JP2013002951A

JP2013002951A - 測定装置

Info

Publication number: JP2013002951A
Application number: JP2011134296A
Authority: JP
Inventors: Saori Matsumoto; さおり松本; Kentaro Sekiyama; 健太郎関山; Miki Kobayashi; 未希小林; Yasuhiro Fukunaga; 康弘福永
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】単純な構成で、被測定物からの光を拡散させることなく、被測定物から射出される光の位置および方位のムラを均一化して、被測定物の所定の領域の特性を測定する。
【解決手段】被測定物の所定の領域からの発散光束をコレクタレンズ５２により略平行光束とし、コレクタレンズの出射側の焦点位置近傍に配置された第１のフライアイレンズ５３により空間的に分割し、分割された光束を互いにコンデンサレンズ５４により重畳させて、受光部５６により所望の特性に関する信号を検出する。受光部５６は、特性に関する異なる成分特性を検出する複数の受光素子を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、被測定物の所定の領域から発散される光を均一化し、所望の特性を検出する測定装置に関する。

被測定物からの光束に基づいてその特性を被接触で測定する測定装置としては、測色計がある。測色計は、色情報を数値的に測定する装置であり、自動車、食品、印刷等種々の分野の工業製品や商品の色品質の検査や、工業用の検査機や生体標本を検査する顕微鏡等における色補正を行うために用いられている。

測色計では、被測定物の所定の検出領域からの光を均一化し、この光を異なる波長成分を透過させるカラーフィルタとＣＣＤやＣＭＯＳ等の複数の受光素子とから構成されるセンサーアレイに照射させる光学系を有するものが知られている。複数の受光素子を用いて測定を行う測色計の光学系としては種々のものがある。

例えば、光束の強度および角度のムラを混合するために拡散板を備える光学系や（例えば、特許文献１参照）、色の特性が均一とみなせる、結像系の視野のごく狭い一部分のみを受光素子の受光面に投影する光学系が知られている。あるいは、測定対象の光を積分球や光ファイバに導き、それら光ファイバや積分球を通すことによって光を拡散させて受光素子に導く方法も知られている。

特開平６−２７３２３２号公報

しかしながら、測定される光束を均一にするために拡散板を用いた場合は、広い視野の光を混合して測定することができるので、測定対象領域の周囲の色分布の影響を受け難いが、拡散板を用いているので、光量が低下し暗いところの測定ができないという課題がある。また、狭い視野の光をセンサに結像させる場合は、視野内が均一であることが必要なため、その視野内にムラや奥行きがある場合は、測定の安定性が損なわれる。さらに、積分球を用いた場合は装置が大きくなる。また、光ファイバを用いる場合は、光学系が複雑になるとともに、ファイバ径に視野が限定される。さらに、積分球と組み合わせると、複雑で大型の光学系となる。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、単純な構成で、被測定物からの光量を拡散させることなく、被測定物から射出される光の位置および方位のムラを均一化して、被測定物の所定の領域の特性を測定する測定装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る測定装置の発明は、
被測定物の所定の領域からの発散光束を略平行光束に変換するコレクタレンズと、
前記コレクタレンズの前記略平行光束の出射側の焦点位置近傍に配置され、該略平行光束を、空間的に分割する光束分割手段と、
前記分割された光束を互いに重畳させる集光手段と、
前記集光手段により重畳された光束を受光して電気信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力される電気信号に基づいて前記被測定物の前記所定の領域の特性を導出する特性導出部とを備え、
前記受光部は、前記特性に関する異なる成分特性を検出する複数の受光素子を含むことを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第1の観点に係る測定装置において、
前記光束分割手段は、前記被測定物の複数の像を結像させる第１のフライアイレンズであり、前記集光手段は、前記第１のフライアイレンズにより前記被測定物の前記複数の像を結像した後発散する複数の光束を、それぞれ屈折させて、互いに重畳させるコンデンサレンズであることを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第２の観点に係る測定装置において、
前記コンデンサレンズは、前記複数の光束をそれぞれ略平行光束に変換することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。

