则优选向干涉膜滤光片入射的入射角度的展宽是15度（半角）以上。

因此，为了将光纤束12a的入射角α1以半角设为该15度以上，设光纤束12a的开口率NA设为0.26（15度）以上。这里，光纤的NA包括设计上的NA、与实际的（有效的）NA。设计上的NA一般是根据光纤纤芯的折射率、与包层的折射率而计算出的值，实际的（有效的）NA是对实际的光纤出射角实际测量而得到的值。如图11所示，实际的光纤出射角与高斯形状比较相似，包括表示峰值的一半宽度的情况下的NA（50％）、表示峰值的5％宽度的情况下的NA（5％）等。在如上所述将向光纤入射的入射角α1设为15度的情况下，由于实际的NA（5％）如果不是15度以上则不能够导光，所以将NA设为NA（5％）＞NA0.26（15度）。

鉴于此，如图12所示，若作为聚光透镜组13C、14C、15C的具体设计，将光纤束12a的出射直径φ设为前述的2.3mm，将受光传感器13B、14B、15B的受光面的尺寸设为2.8×2.8mm，则为了由受光传感器13B、14B、15B接受光纤束12a的出射光束的全部，该聚光透镜组13C、14C、15C中的倍率可以比2.8／2.3＝1.22小，例如设为1.2。因此，聚光第1透镜13C1的像面侧的焦距f1与聚光第2透镜13C2的被测量面侧的焦距f2之比f2／f1也设为1.2，设f1＝5mm，f2＝6mm。

这里，聚光第1透镜13C1离光纤束12a的出射面越近，越能够紧凑地构成。另外，由于光纤的出射角如前述那样较宽（相对于透镜的Fno（F值）明亮），所以若以1枚构成该聚光透镜1，则性能的劣化较大。因此，如图13所示，该聚光第1透镜13C1由2个透镜13C11、13C12构成。另外，为了尽量成为单纯的透镜，可使用半球透镜、球透镜、平凸透镜等。

在图13中，相对地配置于被测量物侧的上述透镜13C11由向被测量物侧凸的第1半球透镜构成，相对地配置于像面侧的透镜13C12由向像面侧凸的第2半球透镜构成，聚光第2透镜13C2由球透镜构成。而且，在将聚光第1透镜13C1的焦距（第1半球透镜13C11与第2半球透镜13C12的合成焦距）设为上述f1，将聚光第2透镜13C2的焦距设为上述f2的情况下，通过将聚光第1透镜13C1与聚光第2透镜13C2的主点间隔设定为f1＋f2，从而不需要它们之间的孔径光阑，构成上述的近似两侧远心系统。这些透镜13C11、13C12、13C2是以BK7为材料的玻璃透镜，分别由R＝3mm的半球透镜、R＝4mm的半球透镜、φ＝8mm的球透镜构成。

如以上所述，本实施方式的测量探头40被用于色彩亮度计、色彩仪等，利用对物光学系统11接受从光源放射的光束、被测量物的反射光束，并使之向捆绑多根光纤素线而构成的光纤束12a入射，进行分支，在从多个出射面出射后，透过由干涉膜滤光片构成的滤色片13A、14A、15A，向求取上述光束的强度（亮度或者照度值）的受光传感器13B、14B、15B入射。由此，为了消除因吸收式的滤色片引起的上述问题，在光纤束12a与滤色片13A、14A、15A之间夹设构成近似两侧远心系统的聚光透镜组13C、14C、15C，并且对上述干涉膜滤光片的透过率特性进行调制。

因此，与光束从光纤束12a的哪个位置入射无关，从聚光透镜组13C、14C、15C的出射面出射具有规定的配光分布、且均匀化的光束，因此，通过将上述干涉膜滤光片的透过率特性设定成在来自上述聚光透镜组13C、14C、15C的出射面的具有规定的配光分布的光束进行入射时，透过光束成为与受光传感器13B、14B、15B的测量参数对应的透过率特性，从而虽然配光分布变宽，但配光分布被均匀化，反而使干涉膜滤光片的透过率特性符合其配光分布。

由此，本实施方式的测量探头40能够设定任意的透过率特性，并且能够活用光量的损耗也变少，稳定性较高这样的干涉膜滤光片的优点，弥补因入射角度引起的透过率特性的偏差较大这一该干涉膜滤光片的缺点。

此外，优选上述聚光透镜组13C、14C、15C构成为完整的远心系统，但在透镜性能（象差等）的关系上，构成完整的远心系统较困难。若考虑“主光线的角度”作为表现远心性的程度的指标，则根据本案发明人的实验，能够确认在实际使用上，周边光束的上述主光线的角度即使倾斜15度也没有问题，只要成为近似远心性即可。本案的远心系统包括这样的近似远心性。另外，光纤束12a的光纤素线的随机性也难以完全随机，在本案中也可以使用专利文献1的手法。

本说明书如上述那样公开了各种方式的技术，以下对其中主要的技术进行总结。

一个方式涉及的测量用光学系统具备：对物光学系统，其接受来自被测量物的光束；光纤束，其通过捆绑多根光纤素线而构成，一端侧被射入来自上述对物光学系统的出射光，在其另一端侧上述多根光纤素线被分割；和干涉膜滤光片，其被射入来自上述被分割的各光纤素线的另一端侧的出射光，以规定的透过率特性使该入射光透过，并使其向求取上述光束的强度的传感器入射；还包括聚光透镜组，该聚光透镜组夹设于上述光纤束与上述干涉膜滤光片之间，构成近似两侧远心系统，上述干涉膜滤光片形成为根据相对于向该干涉膜滤光片入射的入射光的入射角度的强度分布条件，得到与测量参数对应的透过率特性。

