JP6692614B2

JP6692614B2 - 測定器

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Publication number: JP6692614B2
Application number: JP2015145449A
Authority: JP
Inventors: 将人柏原; 克敏 ▲鶴▼谷; 豊門脇; 敏夫丸地; 耕平麻生
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: JP2017026471A

Description

本発明は、被測定光に応じた測定の結果を出力する測定器に関する。

輝度計は、試料から出射した被測定光を受光し、被測定光の輝度に応じた輝度値を出力する。特許文献１に記載された輝度計においては、被測定光が光ファイバーの入射面に入射し、入射面に入射した被測定光が光ファイバーにより伝送され、光ファイバーの出射面から出射した光が色フィルターを透過し、色フィルターを透過した光が受光センサーに受光される。特許文献１に記載された輝度計においては、色フィルターが干渉型である。干渉型の色フィルターは、入射角および偏光方向により分光透過率が変化するという欠点を有する。特許文献１に記載された輝度計においては、光ファイバーにより伝送された被測定光を色フィルターに入射させることによりこの欠点が克服されている。

国際公開第２０１１／１４２０７１号

被測定光を光ファイバーにより伝送する従来の輝度計においては、被測定光の受光強度が受光角により変化しやすく、受光強度の角度分布における受光強度のばらつきが大きいという問題が生じる。この問題は、輝度計以外の測定器においても生じる。

発明の詳細な説明に記載された発明は、この問題を解決するためになされる。発明の詳細な説明に記載された発明が解決しようとする課題は、被測定光を光ファイバーにより伝送する測定器において、受光強度の角度分布における受光強度のばらつきを小さくすることである。

測定器は、対物レンズ、視野絞り、バンドルファイバーおよび測定光学系を備える。被測定光は、対物レンズにより収束させられ結像位置に結像させられる。対物レンズにより収束させられた被測定光は、視野絞りに形成された開口を通過する。開口は、結像位置に配置される。開口を通過した被測定光は、バンドルファイバーの入射面に入射し、バンドルファイバーの出射面から出射する。出射面から出射した被測定光は、測定光学系に受光される。測定光学系は、受光した被測定光に応じた電気信号を出力する。バンドルファイバーは、束ねられた複数の素線を備える。素線の径は、開口の径より小さい。

バンドルファイバーの入射面において、被測定光が入射する領域のうち素線の入射面に占められる割合が受光角によって変化しにくい。受光強度の角度分布における受光強度のばらつきが小さくなる。

輝度計および試料を示す模式図である。ばらつきｆ２ｇを測定する方法を示す模式図である。理想的な受光強度の角度分布を示すグラフである。素線が最密配列されたバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。図４に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示すグラフである。視野絞りの開口の直径ｈに対する素線の直径ｄの比ｄ／ｈが１／３であるバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。図６に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示すグラフである。視野絞りの開口の直径ｈに対する素線の直径ｄの比ｄ／ｈが１／６であるバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。図８に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示すグラフである。バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布の実測データーを示すグラフである。実際のバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像しない場合の受光強度の角度分布の実測データーを示すグラフである。輝度計の一部および試料を示す模式図である。指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係を示すグラフである。比ｄ／ｈが値０．０２をとる場合について、指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が式ｙ＝ａｘ^−ｂに近似された状態を示すグラフである。比ｄ／ｈと変数ａとの関係が式ｙ_１＝２０．５２４ｘ_１ ^{０．９６８４}に近似された状態を示すグラフである。比ｄ／ｈと変数ｂとの関係が式ｙ_２＝０．４８４に近似された状態を示すグラフである。輝度計の一部および試料を示す模式図である。素線の配列を撮像している状態を示す模式図である。ファイバー画像処理シミュレーションに用いる画像の例を示す図である。図２０に示される画像に素線があるエリアが定義された状態を示す図である。図２０に示される画像の着目範囲を示す図である。図２２に示される着目範囲における画素の配列を示す模式図である。図２２に示される着目範囲における画素の配列を示す模式図である。図２２に示される着目範囲における画素の配列を示す模式図である。

