KR20130012588A

KR20130012588A - 측정용 광학계 및 그것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계

Info

Publication number: KR20130012588A
Application number: KR1020127032575A
Authority: KR
Inventors: 가츠토시 츠루타니
Original assignee: 코니카 미놀타 옵틱스, 인크.
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-02-04
Also published as: KR101476902B1; EP2570785A1; WO2011142071A1; CN102893138A; TWI451073B; JPWO2011142071A1; JP5801800B2; CN102893138B; EP2570785B1; EP2570785A4; TW201205051A

Abstract

본 발명에 따른 측정 프로브(40)에서는, 측정광은 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)를 통해서 수광 센서(13B, 14B, 15B)에서 수광되기 전에, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)에 입사된다. 그리고, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)는 상기 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 측정 프로브(40)는, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)를 사용하면서, 그 입사 각도에 따른 투과율 특성의 어긋남의 영향을 저감할 수 있다.

Description

측정용 광학계 및 그것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계{OPTICAL SYSTEM FOR MEASUREMENT, LUMINANCE METER USING THE OPTICAL SYSTEM, COLOR LUMINANCE METER, AND COLOR METER}

본 발명은, 액정 모니터나 램프 등의 광원으로부터 방사되는 광을 수광하고, 광원의 휘도(Lv)나 색도(xy)를 측정하는 휘도계나 색채 휘도계, 및 피측정물에 조사된 광의 반사광을 수광하고, 피측정물의 반사율이나 색도(Lab 등)를 측정하는 색채계 등에 사용되는 측정용 광학계 및 그것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계에 관한 것이다.

액정 모니터의 휘도(Lv)나 색도(xy)를 측정하는 색채 휘도계는, 예를 들어, 상기 액정 모니터의 표시 화면에 대향해서 배치되는 측정 프로브 및 계측기 본체를 구비해서 구성된다. 상기 측정 프로브는, 예를 들어 CIE(국제 조명 위원회)에서 규정되어 있는 등색 함수 X, Y, Z의 3자극값을 각각의 센서로 측정하고, 상기 계측기 본체는, 그 측정 결과로부터, 피측정물인 표시 화면(3)의 휘도나 색도를 연산한다.

이와 같은 색채 휘도계나 색채계에 사용되는 측정용 광학계의 전형적인 종래 기술은, 예를 들어, 특허문헌 1에 도시되어 있다. 이 특허문헌 1에서는, 입사광을 상기 3자극값에 대응한 3개의 측색 광학계의 각각에 입사시키기 위해, 번들 파이버가 사용되고 있다. 상기 측색 광학계는, 상기 3자극값에 각각 대응한 색 필터에 수광 센서가 조합되어 구성되고, 상기 번들 파이버의 3개로 분기된 각 출사 단부에는, 이들 각 측색 광학계의 각 색 필터가 배치되어 있다. 그리고, 이 특허문헌 1의 상기 번들 파이버에서는, 직경이 작은(φ=0.03~0.3㎜ 정도의) 소선 파이버가, 그 입사 단부(입구) 측에서 복수 n(n=수백~수천)개 묶여지고, 그 출사 단부(출구) 측에서 그것이 랜덤하게 복수(상기 X, Y, Z의 3자극값에 대응한 3개)로 분기되어 m개씩 묶여진다. 입사측 및 출사측의 형상은 임의(원형, 장방형 등)이다.

그러나, 상기 색 필터는, 입사광을 상기 X, Y, Z의 3자극값 등의 원하는 분광 특성에 대응한 투과율로 되도록, 광 흡수 타입의 필터가 복수매 적층되어 구성되므로, 예를 들어 도 24에서 도시하는 바와 같은, 2개의 파장 영역에서 투과율 피크를 갖는 특성의 필터를 설계할 수 없는, 즉 필터 설계의 자유도가 작다고 하는 문제가 있다. 또한, 투과율이 작고, 광량 로스가 크다고 하는 문제도 있다. 또한, 특히 필름 형상의 색 필터에 있어서, 열, 광(자외선), 습도 등에 대하여, 경년 변화가 심하다(안정성이 나쁘다)고 하는 문제도 있다.