第４の観点に係る発明は、第２または第３の観点に係る測定装置において、
前記複数の受光素子は、異なる分光感度特性を有し、前記特性導出部は、前記被測定物の前記所定の領域の色またはスペクトルに関する特性を導出することを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第２〜第４のいずれかの観点に係る測定装置において、
前記受光素子は二次元的に配置されていることを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第２〜第５のいずれかの観点に係る測定装置において、
前記受光素子は、光電変換素子と該光電変換素子の前面に近接して配置されたフィルタとから構成され、前記受光部は、互いに異なる透過帯域特性を有するフィルタを含む二種類以上の前記受光素子を備えることを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第２〜第６のいずれかの観点に係る測定装置において、
前記被測定物の中間像を中間像面に結像させる結像レンズと、
前記中間像面と略同一面上に配置された視野絞りとを備え、
前記視野絞りは前記コレクタレンズの入射側焦点位置近傍に配置され、該視野絞りを通過した発散光束が前記コレクタレンズにより前記略平行光束に変換されることを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第７の観点に係る測定装置において、
前記第１のフライアイレンズは、前記被測定物側に配置された第一面と、前記受光部側に配置された第二面とを有し、前記第一面と前記受光部の受光面とは共役であり、前記第二面と前記視野絞りが配置される面とは共役であることを特徴とするものである。

第９の観点に係る発明は、第８の観点に係る測定装置において、
前記第１のフライアイレンズは、複数の第１の要素レンズを前記コレクタレンズの光軸と略直交する平面に二次元的に配列して構成され、該複数の要素レンズを前記光軸に沿う方向に見た形状は、前記受光部の前記受光面が配列された形状に適合することを特徴とするものである。

第１０の観点に係る発明は、第７の観点に係る測定装置において、
前記第１のフライアイレンズは、複数の第１の要素レンズを前記コレクタレンズの光軸と略直交する平面に二次元的に配列して構成され、前記第１のフライアレンズの前記受光部側に、前記第１のフライアイレンズの前記複数の第１の要素レンズにそれぞれ対向して配置された複数の第２の要素レンズを有する第２のフライアイレンズを備え、前記第１のフライアイレンズと前記受光部の受光面とは共役であり、前記第２のフライアイレンズと前記視野絞りが配置される面とは共役であることを特徴とするものである。

第１１の観点に係る発明は、第１０の観点に係る測定装置において、
前記第１のフライアイレンズおよび前記第２のフライアイレンズの前記複数の前記第一および第２の要素レンズを前記光軸に沿う方向に見た形状は、前記受光部の前記複数の受光素子の受光面が配列された形状に適合することを特徴とするものである。

本発明によれば、被測定物の所定の領域からの発散光束を、コレクタレンズにより略平行光束に変換し、該平行光束を光束分割手段により空間的に分割し、この分割された光束を集光手段により互いに重畳させて、受光部で受光するようにしたので、単純な構成で、被測定物からの光量を拡散させることなく、被測定物から射出される光の位置および方位のムラを均一化して、被測定物の所定の領域の特性を測定することができる。

本発明の第１実施の形態に係る測定装置を適用した顕微鏡の概略構成図である。図１の被測定物から発した光が測定ユニットの受光部に至るまでを示す光路図である。図２の第１および第２のフライアイレンズを光軸に沿う方向に見た図である。図２の第１および第２のフライアイレンズの断面図である。図２の受光部上での受光素子の配列の一例を示す図である。図２の受光部の各受光素子の分光感度の一例を示す図である。図１の顕微鏡における測色処理を示すブロック図である。本発明の第２実施の形態に係る測定装置の第１フライアイレンズの断面図である。本発明の第３実施の形態に係る測定装置の第１フライアイレンズの断面図である。本発明の第４実施の形態に係る測定装置の第１および第２のフライアイレンズの形状を説明する図である。本発明の第５実施の形態に係る測定装置を適用した測色計の概略外観図である。図１１の測色計の構成を示す図である。本発明の第６実施の形態に係る測定装置を適用したマイクロスコープ型測色計の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
本発明の第１実施の形態に係る測定装置を適用した顕微鏡の概略構成図である。この顕微鏡１０は、透過型の光学顕微鏡である。

顕微鏡１０は、被測定物１１を載置するステージ１２を含むステージユニット１３と、被測定物１１を照明する光源ユニット１４と、複数の対物レンズ１５が装着されたレボルバユニット１６と、対物レンズ１５を通った光に中間像を結像させる結像レンズ１７と、使用者が被測定物１１を目視するための接眼部１８と、被測定物像を撮像するために直筒部に取付けられたカメラユニット１９とを含んで構成されている。なお、カメラユニット１９は、接眼部１８に装着しても良く、また、カメラユニットの画像のみで被測定物１１を観察するように構成されていても良い。

