JP2006145374A - Reflection characteristics measuring apparatus and multi-angle colorimeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料面からの反射光特性を計測するための反射特性測定装置に関し、また照明あるいは観察方向によって異なる色彩を呈するメタリック塗装やパールカラー塗装などの特殊効果塗膜を、複数の照明あるいは観察方向で測定するマルチアングル測色計に関するものである。 The present invention relates to a reflection characteristic measuring apparatus for measuring a reflected light characteristic from a sample surface, and a special effect coating such as a metallic coating or a pearl color coating that exhibits different colors depending on the illumination or observation direction. The present invention relates to a multi-angle colorimeter that measures in an observation direction.
自動車の塗装などに用いられるメタリック塗装やパールカラー塗装は、塗装塗膜内に光輝材と呼ばれるフレーク状のアルミ片やマイカ片が含まれてなり、いわゆるメタリック効果やパール効果を呈する。これは、反射特性に対する光輝材の寄与が照明および観察方向によって異なることに起因するものである。このようなメタリック塗装やパールカラー塗装の評価(色彩測定)には、複数の方向から照明して一方向から受光する(多方向照明一方向受光)、あるいは一方向から照明して複数の方向から受光する(一方向照明多方向受光)、マルチアングルジオメトリー(光学配置)を備えたマルチアングル測色計が用いられる(例えば特許文献1)。 Metallic paint and pearl color paint used for automobile painting and the like include a flake-like aluminum piece or mica piece called a glitter material in the paint film, and exhibits a so-called metallic effect or pearl effect. This is because the contribution of the glitter material to the reflection characteristics varies depending on the illumination and observation direction. For evaluation (color measurement) of such metallic coating and pearl color coating, illumination from multiple directions and reception from one direction (multidirectional illumination, one-way light reception), or illumination from one direction and from multiple directions A multi-angle colorimeter having a multi-angle geometry (optical arrangement) that receives light (one-way illumination multi-directional light reception) is used (for example, Patent Document 1).
図13は、従来技術にかかる多方向照明一方向受光タイプのマルチアングル測色計の光学系S0を示す模式図である。この光学系S0は、5方向に配置された光源220〜260(5つの照明系)と、1方向に配置された受光系300(1つの受光系)とを備え、前記5つの照明系及び1つの受光系は、いずれも透過光学系で構成されている。図中の()内に示すように、受光系300による受光方向は試料面1の法線からの角度(対法線角)で45度、光源220〜260による照明方向の対法線角は−30度、−20度、0度、30度、65度である(試料面法線に対し受光方向のある方を正としている)。この受光方向に正反射光を与える照明方向(正反射方向)の対法線角は−45度なので、各照明方向の正反射方向からの角度(対正反射角)は、図に示すように、15度、25度、45度、75度、110度となる。従って、当該光学系S0は、メタリック及びパールペイント測定法の2つの主要な規格であるASTME2194及びDIN6175−2 2001が推奨する光学配置の対正反射角である[15度、45度、110度]及び[25度、45度、75度]を包含している。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an optical system S0 of a multi-angle colorimeter of the multi-directional illumination type unidirectional light receiving type according to the prior art. The optical system S0 includes
このような光学系S0を備えるマルチアングル測色計の動作を説明すると、先ず図示省略の制御手段によって前記光源220〜260が順次点灯される。該光源220〜260からそれぞれ発せられる光束は、コリメータレンズ122〜126によって平行光束とされ、試料面1が前述の照明方向からそれぞれ照明される。そして、対法線角45度方向の試料面反射光(試料光束)が、受光系300の受光レンズ330によってスリット板350の試料用スリット350aに収束され、結像レンズ360によって平行光束となって回折格子370に入射し、波長成分毎に分散反射される。その後、再び結像レンズ360によって収束され、図14(a)に示すセンサーアレイ380の試料用アレイ380a上に、図14(b)に示す試料用スリット350aの分散像を作って入射する。
The operation of the multi-angle colorimeter equipped with such an optical system S0 will be described. First, the
かかる光学系S0においては、照明光束の変動をモニターするための参照系を設ける必要がある。このため、5つの照明系を構成する光源220〜260の出力光束の一部が参照光束として、各々モニターファイバー220f〜260fの入射端に取り込まれる。5本のモニターファイバー220f〜260fの射出端は、図14(b)に示すスリット板350の参照用スリット350bに並べて配置される。5つの射出端から順次射出される参照光束は、前記試料光束と同様に、センサーアレイ380の参照用アレイ380b上にスリット350bの分散像を作って入射する。
In the optical system S0, it is necessary to provide a reference system for monitoring the fluctuation of the illumination light beam. For this reason, some of the output light beams of the
試料用アレイ380に入射された試料光束および参照光束の分光強度に応じた信号は、図示省略の処理回路によって分光強度データとされ、図示省略の制御演算手段に送られる。前記制御演算手段は、各方向からの照明による、前記試料光束および参照光束の分光強度データから、試料の各方向の分光反射率係数を求め、さらに必要に応じて色彩値などに変換するものである。
上述のような光学系S0によれば、光源220〜260の発光制御で照明方向を切り替え、1つの受光系300で測定する構成であるので、光源を移動させたりする機械的な可動部がなく安定性が高いという利点がある。しかしながら、照明光束の変動をモニターするために、異なる方向に配置された照明系(光源220〜260)から、各々参照光を分光手段に導く必要が生じる。このため、光学ファイバーなどの導光部材(モニターファイバー220f〜260f)の使用が避けられず、コストアップを招来するだけでなく、前記光学ファイバーの引き回しのためのスペースが必要になり装置が大型化するという問題がある。さらに、光学ファイバーは温度変化等により伝送特性が変動するため、このような温度特性等が誤差要因になるという問題もあった。
According to the optical system S0 as described above, the illumination direction is switched by the light emission control of the
従って本発明は、照明光束の変動をモニターするための参照系を、光学ファイバー等を用いることなく構成し、装置の小型化、誤差要因の排除並びにコストダウンを図る一方で、実際に試料面を照射している照明光になるべく近似した光をモニターすることができる反射特性測定装置、及びマルチアングル測色計を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, the reference system for monitoring the fluctuation of the illumination light beam is configured without using an optical fiber or the like, thereby reducing the size of the apparatus, eliminating an error factor, and reducing the cost. It is an object of the present invention to provide a reflection characteristic measuring apparatus and a multi-angle colorimeter capable of monitoring light that is as close as possible to the illumination light being irradiated.
