JP2023101819A - 分光測色計 - Google Patents

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秀彦 藤井
Hidehiko Fujii
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Katsutoshi Tsuruya
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Abstract

Figure 2023101819000001
【課題】分光測色計の内部に大きな空間を設けることなく、被測定位置に観察光を照射できるようにし、被測定位置を容易に知ることができるようにする。
【解決手段】分光測色計は、測定開口と、測定開口を介して入射する試料の被測定位置からの被測定光を結像させ、結像させられた被測定光を生成する受光光学系と、被測定光を受光し、光学的特性を表現する信号を出力するセンサーと、被測定位置の観察時に測定開口を介して測定開口に対向する試料の被測定位置を照明するための観察光を発光する観察光源と、測定開口を介した被測定位置の観察時に測定開口を介して測定開口に対向する試料の表面を照明するための照明光を、観察光源による観察光の発光と同時に発光する補助光源と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、分光測色計に関する。
分光スペクトルを測定する分光測色計の被測定範囲が微小である場合は、被測定位置が意図する位置からわずかにずれたにすぎないときであっても、測定される分光スペクトルが意図する位置からの光の分光スペクトルから大きく変化する場合がある。このため、分光測色計の被測定範囲が微小である場合は、測定前に被測定位置を観察できるようにし、測定前に被測定位置を意図する位置に合わせることができるようにすることが望まれる。特許文献１に記載された技術は、分光器においてそのようなことを可能にする技術の例である。
特許文献１に記載された技術においては、観察光が注入される場合に、シャッタが閉状態となる。また、ＬＥＤが、シャッタに向けて観察光を照射し、シャッタが、照射された観察光を対物レンズに向けて反射し、対物レンズが、反射光を被測定物の表面に結像させる。測定部位が、被測定物の表面に結像した光の位置から特定される。また、測定が行われる場合に、シャッタが開かれ、スリットミラーを通過した光が受光部に導かれる（段落００２７－００３１）。
特開２００９－２８８１５０号公報
特許文献１に記載された技術に代表される従来の技術においては、測定位置に観察光を照射するための機構を分光測色計の内部に収容するために分光測色計の内部に大きな空間を設けなければならない。例えば、特許文献１に記載された技術においては、スリットミラー等を分光器の内部に収容するために分光器の内部に大きな空間を設けなければならない。
以下で説明する発明は、この問題を解決することを目的とする。以下で説明する発明が解決しようとする課題は、分光測色計の内部に大きな空間を設けることなく、被測定位置に観察光を照射できるようにし、被測定位置を容易に知ることができるようにすることである。
以下で説明される発明は、分光測色計に関する。
以下で説明される第１の発明においては、測定開口を介して入射する試料の被測定位置からの被測定光が、受光光学系により結像させられる。これにより、結像させられた被測定光が生成される。
センサーは、被測定光を受光し、光学的特性を表現する信号を出力する。
観察光源は、被測定位置の観察時に測定開口を介して測定開口に対向する試料の被測定位置を照明するための観察光を発光する。
補助光源は、測定開口を介した被測定位置の観察時に測定開口を介して測定開口に対向する試料の表面を照明するための照明光を、観察光源による観察光の発光と同時に発光する。
以下で説明する発明によれば、分光測色計の内部に大きな空間を設けることなく、被測定位置に観察光を照射できるようになり、被測定位置を容易に知ることができるようになる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