また、対物レンズ１５と結像レンズ１７との間には、ハーフミラー２０が設けられ、被測定物１１からの光束の一部を分岐させフォーカス検出ユニット２１に入射させる。さらに、結像レンズ１７と接眼部１８およびカメラユニット１９との間には、ハーフミラー２２が設けられ、被測定物１１からの光束の一部を分岐させ、ミラー２３を介して測定ユニット２４に入射させる。ハーフミラー２０および２２は、光束を分岐させるものであれば、プリズムやビームスプリッタ等を使用することもできる。また、ミラー２３は必ずしも設ける必要は無い。

ステージユニット１３は、ステージ１２と、ステージ１２に載置された被測定物１１の向きを変えずに３次元方向に駆動させるＸＹ駆動機構機構（図示せず）およびＺ駆動機構（図示せず）と、これら、ＸＹ駆動機構およびＺ駆動機構をそれぞれ制御するＸＹ駆動制御部１３ａおよびＺ駆動制御部１３ｂとを含んでいる。ここで、対物レンズ１５の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向と垂直な平面をＸＹ平面として定義している。これによって、ステージ１３は、ＸＹＺ方向に自在に移動させることができる。ＸＹ駆動制御部１３ａは、ＸＹ位置の原点センサ（図示せず）によってステージのＸＹ平面における所定の原点位置を検知し、この原点位置を基点としてモータの駆動量を制御することによって、被検査物の観察視野を移動させる。Ｚ駆動制御部１３ｂは、Ｚ位置の原点センサ（図示せず）によってステージのＺ方向における所定の原点位置を検知し、この原点位置を基点としてモータの駆動量を制御することによって、所定の高さ範囲内の任意のＺ位置に被検査物を焦準移動させる。

光源ユニット１４は、ステージ１２の下部からステージ１２の開口部を通して、ステージ１２に載置される被測定物１１を照明する白色光源であり、ハロゲンランプやLED等が使用される。光源ユニット１４から出射した光の被測定物１１を透過した透過光が観察光として対物レンズ１５に入射する。レボルバユニット１６は、回転可能なレボルバに倍率の異なる対物レンズ１５を複数装着しており、このレボルバを回転させて使用する対物レンズ１５を自在に交換し、対物レンズの倍率（観察倍率）の変更を行う。フォーカス検出ユニット２１は、分岐した被測定物１１からの光束に基づいて、合焦位置を検出する。また、測定ユニット２４は、被測定物１１の色またはスペクトルに関する情報を取得するものである。測定ユニット２４の構成の詳細については後述する。

さらに、顕微鏡１０は、制御・データ処理部３０として、ステージユニット制御部３１と、光源ユニット制御部３２と、レボルバユニット制御部３３と、カメラユニット制御部３４と、フォーカス検出ユニット制御部３５と、測定ユニット制御部３６と、制御コントローラ３７と、ホストシステム３８と、ユーザインタフェース３９とを備える。

ステージユニット制御部３１は、ＸＹ駆動制御部１３ａおよびＺ駆動制御部１３ｂを制御して、被測定物１１の位置を制御する。光源ユニット制御部３２は、光源ユニット１４を制御して、光源ユニット１４から照射される照明光の光量を調整する。レボルバユニット制御部３３は、レボルバユニット１６のレボルバを回転させて、対物レンズの切り換えを行う。フォーカス検出ユニット制御部３５は、フォーカス検出ユニット２１を制御して、顕微鏡１０のフォーカス位置に関する情報を取得する。測定ユニット制御部３６は、測定ユニット２４を制御して、被測定物１１の所定の領域の特性を電気信号として受信する。

制御コントローラ３７は、ホストシステム３８の制御に基づいて、顕微鏡装置１０を構成する各部の動作を統括的に制御する。例えば、制御コントローラ３７は、レボルバを回転させて観察光の光路上に配置する対物レンズ１５を切換える処理や、切換えた対物レンズ１５の倍率等に応じた光源の調光制御や各種光学素子の切換え、あるいはＸＹ駆動制御部１３ａやＺ駆動制御部１３ｂに対するステージの移動指示等、被測定物１１の観察に伴う顕微鏡１０の各部の調整を行うとともに、各部の状態を適宜ホストシステム３８に通知する。

また、制御コントローラ３７は、フォーカス検出ユニット３５を制御して顕微鏡１０のフォーカス状態に関する情報を取得し、その結果に応じてＺ駆動制御部１３ｂに対するステージの移動指示を行うことで被測定物１１に自動的にピントを合わせるオートフォーカス制御を実現する。また、ユーザインタフェース３９は、キーボードおよびディスプレイ等で構成され、ホストシステム３８に対する各種入力を受付け、また、各種測定結果の表示およびシステム情報の表示をする。