１輝度計
図１の模式図は、輝度計および試料を示す。

輝度計１０００は、図１に示されるように試料１０２０から出射した被測定光１０４０を受光し、被測定光１０４０の輝度に応じた輝度値を出力する。被測定光１０４０の分光強度と輝度値との関係を示す輝度計１０００の相対分光応答度は、国際照明委員会が採用した標準比視感度に近似する。

輝度計１０００は、対物レンズ１０６０、視野絞り１０６１、分岐光ファイバー１０６２、測定光学系１０６３，１０６４および１０６５、信号処理機構１０６６ならびに演算機構１０６７を備える。

試料１０２０から出射した被測定光１０４０は、対物レンズ１０６０を透過する。対物レンズ１０６０は、透過した被測定光１０４０を収束させ結像位置１０８０に結像させる。対物レンズ１０６０を透過した被測定光１０４０は、視野絞り１０６１に形成された開口１１００を通過する。開口１１００は、結像位置１０８０に配置される。開口１１００を通過した被測定光１０４０は、分岐光ファイバー１０６２の入射面１１２０に入射する。入射面１１２０に入射した被測定光１０４０は、分岐光ファイバー１０６２により伝送される途中で分岐させられる。これにより、被測定光１１４０，１１４１および１１４２が得られる。得られた被測定光１１４０，１１４１および１１４２は、分岐光ファイバー１０６２の出射面１１６０，１１６１および１１６２からそれぞれ出射する。出射面１１６０，１１６１および１１６２からそれぞれ出射した被測定光１１４０，１１４１および１１４２は、測定光学系１０６３，１０６４および１０６５にそれぞれ受光される。測定光学系１０６３，１０６４および１０６５は、受光した被測定光１１４０，１１４１および１１４２の輝度にそれぞれ応じた電気信号１１８０，１１８１および１１８２をそれぞれ出力する。信号処理機構１０６６は、測定光学系１０６３，１０６４および１０６５からそれぞれ出力された電気信号１１８０，１１８１および１１８２を増幅し、増幅された電気信号１１８０，１１８１および１１８２をそれぞれ信号値１２００，１２０１および１２０２にアナログ／デジタル変換する。演算機構１０６７は、信号値１２００，１２０１および１２０２の単純和または重みづけ和に基づいて輝度値を演算する。なお、電気信号１１８０，１１８１および１１８２を合流させる合流回路が備えられ、電気信号１１８０，１１８１および１１８２を合流させることにより得られた電気信号が信号処理機構により信号値にアナログ／デジタル変換され、演算機構により信号値に基づいて輝度値が演算されてもよい。

分岐光ファイバーの分岐数が増減されてもよい。分岐光ファイバーの分岐数が増減される場合は、分岐光ファイバーの分岐数に応じて測定光学系の数が増減される。

２測定光学系
測定光学系１０６３，１０６４および１０６５は、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０をそれぞれ備え、受光センサー１２２１，１２４１および１２６１をそれぞれ備える。

測定光学系１０６３，１０６４および１０６５にそれぞれ受光された被測定光１１４０，１１４１および１１４２は、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０をそれぞれ透過する。色フィルター１２２０，１２４０および１２６０をそれぞれ透過した被測定光１１４０，１１４１および１１４２は、受光センサー１２２１，１２４１および１２６１にそれぞれ受光される。受光センサー１２２１，１２４１および１２６１は、電気信号１１８０，１１８１および１１８２をそれぞれ出力する。色フィルター１２２０の分光透過率は、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２００との関係を示す相対分光応答度が標準比視感度に近似するように決定される。色フィルター１２４０の分光透過率は、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２０１との関係を示す相対分光応答度が標準比視感度に近似するように決定される。色フィルター１２６０の分光透過率は、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２０２との関係を示す相対分光応答度が標準比視感度に近似するように決定される。これにより、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０の分光透過率は、それぞれ受光センサー１２２１，１２４１および１２６１の最終的な出力値（分光応答度）が標準比視感度に近似するように決定され、調製される。

