JPH08327450A - 分光測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定視野内の被測定物に明るさのムラがあって
も、正確に分光測定を行うことができる分光測定器を提
供する。 【構成】被測定物１の像Ｉ１を形成する対物レンズ２
と，結像位置に入射スリットｈ１を有する入射スリット
板Ｐ１と，入射スリットｈ１を通過した光を集光する第
１〜第３レンズ群１３〜１５と，入射スリットｈ１を通
過した光を回折させる回折格子４と，レンズ群１３〜１
５で集光され、かつ、回折格子４で回折された光を受光
するセンサーＳ０とを備え、第１〜第３レンズ群１３〜
１５の入射瞳(開口絞り)ＡＰとセンサーＳ０の受光面Ｓ
Ｓとが互いに共役な関係にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光測定器に関するも
のであり、更に詳しくは、光源色分光色彩計等の分光測
定器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２１は、従来から知られている分光測
定器の第１従来例を示す光学構成図である。１は被測定
物(例えば、ランプ，テレビ画面等の光源)、２は対物レ
ンズ、Ｍ０は光束分離ミラー(例えば、ハーフミラー，
測定時に退避する全反射ミラー)、Ｐ１は入射スリット
板、３はコリメーターレンズ、４は平面状の回折格子、
５は結像レンズ、Ｐ２は出射スリット板、Ｓ０はセンサ
ー{例えば、ホトマル(photomultiplier)等の受光素
子}、６は全反射ミラー、７はファインダーレンズ(７ａ
はファインダーリレーレンズ、７ｂはファインダー接眼
レンズ)である。なお、上記コリメーターレンズ３や結
像レンズ５の代わりに凹面鏡が用いられた従来例も知ら
れている(特開平５−２８１０４０号)。

【０００３】対物レンズ２の後方には光束分離ミラーＭ
０が設けられているため、被測定物１からの光は、対物
レンズ２を通過した後、光束分離ミラーＭ０で測定系用
とファインダー系用とに分けられてそれぞれ結像するこ
とになる。

【０００４】測定系側での結像位置には、入射スリット
板Ｐ１が配置されている。この入射スリット板Ｐ１に
は、光軸ＡＸを中心に円形開口の入射スリットｈ１が形
成されており、この入射スリットｈ１を通過した光束
は、コリメーターレンズ３によってコリメートされる。

【０００５】コリメーターレンズ３から出た平行光束
は、回折格子４によって以下の回折の式(A)に基づいて
分光される。 sinα＋sinβ＝ｎｍλ ……(A) 但し、 α：回折格子に対する入射光の入射角 β：回折格子での反射光の回折角 ｎ：回折次数 ｍ：溝数(本／mm) λ：波長 である。

【０００６】そして、回折格子４で分光された平行光束
は、結像レンズ５によって結像される。その結像位置に
は、出射スリット板Ｐ２が配置されている。出射スリッ
ト板Ｐ２には、光軸ＡＸを中心に円形開口の出射スリッ
トｈ２が形成されており、出射スリットｈ２の後方に
は、センサーＳ０が配置されている。

【０００７】出射スリット板Ｐ２上には被測定物１から
発せられた光のスペクトルが形成されるが、出射スリッ
トｈ２はそのうちの一部のみを通過させるので、矢印ｍ
１に示すように回折格子４を回転させることにより入射
角を変化させると、特定の波長の光のみが出射スリット
ｈ２を通過してセンサーＳ０に受光されることになる。
従って、回折格子４の回転スキャンに同期したセンサー
出力を得ることによって、各波長と対応した信号が取り
出される。

【０００８】一方、ファインダー系側での結像位置(即
ち、測定系側での対物レンズの結像点と等価な位置)に
は、前記入射スリットｈ１に対応した測定視野を表示す
る指標板Ｐ３が配置されている。指標板Ｐ３を通過した
光束は、全反射ミラー６で反射され、ファインダーリレ
ーレンズ７ａ及びファインダー接眼レンズ７ｂから成る
ファインダーレンズ７を通過して、使用者に観察され
る。

【０００９】図２２は、従来から知られている分光測定
器の第２従来例を示す光学構成図である(特開昭６３−
１７５７３２号等)。１は被測定物(例えば、ランプ，テ
レビ画面等の光源)、２は対物レンズ、Ｍ１は入射スリ
ットミラー、３はコリメーターレンズ、４は平面状の回
折格子、５は結像レンズ、Ｓ１は１次元のラインセンサ
ー{例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)}、６は全
反射ミラー、７はファインダーレンズ(７ａはファイン
ダーリレーレンズ、７ｂはファインダー接眼レンズ)で
ある。

【００１０】被測定物１からの光は、対物レンズ２によ
って結像することになる。そして、その結像位置には、
前記光束分離ミラーＭ０，入射スリット板Ｐ１及び指標
板Ｐ３の３つの機能を兼ね備えた入射スリットミラーＭ
１が、光軸ＡＸに対して傾斜するように配置されてい
る。この入射スリットミラーＭ１には、光軸ＡＸを中心
に円形開口の入射スリットｈ１が形成されており、この
入射スリットｈ１を通過した光束が測定系に用いられ、
入射スリットｈ１を通過せずに入射スリットミラーＭ１
で反射された光束がファインダー系に用いられる。