그래서, 상기 색 필터에, 상기 광 흡수 타입의 필터 대신에, 간섭 타입의 필터(이하, 간섭막 필터라고 함)를 사용하도록 한 종래 기술이, 예를 들어 특허문헌 2에서 제안되어 있다. 이 간섭막 필터는, 글래스 기판 상에 유전체나 산화물을 진공 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 수십층 적층한 것으로서, 광의 간섭 작용에 의해 투과/반사의 파장 선택을 행하는 필터이다. 따라서, 이와 같은 간섭 타입의 필터는, 상술한 바와 같은 광 흡수 타입의 필터에 비해, 원하는 투과율을 얻기 쉽고(설계하기 쉽고, 설계의 자유도가 높음), 등색 함수 X와 같은, 2개의 피크(산)를 갖는 (상기 도 24에서 도시하는) 필터의 작성도 가능하다. 또한, 간섭막 필터는 투과율이 높다. 예를 들어 상기 흡수 타입의 필터의 피크 투과율이 50% 이하로 되는 것에 대해서, 이 간섭막 필터의 피크 투과율은 100%에 가깝다. 또한, 간섭막 필터는 신뢰성이 우수하다(온도나 습도, 광의 폭로에 의한 경시적인 투과율 변화가 적다)고 하는 장점을 갖는다.

그러나, 상기 간섭막 필터는 입사 각도에 따라 투과율이 상이하기 때문에, 평행광(0도) 입사에서는 오차 감도가 높다고 하는 문제가 있다.

일본 특허 출원 공개 제2003-247891호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-2255호 공보

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 발명으로서, 그 목적은 간섭막 필터를 사용하면서, 그 입사 각도에 의한 투과율 특성의 어긋남의 영향을 저감할 수 있는 측정용 광학계 및 그것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 측정용 광학계 및 이것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계에서는, 측정광은 간섭막 필터를 통해서 수광 센서에서 수광되기 전에 단선 파이버에 입사된다. 그리고, 상기 간섭막 필터는, 그 간섭막 필터에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 측정용 광학계 및 이것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계는, 간섭막 필터를 사용하면서, 그 입사 각도에 의한 투과율 특성의 어긋남의 영향을 저감할 수 있다.

상기 및 그 밖의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 실시의 일 형태에 따른 색채 휘도계의 측정 프로브 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다.
도 2는 본건 발명자에 의한 광파이버의 출사 각도의 실측 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 3은 도 2의 데이터를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에서 도시하는 측정 프로브에 있어서의 대물 렌즈의 광로도이다.
도 5는 간섭막 필터에의 입사 광속의 강도 분포의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 간섭막 필터에의 입사 광속의 강도 분포의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 7은 상기 간섭막 필터의 분광 강도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 8은 상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 분포와, 필터가 기운 경우의 영향을 도시하는 그래프이다.
도 9는 도 8에서 도시하는 입사 각도 분포의 광학계에, 간섭막 필터를 설치한 경우의 투과율 분포를 도시하는 그래프이다.
도 10은 상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 크기와, 오차의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 11은 파이버의 출사 각도 분포의 예를 도시하는 그래프이다.
도 12는 번들 파이버와 단선 파이버와 대향 부분을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 실시의 제2 형태에 따른 측정 프로브 내의 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 실시의 제3 형태에 따른 측정 프로브 내의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 실시의 제4 형태에 따른 측정 프로브 내의 구성을 도시하는 도면이다.
도 16은 실시의 제5 형태에 따른 측정 프로브 내의 구성을 도시하는 도면이다.
도 17은 색채 휘도계에 의한 액정 모니터의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 종래 기술의 휘도계의 측정 프로브 측의 개략적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 19는 색채 휘도계 및 색채계의 측정 프로브 측의 개략적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 20은 종래 기술의 색채 휘도계의 측정 프로브 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다.
도 21은 상기 액정 모니터의 배광 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 상기 액정 모니터의 배광 분포의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 23은 상기 액정 모니터에 있어서의 RGB 각 색의 화소 배열과 측정 에어리어의 관계를 도시하는 도면이다.
도 24는 상기 간섭막 필터의 분광 투과율 특성의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 25는 상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 변화에 대한 분광 투과율 특성의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 26은 도 20에서 도시하는 측정용 광학계에 간섭막 필터를 사용하는 경우로서, 집광 렌즈를 사용하지 않는 경우의 광학계의 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 도 20에서 도시하는 측정용 광학계에 간섭막 필터를 사용하는 경우로서, 집광 렌즈를 사용해서 수광 센서에 평행광으로 입사시키는 경우의 광학계의 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 도 20에서 도시하는 측정용 광학계에 간섭막 필터를 사용하는 경우로서, 집광 렌즈를 사용해서 수광 센서에서 결상시키는 경우의 광학계의 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 광파이버 내에서의 광의 전반의 모습을 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시의 일 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 번호를 붙인 구성은 동일한 구성인 것을 나타내고 적절하게 그 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 총칭하는 경우에는 첨자를 생략한 참조 부호로 나타내고, 개별의 구성을 가리키는 경우에는 첨자를 붙인 참조 부호로 나타낸다.