３干渉型の色フィルターの利点
色フィルター１２２０，１２４０および１２６０の各々は、吸収型の色フィルター及び干渉型の色フィルターのいずれであってもよいが、望ましくは干渉型の色フィルターである。

干渉型の色フィルターは、吸収型の色フィルターと比較して、標準比視感度に一致する相対分光応答度を得るために必要な分光透過率からの色フィルターの分光透過率のずれを小さくできる、環境温度が高い場合でも色フィルターの分光透過率の経時変化が小さい等の利点を有する。このため、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０の各々が干渉型である場合は、標準比視感度からの輝度計１０００の相対分光応答度の外れが小さくなり、環境温度が高い場合でも輝度計１０００の相対分光応答度の経時変化が小さくなる。

４光ファイバーの必要性
干渉型の色フィルターは、入射角および偏光方向により分光透過率が変化するという欠点を有する。この欠点は、光ファイバーにより伝送された被測定光を色フィルターに入射させることにより克服される。被測定光が光ファイバーにより伝送された場合は、光ファイバーの出射面から出射する被測定光の出射強度の角度分布において出射強度が均一になるからである。

このため、出射面１１６０，１１６１および１１６２からそれぞれ出射する被測定光１１４０，１１４１および１１４２が色フィルター１２２０，１２４０および１２６０にそれぞれ入射する輝度計１０００においては、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０の各々が干渉型である場合でも、干渉型の色フィルターの欠点が問題になりにくい。

５ガラス製のバンドルファイバーの必要性
被測定光を伝送する光ファイバーは、直径が１−２ｍｍ程度であり環境温度が高い場合でも透過率、開口角などの経時変化が小さいものでなければならない。

プラスチック製の単芯ファイバーには、直径が１−２ｍｍ程度であるものもあるが、環境温度が高い場合でも透過率、開口角などの経時変化が小さいものがない。

ガラス製の単芯ファイバーには、環境温度が高い場合でも透過率、開口角などの経時変化が小さいものがあるが、直径が１−２ｍｍ程度であるものがない。ガラス製の単芯ファイバーの直径は、太いものでも１００−２００μｍである。

ガラス製のバンドルファイバーには、直径が１−２ｍｍ程度であり環境温度が高い場合でも透過率、開口角などの経時変化が小さいものもある。このため、分岐光ファイバー１０６２は、望ましくはガラス製のバンドルファイバーである。分岐光ファイバー１０６２がガラス製のバンドルファイバーである場合は、環境温度が高い場合でも輝度計１０００の相対分光応答度の経時変化が小さくなる。また、分岐光ファイバー１０６２がガラス製のバンドルファイバーである場合は、分岐光ファイバー１０６２の曲げ半径を小さくできるので、輝度計１０００を小さくできる。

分岐光ファイバー１０６２は、バンドルファイバーであるため、束ねられた複数の素線１２８０を備える。

６像のぼけの必要性
入射面１１２０において被測定光１０４０が焦点を結ぶ場合は、受光強度の角度分布において受光強度のばらつきが大きくなる。その理由は、後述する。入射面１１２０において被測定光１０４０が焦点を結ぶ状況は、被測定面と入射面１１２０とが互いに共役となる光学配置が採用された場合に生じ、入射面１１２０が開口１１００に接する場合に生じる。

このため、輝度計１０００においては、入射面１１２０が開口１１００から離される。これにより、被測定光１０４０が入射面１１２０において焦点を結ばず、入射面１１２０に形成される像がぼける。

７分岐の必要性
被測定光１０４０が入射面１１２０において焦点を結ばない場合は、被測定光１０４０が入射面１１２０において焦点を結ぶ場合と比較して、入射面１１２０の径を大きくしなければならない。