第１実施形態の分光測色計を図示する模式図である。 第１実施形態の分光測色計に備えられる分光器の断面を図示する模式図である。 第１実施形態の分光測色計に備えられる分光器および観察光源の駆動機構の部分断面を図示する模式図である。 第１実施形態の分光測色計に備えられる観察光源を置き換えうる観察光源を図示する模式図である。 第２実施形態の分光測色計を図示する模式図である。 第２実施形態の分光測色計における回折格子の配置を図示する斜視図である。 第２実施形態の分光測色計における回折格子の配置と対比される回折格子の配置を図示する斜視図である。
１ 第１実施形態
１．１ 分光測色計
図１は、第１実施形態の分光測色計を図示する模式図である。図２は、第１実施形態の分光測色計に備えられる分光器の断面を図示する模式図である。図３は、第１実施形態の分光測色計に備えられる分光器および観察光源の駆動機構の部分断面をの断面を図示する模式図である。
図２は、図３のＡ－Ａ切断線の位置における断面を図示する。図３は、図２のＢ－Ｂ切断線における部分断面を図示する。
図１に図示される分光測色計１０００は、照明光学系１０２０、受光光学系１０２１、分光器１０２２、コントローラー１０２３及び操作部１０２４を備える。分光測色計１０００がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。
分光測色計１０００は、d:8ジオメトリを有する物体色の分光測色計である。このため、分光測色計１０００においては、照明光学系１０２０が、拡散光により試料を照明する。また、受光光学系１０２１が、試料からその表面の法線方向と８°をなす方向に出射する被測定光を受光し、分光器１０２２に導く。また、分光器１０２２が、受光光学系１０２１により導かれてきた被測定光の分光スペクトルを測定する。
照明光学系１０２０は、照明光源１０４０及び積分球１０４１を備える。照明光学系１０２０がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。受光光学系１０２１は、受光レンズ１０６０を備える。受光光学系１０２１が受光レンズ１０６０以外の構成物を備えてもよい。分光器１０２２は、図１、図２及び図３に図示されるように、スリット板１０８０、レンズ１０８１、回折格子１０８２、ラインセンサー１０８３、観察光源１０８４及び挿抜機構１０８５を備える。分光器１０２２がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。スリット板１０８０には、スリット１１００が形成される。板状のスリット形成物であるスリット板１０８０が、板状でないスリット形成物に置き換えられてもよい。回折格子１０８２が回折格子１０８２以外の波長分散素子に置き換えられてもよい。例えば、回折格子１０８２がプリズムに置き換えられてもよい。波長分散方向に配列された複数の光電変換素子を備えるラインセンサー１０８３がラインセンサー１０８３以外のセンサーに置き換えられてもよい。例えば、ラインセンサー１０８３がひとつの光電変換素子を備えるセンサーに置き換えられてもよい。その場合は、当該センサーを波長分散方向に走査する走査機構が設けられる。もしくは前記波長分散素子を波長分散方向に回転走査する走査機構が設けられる。
１．２ 分光スペクトルの測定
分光スペクトルの測定は、操作部１０２４に対して行われた測定の開始を指示する操作をコントローラー１０２３が検出するのに応答して開始される。測定の開始の引き金が、操作部１０２４に対して行われた測定の開始を指示する操作以外であってもよい。例えば、測定開始の引き金が、分光測色計１０００に通信可能に接続された機器から入力された測定の開始を指示する信号であってもよい。
分光スペクトルの測定時には、挿抜機構１０８５が、コントローラー１０２３による制御にしたがって、測定光路１１２０外に観察光源１０８４を退避させる。観察光源１０８４の退避は、回転機構１０９０が、観察光源１０８４が取り付けられたアーム１０９１を回転中心１０９２の周りに回転させることにより行われる。
また、分光スペクトルの測定時には、照明光源１０４０が、コントローラー１０２３による制御にしたがって、試料を照明するための照明光を発光する。
発光された照明光は、積分球１０４１の側面に形成された開口１１４０を経由して積分球１０４１の内部に形成された空間１１６０に入射し、空間１１６０を囲む拡散反射面１１８０で拡散多重反射される。これにより、照明光は、均一な拡散照明光になる。