(비교예)

본 실시 형태의 작용 효과를 설명하기 위해서, 우선, 비교예에 대해서 이하에 설명한다. 도 17은 색채 휘도계(1)를 사용한 액정 모니터(2)의 휘도(Lv)나 색도(xy)의 측정의 모습을 설명하기 위한 도면이다. 이 색채 휘도계(1)는, 액정 모니터(2)의 표시 화면(3)에 대향 배치되는 측정 프로브(4) 및 계측기 본체(5)를 구비해서 구성된다. 측정 프로브(4)는, 예를 들어 CIE에서 규정되어 있는 등색 함수 X, Y, Z의 3자극값을 각각의 센서로 측정하고, 계측기 본체(5)는, 그 측정 결과로부터, 피측정물인 표시 화면(3)의 휘도나 색도를 연산한다.

측정 프로브(4) 내의 개략적인 구성은, 예를 들어 도 18에서 도시하는 바와 같다. 즉, 측정 프로브(4")는, 피측정물인 표시 화면(3)으로부터의 출사광을 대물 광학계(11")에서 수광하고, 색 필터(13d)를 통해서 수광 센서(13e)에 입사시키도록 구성되어 있다. 대물 광학계(11")에는, 정의 광학적 파워(굴절력)를 갖는 볼록 렌즈(11a)가 사용되고, 그 초점 위치에는, 개구 조리개(11b)가 설치되어 있다.

한편, 색채 휘도계(1)에 있어서의 측정 프로브(4) 내의 개략적인 구성은, 예를 들어 도 19(a)에서 도시하는 바와 같다. 즉, 측정 프로브(4)는, 피측정물인 표시 화면(3)으로부터의 출사광을 대물 광학계(11)에서 수광하고, 미리 규정된 입사각의 성분, 예를 들어 표시 화면(3)의 법선에 대하여 ±2.5도 이내의 성분을 추출해서 분기 광학계(12)에 입사시키고, 3개로 분기해서 등색 함수 X, Y, Z의 3자극값에 대응한 측색 광학계(13, 14, 15)에 입사시키고, 입사광 강도를 측정하게 되어 있다.

또한, 상기 피측정물의 반사율이나 색도(Lab 등)를 측정하는 색채계의 경우에는, 예를 들어 도 19(b)에서 도시하는 바와 같이, 도 19(a)에 도시하는 측정 프로브(4)의 구성에, 또한 광원인 램프(16) 및 조명 광학계(17)가 구비되어 있다. 이들 램프(16) 및 조명 광학계(17)에 의해, 피측정물에 광이 조사되고, 그 반사광이 상기 측정 프로브(4)로 측정된다.