本発明の請求項1にかかる反射特性測定装置は、試料面に照明光を照射するための測定用開口と、前記測定用開口の近傍に設けられた参照面と、前記試料面と前記参照面とを一括して照明する照明手段と、前記照明手段によって照明された前記試料面及び参照面からの反射光が入射される対物レンズと、少なくとも前記対物レンズによって収束された前記試料面からの反射光が入射される試料用スリットと、該試料用スリットに並置され前記参照面からの反射光が入射される参照用スリットと、前記試料用スリット及び参照用スリットをそれぞれ通過した試料面反射光及び参照面反射光を波長毎に分散する分散素子とを含む分光手段と、前記分光手段によって測定された試料面反射光及び参照面反射光の分光強度から試料の分光反射特性を求める制御演算手段とを具備して構成される反射特性測定装置であって、前記試料用スリット及び参照用スリットの近傍に、前記対物レンズの像を前記分散素子の近傍に作る中間レンズを備えることを特徴とする。
A reflection characteristic measuring apparatus according to
この構成によれば、試料面と参照面とを隣接させ、これらを照明手段で一括して照明し、該照明より生じる試料面反射光及び参照面反射光を、それぞれ試料用スリット及び参照用スリットに導入して分光反射特性を求める構成であるので、試料面及び参照面にそれぞれ与えられている照明光束と参照光束との近似性が高くなり、試料面に照射されている照明光の変動に対して精度良く補正しつつ測定を行える。また、前記試料用スリット及び参照用スリットの近傍に、前記対物レンズの像を分光手段の分散素子の近傍に作る中間レンズを配置しているので、共通の受光系で試料光束及び参照光束の分光特性を測定することができる。従って、多方向照明/一方向受光の光学系が採用された反射特性測定装置であっても、図12に示す従来例のように参照用のモニターファイバー220f〜260fを設けることなく参照系を構築できる。
According to this configuration, the sample surface and the reference surface are adjacent to each other, and these are collectively illuminated by the illuminating means, and the sample surface reflected light and the reference surface reflected light generated by the illumination are respectively supplied to the sample slit and the reference slit. Therefore, the approximation of the illumination light beam and the reference light beam applied to the sample surface and the reference surface, respectively, is improved, and fluctuations in the illumination light irradiated on the sample surface are obtained. On the other hand, measurement can be performed while correcting with high accuracy. In addition, an intermediate lens for creating an image of the objective lens in the vicinity of the dispersive element of the spectroscopic means is disposed in the vicinity of the sample slit and the reference slit, so that the sample light beam and the reference light beam are separated by a common light receiving system. Characteristics can be measured. Therefore, even in a reflection characteristic measuring apparatus employing a multi-directional illumination / light-receiving optical system, a reference system is constructed without providing
上記構成において、前記試料用スリット及び参照用スリットを前記対物レンズの焦点面に並置すると共に、前記対物レンズと参照用スリットとの間に光束制限手段を配置してなり、前記光束制限手段は、前記対物レンズから試料用スリットに向かう試料面反射光束を遮蔽しない一方で、対物レンズから参照用スリットに向かう参照面反射光束の一部を遮蔽するものであって、前記光束制限手段により遮蔽される参照面反射光束の一部は、前記試料面反射光束からは遠い方向の一部であるような構成とすることが望ましい(請求項2)。 In the above-mentioned configuration, the sample slit and the reference slit are juxtaposed on the focal plane of the objective lens, and a light flux limiting means is disposed between the objective lens and the reference slit, and the light flux limiting means is The sample-surface reflected light beam traveling from the objective lens toward the sample slit is not shielded, while a part of the reference-surface reflected light beam traveling from the objective lens toward the reference slit is shielded, and is shielded by the light beam limiting means. It is desirable that a part of the reference surface reflected light beam is a part in a direction far from the sample surface reflected light beam.
参照面を試料面の近傍に配置する構成を採用した場合、それぞれの面から反射される参照光束と試料光束とを分離させるのに要する所定の距離を、対物レンズと試料面との間に設定する必要が生じる。しかしながら上記構成によれば、前記光束制限手段により参照面の試料面に近い部分から反射される参照光束を部分的に除去できるようになる。従って、照明光束と参照光束との分離に必要な試料面〜対物レンズの間隔を縮小でき、受光系のコンパクト化を図ることができる。 When a configuration in which the reference surface is arranged in the vicinity of the sample surface is adopted, a predetermined distance required to separate the reference light beam and the sample light beam reflected from each surface is set between the objective lens and the sample surface. Need to do. However, according to the above configuration, the reference light beam reflected from the portion near the sample surface of the reference surface can be partially removed by the light beam limiting means. Therefore, the distance between the sample surface and the objective lens necessary for separating the illumination light beam and the reference light beam can be reduced, and the light receiving system can be made compact.
上記構成において、前記照明手段は、前記対物レンズの光軸と試料面法線とを含む測定平面内の複数の方向から、前記試料面と参照面とを一括して照明するものである場合において、前記参照面が、前記測定平面に平行な方向には大きく拡散反射し、前記測定平面に垂直な方向には小さく拡散反射する異方性拡散反射面とされていることが望ましい(請求項3)。この構成によれば、参照面が異方性拡散反射面とされているので、参照面からの反射光を前記測定平面に近い方向に集中させることができ、対物レンズへ効率的に参照光束を入射させることが可能となる。 In the above configuration, in the case where the illumination unit illuminates the sample surface and the reference surface in a lump from a plurality of directions in a measurement plane including the optical axis of the objective lens and a sample surface normal line. Preferably, the reference surface is an anisotropic diffuse reflection surface that diffuses and reflects largely in a direction parallel to the measurement plane and diffuses and reflects small in a direction perpendicular to the measurement plane. ). According to this configuration, since the reference surface is an anisotropic diffuse reflection surface, the reflected light from the reference surface can be concentrated in a direction close to the measurement plane, and the reference light beam can be efficiently directed to the objective lens. It becomes possible to make it enter.
本発明の請求項4にかかるマルチアングル測色計は、試料面に照明光を照射するための測定用開口と、前記測定用開口の近傍に設けられた参照面と、前記試料面の法線を含む測定平面に直交すると共に前記試料面に接する軸に対して回転対称とされたトロイダル鏡と、前記トロイダル鏡の焦点群からなる焦点円周近傍に複数配置された光源部とを備え、前記複数の光源部から発せられる光束を前記トロイダル鏡で反射させて平行光束とし、前記測定平面内における異なる方向から前記試料面と前記参照面とを一括して照明する照明手段と、前記照明手段によって照明された前記試料面及び参照面からの反射光が入射される対物レンズと、少なくとも前記対物レンズによって収束された前記試料面からの反射光が入射される試料用スリットと、該試料用スリットに並置され前記参照面からの反射光が入射される参照用スリットと、前記試料用スリット及び参照用スリットをそれぞれ通過した試料面反射光及び参照面反射光を波長毎に分散する分散素子とを含む分光手段と、前記複数の光源部を順次点灯させ、それぞれの照明方向において前記分光手段によって測定された試料面反射光及び参照面反射光の分光強度から試料の分光反射特性を求める制御演算手段とを具備し、さらに前記試料用スリット及び参照用スリットの近傍に、前記対物レンズの像を前記分散素子の近傍に作る中間レンズが備えられていることを特徴とする。 A multi-angle colorimeter according to a fourth aspect of the present invention includes a measurement aperture for irradiating the sample surface with illumination light, a reference surface provided in the vicinity of the measurement aperture, and a normal line of the sample surface A toroidal mirror that is orthogonal to a measurement plane including the rotation plane and rotationally symmetric with respect to an axis that is in contact with the sample surface, and a plurality of light source units arranged in the vicinity of a focal circle composed of a focal group of the toroidal mirror, A light beam emitted from a plurality of light source parts is reflected by the toroidal mirror to be a parallel light beam, and the illumination unit illuminates the sample surface and the reference surface from different directions in the measurement plane, and the illumination unit. An objective lens to which the reflected light from the illuminated sample surface and reference surface is incident, and a sample slit to which the reflected light from the sample surface converged by at least the objective lens is incident; A reference slit that is juxtaposed to the sample slit and receives reflected light from the reference surface, and dispersion that disperses the sample surface reflected light and the reference surface reflected light that have passed through the sample slit and the reference slit, for each wavelength. The spectral means including the element and the plurality of light source units are sequentially turned on, and the spectral reflection characteristic of the sample is obtained from the spectral intensity of the sample surface reflected light and the reference surface reflected light measured by the spectral means in each illumination direction. And an arithmetic lens for forming an image of the objective lens in the vicinity of the dispersive element in the vicinity of the sample slit and the reference slit.