さらに、制御コントローラ３７は、ホストシステム３８の制御に基づいて、カメラユニット１９の自動ゲイン制御のＯＮ／ＯＦＦ切換、ゲインの設定、自動露出制御のＯＮ／ＯＦＦ切換、露光時間の設定等を行ってカメラユニット１９を駆動し、カメラの撮像動作を制御する。また、測定ユニット２４によるスペクトルの取得の際の測定視野や測定箇所、測定数、測定の際の積算回数や使用する受光素子５６ａの数、フィルタ設定等を制御する。

次に本発明の測定装置の一部を構成する測定ユニット２４について説明する。図２は、図１の被測定物１１から発した光が測定ユニット２４の受光部５６に至るまでを示す光路図である。測定ユニット２４は、視野絞り５１と、コレクタレンズ５２と、第１のフライアイレンズ５３と第２のフライアイレンズ５４とコンデンサレンズ５５と受光部５６とを含んで構成されている。

視野絞り５１は、結像レンズ１７による被測定物１１の中間像５７が形成される中間像面に配置されている。この視野絞り５１の開口の大きさを調整することによって、視野絞り５１を通過できる被測定物１１上の測定対象の領域を絞ることができる。

コレクタレンズ５２は、視野絞り５１が、ほぼコレクタレンズ５２の被測定物１１側の焦点位置に位置するように配置された凸レンズであり、すなわち、視野絞り５１を通過した発散光束を略平行光束に変換する。

次に、第１および第２のフライアイレンズ５３，５４の一例について、図２に加え図３，図４を参照して説明する。図３は、図２の第１のフライアイレンズを光軸に沿う方向に見た図である。第１のフライアイレンズ５３は、コレクタレンズ５２の光軸に直交する平面上に、複数の同一形状の第１の要素レンズ５３ａが規則的に配列されて構成されている。図３の例では、第１の要素レンズ５３ａは光軸に沿う方向に見た外形が円形の凸レンズであり、隙間を最小限にするように、図３の横方向に接するように配列した要素レンズ５３ａを図３の縦方向には要素レンズ５３ａの半径分横方向にずらして配列した構成となっている。また、センサ面に投影される照明の形状は円形になっている。また、第１のフライアイレンズ５３の第１の要素レンズ５３ａの光軸を含む断面の形状は、例えば図４に示すように入射側の面を曲面とし、出射側の面を平面とする平凸型とすることができる。第１の要素レンズの形状はこれに限られず、入射側および出射側の面の双方を曲面で構成しても良い。

第２のフライアイレンズ５４は、コレクタレンズ５２の光軸に直交する平面上に、複数の同一形状の第２の要素レンズ５４ａが、第１のフライアイレンズ５４の第１の要素レンズ５３ａに対向するように、規則的に配列されて構成されている。第２の要素レンズ５４ａは、第１の要素レンズ５３ａと略同一の焦点距離を有し、図４に示すように第１の要素レンズ５４ｂと同一な形状とすることもでき、あるいは、異なる形状とすることもできる。また、第１のフライアイレンズ５３と第２のフライアイレンズ５４との間は、第１の要素レンズ５３ａおよび第２の要素レンズ５３ｂの焦点距離だけ離れている。すなわち、視野絞り５１と第２のフライアイレンズ５４とは、共役の位置にある。このため、コレクタレンズ５３により略平行光束に変換された光束は、第１のフライアイレンズ５３の入射面で、それぞれの第１の要素レンズ５３ａにより空間的に分割され、それぞれ対向する第２のフライアイレンズ５４の第２の要素レンズ５４ａ上に、視野絞り５１で測定対象の領域が絞られた被測定物１１の複数の像を結像する。なお、図４の場合、第１の要素レンズ５３ａと第２の要素レンズ５４ａとが、双方共に図４のように平凸レンズで構成され、第２の要素レンズ５４ａの出射面上に、それぞれ被測定物１１の像が結像される。

コンデンサレンズ５５は、上記複数の像の結像位置、すなわち、第２のフライアイレンズ上に、コンデンサレンズ５５の入射側の焦点位置がくるように、コレクタレンズ５２と同軸に配置された凸レンズである。コンデンサレンズ５５は、第２の要素レンズ５４ａ上で複数の像を結像した後発散する複数の発散光束を、それぞれ略平行な光束に変換する。受光部５６は、受光面がコンデンサレンズ５５の光束の出射側の焦点距離に位置し、コンデンサレンズ５５の光軸に直交するように配置されている。すなわち、受光部５６の受光面は、第１のフライアイレンズ５３と共役である。このような光学系の構成によって、コンデンサレンズ５５で略平行光束に変換された複数の光束は、受光部５６の受光面上で互いに重畳される。