【００１１】測定系においては、入射スリットｈ１を通
過した光束がコリメーターレンズ３によってコリメート
される。コリメーターレンズ３から出た平行光束は、回
折格子４によって前記回折の式(A)に基づいて分光され
る。

【００１２】そして、回折格子４で分光された平行光束
は、結像レンズ５によって結像される。その結像位置に
は、ラインセンサーＳ１が配置されており、ラインセン
サーＳ１上には被測定物１から発せられた光のスペクト
ルが形成される。分光された光は波長によって結像位置
が異なるため、各波長に対応した位置にあるセンサーセ
ルＣからの出力を得ることによって、各波長と対応した
信号が取り出される。

【００１３】一方、ファインダー系に進んだ光束は、フ
ァインダーリレーレンズ７ａを通過し、全反射ミラー６
で反射され、ファインダー接眼レンズ７ｂを通過して、
使用者に観察される。図２２に示す光路図は近軸光学的
に考えた状態を示しているため、入射スリットｈ１位置
での反射光束がファインダー系に進むように示されてい
るが、実際には入射スリットｈ１で光束が反射されるこ
とはないため、入射スリットｈ１領域(即ち、測定視野)
に対応する光束がファインダーレンズ７に入ることはな
い。従って、図２３に示すように、ファインダー視野Ｆ
Ｒにおいて測定視野Ａｈを除いたファインダー像が観察
されることになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１，第２従来例
には、測定視野Ａｈ内の被測定物１に明るさのムラ(以
下「光量ムラ」ともいう。)があると、正確な分光測定
を行うことができないという問題が生じる。以下、光量
ムラと分光測定結果との関係を、図２４及び図２５に基
づいて説明する。

【００１５】図２４中、実線は被測定物１の最も上の位
置Ｑ１の光路を示しており、破線は被測定物１の最も下
の位置Ｑ２の光路を示している。同図に示すように、測
定視野Ａｈは入射スリットｈ１に対応した所定の大きさ
を有している。従って、被測定物１から発せられた光が
単波長(輝線)の光であったとしても、被測定物１の測定
視野Ａｈに対応した幅ｄ１をもった像Ｉ２が形成される
ことになる。これは、第１従来例に限らず第２従来例に
ついても同様である。

【００１６】図２５は、光軸ＡＸ方向に沿って見た測定
視野Ａｈ内の被測定物１と、結像位置で測定される出力
(即ち、測定値)と、を示している。図２５(Ａ)に示すよ
うに測定視野Ａｈ内の被測定物１の明るさが均一の場合
(この場合、位置Ｑ１での光量と位置Ｑ２での光量とは
同じである。)、出力レベルも均一になる。逆に、測定
視野Ａｈ内の被測定物１の明るさが不均一の場合(即
ち、光量ムラがある場合)、出力レベルも不均一にな
る。図２５(Ｂ)は、光量ムラがある極端な例として、被
測定物１が測定視野Ａｈの上半分のみ明るく光っている
場合を示している。波長精度は出力の重心位置で決まる
ため、出力の重心位置Ｘ１{図２５(Ａ)}と出力の重心位
置Ｘ２{図２５(Ｂ)}との差ｄ２は波長誤差となって、正
確な波長測定ができなくなる。

【００１７】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、測定視野内の被測定物に明るさ
のムラがあっても、正確に分光測定を行うことができる
分光測定器を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の分光測定器は、被測定物の像を形成する対
物レンズと，前記被測定物の結像位置に入射スリットを
有する入射スリット板と，前記入射スリットを通過した
光を集光する測定光学系と，前記入射スリットを通過し
た光を回折させる回折格子と，前記測定光学系で集光さ
れ、かつ、前記回折格子で回折された光を受光する受光
素子と，を備えた分光測定器であって、前記測定光学系
の入射瞳と前記受光素子の受光面とが互いに共役な関係
にあることを特徴とする。

【００１９】上記分光測定器は、例えば、前記測定光学
系が、入射スリット側から順に、正の屈折力を有する第
１レンズ群，正の屈折力を有する第２レンズ群及び正の
屈折力を有する第３レンズ群から成り、前記回折格子
が、第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置され、更
に以下の条件式(1)〜(4)を満足するように構成されるの
が望ましい。 ｄＡ＝ｆ₁ ……(1) ｄＢ＝ｆ₂ ……(2) ｄＣ＝ｆ₃ ……(3) ｄＤ＝ｆ₃ ……(4) 但し、 ｄＡ：入射スリットから第１レンズ群の前側主点までの
距離 ｄＢ：第２レンズ群の後側主点から回折格子までの距離 ｄＣ：回折格子から第３レンズ群の前側主点までの距離 ｄＤ：第３レンズ群の後側主点から受光素子の受光面ま
での距離 ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離 ｆ₂：第２レンズ群の焦点距離 ｆ₃：第３レンズ群の焦点距離 である。

【００２０】

【作用】入射スリット位置には対物レンズによって被測
定物の像が形成されるため、その入射スリットを通過し
た光は、対応する被測定物のどの位置から出た光であっ
ても、測定光学系の入射瞳の全面を通過する。また、上
記入射瞳の全面を通過した光は回折格子で回折される
が、測定光学系の入射瞳と受光素子の受光面とは互いに
共役な関係にあるので、いずれの回折光も上記受光面の
全面を照射する。従って、被測定物の明るさのムラによ
って入射スリット位置に形成される被測定物の像に明る
さのムラが生じていても、上記受光面はいずれの回折光
によっても全面均一に照射されることになる。