分岐光ファイバー１０６２は、分岐を有し、出射面１１６０，１１６１および１１６２を有する。出射面１１６０，１１６１および１１６２の各々の径は、入射面１１２０の径より小さくなる。これにより、入射面１１２０の径を大きくした場合であっても、出射面１１６０，１１６１および１１６２からそれぞれ出射した被測定光１１４０，１１４１および１１４２の全体に、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０をそれぞれ透過させることができ、色フィルター１２２０，１２４０および１２６０をそれぞれ透過した被測定光１１４０，１１４１および１１４２の全体を、受光センサー１２２１，１２４１および１２６１にそれぞれ受光させることができる。

８受光強度の角度分布において受光強度のばらつきが大きくなる理由
入射面１１２０において被測定光１０４０が焦点を結ぶ場合に受光強度の角度分布において受光強度のばらつきが大きくなる理由を説明する。

８．１ばらつきｆ２ｇおよび輝度計の等級
輝度計に関するドイツ工業規格DIN 5032-7は、方向応答(directional response(f2g))の項目において、受光強度の角度分布における受光強度のばらつきｆ２ｇについて規定する。

ドイツ工業規格DIN 5032-7によれば、ばらつきｆ２ｇは、測定角の９０％の範囲における、点光源から放射される光の受光強度のばらつきを示す数値である。点光源は、輝度計から見て測定角の５％の範囲を占める光源である。

ドイツ工業規格DIN 5032-7は、ばらつきｆ２ｇがｆ２ｇ＜２％，ｆ２ｇ＜３％およびｆ２ｇ＜６％を満たす場合の輝度計の等級をそれぞれＬ級（class L）、Ａ級（class A）およびＢ級（class B）と定義する。

８．２ばらつきｆ２ｇを測定する方法
図２の模式図は、ばらつきｆ２ｇを測定する方法を示す。

ばらつきｆ２ｇが測定される場合は、図２に示されるように、点光源１３００により放射される光１３２０が輝度計１３４０により受光され、光１３２０の受光強度が輝度計１３４０により測定される。点光源１３００は、輝度計１３４０から見て測定角の５％の範囲を占める光源である。また、受光角を変化させながら輝度計１３４０に受光強度を測定させることにより、受光強度の角度分布が得られる。受光角は、回転軸１３６０の周りに輝度計１３４０を回転させることにより変化させられる。

８．３理想的な受光強度の角度分布
図３のグラフは、理想的な受光強度の角度分布を示す。

理想的な受光強度の角度分布においては、図３に示されるように、測定角の範囲において受光強度が均一になる。この場合は、ばらつきｆ２ｇが０になる。

８．４素線の配列の受光強度の角度分布への反映
バンドルファイバーにより被測定光が伝送される場合は、バンドルファイバーの入射面における素線の配列が受光強度の角度分布に反映され、受光強度の角度分布において受光強度が不均一になる。以下では、この点について説明する。

図４の模式図は、素線が最密配列されたバンドルファイバーの入射面を示す。図５のグラフは、図４に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示す。図５に示される受光強度の角度分布は、対物レンズが収差を有しない場合のものである。

図４に示されるように入射面１３８０において素線１４００が最密配列された場合であっても、入射面１３８０には素線１４００が存在する領域１４２０および素線１４００が存在しない領域１４２１がある。このため、素線１４００が存在しない領域１４２１に被測定光が入射した場合は、受光強度が０になり、素線１４００が存在する領域１４２０に被測定光が入射した場合は、受光強度が１になる。その結果、図５に示されるように、受光強度の角度分布は、受光強度が０になる受光角の範囲と受光強度が１になる受光角の範囲とが交互にあらわれるものとなる。

図６の模式図は、視野絞りの開口の直径ｈに対する素線の直径ｄの比ｄ／ｈが１／３であるバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。図７のグラフは、図６に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示すグラフである。図８の模式図は、視野絞りの開口の直径ｈに対する素線の直径ｄの比ｄ／ｈが１／６であるバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。図９のグラフは、図８に示される入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布を示すグラフである。図７および９の各々に示される受光強度の角度分布は、対物レンズが収差を有しない場合のものである。