受光部５６は、複数（例えば、４〜２０色）の異なる分光感度を有する受光素子５６ａを含んで構成される。受光素子５６ａは、受光面に一列に配置されていても良く、また、２次元的に配置されていても良い。図５は、図２の受光部５６の受光素子５６ａの配列の一例を示す図であり、この場合受光部５６は、１５の受光素子５６ａが、３行５列に配置され、受光部５６の受光面は全体として長方形の形状となっている。

また、各受光素子５６ａは、光電変換素子例えばフォトダイオード（ＰＤ）の前面に、透過帯域特性の異なる有機膜のフィルタを配置して構成される。図６は、図２の受光部５６の各受光素子５６ａの分光感度の一例を示す図であり、横軸に波長、縦軸に分光感度を示している。この受光部５６を用いた場合、隣接するグラフに対応する２つの受光素子５６ａの信号の差分をとることによって、合計１４バンドのスペクトルに対応した信号（成分特性）を得ることができる。使用する受光素子５６ａの数を多くすることで、高い測定精度を得ることができる。一方、高い測定精度が求められていない場合には、使用する受光素子５６ａの数を減らすことで、測定時間を短縮することができる。

図７は、図１の顕微鏡における測色処理を示すブロック図である。受光部５６の各受光素子５６ａで検出された各スペクトル帯域に対応する電気信号は、制御・データ処理部３０の測定ユニット制御部３６によって読み出され、ホストシステム３８に転送される。ホストシステム３８には、補正部６１、スペクトル推定部６２および画像補正部６３が含まれる。補正部６１は、各受光素子５６ａの光学的なムラや受光素子の個体差等に基づきデータを補正し、スペクトル推定部６２は、補正部６１で補正されたデータに基づいて、色またはスペクトルの推定を行う。画像補正部は、スペクトル推定部６２で推定された色またはスペクトルに基づいて、カメラユニット１９から得られる画像の色を補正する。この例において、補正部６１およびスペクトル推定部６１は、特性導出部に対応する。

上述した構成によれば、被測定物１１と受光部５６とは瞳結像の関係にある。すなわち、被測定物１１の輝度の空間分布が、受光部５６においては輝度の角度分布に変換される。そのため、被測定物１１の輝度が空間的に不均一であっても受光部５６においては照度ムラとはならない。しかし、被測定物１１の輝度は空間分布だけではなく角度分布を有する場合がある。特に、図２において、被測定物１１が光軸方向に移動した場合（被測定物１１がデフォーカスした場合）は、被測定物１１と視野絞り５１との共役関係が崩れるため、被測定物１１の輝度の角度分布が均一であっても、被測定物１１の輝度の空間分布が視野絞り５１の位置では輝度の角度分布に変換される。一般的なケーラー照明系では、視野絞り５１での輝度の角度分布が受光部５６においては輝度の角度分布に変換されるため、被測定物１１が光軸方向に移動した場合（被測定物１１がデフォーカスした場合）は、受光部５６において照度ムラが発生することになる。特に顕微鏡のように倍率の高い光学系ではデフォーカスの影響が大きく、ムラが顕著になりやすい。

本実施形態では、受光部５６における照度ムラを均一化するために、フライアイレンズを用いている。被測定物１１からの発散光束がコレクタレンズ５２により平行光束に変換された位置にフライアイレンズ５３が配置されているので、このフライアイレンズ５３によって、平行光束が空間的に複数に分割される。被測定物１１からの輝度の角度分布は、第１のフライアイレンズ５３の入射面において輝度の空間分布に変換されているので、第１のフライアイレンズ５３は被測定物１１からの輝度の角度分布を分割していることに相当する。さらに、第１のフライアイレンズ５３の光束の出射側焦点位置に位置する第２のフライアイレンズ５４の第２の要素レンズ５４ａの射出面では、それぞれ分割された複数の被写体像が形成される。この複数の被写体像からの光束が、コンデンサレンズ５５によって受光部５６に重畳して投影される。これにより、被測定物１１の輝度の角度分布が存在しても受光部５６においては平均化されるため、より均一な照度分布を得ることができる。

これによって、レンズおよびフライアイレンズからなるレンズ系のみを用いた単純な光学系の構成で、被測定物からの光を拡散させて光量を低下させることなく、被測定物から射出される光の位置および方位のムラを均一化して、被測定物の所定の領域の特性を測定することができる。