【００２１】条件式(1)を満たすことにより、入射スリ
ットを通過した光が第１レンズ群によって平行光束に変
換される。この平行光束は第２レンズ群に入射するた
め、条件式(2)を満たすことにより、入射スリット位置
に形成されている像の２次像が、第２レンズ群の後側焦
点に位置する回折格子上に形成される。条件式(3)を満
たすことにより、上記２次像を形成した光が第３レンズ
群によって平行光束に変換される。そして、条件式(4)
を満たすことにより、測定光学系の入射瞳が受光素子の
受光面に結像するので、測定光学系の入射瞳と受光素子
の受光面とは互いに共役な関係になる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施した分光測定器を、図面
を参照しつつ説明する。なお、各図中、前述の従来例や
実施例相互で同一又は相当する部分には、同一の符号を
付して示す。図１は本発明の第１実施例に係る分光測定
器の全体構成を示す光学構成図である。前述した第１，
第２従来例(図２１，図２２)と比較すれば分かるよう
に、この第１実施例は各部に特徴的な構成を有してい
る。

【００２３】《入射光量の一定化》前述した第１，第２
従来例においては、対物レンズ２の光学条件(フォーカ
シング，ズーミング，レンズ交換等)を変えると、対物
レンズ２の有効Ｆナンバーが変化し、その結果、入射ス
リットｈ１から入射する光量が変化してしまう。

【００２４】第１実施例には、図１，図２に示すよう
に、対物レンズ２と入射スリットｈ１との間に、光学条
件を変えたときの最も暗いＦナンバーに対応した絞り径
を有する開口絞りＡＰが設けられているので、対物レン
ズ２の光学条件を変えても、常に入射光量が一定になる
という効果がある。なお、図１に示す第１実施例におい
て、図２１，図２２の従来例と同様に光ファイバーＦが
ない場合には、開口絞りＡＰを入射スリットｈ１とコリ
メーターレンズ３との間に設けても、同様の効果を得る
ことができる。

【００２５】《光束形状の変換》第１実施例及び第２従
来例(図２２)に用いられているラインセンサーＳ１は、
図３(Ａ)に示すように長方形(縦横比＝100:1)のセンサ
ーセルＣが１列に複数個並んだ構造を採っており、長手
方向が分光方向に沿うように配置されている。そして、
入射スリットｈ１の開口形状が円形であるため、図３
(Ｂ)に示すように、単色光でラインセンサーＳ１上に形
成される像Ｉ２も円形状となっている。このように、セ
ンサーセルＣ形状が長方形であり像Ｉ２が円形である
と、以下のような問題が生じる。

【００２６】光量的な効率を上げるためにセンサーセル
Ｃの縦方向一杯に像Ｉ２を形成すると、分光方向の結像
幅ｄ１が大きくなるため、測定分解能(JIS Z8729で規定
の波長幅)が大きくなってしまう。逆に、測定分解能を
小さくするために、図３(Ｃ)に示すように分光方向の結
像幅ｄ１を小さくすると、センサーセルＣの受光面の一
部にしか像Ｉ２が形成されなくなるため、光量的な効率
が悪くなってしまう。

【００２７】第１実施例では、入射スリットｈ１とコリ
メーターレンズ３との間に、図４に示すように、入口Ｎ
１が円形で出口Ｎ２が長方形のバンドルファイバー(多
数の細い光ファイバーを束ねて編んだもの)Ｆ２が配置
されているので、図３(Ｄ)に示すように、ラインセンサ
ーＳ１上に形成される像Ｉ２も長方形となる。このよう
にセンサーセルＣと同様の長方形状に像Ｉ２が変換され
るため、センサーセルＣの縦方向一杯に像Ｉ２を合わせ
ても、横方向はJISに規定の波長幅とすることができ
る。例えば、ラインセンサーＳ１上に400nmの波長範囲
(波長=380〜780nm)で波長5nm幅の単色光の像を形成する
場合、ラインセンサーＳ１全体の幅の5/400の幅に単色
光の像Ｉ２を形成することが可能になる。

【００２８】以上のようにバンドルファイバーＦ２の入
口Ｎ１の形状を入射スリットｈ１の形状に合わせ、出口
Ｎ２の形状をセンサーセルＣの形状に近づければ、光量
的な効率を良くし、かつ、測定分解能を小さくすること
ができる。なお、測定視野Ａｈとなる入射スリットｈ１
が長方形状を成す場合には、より容易にセンサーセルＣ
の形状に近づけることができる。

【００２９】《入射スリットｈ１の傾斜に起因する視度
合わせの問題の解消》第１従来例(図２１)では、光束分
離と測定視野表示とが光束分離ミラーＭ０と指標板Ｐ３
とで機能分離されているため、指標板Ｐ３と入射スリッ
トｈ１との位置関係が組立時等にずれると、ファインダ
ー系から測定視野Ａｈを正確に特定することができなく
なる。第２従来例(図２２)では、このような問題は生じ
ないが、入射スリットｈ１が光軸ＡＸに対して斜めに配
置されているので、ファインダー系において視度合わせ
を行う場合、測定視野Ａｈ内の被測定物１の像の一部に
しか視度が合わない。