이와 같은 색채 휘도계나 색채계에 사용되는 측정용 광학계의 전형적인 기술은, 상기 특허문헌 1에 도시되어 있다. 도 20은, 그 상기 기술에 있어서의 측정 프로브(4') 내의 구성을 도시하는 도면이다. 이 상기 기술에서는, 측정 프로브(4')는 대물 광학계(11)와 분기 광학계(12)와 측색 광학계(13)를 구비하고 있다. 이 대물 광학계(11)에는 정의 광학적 파워를 갖는 볼록 렌즈(11a)가 사용되고, 분기 광학계(12)에는 번들 파이버(12a)가 사용되고 있다. 상기 번들 파이버(12a)는, 직경이 작은(φ=0.03~0.3㎜ 정도의) 소선 파이버를, 입사 단부(입구) 측에서 복수 n(n=수백~수천)개 묶고, 출사 단부(출구) 측에서 그것을 랜덤하게 복수(예를 들어 상기 X, Y, Z의 3자극값에 대응한 3개)로 분기해서 복수 m개씩 묶은 것이다. 입사측 및 출사측의 형상은 임의(원형, 장방형 등)이다.

그리고, 이 측정 프로브(4')는, 볼록 렌즈(11a)의 후방측 초점 위치에 개구 조리개(11b)를 배치하고, 전술한 바와 같이 표시 화면(3)의 법선에 대하여 ±2.5도 이내의 성분을 도입하기 위해서, 전방측 텔레센트릭한 광학 배치로 되어 있다. 개구 조리개(11b) 면에는 번들 파이버(12a)의 입사 단부 Fi1~Fin이 면한다. 측색 광학계(13, 14, 15)는, X, Y, Z의 3자극값에 각각 대응한 색 필터(13a, 14a, 15a)와, 이들과 조합해서 사용되는 수광 센서(13b, 14b, 15b)를 구비하고 있다.

여기서, 피측정물의 특성으로서, 예를 들어 액정 모니터의 경우에 대해서 생각하면, 우선, 그 배광 분포에 지향성이 있다. 즉, 광의 출사 강도가, 표시 화면(3)의 법선에 대한 각도에 따라 상이하고, 게다가 상기 법선에 대하여 비대상인 경우도 있다. 예를 들어, 노트북이나 휴대 전화용의 모니터에서는, 의도적으로 지향성을 강화한 것이 있고, 상기 노트북의 모니터는 사용자가 경사 상방향으로부터 내려다보는 경우가 많고, 이로 인해 도 21에서 도시하는 바와 같이, 그 배광 분포(18)는 표시 화면(3)의 법선 N에 대하여 상측에서 많고 하측에서 적게 되어 있다. 이러한 배광 분포의 일례를 구체적으로 도시한 것이 도 22이다.

또한, 상기 액정 모니터의 경우, 측정 위치에 따라 발광 강도가 상이하다(강도 불균일이 발생함). 이러한 현상은 백라이트의 배치 위치나 RGB 필터의 배열과, 측정 프로브(4)의 위치 관계에 따라 발생한다. 도 23에는, 액정 모니터의 RGB 각 색의 화소 배열과 측정 에어리어의 관계를 도시한다. 예를 들어, 중앙의 행에 착안하면, 실선의 측정 에어리어 A1에서는, G가 2개, R, B가 1개인 화소가 포함되어 있는 데 반해서, 측정 에어리어 A1보다 화소 배열 방향으로 1화소분 어긋나게 한 파선의 측정 에어리어 A2에서는, B가 2개, R, G가 1개인 화소가 포함되어 있다. 이러한 강도 불균일은, 상기 측정 에어리어가 작은(예를 들어, φ=5㎜ 이하인) 경우에 현저하다.

또한, 피측정물(액정 모니터)에는, 축 비대칭인 특징을 갖는 한편, 측정기에는 안정된 측정 결과가 구해진다. 즉, 측정 프로브(4)를 광축 주위로 회전시켜도, 측정 결과가 변동하지 않는(회전 오차가 없는) 것이 구해진다. 이러한 현상은 액정 모니터에 한하지 않고, 반사광을 측정하는 색채계에 있어서, 예를 들어 광택이 있는 인쇄물이나, 메탈릭, 펄 등의 도장면의 측정에 있어서도 발생한다.