均一な拡散照明光になった照明光は、積分球１０４１に形成された測定開口１２００から出射し、測定開口１２００に対向する領域を照明し、被測定位置１２２０に配置された試料の表面により反射される。これにより、被測定位置１２２０からの被測定光１２４０が生成される。
正反射光を除去した測定を行う場合は、積分球１０４１に形成された開閉可能なトラップ１２６０を開放することにより正反射光が除去される。
生成された被測定光１２４０は、受光レンズ１０６０によりスリット１１００に結像させられる。これにより、結像させられた被測定光１２８０が生成される。受光レンズ１０６０は、その光軸方向に可動である。受光レンズ１０６０をその光軸方向に動かすことにより、被測定領域の大きさを変更することができる。
結像させられた被測定光１２８０は、スリット１１００を通過する。これにより、スリット１１００と回折格子１０８２との間にある測定光路１１２０を進む被測定光１３００が生成される。
測定光路１１２０を進む被測定光１３００は、レンズ１０８１により導かれ、回折格子１０８２により回折される。これにより、－１次回折光１３２０を含む回折光が生成される。測定光路１１２０を進む被測定光１３００は回折により波長分散されるため、－１次回折光１３２０は波長分散された光となっている。
生成された－１次回折光１３２０は、ラインセンサー１０８３に受光される。ラインセンサー１０８３が－１次回折光１３２０以外の回折光を受光してもよい。
ラインセンサー１０８３は、受光した－１次回折光１３２０に応じた分光スペクトルを表現する信号を出力する。
１．３ 被測定位置の観察
分光測色計１０００は、被測定位置１２２０に観察光を照射する機能を有する。分光測色計１０００のオペレーターは、被測定位置１２２０に観察光が照射されることにより現れるハイライト部を積分球１０４１に形成されたファインダー孔１３４０を通して視認することにより、被測定位置１２２０を観察できる。
被測定位置１２２０の観察時には、挿抜機構１０８５が、コントローラー１０２３による制御にしたがって、測定光路１１２０内に観察光源１０８４を挿入する。観察光源１０８４の挿入は、回転機構１０９０が、観察光源１０８４が取り付けられたアーム１０９１を回転中心１０９２の周りに回転させることにより行われる。測定光路１１２０内に観察光源１０８４が挿入された状態においては、観察光源１０８４の発光面がスリット１１００を向き、観察光源１０８４がスリット１１００に向けて観察光を発光できる。
被測定位置１２２０の観察時には、観察光源１０８４が、コントローラー１０２３による制御にしたがって、スリット１１００に向けて観察光を発光する。
発光された観察光は、スリット１１００を通過し、受光レンズ１０６０により結像させられる。
スリット１１００は、被測定位置１２２０と光学的に共役である位置に配置される。このため、観察光源１０８４が観察光を発光した場合には、スリット１１００の像が試料の表面に結像させられる。スリット１１００の像が結像させられる位置は被測定位置１２２０であるため、オペレーターは、積分球１０４１に形成されたファインダー孔１３４０を通してスリット１１００の像を視認することにより、被測定位置１２２０を観察できる。
スリット１１００と被測定位置１２２０が光学的に共役であることは、観察光源１０８４が配置される位置がずれてもスリット１１００の像が結像させられる位置がずれないようにすることに寄与する。また、挿抜機構１０８５によって、測定光路１１２０内に観察光源１０８４を挿入することは、観察光源１０８４をスリット１１００の近くに配置することを可能にし、ポインタ光として利用できる観察光を増やすことに寄与する。
第１実施形態の分光測色計１０００によれば、分光測色計１０００の内部のスリット１１００と回折格子１０８２との間等に大きな空間を設けることなく、被測定位置１２２０にポインタ光となる観察光を照射できるようになり、被測定位置１２２０を容易に観察できるようになる。また、第１実施形態の分光測色計１０００によれば、ミラーのような追加の部材も不要である。
１．４ 観察光源
観察光源１０８４は、観察光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。ＬＥＤは、望ましくは薄型のＬＥＤである。発光ダイオード以外の光源が観察光を発光することも許されるが、ＬＥＤが観察光を発光する場合は、分光測色計１０００を小型にすることができる。また、ＬＥＤが観察光を発光する場合は、観察光源１０８４の消費電力が減少し、観察光源１０８４の寿命が長くなる。