【００３０】図６(Ａ)は、ファインダー系において、図
５中の位置Ｑ１に視度合わせを行ったときに、ファイン
ダーを通して観察される測定ターゲット像を示してい
る。図６(Ｂ)は、ファインダー系において、図５中の位
置Ｑ３に視度合わせを行ったときに、ファインダーを通
して観察される測定ターゲット像を示している。図６
(Ｃ)は、ファインダー系において、図５中の位置Ｑ２に
視度合わせを行ったときに、ファインダーを通して観察
される測定ターゲット像を示している。このように、図
５に示す位置Ｑ１〜Ｑ３〜Ｑ２のうちの１点に視度を合
わせれば他の領域は視度が合わなくなってしまうので、
ファインダー系で観察される測定ターゲット像の全体に
視度を合わせることはできない。

【００３１】一方、測定系側でも、測定視野Ａｈを特定
する入射スリットｈ１が光軸ＡＸに対して傾斜している
ため、測定視野Ａｈ外の光が入射スリットｈ１内に入射
してしまい、正確な測定が行われなくなってしまう。

【００３２】第２従来例では、メカ構成における省スペ
ース化を図るために、入射スリットミラーＭ１が光軸Ａ
Ｘに対して４５°程度の角度で傾斜した配置(図２２)に
なっているが、第１実施例では、図７に示すように入射
スリットミラーＭ１をできるだけ光軸ＡＸに対し垂直に
近づけた配置となっている。このように入射スリットｈ
１を光軸ＡＸに対して垂直に近づけることによって、測
定ターゲット像の広い領域に対してファインダー系の視
度合わせを行うことができる。また、入射スリットｈ１
内に入射する測定視野Ａｈ外の光を軽減することができ
る。

【００３３】さらに、第１実施例で用いられている入射
スリットミラーＭ１には、図８に示すように入射スリッ
トｈ１の左右にのびる指標線Ｋが視度合わせ用マーカー
として描かれている。この指標線Ｋに対して視度を合わ
せれば、視度合わせの個人差が少なくなり、測定ターゲ
ット像のボケをより効果的に小さくすることができる。
なお、上記視度合わせはファインダー系の接眼レンズ７
ｂを光軸方向に沿って移動させることにより行われる。
また、測定に際して被測定物までの距離に応じてピント
調節を行う場合には、上記の方法で視度合わせが行われ
たファインダーからの観察像を見ながら対物レンズ２を
光軸方向に沿って移動させることにより行われる。

【００３４】《偏光対策》回折格子４に入射する光が縦
偏光波の場合と横偏光波の場合とでは、回折効率(反射
率)は異なる。従って、被測定物１からの光が様々な偏
光成分を含んでいる場合(例えば、被測定物１が液晶モ
ニタである場合)、上記回折格子４の特性によって回折
光の光量が変化してしまう。被測定物１からの光に含ま
れている偏光成分の割合によって回折光の光量が異なれ
ば、得られる測定値にバラツキが生じることになる。

【００３５】第１実施例には、図１及び図９に示すよう
に入射スリットｈ１位置に光ファイバーＦが配置されて
いるので、偏光波は光ファイバーＦを通過する間にその
偏光特性がミキシングされる。偏光は、光ファイバーＦ
内で反射されるたびにミキシングされていくので、光フ
ァイバーＦが長いほどよくミキシングされる。そして、
偏光は様々な偏光特性が混合された状態で光ファイバー
Ｆから出射される。従って、被測定物１からの光に含ま
れる各偏光成分の割合にかかわらず、回折格子４での回
折光の光量が一定化されるため、正確な測定値を得るこ
とができる。

【００３６】なお、本第１実施例では単線ファイバーＦ
１とバンドルファイバーＦ２とを組み合わせて用いてい
る。一般に偏光特性のミキシングの効果は、単線ファイ
バーの方がバンドルファイバーよりも大きい。従って、
この光ファイバーＦにおいては、単線ファイバーＦ１で
偏光特性のミキシングを行い、前述の入口Ｎ１と出口Ｎ
２とで形状が異なるバンドルファイバーＦ２(図４)で光
束形状の変換を行っている。

【００３７】第１実施例には、他の偏光対策として、図
１及び図１０に示すように、回折格子４の前方に２分の
１波長板(以下「(1/2)λ板」ともいう。)Ｐ４が設けら
れている。(1/2)λ板Ｐ４は、その軸が回折格子４の溝
の方向に対して４５°の角度を成すように、また、回折
格子４に向かう全光束の半分が(1/2)λ板Ｐ４を通過す
るように配置されている。