また、受光素子５６ａは二次元的に配置したので、一次元に配置するよりもより多くの成分特性、すなわちスペクトル帯域に対応した光を検出することができる。

さらに、本実施の形態では第１のフライアイレンズ５３と受光部５６の受光面とが共役に配置されることに加え、前記視野絞り５１が配置される面と共役な位置に前記第２のフライアイレンズ５４とを配置しているため、第２の要素レンズ５４ａの光軸から離れた位置に結像した光線も、受光部５６に向けて屈折され受光部５６上により均一になるように照射される。

なお、上記実施の形態において、結像レンズ１７の位置は、ハーフミラー２０とハーフミラー２２との間に限られない。例えば、ハーフミラー２２とミラー２３との間、および、ハーフミラー２２と接眼部１８およびカメラユニット１９との間にそれぞれ結像レンズを設ける構成とすることもできる。

また、本測定装置１０で検出される特性は、色またはスペクトルに関する特性に限られず、例えば、偏向特性とすることもできる。この場合、受光部５６の受光素子５６ａは、偏向フィルタを備え、成分特性としてそれぞれ異なる偏向方向成分の光を検出するように構成できる。

（第２実施の形態）
図８は、本発明の第２実施の形態に係る測定装置の第１のフライアイレンズ５３の断面図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る測定装置おいて、第２のフライアイレンズ５４を配置せず、第１のフライアイレンズ５３の形状を変えたものである。この第１のフライアイレンズは、コレクタレンズ５２を出射した平行光束が第１の要素レンズ５３ａの入射側のレンズ面で屈折し、出射側のレンズ面上に集光するように構成されている。（ここで、入射側のレンズ面と出射側のレンズ面とは、同じ曲率を有する。）言い換えれば、本実施の形態の第１のフライアイレンズ５３は、図４の各第１のフライアイレンズ５３の入射面を入射面（第１面）とし、第２のフライアイレンズ５４の出射面を出射面（第２面）として有するレンズである。すなわち、フライアイレンズ５３の入射面と受光部５６の受光面とは共役であり、出射面と視野絞り５1が配置される面とは共役である。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。この場合も、測定装置１０を通る光束は、第１実施の形態と同様の光路となり、したがって、第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

（第３実施の形態）
図９は、本発明の第３実施の形態に係る測定装置の第１のフライアイレンズ５３の断面図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る測定装置１０から、第２のフライアイレンズ５４を除いたものである。このようにすると、第１実施の形態に比べ、第１のフライアイレンズ５３により光軸から離れた位置に結像した被測定物１１の像の一部分からの光が拡散してしまうものの、結像位置で第１の要素レンズ５３の光軸付近を通る光束は、第１実施の形態と同様に良好に受光部５６に重畳され、被測定物１１からの光の位置および方位のムラを均一化するという効果は得られる。特に視野絞り５１が非常に小さい場合は、第１のフライアイレンズ５３に入射する光束がほぼ平行光となり、像の一部分からの光の拡散が抑えられるため実用上問題が無い。

（第４実施の形態）
図１０は、本発明の第４実施の形態に係る測定装置の第１および第２のフライアイレンズの形状を説明する図であり、図１０（ａ）は第１のフライアイレンズ５３を光束の入射側から見た図、図１０（ｂ）は、第１および第２のフライアイレンズ５３，５４の断面図である。本実施の形態は、第１および第２のフライアイレンズ５３，５４を形成する第１の要素レンズ５３ａおよび第２の要素レンズ５４ａのレンズ面の形状を、受光部５６の複数の受光素子５６ａが配列された受光面の形状に適合する形状としたものである。すなわち、図５の受光部５６は、受光素子５６ａが全体として長方形状に配置されているので、第１および第２のフライアイレンズ５３，５４の第１および第２の要素レンズ５３ａ，５４ａのレンズ面もこれと略相似した長方形の形状としている。よってセンサ面に投影される照明の形状は長方形の形状となる。

このように、第１および第２のフライアイレンズを構成することにより、コレクタレンズ５２からの平行光束が第１のフライアイレンズ５３ａで、受光部５６の受光面と相似な長方形の形状に分割され、第１のフライアイレンズ５３ａと共役関係にある受光部５６の受光面を、受光面と同じ長方形形状に照射する。第１および第２の要素レンズ５３ａ，５４ａの大きさを適切に決めることにより、視野絞り５１を通過してきた被測定物１１からの光束の光量を無駄にすることなく、受光部５６の受光面に照射させることができる。