図４は、第１実施形態の分光測色計に備えられる観察光源を置き換えうる観察光源を図示する模式図である。
図４に図示される観察光源１３８０は、図１に図示される観察光源１０８４を置き換えることができ、ＬＥＤ１４００，１４０１及び１４０２を備える。ＬＥＤ１４００，１４０１及び１４０２は、それぞれ光１４２０，１４２１及び１４２２を発光する。光１４２０，１４２１及び１４２２は、互いに異なる色を有する。ＬＥＤ１４００，１４０１及び１４０２からなる３個のＬＥＤが２個のＬＥＤ又は４個以上のＬＥＤに置き換えられてもよい。ＬＥＤ１４００，１４０１及び１４０２の少なくとも一部がＬＥＤ以外の光源に置き換えられてもよい。
観察光源１０８４が観察光源１３８０に置き換えられる場合は、コントローラー１０２３及び操作部１０２４が、光１４２０，１４２１及び１４２２において観察光として用いる光を切り替える切り替え機構として動作する。すなわち、コントローラー１０２３が、操作部１０２４に対して行われた色を選択する操作を検出し、選択された色に応じた色の光を観察光源１３８０が発光するようにＬＥＤ１４００，１４０１及び１４０２を制御する。これにより、試料の表面の色に応じて観察光の色を選択でき、被測定位置１２２０をより容易に観察できる。被測定位置１２２０の観察時に試料の色が仮測定され、仮測定の結果を利用して観察光源１３８０が発光する光の色が決定されてもよい。
１．５ 被測定位置の観察時における照明光の発光
物体色の分光測色計１０００においては、照明光学系１０２０と試料との間の間隙に照明光以外の外光が入らないようするために、当該間隙がターゲットマスク等により遮光される場合が多い。そして、当該間隙が遮光される場合は、観察光が被測定位置１２２０に照射されただけでは、被測定位置１２２０以外を視認することが困難であるため、被測定位置１２２０が試料の表面のどの部分であるのかを判別することができない。このため、被測定位置１２２０の観察時に照明光源１０４０が補助光源として利用され、被測定位置１２２０の観察時に照明光源１０４０がコントローラー１０２３により制御にしたがって照明光を発光するようにされてもよい。これにより、被測定位置１２２０以外を視認することが可能になり、被測定位置１２２０が試料の表面のどの部分であるのかを判別できるようになる。
被測定位置１２２０の観察時に照明光が発光される場合は、コントローラー１０２３及び操作部１０２４が照明光の光量を調整する調整機構として機能する。すなわち、コントローラー１０２３が、操作部１０２４に対して行われた照明光の光量を設定する操作を検出し、選択された光量に応じた光量を有する照明光を照明光源１０４０が発光するように照明光源１０４０を制御する。
１．６ その他
d:8ジオメトリを有する物体色の分光測色計１０００以外の分光測色計において観察光を被測定位置１２２０に照射するための上記の構成が採用されてもよい。試料を透過した透過光の分光スペクトルが測定されてもよい。
２ 第２実施形態
２．１ 第１実施形態と第２実施形態との主な相違
第１実施形態と第２実施形態との主な相違は、第１実施形態においては、被測定位置１２２０の観察時に測定光路１１２０内に観察光源１０８４が挿入されるのに対して、第２実施形態においては、被測定光を回折格子が反射することにより生成される０次光の光路上に観察光源が常に配置される点にある。この主な相違をもたらす構成の採用を阻害しない範囲内において、第１実施形態の分光測色計１０００の構成又はその変形が第２実施形態の分光測色計において採用されてもよい。
２．２ 分光測色計
図５は、第２実施形態の分光測色計を図示する模式図である。
図５に図示される分光測色計２０００は、照明光学系２０２０、受光光学系２０２１、分光器２０２２、コントローラー２０２３、操作部２０２４及びカメラ２０２５を備える。
照明光学系２０２０は、照明光源２０４０及び積分球２０４１を備える。受光光学系２０２１は、受光レンズ２０６０を備える。分光器２０２２は、スリット板２０８０、レンズ２０８１、回折格子２０８２、ラインセンサー２０８３及び観察光源２０８４を備える。スリット板２０８０には、スリット２１００が形成される。
２．３ 分光スペクトルの測定