【００３８】図１１(Ａ)は(1/2)λ板Ｐ４に対する入射
光の偏光状態を示しており、図１１(Ｂ)は(1/2)λ板Ｐ
４を通過した半分の光束と(1/2)λ板Ｐ４を通過しなか
った半分の光束の偏光状態をそれぞれ示している。ｙ軸
方向に(1/2)λ板Ｐ４の軸がある場合、光束は(1/2)λ板
Ｐ４によってｙ軸(又はｘ軸)を軸とした対称の向きに偏
光状態が変化する。光束の半分だけ偏光状態が変換され
るので、例えば、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との割合が９
０：１０の場合、Ｓ偏光成分９０の半分である４５がＰ
偏光成分に変換され、Ｐ偏光成分１０の半分である５が
Ｓ偏光成分に変換される。従って、トータルでのＳ偏光
成分とＰ偏光成分との割合は５０：５０となる。

【００３９】以上のように、全光束の１／２が(1/2)λ
板Ｐ４を通過することによって、全光束の１／２の位相
が(1/2)λ変化するため、全光束としての偏光状態に偏
りがなくなる(つまり、無偏光となる。)。従って、被測
定物１からの光に含まれる各偏光成分の割合にかかわら
ず、回折格子４での回折光の光量が一定化されるため、
正確な測定値を得ることが可能になる。

【００４０】なお、回折格子４の溝と直線偏光の方向と
が成す角度に対する回折効率(反射率)の最低値をminと
し最高値をmaxとすると、偏光誤差Ｄ(％)は、式： Ｄ＝{(max-min)／(max+min)}×100 で算出される。例えば、min=40，max=60の場合、偏光誤
差は20％である。また、図１２に、第１実施例における
波長λと偏光誤差Ｄとの関係を、(1/2)λ板Ｐ４を用い
ない場合と併せて示す。

【００４１】図１２から分かるように、λ=380〜780nm
の全波長について、(1/2)λ板Ｐ４なしのときの偏光誤
差Ｄが３０％以下であるのに対し、(1/2)λ板Ｐ４を用
いたときの偏光誤差Ｄは５％以下になっている。このよ
うに、第１実施例によれば、回折格子４での回折光の光
量に与える偏光の影響が小さくなる。

【００４２】《迷光対策》例えば、レンズのコバで反射
・散乱されたりラインセンサーＳ１の封止ガラスで反射
されたりしてラインセンサーＳ１に至る光は、測定に用
いられない余計な光であるため、迷光といわれている。
特に問題となる迷光とその対策となる構成を以下に説明
する。

【００４３】図１３に示すように、回折格子４に光Ｌ０
を入射させると、正規の回折光Ｌ１が結像レンズ５によ
って、一旦、ラインセンサーＳ１上に結像する。ところ
が、ラインセンサーＳ１のセル面ＣＳでの反射率が高い
ため、ラインセンサーＳ１上で結像した回折光Ｌ１はセ
ル面ＣＳで殆ど正反射されてしまう。そして、セル面Ｃ
Ｓでの反射光Ｌ２が、再び結像レンズ５を通過して回折
格子４に入射する。この反射光Ｌ２は回折格子４で再度
回折され、その回折光Ｌ３がラインセンサーＳ１側に戻
ってきて迷光となる。この迷光Ｌ３がラインセンサーＳ
１上に結像する位置は、異なった波長の回折光を受光す
る位置であるため、正確な波長測定ができなくなる。

【００４４】上記迷光に起因する問題は、第１実施例に
おいて以下のようにカットフィルターを用いれば解消す
ることができる。図１４に示すように、ラインセンサー
Ｓ１の前方において、長波長光(λ=780nm)の結像点側Ｒ
Ｌに短波長カットフィルターＴＳを配置し、その短波長
カットフィルターＴＳに密着するように、短波長光(λ=
380nm)の結像点側ＲＳに長波長カットフィルターＴＬを
配置する。このようにカットフィルターＴＳ，ＴＬを配
置すれば、迷光はカットフィルターＴＳ，ＴＬで遮られ
るため、正確な波長測定が可能となる。なお、カットフ
ィルターは２枚に限らず、遮光する波長の異なる３枚以
上のカットフィルターを用いることにより波長範囲を細
かく分割してもよい。

【００４５】通常、測定に回折１次光を使用している場
合、長波長側ＲＬには短波長の２次光が来る(例えば、
λ=780nmの１次光とλ=390nmの２次光は同じ位置に結像
する。)が、上記のように長波長側ＲＬに短波長カット
フィルターＴＳを配置すれば、長波長側ＲＬに来た短波
長の２次光を遮光することができる。これにより、正確
な波長測定が可能となる。ここで、長波長側ＲＬに短波
長カットフィルターＴＳを配置しただけでは、フィルタ
ーエッジでの反射光に起因する迷光が発生するおそれが
ある。しかし、上記のように短波長カットフィルターＴ
Ｓと密着するように、短波長側ＲＳに長波長カットフィ
ルターＴＬを配置すれば、フィルターエッジでの反射光
に起因する迷光の発生を防止することができる。

【００４６】また、上記迷光に起因する問題は、第１実
施例において以下のようにラインセンサーＳ１を配置さ
せれば解消することができる。図１５は、回折格子４か
らラインセンサーＳ１までを、回折格子４に対する入射
光に沿って前方から見た状態を示している(従って、セ
ンサーセルＣは紙面に対して垂直に並んでいる。)。ラ
インセンサーＳ１は、セル面ＣＳが光軸ＡＸに対して傾
斜するように傾けて配置されているので、セル面ＣＳで
の反射光Ｌ２は回折格子４に戻らず、結果として、迷光
の発生が防止される。従って、正確な波長測定が可能と
なる。