この構成によれば、上述した反射特性測定装置の作用を奏する一方で、照明系にトロイダル鏡を用い、照明系の光路をトロイダル鏡で折り返す折り返し光路を採用すると共に、隣接する2方向の照明系でトロイダル鏡の反射面を共用することが可能となるので、照明系を大幅に小型化することができる。 According to this structure, while exhibiting the effect | action of the reflection characteristic measuring apparatus mentioned above, while using a toroidal mirror for an illumination system, the return optical path which turns the optical path of an illumination system with a toroidal mirror is employ | adopted, and the illumination system of 2 adjacent directions Since it is possible to share the reflecting surface of the toroidal mirror, the illumination system can be greatly reduced in size.
請求項1にかかる反射特性測定装置によれば、試料面及び参照面にそれぞれ与えられている照明光束と参照光束との近似性が高くなることから、試料面に照射されている照明光の変動に対して精度良く補正しつつ測定を行えるようになる。また、対物レンズと中間レンズとを採用すると共に、試料面反射光及び参照面反射光を、それぞれ試料用スリット及び参照用スリットに導入して分光反射特性を測定する構成とすることで、従来のように参照用のモニターファイバーを設けることなく参照系を構築でき、参照系に光学ファイバーを用いることにより生ずる種々の問題(例えば、温度などの影響を受けやすい、光学ファイバーの引き回しスペースが必要、コストアップ等)を回避できるようになる。
According to the reflection characteristic measuring apparatus according to
請求項2にかかる反射特性測定装置によれば、照明光束と参照光束との分離に必要な試料面〜対物レンズの間隔を縮小でき、受光系のコンパクト化を図ることができるので、結果的に反射特性測定装置の小型化を図ることができる。 According to the reflection characteristic measuring apparatus of the second aspect, the distance between the sample surface and the objective lens necessary for separating the illumination light beam and the reference light beam can be reduced, and the light receiving system can be made compact. The reflection characteristic measuring device can be downsized.
請求項3にかかる反射特性測定装置によれば、対物レンズへ効率的に参照光束を入射させることが可能となることから、例えば前記光束制限手段で参照光束の一部を遮蔽したような場合でも、残りの参照光束を効率よく受光系に取り入れることができ、必要な参照光束を確保し易くなる。 According to the reflection characteristic measuring apparatus of the third aspect, since the reference light beam can be efficiently incident on the objective lens, for example, even when a part of the reference light beam is shielded by the light beam limiting unit. The remaining reference light beam can be efficiently incorporated into the light receiving system, and the necessary reference light beam can be easily secured.
請求項4にかかるマルチアングル測色計によれば、照明光の変動に対して精度良く補正しつつ測定を行えると共に、参照系に光学ファイバーを用いる必要がなく受光系のコンパクト化が図れるという効果の他、照明系の光路をトロイダル鏡で折り返す折り返し光路を採用し、またトロイダル鏡を用いることで隣接する2方向の照明系でトロイダル鏡の反射面を共用することが可能となるので、照明系を大幅に小型化することができる。従って、かかる照明系が組み込まれるマルチアングル測色計の小型化も達成することができるようになる。 According to the multi-angle colorimeter according to the fourth aspect, the measurement can be performed while accurately correcting the fluctuation of the illumination light, and it is not necessary to use an optical fiber for the reference system, and the light receiving system can be made compact. In addition, it is possible to share the reflecting surface of the toroidal mirror with the adjacent two-way illumination system by adopting a folding optical path in which the optical path of the illumination system is folded back with a toroidal mirror. Can be greatly reduced in size. Accordingly, it is possible to achieve miniaturization of a multi-angle colorimeter incorporating such an illumination system.
以下図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。なお、以下の実施形態では、本発明にかかる反射光測定装置が好適に適用されるマルチアングル測色計を例示して説明を行うものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a multi-angle colorimeter to which the reflected light measurement device according to the present invention is preferably applied will be described as an example.
(マルチアングル測色計の全体構成の説明)
図1(a)は、本実施形態にかかるマルチアングル測色計MSの外観を模式的に示す斜視図である。このマルチアングル測色計MSは、外観的には、後述の照明系及び受光系からなる光学系等の各構成要素が収容された細長い箱形を呈する本体ケース2eで全体が構成され、該本体ケース2eの底壁面が測定開口面2とされており、前記測定開口面2には適宜な形状(例えば楕円形)の測定用開口2aが穿設されている。この他、本体ケース2eには、ターゲットとする試料面を目視可能とするためのファインダ2b、測定結果等を表示すべく頂面に配置されたLCD等からなる表示部2c、オペレータが簡単に握り持ってハンドリングできるようにするためのグリップ部2d等が配設されている。
(Description of overall configuration of multi-angle colorimeter)
FIG. 1A is a perspective view schematically showing the appearance of the multi-angle colorimeter MS according to the present embodiment. The multi-angle colorimeter MS is configured in its entirety by a
そして、図1(b)に示すように、マルチアングル測色計MSの測定用開口2aを、測定試料d(例えば、メタリック塗装やパールカラー塗装が施された自動車のボディ)の試料面1(自動車のボディが測定試料dである場合はその塗装塗膜の表面が該当する)に対向させ、当該試料面1の測色評価(例えば、メタリックの色管理のための測色評価等)を行う。