그래서, 상기 특허문헌 1에서는, 번들 파이버(12a)는, 원형으로 묶인 입사 단부 Fi1~Fin 측에서 보아, 복수의 소선 파이버가 둘레 방향으로 6개로 분할되고 대각선 상에 위치하는 다발끼리 묶여져 구성되어 있다. 이에 의해, 상술한 바와 같은 지향성(배광 특성)에 기인하는 측정 오차의 경감이 도모되고 있다.

그러나, 상기 색 필터(13a, 14a, 15a)는, 입사광을 상기 X, Y, Z의 3자극값 등의 원하는 분광 특성에 대응한 투과율로 되도록, 광 흡수 타입의 필터가 복수매 적층되어 구성되므로, 상술한 바와 같이, 예를 들어 도 24에서 도시하는 바와 같은, 2개의 파장 영역에서 투과율 피크를 갖는 특성의 필터를 설계할 수 없는, 즉 필터 설계의 자유도가 작다고 하는 문제가 있다. 또한, 투과율이 작고, 광량 로스가 크다고 하는 문제도 있다. 또한, 특히 필름 형상의 색 필터에 있어서, 열, 광(자외선), 습도 등에 대하여, 경년 변화가 심하다(안정성이 나쁘다)고 하는 문제도 있다.

그래서, 상기 색 필터에, 상기 광 흡수 타입의 필터 대신에, 간섭 타입의 필터(이하, 간섭막 필터라고 함)를 사용하도록 한 종래 기술이, 상술한 바와 같이, 예를 들어 특허문헌 2에서 제안되어 있다. 이 간섭막 필터는, 글래스 기판 상에 유전체나 산화물을 진공 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 수십층 적층한 것으로서, 광의 간섭 작용에 의해 투과/반사의 파장 선택을 행하는 필터이다. 따라서, 이와 같은 간섭 타입의 필터는, 상술한 바와 같은 광 흡수 타입의 필터에 비해, 원하는 투과율을 얻기 쉽고(설계하기 쉽고, 설계의 자유도가 높음), 등색 함수 X와 같은, 2개의 피크(산)를 갖는 (상기 도 24에서 도시하는) 필터의 작성도 가능하다. 또한, 간섭막 필터는 투과율이 높다. 예를 들어 상기 흡수 타입의 필터의 피크 투과율은 50% 이하로 되는 데 반해, 이 간섭막 필터의 피크 투과율은 100%에 가깝다. 또한, 간섭막 필터는 신뢰성이 우수하다(온도나 습도, 광의 폭로에 의한 경시적인 투과율 변화가 적다)고 하는 장점을 갖는다.

그러나, 상기 간섭막 필터는, 입사 각도에 따라 투과율이 상이하기 때문에, 평행광(0도) 입사에서는 오차 감도가 높다고 하는 문제가 있다. 이로 인해, 상기 간섭막 필터는, 평행광을 입사시키기 위한 광학계가 복잡해진다고 하는 단점을 갖고 있다. 도 25에는, 상기 간섭막 필터에의 광의 입사각과, 투과율의 관계를 도시한다. 이와 같이 0도 입사의 경우, 입사 각도가 상기 간섭막 필터의 법선으로부터 어긋날수록, 투과 영역은 단파장 측으로 시프트한다. 따라서, 부품의 위치 관계가 약간만 기울어져도, 투과율 특성이 상이하게 된다.

따라서, 간섭막 필터에의 요구 사항은, 입사 각도의 강도 분포가 항상 안정되어 있을 것, 및 각 입사 각도의 각각이 고유한 정보를 갖고 있지 않을 것(입사 각도 각각이 균일화한 정보를 가질 필요가 있음)이다. 따라서, 이와 같은 요구에 따르기 위해서, 상기 특허문헌 2에서는, 대물 광학계(11)는, 2개의 렌즈 및 그들 사이에 배치되는 개구 조리개를 구비하고, 번들 파이버(12a)의 입사 단부 Fi1~Fin에서의 입사각이, 개구 조리개에의 입사각보다도 작게 설정되어 있다. 이에 의해, 상기 특허문헌 2에서는, 번들 파이버(12a)로부터 간섭막 필터에의 입사 각도의 폭이 좁아져, 상기 간섭막 필터의 단점이 보상된다.