図６に示される入射面１４４０においては素線１４６０の配列の周期が相対的に長くなっているため、図７に示される受光強度の角度分布における受光強度の変化の周期が相対的に長くなっている。これに対して、図８に示される入射面１４８０においては素線１５００の配列の周期が相対的に短くなっているため、図９に示される受光強度の角度分布における受光強度の変化の周期が相対的に短くなっている。このように、受光強度の角度分布における受光強度の変化の周期は、素線の配列の周期が短くなるほど短くなる。したがって、輝度計１０００においては、視野絞り１０６１の開口１１００の直径（入射面１１２０の直径）ｈに対する素線１２８０の直径ｄの比ｄ／ｈが小さくなるほど受光強度の角度分布における受光強度の変化の周期が短くなる。

図１０のグラフは、バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布の実測データーを示すグラフである。

対物レンズが収差を有しない場合は、先述したように、受光強度の角度分布は、受光強度が０になる受光角の範囲と受光強度が１になる受光角の範囲とが交互にあらわれるものとなる。しかし、対物レンズは実際には収差を有するので、バンドルファイバーの入射面に被測定光が結像した場合でもバンドルファイバーの入射面に形成される像は若干ぼける。このため、バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像する場合の受光強度の角度分布の実測データーは、受光強度が０から１へ又は１から０へ急激に変化するものとならず、図１０に示されるように、受光強度が１の付近で変動するものとなる。

図１１は、実際のバンドルファイバーの入射面を示す模式図である。

実際のバンドルファイバーは、図１１に示されるように、バンドルファイバーの組み立ての制約により、入射面１５２０において素線１５４０が最密配列されたものではなく、入射面１５２０において素線１５４０が均一に配列されたものでもない。これらのことも、受光強度の角度分布における受光強度のばらつきの原因となる。

９像のぼけの効果
被測定光がバンドルファイバーの入射面において結像せずバンドルファイバーの入射面に形成される像がぼける場合は、受光強度の角度分布における受光強度のばらつきが小さくなる。被測定光がバンドルファイバーの入射面において結像せずバンドルファイバーの入射面に形成される像がぼける場合は、バンドルファイバーの入射面において、被測定光が入射する領域が広がり、当該領域のうち素線の入射面により占められる割合が受光角によって変化しにくくなり、バンドルファイバーの入射面に素線が存在しない領域が存在することおよび素線が均一に配列されていないことが受光強度の角度分布に与える影響が抑制されるからである。

図１２のグラフは、バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像しない場合の受光強度の角度分布の実測データーを示すグラフである。

バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像する場合は、図１０に示されるように、測定角の９０％の範囲におけるばらつきｆ２ｇが約１５％であり、輝度計の等級はＢ級にもならない。これに対して、バンドルファイバーの入射面において被測定光が結像しない場合は、図１２に示されるように、測定角の９０％の範囲におけるばらつきｆ２ｇが約５％であり、輝度計の等級はＢ級になる。像のぼけをさらに大きくすることにより、輝度計の等級をＬ級にすることも可能である。

１０入射面の直径
図１３の模式図は、輝度計の一部および試料を示す。

図１３に示される入射面１１２０の直径Ｄ、開口１１００の直径ｈ、対物レンズ１０６０の像側ＮＡ角α、開口１１００から入射面１１２０までの距離Ｌは、望ましくは（式１）を満たす。（式１）が満たされる場合は、開口１１００を通過した被測定光１０４０の全部が入射面１１２０で受光できる。

１１像のぼけの程度
像のぼけの程度が設定される場合は、像のぼけの程度が定量的に表される必要がある。このため、以下では、開口１１００の直径の５％である直径ｓに対する、点光源が輝度計１０００により測定された場合に入射面１１２０のうち被測定光１０４０が入射する領域の面積Ｓの比Ｓ／ｓが像のぼけの程度を示す指標として用いられる。点光源は、輝度計１０００から見て測定角の５％の範囲を占める光源である。指標Ｓ／ｓは、１以上の値をとる。面積ｓは、（式２）により表される。