上述构成的测量用光学系统例如被用于色彩亮度计、色彩仪等。在该测量用光学系统中，在上述色彩亮度计的情况下从液晶显示器、灯等光源放射的光束，或者在上述色彩仪的情况下基于来自规定的照明光源的照射光的被测量物的反射光束由对物光学系统接受，入射到捆绑多根光纤素线而构成的光纤束，在被上述光纤束分支而从多个出射面出射后，穿过干涉膜滤光片，向求取上述光束的强度（亮度或者照度值）的传感器入射。由此，该测量用光学系统消除了因吸收式的滤色片引起的问题。而且，在该测量用光学系统中，在上述光纤束与干涉膜滤光片之间夹设有聚光透镜组，并且，上述干涉膜滤光片的透过率特性被调制。

更具体而言，首先，通过将聚光透镜组构成为形成近似两侧远心系统，从而与上述光束从光纤束的哪个位置入射无关，都从该聚光透镜组的出射面出射具有规定的配光分布、且均匀化的光束。而且，接下来，上述干涉膜滤光片的透过率特性被设定为在来自上述聚光透镜组的出射面的具有规定的配光分布的光束进行入射时，透过光束成为与传感器的测量参数对应的透过率特性。即，以往为了抑制因向干涉膜滤光片入射的入射角度所引起的透过率特性的偏差，设法使向该干涉膜滤光片入射的入射光束尽量平行（配光分布较窄），与之相对，在上述方式中，虽然配光分布变宽，但使配光分布具有均匀性，反而使得干涉膜滤光片的透过率特性符合该配光分布。

因此，这样的构成的测量用光学系统能够设定任意的透过率特性，且能够活用光量的损耗也较少、稳定性较高这样的干涉膜滤光片的优点，弥补因入射角度引起的透过率特性的偏差较大这一该干涉膜滤光片的缺点。

另外，在另一个方式中，在上述的测量用光学系统中，向上述干涉膜滤光片入射的入射角度的展宽相对于该干涉膜滤光片的法线为15度以上。

上述构成的测量用光学系统通过事先将上述规定的配光分布、即立体角（锥角）扩展为上述15度以上，能够减小相对于该干涉膜滤光片的倾斜的误差。

另外，在又一个方式中，在这些上述的测量用光学系统中，上述聚光透镜组构成为具备：第1透镜组，其具备向被测量物侧凸的第1半球透镜、和向像面侧凸的第2半球透镜；以及第2透镜组，其由球透镜构成；在将上述第1透镜组的焦距设为f1，将上述第2透镜组的焦距设为f2的情况下，这些第1透镜组与第2透镜组的主点间隔被设定为f1＋f2。

上述构成的测量用光学系统不需要上述第2半球透镜与球透镜之间的孔径光阑，能够构成上述的近似两侧远心系统。

另外，其他的一个方式涉及的色彩亮度计以及色彩仪使用上述任意一个测量用光学系统。

因此，这样的构成的色彩亮度计以及色彩仪能够实现使用了干涉膜滤光片的高精度的色彩亮度计以及色彩仪。

该申请以2010年3月31日申请的日本国专利申请特愿2010－83954为基础申请，其内容包含于本申请。

为了表现本发明，上面在参照附图的同时通过实施方式恰当且充分地说明了本发明，但如果是本领域技术人员，则应该认识到变更以及／或者改进上述实施方式是容易做到的。因此，本领域技术人员实施的变更方式或者改进方式只要不脱离权利要求书中记载的技术方案的权利范围，该变更方式或者该改进方式便包括在该权利要求的权利范围。

工业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种测量用光学系统、以及使用了该测量用光学系统的色彩亮度计及色彩仪。

Claims (5)

1.一种测量用光学系统，其特征在于，具备：

对物光学系统，其接受来自被测量物的光；

光纤束，其通过捆绑多根光纤素线而构成，一端侧被射入来自所述对物光学系统的出射光，在其另一端侧所述多根光纤素线被分割；和

多个测色光学系统，其与所述光纤束中的所述被分割的各另一端侧的每一个对应设置，对来自所述光纤束的另一端侧的出射光进行检测；

所述多个测色光学系统分别具备：

聚光透镜组，其被射入来自所述光纤束的另一端侧的出射光，形成近似两侧远心系统；

干涉膜滤光片，其被射入来自所述聚光透镜组的出射光，以规定的透过率特性使所述出射光透过；和

受光传感器，其被射入来自所述干涉膜滤光片的出射光，对所述出射光的强度进行检测；

所述干涉膜滤光片形成为根据相对于向该干涉膜滤光片入射的入射光的入射角度的强度分布的条件，得到与测量参数对应的透过率特性。

2.根据权利要求1所述的测量用光学系统，其特征在于，

向所述干涉膜滤光片入射的入射角度的扩展相对于该干涉膜滤光片的法线为15度以上。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的测量用光学系统，其特征在于，

所述聚光透镜组具备：

第1透镜组，其具备向被测量物侧凸的第1半球透镜、和向像面侧凸的第2半球透镜；以及

第2透镜组，其由球透镜构成；

在将所述第1透镜组的焦距设为f1，将所述第2透镜组的焦距设为f2的情况下，所述第1透镜组与所述第2透镜组的主点间隔被设定为f1＋f2。

4.一种色彩亮度计，其特征在于，

使用所述权利要求1～权利要求3中任意一项所述的测量用光学系统。

5.一种色彩仪，其特征在于，

使用所述权利要求1～权利要求3中任意一项所述的测量用光学系统。

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