【００４７】上記のようにカットフィルターを用いたり
ラインセンサーＳ１を傾けて配置したりする構成は、上
記迷光に起因する問題を解消する上で有効であるが、第
１実施例では回折格子４の配置に後述するような特徴を
有しているため、上記迷光に起因する問題を更に有効に
解消することができる。

【００４８】図１６及び図１７中の(Ａ)〜(Ｃ)は、回折
格子４を通常の配置から第１実施例での配置に移動させ
ていく様子を示している(結像レンズ５については図示
省略する。)。そして、図１６は、ラインセンサーＳ１
の後ろ側から図１，図１８(Ａ)中の矢印ｍ２方向に見た
回折格子４の状態を示しており、図１７は、回折格子４
の後ろ側から図１，図１８(Ａ)中の矢印ｍ３方向に見
た、入射光Ｌ０位置での回折格子４の断面及びセル面Ｃ
Ｓの位置関係を示している。また、図１６及び図１７
中、Ｖ１は正規の回折光Ｌ１(λ=380〜780nm)のライン
センサーＳ１上での結像位置(以下「正規光結像位置」
という。)を示し、Ｖ２は反射光Ｌ２の回折光Ｌ３のラ
インセンサーＳ１上での結像位置(以下「迷光結像位
置」という。)を示している。

【００４９】また、図１８(Ａ)は回折格子４からライン
センサーＳ１までを回折格子４の側面側から見た状態を
示しており、図１８(Ｂ)は回折格子４を回折面に対して
垂直方向から見た状態を示している。ここで、図１８に
示すように、回折格子４の面の中央から垂直にのびる法
線をｘ１とし、回折格子４の面の中央を、回折格子４の
溝に対して垂直に面に沿ってのびる中心線をｘ２とす
る。

【００５０】図１６及び図１７中の(Ａ)に示すように、
回折格子４の通常の配置(例えば、第１，第２従来例で
の配置)では、入射光Ｌ０は回折格子４の溝に対して垂
直であるため{図１６(Ａ)}、その回折光Ｌ１も回折格子
４の溝に対して垂直になる{図１７(Ａ)}。つまり、法線
ｘ１と中心線ｘ２とで決まる平面内に、入射光Ｌ０と回
折光Ｌ１とが共に存在することになる。このとき、ライ
ンセンサーＳ１のセル面ＣＳ上では、正規光結像位置Ｖ
１に迷光結像位置Ｖ２が重なり合うため、前述したよう
に正確な波長測定ができなくなる(図１３)。

【００５１】そこで、図１８に示すように、法線ｘ１を
中心軸として回折格子４を回転させる。回折格子４の面
に傾きは生じないが、図１６(Ｂ)に示すように回折格子
４の軸が入射光Ｌ０に対して傾きをもつことになる。そ
のため、図１６及び図１７の(Ｂ)に示すように、回折光
Ｌ１は法線ｘ１と中心線ｘ２とで決まる平面の一方の側
から回折格子４に入射して、他方の側に反射・回折され
ていくことになる。

【００５２】そして、その回折光Ｌ１はセル面ＣＳの正
規光結像位置Ｖ１で反射され、反射光Ｌ２は再び回折格
子４に入射する。回折格子４に戻ってきた反射光Ｌ２は
再び回折されるが、回折格子４の溝に対する反射光Ｌ２
の角度が最初の入射光Ｌ０の場合とは異なるため、回折
光Ｌ１とは異なる角度で回折される。つまり、法線ｘ１
と中心線ｘ２とで決まる平面に対して、反射光Ｌ２は入
射光Ｌ０と同じ側に反射・回折されていくことになる。
その結果、図１６及び図１７の(Ｂ)に示すように、迷光
結像位置Ｖ２は正規光結像位置Ｖ１から離れることにな
る。

【００５３】上記のように迷光結像位置Ｖ２が正規光結
像位置Ｖ１から離れていれば、迷光Ｌ３がラインセンサ
ーＳ１に受光されないように、正規光結像位置Ｖ１にラ
インセンサーＣＳを配置することができる{図１７
(Ｂ)}。しかし、正規光結像位置Ｖ１がもとの光軸ＡＸ
からズレた位置にあるため、ラインセンサーＳ１も正規
光結像位置Ｖ１までずらさなければならない。これは装
置の大型化，複雑化等を招くため、メカ構成上好ましく
ない。また、回折光Ｌ１がセル面ＣＳに対して斜めに入
射することになるが、回折光Ｌ１がセル面ＣＳに対して
垂直になるようにラインセンサーＳ１を斜めに取り付け
ようとすると、やはりメカ構成上の問題が生じてしま
う。

【００５４】そこで、図１８に示すように、中心線ｘ２
を中心軸とした回転により回折格子４を傾けるのが好ま
しい。これによって、図１７(Ｃ)に示すように、図１７
(Ａ)の場合と同じ方向に回折光Ｌ１が進むことになるた
め、正規光結像位置Ｖ１がもとの光軸ＡＸ上に位置する
ことになる。従って、上記メカ構成上の問題は生じな
い。なお、正規光結像位置Ｖ１は、図１６(Ｃ)に示すよ
うに入射光Ｌ０に対して傾斜しているので、ラインセン
サーＳ１を回転させて正規光結像位置Ｖ１に合わせる必
要があるが、ラインセンサーＳ１の中心位置は図１６
(Ａ)の場合と変わらないので、上記メカ構成上の問題は
生じない。