Then, as shown in FIG. 1 (b), the
このような概略構成を備えるマルチアングル測色計MSにおいて、本実施形態では当該マルチアングル測色計MSのコンパクト化を図るべく、その光学系Sにトロイダル鏡11を具備させる構成としている。トロイダル鏡は、互いに直交する2軸方向にそれぞれ異なる曲率半径を有する凹面鏡であるが、本実施形態ではそのうちの一方の軸方向(測定平面10p方向)についての曲率半径に関し、図1(b)に示すように、試料面法線1nを含む測定平面10pに直交する(θ=90°)と共に前記試料面1に接するような軸11xを中心軸として、測定平面10p上において回転対称となるような曲率半径rとされたトロイダル鏡11が用いられている。
In the multi-angle colorimeter MS having such a schematic configuration, in this embodiment, the optical system S is provided with a
図2は、本実施形態にかかるマルチアングル測色計MSの内部構造を示す構成図であり、図3は、図2の試料面法線1nにおける側断面図である。このマルチアングル測色計MSは、光学系S1として、試料開口面2の測定用開口2aに置かれた試料面1を照明する照明系10(照明手段)と、該照明系10により照明された試料反射光の分光特性を測定する受光系30(分光手段)とを有し、さらに前記照明系10及び受光系30を制御し、受光系30から出力される測定データに基づいて、試料面1の反射特性を求めて出力する制御処理系としての制御演算手段40を備えて構成されている。なお図2において描いている測定平面10p及び軸11x(図2では紙面垂直方向となるため点で表示)は、図1の測定平面10p及び軸11xに対応するものである。
FIG. 2 is a block diagram showing the internal structure of the multi-angle colorimeter MS according to the present embodiment, and FIG. 3 is a side sectional view taken along the sample surface normal 1n of FIG. This multi-angle colorimeter MS is illuminated by the
(照明系)
照明系10は、前述のトロイダル鏡11と、図2の()内に示す試料面1の法線1nからの角度(対法線角)−30度、−20度、0度、30度、65度の方向にそれぞれ配置された第1〜第5の照明系102〜106とを備えている。このような配置関係とすることにより、メタリック塗装及びパールカラー塗装の評価法における2つの主要な規格であるASTM E2194と、DIN6175−2,2001が推奨する光学配置(ジオメトリー)の対正反射角である、15度、45度、110度の配置と、25度、45度、75度の配置とが包含されていることとなり、メタリック塗装及びパールカラー塗装の評価用として好適なマルチアングル測色計MSとされている。
(Lighting system)
The
トロイダル鏡11は、軸11xを中心軸にして測定平面10p上において、第1〜第5の照明系102〜106が配置される対法線角−30度〜65度の方向をカバーするよう、回転対称とされた凹型の曲面111を有している。また図3に示すように、トロイダル鏡11は、軸11xの延伸方向にも所定の曲率とされた凹型の曲面112を備えている。前記曲面112の焦点110bは、前記曲面111の半径方向の略1/2の位置であって、測定用開口2aの縁部(試料面1における所定の測定領域を区画する縁部)に接し、前記測定平面に平行な面よりも外側に設定されている。
The
また曲面112は、前記焦点110bから前記軸11xに降ろした垂線を対称軸とする放物線の曲面である。これにより、測定平面10p内各方向の照明光束(或いは反射光束)は、測定平面10p内の半径に及びこれに直交する面に沿って平行となり、方向依存性の高いメタリック塗装面やパール塗装面に対して精度の高い測定が行えるようになる。前記焦点110bの位置は、曲面112の曲面設定により適宜調整できるが、測定平面10p内各方向の照明光束(或いは反射光束)の平行性をより高くする観点からは、図3に示すように、前記測定平面10p内の半径になるべく近接した位置に設定することが望ましい。
The
トロイダル鏡11は、このような焦点110bをその周方向の各ポイントにおいてそれぞれ備えており、当該焦点110bの群からなる焦点群は曲面111の曲率に応じた円周を形成する。図2では、かかる焦点群が形成する円周を、焦点円周11bとして描いている。前述の通り、焦点110bが測定平面10pに近接した位置に設定されており、また曲面112の曲率は曲面111の周方向で一定とされていることから、結果的に焦点円周11bも測定平面10pに近接し、且つ測定平面10pに平行な平面110p(図3参照)内に存在している。
The
第1〜第5の照明系102〜106(光源部)は、射出端12a〜16aを有する小直角プリズム12〜16と、この小直角プリズム12〜16の入射端12b〜16bに近接して配置されたクセノンランプからなるフラッシュ光源22〜26とを備えてそれぞれ構成されている。図3には、第3の照明系104における直角プリズム14及びフラッシュ光源24の側面構造が描かれている。フラッシュ光源24は、細長いクセノン管24gの両端に一対の電極24d,24dが配置されてなる光源であり、試料面1を照明する照明光の発生源である。前記クセノン管24gの中央部に、直角プリズム14の入射端14bが当接されており、フラッシュ光源24から発せられる光が前記入射端14bを介して直角プリズム14に入射されるようになっている。
The 1st-5th illumination systems 102-106 (light source part) are arrange | positioned close to the incident ends 12b-16b of the small right-angle prisms 12-16 which have the emission ends 12a-16a, and this small right-angle prisms 12-16. And flash
直角プリズム14に入射された光(照明光)は、内部反射面14cで方向を変更され、射出端14aからトロイダル鏡11へ向けて射出される。ここで射出端14aは、トロイダル鏡11における曲面112の焦点110b位置、つまりトロイダル鏡11の焦点円周11b上に配置されている。そして、射出端14aは、曲面112の焦点距離に比し十分小さい射出域を具備するものとされている。この構成によれば、射出端14aの射出域が前記焦点距離に比べて十分小さいものとされていることから、平行度の高い照明光を試料面1へ照射できるようになる。他の照明系102、103、105、106も、以上と同様な構成を備えている。
The light (illumination light) incident on the right-angle prism 14 is changed in direction by the
図1に示すように、第1〜第5の照明系102〜106から射出された光束22a〜26aは、トロイダル鏡11で反射され、前記測定平面10p内で、試料面法線1nからの角度−20度、−30度、0度、30度、65度の半径に平行な光束22a〜26aとなって試料面1を照明することとなる。ここで、光源自体をトロイダル鏡11へ対向配置するようにしても良いが、前述のように小直角プリズム12〜16に設定した射出端12a〜16aから照明光を射出させる構成としているので、前記フラッシュ光源22〜26が照明光束22a〜26aを遮ることはない。従って、焦点円周11bを測定平面10pに近接させて設定することができるので、トロイダル鏡11の収差を抑え、照明光束22a〜26aの平行性を上げることができるという利点がある。
As shown in FIG. 1, light beams 22 a to 26 a emitted from the first to
試料面1に隣接させて(測定用開口2aの近傍に)、第1〜第5の照明系102〜106における照明光束の変動をモニターするための参照面3が設けられている。この実施形態では、前記試料面1に対して測定平面10pと直交する方向に隣接されている。このような参照面3を第1〜第5の照明系102〜106それぞれにおいて照明可能とするために、前記トロイダル鏡11には、前記回転対称の軸11xの延伸方向に延長部11cが設けられている。すなわち、該延長部11cにより反射された光束22a〜26aによって、試料面1に隣接する参照面3が照明される構成となっている。なお、参照面3を照明する光束については、トロイダル鏡11の焦点円周を形成する面から離れた面が用いられるので、収差が若干大きくなるものの、参照系であるため大きな問題にならない。
Adjacent to the sample surface 1 (in the vicinity of the