なお、この場合も図１０（ｃ）に断面図を示すように、第２のフライアイレンズ５４を用いずに、コレクタレンズ５２を出射した平行光束が第１の要素レンズ５３ａの入射側のレンズ面で屈折し、出射側のレンズ面上に集光するように構成された一つの第１のフライアイレンズ５３を用いても同様の効果を得ることができる。

（第５実施の形態）
図１１は、本発明の第５実施の形態に係る測定装置を適用した測色計の概略外観図であり、図１２は、図１１の測色計の構成を示す図である。この測色計７０は、離れて位置する被測定物１１の色を検出する小型の装置であり、使用者は接眼レンズ７６を覗きながら結像レンズ７１により被測定物１１にフォーカスを合わせ、被測定物１１の色を測定する。

この測色計７０は、結像レンズ７１を含む結像光学系と、ハーフミラー７２と、スクリーン７３と、接眼レンズ７６を含む接眼光学系と、視野絞り５１と、コレクタレンズ５２と、第１のフライアイレンズ５３と、第２のフライアイレンズ５４と、コンデンサレンズ５５と、受光部５６と、特性導出部である処理部７７と、表示部７８とを含んで構成される。ここで、視野絞り５１、コレクタレンズ５２、第１のフライアイレンズ５３、第２のフライアイレンズ５４、コンデンサレンズ５５および受光部５６は、第１の実施の形態において同一の符号を付された構成要素と同様に構成されている。

結像レンズ７１を透過した光束はハーフミラー７２により分岐され、被測定物１１の像が視野絞り５１およびスクリーン７３上に結像させる。スクリーン７３上の被測定物の像７５は、像の中心を示すターゲットマーク７４とともに接眼レンズを介して使用者により観察される。被測定物の中間像５７は、ハーフミラーを介して使用者が観察する被測定物１１の像７５と対称な位置に形成される。この被測定物の中間像５７から、視野絞り５１を通り発散する光束は、第１実施の形態と同様にコレクタレンズ５２からコンデンサレンズ５５までの光学系により、均一な光束として受光部５６の受光面を照射される。これによって、受光部５６の受光素子から、被測定物１１のターゲットマーク７４で選択した周辺の領域（所定の領域）の、各受光素子の分光感度に対応した電気信号（成分特性の信号）が処理部７７に出力される。処理部７７は、各受光素子からの電気信号に基づいて、被測定物１１の所定の領域の色の特性を導出する。

処理部７７は、導出した色の特性を、測色計７０に設けられた表示部７８に表示する等して出力する。

本実施の形態の測色計７０は、第１実施の形態と同様に被測定物１１からの光の位置および角度方向のムラの影響を受けず、安定して測定できかつ暗くならないという効果を有する。特に、光ファイバや積分球を用いずに装置を構成しているので、小型で持ち運び易い装置とすることができる。

（第６実施の形態）
図１３は、本発明の第６実施の形態に係る測定装置を適用したマイクロスコープ型測色計の説明図である。このマイクロスコープ型測色計８０は、皮膚等の被測定物１１に近接させて色を測定するものである。このマイクロスコープ型測色計は、第１〜５実施の形態と異なり、被測定物１１の中間像を形成することなく直接被測定物１１の所望の領域の色を測色する。このため、本実施の形態のマイクロスコープ型測色計８０は、測定点に向けて径が狭くなる円錐型の先端部を有する筐体内に収納された、コレクタレンズ５２と、第１のフライアイレンズ５３と、第２のフライアイレンズ５４と、コンデンサレンズ５５と、受光部５６と、特性導出部である処理部７７と、表示部７８とを含んで構成されている。円錐型部分の先端は開口しており、ここから入射した被測定物１１からの光を均一化して、受光部５６で検出する。各構成要素の作用は同一の符号が付された第５実施の形態の構成要素と同様である。このように構成することによって、被測定物１１に凹凸があっても安定して測定することが可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、光束分割手段としては、フライアイレンズを用いた構成に限られず、ミラーやプリズムを用いて光束を分割することもできる。また、光束を重畳させる集光手段としては、レンズに加え、ミラーやプリズム等を組み合わせることもできる。

また、本発明の測定装置は、種々の用途に適用することができる。例えば、ディスプレイ等の色を測定するカラーマネジメント用の測色計、カラー印刷物の色を測定する測色計、歯の色を測定する機器、照射光源の色を測定する光源測定機器、工業用および生物顕微鏡等への応用が可能である。また、顕微鏡に適用する場合は、透過型顕微鏡のみならず、落射型の顕微鏡に使用することもできる。