像のぼけの程度が設定される場合は、開口１１００の直径ｈに対する素線１２８０の直径ｄの比ｄ／ｈが複数の値の各々をとる場合の指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が、後述するファイバー画像処理シミュレーションにより求められる。

図１４のグラフは、指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係を示す。図１４には、比ｄ／ｈが値０．００７，０．０１４，０．０２０，０．０２７，０．０３４，０．０４１，０．０４７，０．０５４，０．０６１，０．０６８および０．０７４の各々をとる場合の指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が示される。

素線１２８０が最密配列された場合と素線１２８０が最密配列されない場合とでは、指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係は異なる。また、素線１２８０の配列の周期によって指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係は異なる。このため、図１４に示されるように、比ｄ／ｈがとる値によって指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係は異なる。

求められた指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係によれば、開口１１００の直径ｈ、素線１２８０の直径ｄおよびばらつきｆ２ｇの上限ｆ２ｇ’を用いて距離Ｌを決定できる。例えば、開口１１００の直径ｈが１．４７ｍｍであり、素線１２８０の直径ｄが０．０３ｍｍであり、ばらつきｆ２ｇの上限ｆ２ｇ’が輝度計１０００の等級をＢ級にできる６％未満である場合は、比ｄ／ｈが０．０２をとる場合の指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係から、指標Ｓ／ｓが約１７５になるように距離Ｌが決定される。

続いて、比ｄ／ｈがとる複数の値の各々について、指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が式ｙ＝ａｘ^−ｂに近似され、係数ａおよびｂが求められる。変数ｘおよびｙは、指標Ｓ／ｓおよびばらつきｆ２ｇをそれぞれ示す。これにより、比ｄ／ｈと変数ａとの関係が求められ、比ｄ／ｈと変数ｂとの関係が求められる。

図１５のグラフは、比ｄ／ｈが０．０２をとる場合について、指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が式ｙ＝０．４７０５ｘ^{−０．４８４}（ａ＝０．４７０５およびｂ＝０．４８４）に近似された状態を示す。

比ｄ／ｈと変数ａとの関係は、図１６に示されるように、式ｙ_１＝２０．５２４ｘ_１ ^{０．９６８４}に近似できる。変数ｘ_１およびｙ_１は、比ｄ／ｈおよび変数ａをそれぞれ示す。

また、比ｄ／ｈと変数ｂとの関係は、図１７に示されるように、関係式ｙ_２＝０．４８４に近似できる。変数ｙ_２は、変数ｂを示す。

これらのことから、開口１１００の直径ｈ、素線１２８０の直径ｄ、開口１１００の直径の５％である直径ｓおよび点光源が輝度計１０００により測定された場合に入射面１１２０のうち被測定光１０４０が入射する領域の面積Ｓの間の関係を示す（式３）が求められる。

（式３）は、ばらつきｆ２ｇの上限ｆ２ｇ’を用いて（式４）のように書き換えられる。

（式４）は、（式５）のように書き換えられる。

輝度計１０００の等級をＬ級、Ａ級およびＢ級にする場合は、上限ｆ２ｇ’がそれぞれ２％，３％および６％となる。また、ｄ^２は、０より大きい値をとる。このため、輝度計１０００の等級をＬ級、Ａ級およびＢ級にする場合は、（式６）、（式７）および（式８）がそれぞれ満たされなければならない。

図１８の模式図は、輝度計の一部および試料を示す。

図１８に示される開口１１００の直径ｈ、対物レンズ１０６０の像側ＮＡ角α、開口１１００から入射面１１２０までの距離Ｌ、開口１１００の直径の５％である直径ｓおよび点光源１５６０から出射する光が被測定光１０４０になった場合に入射面１１２０のうち被測定光１０４０が入射する領域の面積Ｓは（式９）を満たす。