以上のような構成の照明系10とすることにより、第1〜第5の照明系102〜106から発せられた光束22a〜26aは、トロイダル鏡11で反射されて試料面へ至る折り返し光路を経ることから、試料面の周囲に光源とコリメータレンズとを直線的に配列する構成に比べて、照明系10が大幅に小型化されるようになる。しかも、トロイダル鏡11は連続的な環状反射面を備えていることから、図2に示す第1の照明系102(−30度)と第2の照明系103(−20度)のように、隣接する2方向の照明系でトロイダル鏡11の反射面を共用(共用部分を図中に符合Wで示している)することが可能であり、2方向の照明系を近接させて配置しても従来のようにコリメータレンズの干渉という問題が生じないことも相俟って、一層照明系10の小型化が図れるものである。
With the
(受光系)
続いて、図2及び図4を参照しながら、受光系30(分光手段)について説明する。受光系30は、対物レンズ31、光束絞り板33、フィールドレンズ34(中間レンズ)、入射スリット板35、結像レンズ36、回折格子37(分散素子)、センサーアレイ38及び光束規制板39(光束制限手段)などを備えて構成されている。受光系30は、測定平面10p内で試料面1の中心を通る対法線角45度の光軸30xを持つ。対法線角45度の受光方向に対する正反射の方向は−45度であることから、第1〜第5の照明系102〜106による対法線角−30度、−20度、0度、30度、65度の照明方向の正反射方向からの角度(対正反射角)は各々、15度、25度、45度、75度、110度となる。
(Light receiving system)
Next, the light receiving system 30 (spectral means) will be described with reference to FIGS. The
なお、上記入射スリット板35、結像レンズ36、回折格子37及びセンサーアレイ38により、ポリクロメーターが構成されている。すなわち、結像レンズ36及び回折格子37は、入射スリット板35のスリット35a(及びスリット35b)の分散像を生成するものであり、センサーアレイ38は前記入射スリット分散像の結像位置に置かれている。ポリクロメーターは、当該受光系30において受光された試料面1からの反射光を波長毎に分離して光強度に応じた分光データを作成すべく、測定波長域の全波長を同時測定するためのものである。
The incident slit
対物レンズ31は、トロイダル鏡11に設けられた対法線角45度の開口部11aに配置され、前記光軸30xの方向に沿った反射光を入射スリット板35へ収束させるものである。具体的には対物レンズ31は、図4に示すように、照明系10によって一括して照明された試料面1及び参照面3からの、対法線角45度の方向の反射光(以下、試料光束1c及び参照光束3cという)を、該対物レンズ31の焦点面に置かれたスリット板35へ収束させる。
The
光束絞り板33は、光束を通過させる開口33aを備え、対物レンズ31の背面側近傍に配置されている。この光束絞り板33は、試料光束1cおよび参照光束3cの径を所定のサイズに規制するためのもので、前記開口33aは、規制すべきサイズに合わせて、所定のサイズに選定されている。
The light
入射スリット板35は、図4及び図5(b)に示すように、試料用スリット35a及びこれに並置された参照用スリット35bを備えている。これらスリット35a、35bは、前記ポリクロメーターの入射スリットとして機能する。すなわち、前記対物レンズ31で集光された試料光束1cは試料用スリット35aへ収束光束1c’として導かれ、また参照光束3cは参照用スリット35bへ収束光束3c’として導かれる。
As shown in FIGS. 4 and 5B, the incident slit
結像レンズ36は、試料用スリット35a及び参照用スリット35bをそれぞれ通過した試料光束1cおよび参照光束3c(試料面反射光及び参照面反射光)を、拡散光束から平行光束に変化させて回折格子37へ導くものである。回折格子37は、結像レンズ36により導かれた平行光束を、波長成分毎に分散反射させるものである。この回折格子37で分散反射された光束は、再び結像レンズ36によって収束され、センサーアレイ38へ結像される。
The
センサーアレイ38は、試料光束1c及び参照光束3cの分光強度に応じた信号を、後述の信号処理部43に出力する。図5(a)に示すように、センサーアレイ38は、試料用アレイ38a及び参照用アレイ38bを備えている。この試料用アレイ38a及び参照用アレイ38bは、前記試料用スリット35a及び参照用スリット35bのサイズに合わせて設定された、所定サイズの区画に配置された例えば40画素のフォトダイオードアレイにてそれぞれ構成することができる。そして、前記試料用アレイ38aには試料用スリット35aの分散像が、また参照用アレイ38bには参照用スリット35bの分散像がそれぞれ入射される。
The
上記入射スリット板35(試料用スリット35a及び参照用スリット35b)の直前(入射スリット板35における対物レンズ31側の面の近傍)には、フィールドレンズ34(中間レンズ)が配置されている。フィールドレンズ34は、光束絞り板33の開口33aの像を結像レンズ36の位置に作る機能を果たす。このようなフィールドレンズ34を配置することにより、試料用スリット35a及び参照用スリット35bを通過した試料光束1c及び参照光束3cは、全て結像レンズ36及び回折格子37に入射されるようになり、試料用アレイ38a及び参照用アレイ38bへの分散像の形成に寄与する。従って、共通の受光系で効率よく試料光束1c及び参照光束3cの分光特性を測定することができる。
A field lens 34 (intermediate lens) is disposed immediately before the entrance slit plate 35 (the sample slit 35a and the reference slit 35b) (in the vicinity of the surface of the entrance slit
図6は、フィールドレンズ34の効用を説明するための光路図であって、図4における測定域1a及び参照域3aから結像レンズ36へ至るまでの光路において、フィールドレンズ34を除いた光路に相当するものである。前述の通り、試料光束1c及び参照光束3cは、対物レンズ31により、並置された試料用スリット35a及び参照用スリット35bにそれぞれ収束されるが、フィールドレンズ34が入射スリット板35の近傍に備えられていない場合、入射スリット板35を通過した参照光束3cは収束から拡散に転じるが、試料光束1cの光軸1x(結像レンズ36の光軸)に対して所定角度傾斜した光軸3xを有することから、結像レンズ36のカバー範囲(結像レンズ36の入射許容範囲)から一部の光束が外れてしまうようになる。
FIG. 6 is an optical path diagram for explaining the utility of the
すなわち図6に示す例で言うと、参照域3aの光軸3x付近から反射される光束に対応するスリット通過光束300xは結像レンズ36へ入射できるものの、参照域3aの測定域1aから遠ざかる部分から反射される光束に対応するスリット通過光束300cについては、結像レンズ36及び回折格子37へ入射できなくなる。これにより、正確な参照光束3cによる参照用スリット35bの分散像が参照用アレイ38bに形成できなくなると共に十分な参照光束が得られなくなり、結果として照明光変動の補正精度が悪化し、測定精度も低下するという問題が生じる。
That is, in the example shown in FIG. 6, the slit passing
しかし、入射スリット板35の近傍にフィールドレンズ34を配置することで、前記スリット通過光束300cは屈折され、結像レンズ36の入射許容範囲へ収束されるようになる。この結果、試料光束1cだけでなく参照光束3cもすべて結像レンズ36及び回折格子37へ入射されるようになる。従って、十分な参照光束によって、正確な参照用スリット35bの分散像を形成できるようになり、照明光変動の補正精度が向上されるものである。
However, by disposing the
光束規制板39は、入射スリット板35と対物レンズ34との間に配置され、図4における参照光束3c’の一部を遮蔽する役目を果たす。この光束規制板39は、試料面1と参照面3とを隣接配置させた本実施形態にかかる光学系S1において、受光系30の光路長を可及的に短くするために設置される。この点について、具体的に数値を例示すると共に、図4、図7及び図8を参照して説明する。
The light
図4に示すように、試料光束1cの光軸1xと参照光束3cの光軸3xとの、試料面1(参照面3)上の間隔をD、試料用スリット35aと参照用スリット35bとの間隔をd、入射スリット板35と対物レンズ31との間隔をa、試料面1(及び参照面3)と対物レンズ31との間隔をbとすると、
b=a・D/d ・・・(1)
の関係が成立する。
As shown in FIG. 4, the distance on the sample surface 1 (reference surface 3) between the
b = a · D / d (1)
The relationship is established.