１０顕微鏡
１１被測定物
１２ステージ
１３ステージユニット
１３ａＸＹ駆動制御部
１３ｂＺ駆動制御部
１４光源ユニット
１５対物レンズ
１６レボルバユニット
１７結像レンズ
１８接眼部
１９カメラユニット
２０ハーフミラー
２１フォーカス検出ユニット
２２ハーフミラー
２３ミラー
２４測定ユニット
３０制御・データ処理部
３１ステージユニット制御部
３２光源ユニット制御部
３３レボルバユニット制御部
３４カメラユニット制御部
３５フォーカスユニット制御部
３６測定ユニット制御部
３７制御コントローラ
３８ホストシステム
３９ユーザインタフェース
５１視野絞り
５２コレクタレンズ
５３第１のフライアイレンズ
５３ａ第１の要素レンズ
５４第２のフライアイレンズ
５４ａ第２の要素レンズ
５５コンデンサレンズ
５６受光部
５６ａ受光素子
５７被測定物の中間像
６１補正部
６２スペクトル推定部
６３画像補正部
７０測色計
７１結像レンズ
７２ハーフミラー
７３スクリーン
７４ターゲットマーク
７５被測定物の像
７６接眼レンズ
７７処理部
７８表示部
８０マイクロスコープ型測色計
Ｏ光軸

Claims

被測定物の所定の領域からの発散光束を略平行光束に変換するコレクタレンズと、
前記コレクタレンズの前記略平行光束の出射側の焦点位置近傍に配置され、該略平行光束を、空間的に分割する光束分割手段と、
前記分割された光束を互いに重畳させる集光手段と、
前記集光手段により重畳された光束を受光して電気信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力される電気信号に基づいて前記被測定物の前記所定の領域の特性を導出する特性導出部とを備え、
前記受光部は、前記特性に関する異なる成分特性を検出する複数の受光素子を含む測定装置。
前記光束分割手段は、前記被測定物の複数の像を結像させる第１のフライアイレンズであり、前記集光手段は、前記第１のフライアイレンズにより前記被測定物の前記複数の像を結像した後発散する複数の光束を、それぞれ屈折させて、互いに重畳させるコンデンサレンズであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記コンデンサレンズは、前記複数の光束をそれぞれ略平行光束に変換することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
前記複数の受光素子は、異なる分光感度特性を有し、前記特性導出部は、前記被測定物の前記所定の領域の色またはスペクトルに関する特性を導出することを特徴とする請求項２または３に記載の測定装置。
前記受光素子は二次元的に配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の測定装置。
前記受光素子は、光電変換素子と該光電変換素子の前面に近接して配置されたフィルタとから構成され、前記受光部は、互いに異なる透過帯域特性を有するフィルタを含む二種類以上の前記受光素子を備えることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の測定装置。
前記被測定物の中間像を中間像面に結像させる結像レンズと、
前記中間像面と略同一面上に配置された視野絞りとを備え、
前記視野絞りは前記コレクタレンズの入射側焦点位置近傍に配置され、該視野絞りを通過した発散光束が前記コレクタレンズにより前記略平行光束に変換されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
前記第１のフライアイレンズは、前記被測定物側に配置された第一面と、前記受光部側に配置された第二面とを有し、前記第一面と前記受光部の受光面とは共役であり、前記第二面と前記視野絞りが配置される面とは共役であることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
前記第１のフライアイレンズは、複数の第１の要素レンズを前記コレクタレンズの光軸と略直交する平面に二次元的に配列して構成され、該複数の要素レンズを前記光軸に沿う方向に見た形状は、前記受光部の前記受光面が配列された形状に適合することを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
前記第１のフライアイレンズは、複数の第１の要素レンズを前記コレクタレンズの光軸と略直交する平面に二次元的に配列して構成され、前記第１のフライアレンズの前記受光部側に、前記第１のフライアイレンズの前記複数の第１の要素レンズにそれぞれ対向して配置された複数の第２の要素レンズを有する第２のフライアイレンズを備え、前記第１のフライアイレンズと前記受光部の受光面とは共役であり、前記第２のフライアイレンズと前記視野絞りが配置される面とは共役であることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
前記第１のフライアイレンズおよび前記第２のフライアイレンズの前記複数の前記第一および第２の要素レンズを前記光軸に沿う方向に見た形状は、前記受光部の前記複数の受光素子の受光面が配列された形状に適合することを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。