여기서, 대물 광학계(11)는, 상기와 같이 표시 화면(3)의 법선에 대하여 ±2.5도 이내의 성분을 추출하여, 분기 광학계(12)에 입사시키기 위해서, 전방측 텔레센트릭한 광학 배치로 되어 있다. 이로 인해, 개개의 파이버 소선 자체가 갖는 정보 및 파이버 소선에의 입사각이 갖는 정보에 의해, 각 색 필터(13a, 14a, 15a)에의 입사광을 균일화하는 것은 역시 곤란하다. 그 이유를 이하에 상세하게 서술한다.

우선, 파이버 소선 자체가 갖는 정보로서, 파이버 소선의 각각에, 피측정면으로부터 방사되는 각도(지향성)가 관계지어져 있다. 즉, 전술한 도 20에 있어서, 피측정면으로부터 상방향으로 방사하는 광(파선)은 모두 상측의 파이버 소선의 입사 단부 Fi1에 모여 있다. 따라서, 번들 파이버(12a)의 3다발의 출사 단부 Foa1~Foam; Fob1~Fobm; Foc1~Focm에 있어서, 다수의 파이버 소선의 관계가 랜덤하게 배열되어 있으면, 이러한 지향성의 정보는 균일화된다. 그러나, 그러한 번들 파이버의 작성은 곤란하며, 또한 작성할 수 있다고 해도 고가로 된다. 실제로는, 번들 파이버(12a)의 출사 단부측에서, 각 파이버 소선이, 어디에 배열되는지 알 수 없고, 또한 치우친 배열(예를 들어, 0도 주변의 지향성 정보가, 출사 단부측의 파이버 다발의 외주에 집중하는 등)로 되어버린다. 또한, 동일한 모델의 측정기라도, 개별적으로 치우침의 상태가 상이하다.

다음에, 상기 파이버 소선에의 입사각이 갖는 정보로서, 각 파이버 소선 내에서는, 광은 코어와 클래드의 굴절률차에 의해 전반사를 반복하여 전송되어 가므로, 각 파이버 소선에의 입사 각도가 상술한 바와 같이 피측정면 내의 위치에 관계지어져 있으면(도 20에서, S1로부터 방사하는 광은, 항상 일정한 각도로 파이버에 입사하고 있음), 파이버 길이가 짧을 때에는 입사각＝±출사각으로 되고, 입사 각도가 갖는 정보는 출사 각도에 보존되게(부호가 역전되는 경우도 포함시킴) 된다고 하는 것이다.

여기서, 파이버 길이가 어느 정도 이상 긴 경우에는, 파이버를 전송하는 동안(코어·클래드간에서 몇 번이나 반사하는 동안)에 입사 각도는 랜덤하게 균일화되어, 파이버가 길수록(반사의 횟수가 증가하면 증가할수록), 이 문제는 해소된다. 이것은, 광파이버는, 코어와 클래드의 굴절률차를 이용하여, 이상적으로는, 도 29(a)나 도 29(b)에서 도시하는 바와 같이 입사광을 전반사시켜 가야하므로, 실제로는, 굴절률의 국부적인 차(맥리(脈利))나 파이버 직경의 국부적인 차이(굵다, 가늘다), 혹은 파이버의 굴곡에 의한 반사면의 만곡 등에 의해, 출사 위치나 출사 각도가 랜덤하게 되어 버리기 때문이다.

이와 같이 해서, 파이버 길이가 어느 정도 이상 긴 경우에는, 확산판과 마찬가지의 확산 효과를 얻어(확산판보다 광량의 저하는 적음), 입사광은 균일화되어 출사되고, 그 출사 각도의 분포는, 파이버가 길수록, 파이버 고유의 NA에 근접한다. 즉, 파이버에의 입사 각도에 관계없이, 파이버 고유의 NA 조건에서 출사되게 된다. 따라서, 상술한 특허문헌 2는, 이 점에서 모순되어 있다. 파이버로부터의 출사각을 작게 하기(색 필터(13a, 14a, 15a)에의 입사각을 작게 하기) 위해서는, 어느 정도 이하의 짧은 파이버로 구성할 필요가 있지만, 짧은 경우에는, 파이버에의 입사각이 갖는 정보가 치우쳐서, 측정 오차가 발생한다.