【００５５】以上のように、回折格子４は回転・傾斜し
た配置状態になっているため、反射光Ｌ２の回折光Ｌ３
はラインセンサーＳ１に戻ることはない。従って、正確
な波長測定が可能になる。

【００５６】《光量ムラ》第１実施例では、図１に示す
ように入射スリットｈ１位置に光ファイバーＦが配置さ
れているので、前述した光量ムラに起因する問題を解消
することができる。図１９に示すように、光ファイバー
Ｆに対する入射光が、光ファイバーＦ内を通過する間に
ランダムにミキシングされて、被測定物１の像高に対す
る様々な光線となって射出されるからである。しかし、
上記のように光ファイバーＦで光をランダムにミキシン
グするには、かなり長い光ファイバーが必要になる。

【００５７】以下に説明する第２実施例は、光ファイバ
ーＦを用いずに照明光学的な光学構成によって光量ムラ
に起因する問題を解消する、前記第１実施例の変形例で
ある。図２０は、第２実施例における被測定物１からセ
ンサＳ０までの光学構成を示している。同図に示すよう
に、第２実施例の分光測定器は、被測定物１の像Ｉ１を
形成する対物レンズ２と，被測定物１の結像位置に入射
スリットｈ１を有する入射スリット板Ｐ１と，入射スリ
ットｈ１を通過した光を集光する測定光学系ＣＬと，入
射スリットｈ１を通過した光を回折させる回折格子４
と，測定光学系ＣＬで集光され、かつ、回折格子４で回
折された光を受光するセンサーＳ０と，を備えている。

【００５８】測定光学系ＣＬは、入射スリットｈ１側か
ら順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１３，正の屈
折力を有する第２レンズ群１４及び正の屈折力を有する
第３レンズ群１５から成っており、第２レンズ群１４と
第３レンズ群１５との間には回折格子４が配置されてい
る。

【００５９】また、測定光学系ＣＬの入射瞳位置には開
口絞りＡＰが配置されており、センサーＳ０は受光面Ｓ
Ｓが出射スリット板Ｐ２の出射スリットｈ２に位置する
ように配置されている。そして、その入射瞳ＡＰと受光
面ＳＳとは互いに共役な関係になっている。つまり、測
定光学系ＣＬの射出瞳が出射スリットｈ２に合うよう
に、測定光学系ＣＬの入射瞳位置に開口絞りＡＰを配置
することによって、対物レンズの射出瞳を出射スリット
ｈ２位置に結像させた構成となっている。

【００６０】上記のように入射瞳ＡＰと受光面ＳＳとを
互いに共役な関係にするため、第２実施例は前述の条件
式(1)〜(4)を満足するように構成されている。条件式
(1)を満たすことにより、入射スリットｈ１を通過した
光が第１レンズ群１３によって平行光束に変換される。
この平行光束は第２レンズ群１４に入射するため、条件
式(2)を満たすことにより、入射スリットｈ１位置に形
成されている像Ｉ１の２次像Ｉ２が第２レンズ群１４の
後側焦点に位置する回折格子４上に形成される。なお、
回折格子４に対する入射光が平行光束でなくても分光は
可能である。条件式(3)を満たすことにより、上記２次
像Ｉ２を形成した光が第３レンズ群１５によって平行光
束に変換される。そして、条件式(4)を満たすことによ
り、測定光学系ＣＬの入射瞳ＡＰがセンサーＳ０の受光
面ＳＳに結像するので、測定光学系ＣＬの入射瞳とセン
サーＳ０の受光面ＳＳとは互いに共役な関係になる。

【００６１】入射スリットｈ１位置には対物レンズ２に
よって被測定物１の像Ｉ１が形成されるため、その入射
スリットｈ１を通過した光は、対応する被測定物１のど
の位置から出た光であっても、測定光学系ＣＬの入射瞳
(即ち、開口絞り)ＡＰの全面を通過する。また、入射瞳
ＡＰの全面を通過した光は回折格子４で回折されるが、
測定光学系ＣＬの入射瞳ＡＰとセンサーＳ０の受光面Ｓ
Ｓとは、上記のように互いに共役な関係にあるので、い
ずれの回折光も受光面ＳＳの全面を照射する。従って、
被測定物１の明るさのムラによって入射スリットｈ１位
置に形成される被測定物１の像Ｉ１に明るさのムラが生
じていても、受光面ＳＳはいずれの回折光によっても全
面均一に照射されることになる。

【００６２】以上のように、第２実施例によれば、図２
５(Ｂ)に示すように測定視野Ａｈ内の被測定物１に明る
さのムラがあっても、センサーＳ０の受光面ＳＳは全面
均一に照明されるので、図２５(Ａ)に示すように出力レ
ベルは均一になる。出力レベルが均一になると波長誤差
が生じないので、測定精度が向上する。従って、正確に
分光測定を行うことができる。さらに、前述の条件式
(1)〜(4)を満たしているので、従来の分光測定器(図２
４)と同じ程度の簡単な構成で、正確に分光測定を行う
ことができる。