ここで、図7に示すように、測定用開口10a及び参照面3の測定径(参照域30a)がいずれも円形であるとした場合、例えば測定用開口10aの径を12mm、参照域3aの径を8mmとすると、上記(1)式によると、両者が重ならないための試料光束10cの光軸10xと参照光束30cの光軸30xとの間隔D0は、余裕を見越すと12mm程度が必要となる(なお、測定用開口10aは試料面で覆われるため、両者が重なると、参照光束30cのモニターが正確に行えなくなる)。この場合、スリット間隔dを3mm、入射スリット板35〜対物レンズ31の間隔aを25mmとすると、試料面1〜対物レンズ31の間隔b0は100mmとなり、比較的長い距離が必要となってしまい、装置の大型化が避けられない。
Here, as shown in FIG. 7, when both the
そこで本実施形態では、図4に示すように、光束規制板39を入射スリット板35と対物レンズ31との間に配置して、この部分における参照光束3c’の試料光束1c’から遠い半分を遮蔽している。換言すると光束規制板39は、試料面1の領域から反射された反射光が、入射スリット板35の参照用スリット35bへ入射されないようにしている。なお、試料光束1cを遮蔽してしまうと、反射光測定の本来的目的が阻害されてしまうので、光束規制板39は対物レンズ1に入射された試料光束1cと干渉しない位置(試料光束1cを遮蔽しない位置)に配置される。これにより、参照面3における参照域3aは、図4に示すように、(試料面1上の)円形の測定域1aに直径を向けた半円形となり、前記間隔Dを遮蔽した半円形部分だけ短縮できるようになる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a light
この点を図8に基づいて詳述すると、図7のように測定域10aと参照域30aとを互いに重複(乃至は近接)しない円形同士として考慮(この場合、どうしても間隔D=12mmが必要となる)するのではなく、図8に示すように測定域1aと参照域3aとを重複する円形として設定し、事後的に測定に影響しないよう、参照域3aについて重複する部分31aに対応する光束31cを光束規制板39にて遮蔽するものである。このような重複回避を行うため、前記光束規制板39により遮蔽される光束は、対物レンズ31とフィールドレンズ34との間において、収束光束3c’(参照面反射光束)のうち、試料光束1cの収束光束1c’(試料面反射光束)からは遠い方向に位置する一部(重複部分31aに対応する光束31c’)である。この結果、間隔Dを12mmから8mmに短縮することができ、これに伴い間隔bも100mmから66mmに縮小することができる。而して、受光系30の光路長が大幅に短縮される。
This point will be described in detail with reference to FIG. 8. As shown in FIG. 7, the
上記のような光束規制板39を配置することにより、参照域3aの面積は半分になってしまい、モニターに必要な参照光束が不足する場合がある。この場合、図9に示すような異方性拡散特性を有する反射板を、参照面3として配置することが望ましい。すなわち、図9(a)に示すように、入射した照明光束22a〜26aを、測定平面10p内の方向には大きく拡散反射して拡散反射光3pを形成する一方で、図9(b)に示すように、測定平面10pに直交する方向には小さく拡散反射して拡散反射光3qを形成する異方性拡散反射板である。かかる異方性拡散反射板を用いることで、照明光束22a〜26aを効率よく受光系30に入射させることができ、必要な参照光束を得ることができる。このような異方性拡散反射板としては、例えば米国POC社の楕円プロファイルLSD(Light Shaping Diffuser)を使用することができる。
By arranging the light
なお、光束規制板39にて参照光束を遮蔽することで、参照光及び試料光による回折格子照射域が異なると、試料用アレイ38a及び参照用アレイ38bに作られる試料用スリット35a及び参照用スリット35bの分散像の結像特性が異なり、照明光変動を正確に補正できなくなることが懸念される。しかし、図4に示す構成では、光束規制板39は分散方向に直行する方向の半分を遮蔽しており、図10に示すように、試料光による回折格子37の照射域(S1+S2)と参照光による回折格子37の照射域(S2)とは分散方向の幅において等しいので、試料光束1及び参照光束3cで作られる試料用スリット35a及び参照用スリット35bの分散像の結像特性が、照明光変動の補正において問題になる程異なることはない。
Note that the sample slit 35a and the reference slit formed in the
以上の通り構成された受光系30によれば、参照面3を試料面1に対して、測定平面10pと直交する方向に隣接させているので、照明光束1cと参照光束3cとの近似性が高くなり、試料面1に照射されている照明光の変動に対して精度良く補正しつつ測定を行える。また、光束規制板39を用いることで、照明光束1cと参照光束3cとの分離に必要な試料面1〜対物レンズ31の間隔bを縮小でき、受光系のコンパクト化を図ることができる。さらに、フィールドレンズ34の配置により、共通の受光系30で試料光束1c及び参照光束3cの分光特性を測定することができる。とりわけ、本実施形態のように多方向照明〜一方向受光の光学系S0である場合、図12に示す従来例のように参照用のモニターファイバー220f〜260fを設ける必要がなく、全方向の照明系共通の受光系30で参照光束3cもモニターできることから、光ファイバーを用いることにより生ずる種々の問題(例えば、温度などの影響を受けやすい、光ファイバーの引き回しスペースが必要等)を回避できるようになる。
According to the
(制御処理系)
図2に戻って、制御演算手段40は、前述の受光系30から出力される測定データに基づいて、試料面1の反射特性を求めて出力するもので、CPUやメモリなどを備える制御処理部41、フラッシュ制御部42、信号処理部43、測定制御部44及び表示部(図1に示す表示部2cに相当)から構成されている。
(Control processing system)
Returning to FIG. 2, the
制御処理部41は、試料面1の測色に際し、各部へ制御信号を送信し、測定動作を制御する。具体的には制御処理部41は、測定制御部44から測定開始信号を受けると、フラッシュ制御部42に動作シーケンスに応じた駆動信号を与え、フラッシュ光源22〜26の発光を制御する。さらに、試料光束1c及び参照光束3cの分光強度信号を受けた信号処理部43が出力する分光強度データを受けて、照明方向毎の分光反射率係数を求め、必要に応じて色彩値や他の指標に変換して表示部2cに出力表示する。
The
フラッシュ制御部42は、前記制御処理部41から与えられる駆動信号に基づいて、実際に第1〜第5の照明系102〜106のフラッシュ光源22〜26を順次発光させる制御信号を生成する。
The
信号処理部43は、照明系10から発せられた照明光が試料面1及び参照面3で反射され、受光系30にて受光された反射光の強度(試料光束1c及び参照光束3cの分光強度信号)に基づいて、試料面1の分光反射特性を算出する(分光強度データを求める)。すなわち信号処理部43は、センサーアレイ38から出力される分光強度信号を用いて、測定平面10pにおける第1〜第5の照明系102〜106による照明方向に対応する分光反射特性を算出する。当該信号処理部43は、例えば電流電圧変換回路、帰還抵抗、マルチプレクサー、可変ゲインアンプ及びアナログ−ディジタル変換器等を備える信号処理回路にて構成することができる。
In the
測定制御部44は、マルチアングル測色計MSの全体の動作を制御するもので、ユーザにより選定された測定メニューに応じた測定開始信号を制御処理部41に与え、測定動作を実行させる、表示部2cは、色彩値等の測定結果データやグラフ、測定メニューなどを表示するものである。
The