（式９）を用いて（式６）、（式７）および（式８）を整理することにより、（式１０）、（式１１）および（式１２）がそれぞれ得られる。このため、輝度計１０００の等級をＬ級、Ａ級およびＢ級にする場合は、素線１２８０の直径ｄが開口１１００の直径ｈより小さくなるようにするとともに、素線１２８０の直径ｄ、開口１１００の直径ｈ、対物レンズ１０６０の像側ＮＡ角αおよび開口１１００から入射面１１２０までの距離Ｌが（式１０）、（式１１）および（式１２）をそれぞれ満たさなければならない。

ただし、素線１２８０の直径ｄはｄ＞０という条件を満たさなければならず、対物レンズ１０６０の像側ＮＡ角αは、０＜α＜π／２という条件を見なさなければならず、視野絞り１０６１の直径ｈは、ｈ＞０という条件を満たさなければならない。

１２ファイバー画像処理シミュレーション
（１）図１９の模式図は、素線の配列を撮像している状態を示す。

素線の配列が撮像される場合は、図１９に示されるように、光源１６００および拡散板１６０１を備える拡散光源１６２０が準備され、光源１６００から光が放射され、光源１６００から放射された光が拡散板１６０１により拡散される。拡散された光は、バンドルファイバー１６３０の出射面１６３１に照射される。照射された光は、バンドルファイバー１６３０により伝送される。バンドルファイバー１６３０の出射面１６３１から入射面１６３２まで伝送されてきた光は、バンドルファイバー１６３０の入射面１６３２から出射する。バンドルファイバー１６３０の入射面１６３２から光が出射している状態において、バンドルファイバー１６３０の入射面１６３２が顕微鏡で撮像され、カラー画像が得られる。

（２）カラー画像が得られた後に、得られたカラー画像がモノクロ画像に変換される。モノクロ画像は、ファイバー画像処理シミュレーションに用いられる画像になる。カラー画像からモノクロ画像への変換においては、カラー画像を構成する画素の各々のＲＧＢ値がグレー変換され、モノクロ画像を構成する画素の各々の輝度値が算出される。

図２０は、ファイバー画像処理シミュレーションに用いる画像の例を示す。

図２０に示される画像１６４０においては、画素がマトリクス状に配列される。横方向の画素数は４９１２であり、縦方向の画素数は３２６４である。横方向の画素数および縦方向の画素数の両方または片方が変更されてもよい。

以下では、図２０に示される画像１６４０が得られたものとして、ファイバー画像処理シミュレーションの残余の処理について説明する。

（３）図２１は、素線があるエリアが定義された状態を示す。

図２０に示される画像が得られた後に、図２１に示されるように、素線があるエリア１６６０が定義される。

（４）素線があるエリア１６６０が定義された後に、移動平均数１，３および５の各々について、素線があるエリア１６６０に含まれる画素の輝度値だけを用いて素線があるエリア１６６０に含まれる画素の各々の輝度値の移動平均が算出される。移動平均数１，３および５の各々に加えて移動平均数７，９，・・・の各々について移動平均が算出されてもよい。

図２２は、図２０に示される画像における着目範囲を示す。図２３、図２４および図２５の各々は、図２２に示される着目範囲における画素の配列を示す。

着目範囲１６８０には、８１画素が含まれるとする。

移動平均数が１である場合は、図２３に示される画素１７００の輝度値の移動平均は、画素１７００の輝度値そのものである。

移動平均数が３である場合は、図２４に示される画素１７２０の輝度値の移動平均は、図２４に示される領域１７４０に含まれる９個の画素についての輝度値の平均である。９個の画素は、マトリクス状に配列される。横方向の画素数は３画素であり、縦方向の画素数は３画素である。画素１７２０は、９個の画素の中心に配置される。

移動平均数が５である場合は、図２５に示される画素１７６０の輝度値の移動平均は、図２５に示される領域１７８０に含まれる２５個の画素についての輝度値の平均である。２５個の画素は、マトリクス状に配列される。横方向の画素数は５画素であり、縦方向の画素数は５画素である。画素１７８０は、２５個の画素の中心に配置される。