分光スペクトルの測定時には、照明光源２０４０が、コントローラー２０２３による制御にしたがって、試料を照明するための照明光を発光する。
発光された照明光は、積分球２０４１の側面に形成された開口２１４０を経由して積分球２０４１の内部に形成された空間２１６０に入射し、空間２１６０を囲む拡散反射面２１８０で拡散多重反射される。これにより、照明光は、均一な拡散照明光になる。
均一な拡散照明光になった照明光は、積分球２０４１に形成された測定開口２２００から出射し、測定開口２２００に対向する領域を照明し、被測定位置２２２０に配置された試料の表面により反射される。これにより、被測定位置２２２０からの被測定光２２４０が生成される。
生成された被測定光２２４０は、受光レンズ２０６０により結像させられる。これにより、結像させられた被測定光２２８０が生成される。
結像させられた被測定光２２８０は、スリット２１００を通過する。これにより、スリット２１００と回折格子２０８２との間にある測定光路２１２０を進む被測定光２３００が生成される。
測定光路２１２０を進む被測定光２３００は、レンズ２０８１により導かれ、回折格子２０８２により回折及び反射される。回折により、－１次回折光２３２０を含む回折光が生成される。反射により、０次光２３２１が生成される。測定光路２１２０を進む被測定光２３００は回折により波長分散されるため、－１次回折光２３２０は波長分散された光となっている。
生成された－１次回折光２３２０は、ラインセンサー２０８３に受光される。
ラインセンサー２０８３は、受光した－１次回折光２３２０に応じた分光スペクトルを表現する信号を出力する。
２．４ 被測定位置の観察
分光測色計２０００は、被測定位置２２２０に観察光を照射する機能を有する。オペレーターは、被測定位置２２２０に観察光が照射されることにより現れる輝点、輝線等を積分球２０４１に形成されたファインダー孔２３４０を通して視認することにより、被測定位置２２２０を観察できる。
観察光源２０８４は、０次光２３２１の光路上に配置される。０次光２３２１の光路は測定光路２１２０外にあるため、分光スペクトルの測定時に観察光源２０８４を退避する必要はない。したがって、観察光源２０８４、観察光を反射するミラー等を可動とすることは不要であり、観察光源２０８４、観察光を反射するミラー等を動かす駆動機構は不要である。
被測定位置２２２０の観察時には、観察光源２０８４が、コントローラー２０２３による制御にしたがって、回折格子２０８２に向けて観察光を発光する。
発光された観察光は、回折格子２０８２により反射され、スリット２１００を通過し、受光レンズ２０６０により結像させられる。
観察光源２０８４が観察光を発光した場合には、スリット２１００の像が試料の表面に結像させられる。スリット２１００の像が結像させられる位置は被測定位置２２２０であるため、オペレーターは、積分球２０４１に形成されたファインダー孔２３４０を通してスリット２１００の像を視認することにより、被測定位置２２２０を観察できる。
第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、被測定位置２２２０と光学的に共役である位置にスリット２１００が配置される必要はない。
第２実施形態の分光測色計２０００によれば、分光測色計２０００の内部に大きな空間を設けることなく、被測定位置２２２０に観察光を照射できるようになり、被測定位置２２２０を容易に観察できるようになる。また、第２実施形態の分光測色計２０００によれば、ミラーのような追加の部材も不要である。
加えて、第２実施形態の分光測色計２０００によれば、観察光源２０８４の発光面積が小さい場合であっても分光器２０２２の入射瞳の全体に観察光が照射されるため、スリット２１００を通過した観察光においては、ＮＡが分光器２０２２のＮＡと等しくなっている。したがって、被測定位置２２２０と光学的に共役である位置にスリット２１００が配置されない場合であっても、被測定領域の全体を観察できる。
２．５ 観察光の波長
観察光が、測定される分光スペクトルの波長範囲外の波長を有してもよい。例えば、測定される分光スペクトルの波長範囲が可視域である場合は、観察光が紫外域又は赤外域に属する波長を有してもよい。これにより、観察光が分光スペクトルの測定に影響しなくなるので、分光スペクトルの測定時に被測定位置２２２０を観察できるようになる。