以上の通り構成されたマルチアングル側色計MSの動作について簡単に説明する。先ず、測定制御部44から測定開始信号が発生されると、前記制御処理部41からフラッシュ制御部42に所定の駆動信号が与えられ、フラッシュ制御部42は第1〜第5の照明系102〜106のフラッシュ光源22〜26を順次発光させる。各々のフラッシュ光源22〜26から発せられる光束は、トロイダル鏡11で反射されて試料面1及び参照面3に照射される。
The operation of the multi-angle side colorimeter MS configured as described above will be briefly described. First, when a measurement start signal is generated from the
この点を例えば図3に示す第3の照明系104で説明すると、小直角プリズム14の入射端14bに入射され、内部反射面14cで反射して方向を変えられた後、射出端14aからトロイダル鏡11に向けて射出される。射出された光束はトロイダル鏡11で反射され、平行な照明光束24aとされた上で試料面1及び参照面3に照射される。他の照明系102、103、105、106も同様な動作である。
This point will be described with respect to the
そして、前記試料面1及び参照面3からの反射光のうち、測定平面10p内で対法線角45度の半径に平行な反射光(試料光束1c及び参照光束3c)が、受光系30にて受光される。具体的には、試料光束1c及び参照光束3cは、対物レンズ31を介して入射スリット板35の試料用スリット35a及び参照用スリット35bへそれぞれ収束される。この際、光束絞り板33で光束に所定の絞りが加えられ、光束規制板39により参照光束3cの半円部分が遮蔽される。
Of the reflected light from the
前記試料用スリット35a及び参照用スリット35bを通過した試料光束1c及び参照光束3cは、結像レンズ36を経ることで平行光束とされた上で回折格子37へ導かれ、該回折格子37にて波長成分毎に分散反射される。この分散反射された光束は、再び結像レンズ36によって収束され、センサーアレイ38へ結像される。このような受光系30の光路には、フィールドレンズ30が配置されているので、試料用スリット35a及び参照用スリット35bを通過した試料光束1cおよび参照光束3cは、全て結像レンズ36及び回折格子37に入射されるようになる。
The
しかる後、センサーアレイ38により、受光された試料光束1c及び参照光束3cに応じた分光強度信号が、信号処理部43へ出力される。そして信号処理部43により、前記分光強度信号に基づいて、試料面1の分光強度データを求められ、続いて制御処理部41により、前記分光強度データに基づいて照明方向毎の分光反射率係数を求められ、必要に応じて色彩値や他の指標に変換して表示部2cに出力表示されるものである。
Thereafter, the
(他の実施形態の説明)
図11は、本発明を、積分球照明系を採用した反射光測定装置に適用した例を示す断面構成図であり、図12は、図11の矢印C方向の断面構成図である。この反射光測定装置は、照明系を構成する積分球100、受光系300(分光手段)及び制御演算手段400を備えている。
(Description of other embodiments)
FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram showing an example in which the present invention is applied to a reflected light measurement apparatus employing an integrating sphere illumination system, and FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram in the direction of arrow C in FIG. This reflected light measuring apparatus includes an integrating
積分球100は、高反射率、高拡散の内壁を具備していると共に、その内部にクセノンランプ等からなるフラッシュ光源122が備えられている。当該積分球100は、測定用開口100aを備え、フラッシュ光源122から発せられる光束を高反射率、高拡散の内壁で拡散多重反射し、一様な輝度を有する二次光源を形成して、測定用開口100aに配置された試料をあらゆる方向から一様に照明するものである。また積分球100は、前記測定用開口100aと略対極方向に設けられた受光開口100bを有し、前記試料からの反射光が取り出せるようになっている。なお、前記測定用開口100aの近傍には、参照面103が設定されている(測定用開口100a近傍の積分球内壁が参照面103として機能する)。
The integrating
受光系300及び制御演算手段400は、上記実施形態で説明した受光系30及び制御演算手段40と実質的に同様な構成を備えるものであり、各要素の詳細な説明は省略する。なお受光系300は、試料面法線1nから8度傾けられた光軸30xを有し、いわゆるd/8照明受光系を構成している。
The
上記構成において、制御演算手段400の制御処理部41によりフラッシュ制御部42を介してフラッシュ光源122が発光されると、フラッシュ光源122から発せられる光束は積分球100の内壁で多重反射され、拡散照明光となって試料開口100aに置かれた試料面1を拡散照明する。すると、受光系300の対物レンズ31には、拡散照明された試料面1及び参照面103からの前記光軸30x方向の反射光である試料光束101c及び参照光束103cが、積分球100の受光開口100bを通って入射される。なお、受光光束の径は、対物レンズ31の近傍に配置されている光束絞り板33の開口33aによって制限される。
In the above configuration, when the
対物レンズ31により、試料光束101c及び参照光束103cは、入射スリット板35に並置されている試料用スリット35a及び参照用スリット35bに収束される。以下、先の実施形態と同様にして、ポリクロメーターを構成する結像レンズ36、回折格子37(分散素子)及びセンサーアレイ38により、試料面1の分光強度データが求められ、また制御演算手段400(制御処理部41)により分光反射率係数等が求められるものである。
By the
この実施形態においても、前記開口33aで制限された対物レンズ31の像を、結像レンズ36の位置に作るフィールドレンズ34(中間レンズ)がスリット板35の近傍(直前)に配置されているので、試料用スリット35a及び参照用スリット35bを通過した試料光束101c及び参照光束103cは、全て結像レンズ36及び回折格子37に入射されるようになる。また、入射スリット板35と対物レンズ34との間において、対物レンズ31に入射した試料光束101cを妨げない位置に、参照光束103cの一部を遮蔽する光束規制板39が配置されているので、参照光束103cのうち、試料光束101cから遠い部分の光束103c’が遮蔽される。これにより、対物レンズ31と試料面1との間の距離が縮小されている。
Also in this embodiment, the field lens 34 (intermediate lens) that creates an image of the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、例えば下記(1)〜(3)に示すような構成を採ることもできる。
(1)図2に示した実施形態における光学系S1では、参照面3を試料面1に対し、測定平面10pと直交する方向に隣接させた例を示したが、これを測定平面10p方向に隣接させる構成とすることもできる。この場合、トロイダル鏡11を軸11x方向に延長する延長部11cを設ける必要がなく、トロイダル鏡11の軸11x方向のサイズを小さくすることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said structure, For example, a structure as shown to following (1)-(3) can also be taken.