（５）移動平均数１，３および５の各々について素線があるエリア１６６０に含まれる画素の各々の輝度値の移動平均が算出された後に、移動平均数１，３および５の各々について、素線があるエリア１６６０における輝度値の移動平均の最大値および最小値が求められ、移動平均の最大値および最小値からばらつきｆ２ｇが求められる。これにより、移動平均数とばらつきｆ２ｇとの関係が求められる。

（６）また、移動平均数１，３および５の各々について、面積Ｓが求められる。これにより、移動平均数と面積Ｓとの関係が求められる。

面積Ｓが求められる場合は、図２０に示される画像の長さから１画素の長さが算出され、算出された長さから１画素が占める面積が算出される。１画素が占める面積に領域に含まれる画素数を乗じたものが、それぞれ移動平均数１，３および５についての面積Ｓになる。

（７）移動平均数とばらつきｆ２ｇとの関係および移動平均数と面積Ｓとの関係が求められた後に、移動平均数とばらつきｆ２ｇとの関係および移動平均数と面積Ｓとの関係から面積Ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が求められ、面積Ｓと移動平均数との関係から指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が求められる。

（８）ばらつきｆ２ｇは、面積Ｓを素線１２８０の入射面１１２０の面積で除したものにより決まるため、素線１２８０の直径ｄが大きくなった場合および小さくなった場合が面積Ｓを変更することにより便宜的に算出され、図１４に示されるような比ｄ／ｈが異なる場合の指標Ｓ／ｓとばらつきｆ２ｇとの関係が求められる。

１３輝度計以外の測定器への適用
これまでに説明した技術は、輝度計以外の測定器にも適用可能である。例えば、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２００との関係を示す相対分光応答度が等色関数のｘ成分に近似するように色フィルター１２２０の分光透過率を決定し、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２０１との関係を示す相対分光応答度が等色関数のｙ成分に近似するように色フィルター１２４０の分光透過率を決定し、被測定光１０４０の分光強度と信号値１２０２との関係を示す相対分光応答度が等色関数のｚ成分に近似するように色フィルター１２６０の分光透過率を決定した場合は、信号値１２００，１２０１および１２０２に基づいて刺激値Ｘ，ＹおよびＺが求められる。すなわち、これまでに説明した技術は、色彩計にも適用可能である。

１０００輝度計
１０６０対物レンズ
１０６１視野絞り
１０６２分岐光ファイバー
１０６３，１０６４，１０６５測定光学系
１０６６信号処理機構
１０６７演算機構
１０８０結像位置
１１００開口
１１２０入射面
１１６０，１１６１，１１６２出射面
１２８０素線

Claims

被測定光を収束させ結像位置に結像させる対物レンズと、
前記対物レンズにより収束させられた被測定光を通過させる開口が形成され、前記開口が前記結像位置に配置される視野絞りと、
束ねられた複数の素線を備え、前記複数の素線の各々の径が前記開口の径より小さく、前記開口を通過した被測定光が入射する入射面及び被測定光を出射させる出射面を有し、前記入射面が前記開口から離された状態で対向するバンドルファイバーと、
前記出射面から出射した被測定光を受光し受光した被測定光に応じた電気信号を出力する測定光学系と、
を備え、
前記対物レンズの像側ＮＡ角α、前記開口の直径ｈ、素線の各々の直径ｄ、前記開口から前記入射面までの距離Ｌおよび受光強度の角度分布における受光強度のばらつきf2gの上限f2g'が、光源が測定角の5%の範囲を占める場合に、（式１００）：

を満たす
測定器。
前記対物レンズの像側ＮＡ角α、前記開口の直径ｈ、素線の各々の直径ｄおよび前記開口から前記入射面までの距離Ｌが（式１０１）：

を満たす請求項１の測定器。
（式１０２）：

を満たす請求項２の測定器。
（式１０３）：

を満たす請求項３の測定器。