【００６３】なお、第２実施例は、第１従来例と同様、
回折格子４の回転(矢印ｍ１)によりその回転スキャンに
同期したセンサー出力を得る構成になっているが、第２
従来例と同様に受光素子としてラインセンサーＳ１を用
いた場合には、ラインセンサーＳ１の受光面(セル面Ｃ
Ｓ)が測定光学系ＣＬの入射瞳ＡＰと共役になるように
すればよい。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の分光測定
器によれば、測定視野内の被測定物に明るさのムラがあ
っても、正確に分光測定を行うことができる。さらに、
前述の条件式(1)〜(4)を満たした場合、従来の分光測定
器と同じ程度の簡単な構成で、上記効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の全体構成を示す光学構成図。

【図２】第１実施例を構成する開口絞りを説明するため
の光路図。

【図３】第１実施例における入射光とセンサーセル形状
との関係を説明するための図。

【図４】第１実施例を構成するバンドルファイバーを示
す斜視図。

【図５】第１実施例を構成する入射スリットとボケとの
関係を説明するための図。

【図６】第１実施例によって形成されるファインダー像
を入射スリットでのピント位置に対応させて模式的に示
す図。

【図７】第１実施例における入射スリットと全反射ミラ
ーとの位置関係を示す図。

【図８】第１実施例を構成する入射スリットミラーを示
す正面図。

【図９】第１実施例を構成する光ファイバーを説明する
ための光路図。

【図１０】第１実施例を構成する(1/2)λ板を説明する
ための光路図。

【図１１】第１実施例を構成する(1/2)λ板を説明する
ための図。

【図１２】第１実施例を構成する(1/2)λ板を用いた場
合の波長と偏光誤差との関係を、(1/2)λ板を用いない
場合と対比して示すグラフ。

【図１３】迷光を説明するための図。

【図１４】第１実施例に適用可能なカットフィルターを
説明するための光路図。

【図１５】第１実施例に採用可能なセル面の配置を示す
図。

【図１６】第１実施例における回折格子の配置を説明す
るための図。

【図１７】第１実施例における回折格子の配置を説明す
るための図。

【図１８】第１実施例を構成する回折格子の回転及び傾
斜を説明するための図。

【図１９】第１実施例を構成する光ファイバーによる光
のミキシングを説明するための光路図。

【図２０】第２実施例における被測定物からセンサーま
でのパワー配置及び光路を示す光学構成図。

【図２１】第１従来例の全体構成を示す光学構成図。

【図２２】第２従来例の全体構成を示す光学構成図。

【図２３】第２従来例によって形成されるファインダー
視野を示す図。

【図２４】第１従来例における被測定物からセンサーま
でのパワー配置及び光路を示す光学構成図。

【図２５】第１，第２従来例における光量ムラを説明す
るための被測定物の光量分布とセンサー出力との関係を
説明するための図。

【符号の説明】

１ …被測定物 ２ …対物レンズ ３ …コリメーターレンズ ４ …回折格子 ５ …結像レンズ ６ …全反射ミラー ７ …ファインダーレンズ １３ …第１レンズ群 １４ …第２レンズ群 １５ …第３レンズ群 ＡＰ …開口絞り(入射瞳) ＣＬ …測定光学系 Ｆ …光ファイバー Ｆ１ …単線ファイバー Ｆ２ …バンドルファイバー Ｐ１ …入射スリット板 Ｐ２ …出射スリット板 Ｐ４ …２分の１波長板 Ｍ１ …入射スリットミラー ｈ１ …入射スリット ｈ２ …出射スリット Ｓ０ …センサー Ｓ１ …ラインセンサー ＳＳ …受光面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 泰史 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 神尾 信行 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 奥井 静弘 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の像を形成する対物レンズと，前
   記被測定物の結像位置に入射スリットを有する入射スリ
   ット板と，前記入射スリットを通過した光を集光する測
   定光学系と，前記入射スリットを通過した光を回折させ
   る回折格子と，前記測定光学系で集光され、かつ、前記
   回折格子で回折された光を受光する受光素子と，を備え
   た分光測定器であって、 前記測定光学系の入射瞳と前記受光素子の受光面とが互
   いに共役な関係にあることを特徴とする分光測定器。
2. 【請求項２】前記測定光学系が、入射スリット側から順
   に、正の屈折力を有する第１レンズ群，正の屈折力を有
   する第２レンズ群及び正の屈折力を有する第３レンズ群
   から成り、 前記回折格子が、第２レンズ群と第３レンズ群との間に
   配置され、 更に以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に
   記載の分光測定器； ｄＡ＝ｆ₁ ｄＢ＝ｆ₂ ｄＣ＝ｆ₃ ｄＤ＝ｆ₃ 但し、 ｄＡ：入射スリットから第１レンズ群の前側主点までの
   距離 ｄＢ：第２レンズ群の後側主点から回折格子までの距離 ｄＣ：回折格子から第３レンズ群の前側主点までの距離 ｄＤ：第３レンズ群の後側主点から受光素子の受光面ま
   での距離 ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離 ｆ₂：第２レンズ群の焦点距離 ｆ₃：第３レンズ群の焦点距離 である。