(1) In the optical system S1 in the embodiment shown in FIG. 2, the example in which the
(2)上記実施形態では、フィールドレンズ34(中間レンズ)がスリット板35の直前に配置されている例を示したが、フィールドレンズ34はスリット板35の近傍に位置していれば良く、入射スリット板35における結像レンズ36側の面の近傍に配置するようにしても良い。
(2) In the above embodiment, the field lens 34 (intermediate lens) is disposed just before the
(3)図2に示したマルチアングル測色計MSにおいて、照明系として、トロイダル鏡11を用いた折り返し光路型の照明系を採用した例について説明したが、測定装置の小型化が求められない用途にあっては、図13に示すような、試料面の周囲に光源とコリメータレンズとを直線的に配列する照明系としてもよい。
(3) In the multi-angle colorimeter MS shown in FIG. 2, the example in which the folded optical path type illumination system using the
1 試料面
1n 試料面法線
10 照明系(照明手段)
10p 測定平面
102〜106 第1〜第5の照明系(光源部)
11 トロイダル鏡
11b 焦点円周
11c、11d 延長部
11x (トロイダル鏡の)軸
2 測定開口面
2a 測定用開口
22〜26 フラッシュ光源(光源)
3 参照面
30 受光系(分光手段)
31 対物レンズ
34 フィールドレンズ(中間レンズ)
35 入射スリット板
35a 試料用スリット
35b 参照用スリット
36 結像レンズ
37 回折格子(分散素子)
38 センサーアレイ
39 光束規制板(光束制限手段)
40 制御演算手段
MS マルチアングル測色計
S1 光学系
1
10p measurement plane 102-106 1st-5th illumination system (light source part)
11
3
31
35 Entrance slit
38
40 Control operation means MS Multi-angle colorimeter S1 Optical system
Claims (4)
前記測定用開口の近傍に設けられた参照面と、
前記試料面と前記参照面とを一括して照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された前記試料面及び参照面からの反射光が入射される対物レンズと、
少なくとも前記対物レンズによって収束された前記試料面からの反射光が入射される試料用スリットと、該試料用スリットに並置され前記参照面からの反射光が入射される参照用スリットと、前記試料用スリット及び参照用スリットをそれぞれ通過した試料面反射光及び参照面反射光を波長毎に分散する分散素子とを含む分光手段と、
前記分光手段によって測定された試料面反射光及び参照面反射光の分光強度から試料の分光反射特性を求める制御演算手段と
を具備して構成される反射特性測定装置であって、
前記試料用スリット及び参照用スリットの近傍に、前記対物レンズの像を前記分散素子の近傍に作る中間レンズを備えることを特徴とする反射特性測定装置。 A measurement aperture for illuminating the sample surface with illumination light;
A reference surface provided in the vicinity of the measurement opening;
Illuminating means for collectively illuminating the sample surface and the reference surface;
An objective lens on which reflected light from the sample surface and the reference surface illuminated by the illumination means is incident;
A sample slit into which the reflected light from the sample surface converged by at least the objective lens is incident; a reference slit juxtaposed with the sample slit and into which the reflected light from the reference surface is incident; and the sample A spectroscopic means including a dispersion element that disperses the sample surface reflected light and the reference surface reflected light that have passed through the slit and the reference slit, for each wavelength, and
A reflection characteristic measuring apparatus comprising control arithmetic means for obtaining a spectral reflection characteristic of the sample from the spectral intensity of the sample surface reflected light and the reference surface reflected light measured by the spectroscopic means,
An apparatus for measuring reflection characteristics, comprising an intermediate lens for producing an image of the objective lens in the vicinity of the dispersion element in the vicinity of the sample slit and the reference slit.
前記光束制限手段は、前記対物レンズから試料用スリットに向かう試料面反射光束を遮蔽しない一方で、対物レンズから参照用スリットに向かう参照面反射光束の一部を遮蔽するものであって、
前記光束制限手段により遮蔽される参照面反射光束の一部は、前記試料面反射光束からは遠い方向の一部であることを特徴とする請求項1記載の反射特性測定装置。 The sample slit and the reference slit are juxtaposed on the focal plane of the objective lens, and a light flux limiting means is disposed between the objective lens and the reference slit,
The light beam limiting means shields a part of the reference surface reflected light beam from the objective lens toward the reference slit while not shielding the sample surface reflected light beam from the objective lens toward the sample slit,
2. The reflection characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein a part of the reference surface reflected light beam shielded by the light beam limiting means is a part in a direction far from the sample surface reflected light beam.
前記参照面が、前記測定平面に平行な方向には大きく拡散反射し、前記測定平面に垂直な方向には小さく拡散反射する異方性拡散反射面とされていることを特徴とする請求項1又は2記載の反射特性測定装置。 In the case where the illumination means illuminates the sample surface and the reference surface in a lump from a plurality of directions in a measurement plane including the optical axis of the objective lens and a sample surface normal,
2. The anisotropic diffusion reflecting surface according to claim 1, wherein the reference surface is diffused and reflected greatly in a direction parallel to the measurement plane and diffusely reflected in a direction perpendicular to the measurement plane. Or the reflection characteristic measuring apparatus of 2 description.
前記測定用開口の近傍に設けられた参照面と、
前記試料面の法線を含む測定平面に直交すると共に前記試料面に接する軸に対して回転対称とされたトロイダル鏡と、前記トロイダル鏡の焦点群からなる焦点円周近傍に複数配置された光源部とを備え、前記複数の光源部から発せられる光束を前記トロイダル鏡で反射させて平行光束とし、前記測定平面内における異なる方向から前記試料面と前記参照面とを一括して照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された前記試料面及び参照面からの反射光が入射される対物レンズと、
少なくとも前記対物レンズによって収束された前記試料面からの反射光が入射される試料用スリットと、該試料用スリットに並置され前記参照面からの反射光が入射される参照用スリットと、前記試料用スリット及び参照用スリットをそれぞれ通過した試料面反射光及び参照面反射光を波長毎に分散する分散素子とを含む分光手段と、
前記複数の光源部を順次点灯させ、それぞれの照明方向において前記分光手段によって測定された試料面反射光及び参照面反射光の分光強度から試料の分光反射特性を求める制御演算手段とを具備し、さらに
前記試料用スリット及び参照用スリットの近傍に、前記対物レンズの像を前記分散素子の近傍に作る中間レンズが備えられていることを特徴とするマルチアングル測色計。 A measurement aperture for illuminating the sample surface with illumination light;
A reference surface provided in the vicinity of the measurement opening;
A toroidal mirror that is orthogonal to a measurement plane including a normal line of the sample surface and is rotationally symmetric with respect to an axis in contact with the sample surface, and a plurality of light sources arranged in the vicinity of a focal circle composed of a focal group of the toroidal mirror And illuminating means for collectively illuminating the sample surface and the reference surface from different directions in the measurement plane by reflecting light beams emitted from the plurality of light source units by the toroidal mirror to form parallel light beams. When,
An objective lens on which reflected light from the sample surface and the reference surface illuminated by the illumination means is incident;
A sample slit into which the reflected light from the sample surface converged by at least the objective lens is incident; a reference slit juxtaposed with the sample slit and into which the reflected light from the reference surface is incident; and the sample A spectroscopic means including a dispersion element that disperses the sample surface reflected light and the reference surface reflected light that have passed through the slit and the reference slit, for each wavelength, and
A plurality of light source units that are sequentially turned on, and a control calculation unit that obtains a spectral reflection characteristic of the sample from the spectral intensity of the sample surface reflected light and the reference surface reflected light measured by the spectroscopic unit in each illumination direction; The multi-angle colorimeter further comprising an intermediate lens for forming an image of the objective lens in the vicinity of the dispersion element in the vicinity of the sample slit and the reference slit.
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