測定される分光スペクトルの波長範囲外の波長を観察光が有する場合は、カメラ２０２５が、観察光の波長に対する感度を有し、被測定位置２２２０を撮像する。
２．６ 回折格子の配置
図６は、第２実施形態の分光測色計における回折格子の配置を図示する斜視図である。図７は、第２実施形態の分光測色計における回折格子の配置と対比される回折格子の配置を図示する斜視図である。
第２実施形態の分光測色計２０００においては、図６に図示されるように、測定光路２１２０を進む被測定光２３００の主光線及び０次光２３２１の主光線を含む平面２５００から－１次回折光２３２０が外れるように回折格子２０８２が設置される。
図７に図示されるように測定光路２１２０を進む被測定光２３００の主光線及び０次光２３２１の主光線を含む平面２５００から－１次回折光２３２０が外れない場合は、回折格子２０８２が被測定光２３００を回折することにより生成される－１次回折光２３２０が、回折格子２０８２が０次光２３２１の光路上からの光を回折することにより生成される１次回折光２３２２が向かう位置と同じ位置に向かい、ラインセンサー２０８３が－１次回折光２３２０及び１次回折光２３２２の両方を受光する。このため、観察光源２０８４が０次光２３２１を反射することにより生成される反射光又は観察光源２０８４が０次光２３２１を受光した場合に発する蛍光が、迷光になり、分光スペクトルの測定に影響する。
これに対して、図６に図示されるように回折格子２０８２が－１次回折光２３２０及び０次光２３２１に対して回転させられ測定光路２１２０を進む被測定光２３００の主光線及び０次光２３２１の主光線を含む平面２５００から－１次回折光２３２０が外れる場合は、回折格子２０８２が被測定光２３００を回折することにより生成される－１次回折光２３２０が、回折格子２０８２が０次光２３２１の光路上からの光を回折することにより生成される１次回折光２３２２が向かう位置と異なる位置に向かい、ラインセンサー２０８３が－１次回折光２３２０を受光するが１次回折光２３２２を受光しない。このため、観察光源２０８４が０次光２３２１を反射することにより生成される反射光又は観察光源２０８４が０次光２３２１を受光した場合に発する蛍光が、分光スペクトルの測定に影響しない。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１０００，２０００ 分光測色計
１０２０，２０２０ 照明光学系
１０２１，２０２１ 受光光学系
１０２２，２０２２ 分光器
１０２３，２０２３ コントローラー
１０２４，２０２４ 操作部
１０６０，２０６０ 受光レンズ
１０８０，２０８０ スリット板
１０８１，２０８１ レンズ
１０８２，２０８２ 回折格子
１０８３，２０８３ ラインセンサー
１０８４，１３８０，２０８４ 観察光源
１０８５ 挿抜機構
１１００，２１００ スリット
１１２０，２１２０ 測定光路
１２２０，２２２０ 被測定位置
１２４０，２２４０ 被測定光
１３２０，２３２０ －１次回折光
１４００，１４０１，１４０２ ＬＥＤ
２０２５ カメラ
２３２１ ０次光

Claims (4)

  1. 測定開口と、
    前記測定開口を介して入射する試料の被測定位置からの被測定光を結像させ、結像させられた被測定光を生成する受光光学系と、
    前記被測定光を受光し、光学的特性を表現する信号を出力するセンサーと、
    前記被測定位置の観察時に前記測定開口を介して前記測定開口に対向する前記試料の被測定位置を照明するための観察光を発光する観察光源と、
    前記測定開口を介した前記被測定位置の観察時に前記測定開口を介して前記測定開口に対向する試料の表面を照明するための照明光を、前記観察光源による前記観察光の発光と同時に発光する補助光源と、
    を備える分光測色計。
  2. 前記補助光源は、さらに前記被測定位置の測定時に試料を照明するための照明光を発光する請求項１に記載の分光測色計。
  3. 前記測定開口を介して前記測定開口に対向する試料の表面を撮像するカメラ
    を備える請求項１又は２の分光測色計。
  4. 前記観察光源は、
    前記観察光を発光する発光ダイオード
    を備える
    請求項１から３までのいずれかの分光測色計。
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