한편, 모든 광속은 동일 조건에서 (간섭막 필터에의 입사각에 의존하지 않도록) 수광할 필요가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 번들 파이버(12a)로부터 출사하는 광속에는, 각각 피측정물에 특정한 정보를 가지므로, 이들 정보를 결락하는 일없이, 또한 동일 조건에서 색 필터(13a, 14a, 15a)를 통과시켜, 수광 센서(13b, 14b, 15b)에서 수광할 필요가 있다. 만일 일부의 정보가 결락해서 수광을 행하면, 전술한 바와 같이 측정 프로브(4)를 회전시키면 회전에 따라 수광 데이터가 변화되거나(회전 오차), 결락의 조건이 측정기에 따라 상이하면, 기기 차이(동일한 모델의 측정기에서의 측정 결과의 차)가 발생한다.

이로 인해, 모든 광속(상기 정보)을 수광하는 경우에, 집광 렌즈 없이 행하려 하면, 도 26에서 도시하는 바와 같이, 번들 파이버(12a)의 출사 단부 Foa1~Foam측의 파이버 다발에 대하여, 색 필터 a 및 수광 센서 b가 커져버림과 함께, 그들 간격 A, B도 커져, 크기(스페이스) 및 비용에 매우 큰 문제가 있다. 색 필터 a 및 수광 센서 b는, 사이즈가 커짐에 따라서, 고액으로 되므로, 가능한 한, 작은 사이즈로 구성하고 싶다고 하는 요망이 있다.

예를 들어, 출사 단부 Foa1~Foam 측의 파이버 다발의 직경φ가 2.3㎜이고, 파이버 출사각θ가 ±40도이며, 그리고 상기 출사 단부 Foa1~Foam과 색 필터 a의 간격 A가 1㎜이고, 색 필터 a의 두께가 1㎜이고, 색 필터 a와 수광 센서 b의 간격 간극 B가 1㎜이고, 수광 센서 b의 외장면으로부터 수광 셀까지의 거리가 1㎜이고, 이들의 합계로 4㎜인 두께의 경우, 수광 센서 b의 셀 사이즈(직사각형의 셀의 경우, 그 단면의 길이)는, (1.15+tan40도×4)×2=9.0㎜이라고 하는 거대한 것으로 되어 버린다.

한편, 상기와 같이 모든 광속(상기 정보)을 수광하는 경우에, 색 필터 a 및 수광 센서 b를 가능한 한 작게 구성하기 위해서, 집광 렌즈에서 집광해서 수광시키는 것도 생각된다. 그 경우의 구성을 도 27 및 도 28에서 도시한다. 도 27은 집광 렌즈(19)를 사용해서 수광 센서 b에 평행광으로 입사하는 예를 나타내고, 도 28은 집광 렌즈(19)를 사용해서 수광 센서 b에 결상하는 예를 나타내고 있다. 그러나, 이와 같은 구성에 있어서, 색 필터 a로서 간섭막 필터를 사용하면, 전술한 바와 같은 개개의 파이버 소선이 갖는 정보 및 파이버 소선에의 입사각이 갖는 정보의 영향을 받는다고 하는 문제가 있다.

보다 구체적으로는, 우선 파이버 소선이 갖는 정보로서, 각각의 소선으로부터 출사되는 광속은 색 필터 a에 상이한 각도로 입사하므로, 각각 상이한 정보를 갖는 소선으로부터 출사되는 광속의 수광 감도가 상이하게 되어 버린다. 즉, 도 27 및 도 28에서 도시하는 바와 같이, 출사 단부 Foa1로부터 출사하는 광과, Foam으로부터 출사하는 광에서는, 색 필터(12a)에 입사하는 각도가 상이하다.

다음에, 파이버 소선에의 입사각이 갖는 정보로서, 파이버가 짧은 경우, 전술한 바와 같이 입사 각도가 갖는 정보가 보존되어 광이 출사된다. 이로 인해, 도 27 및 도 28에서 도시하는 바와 같이, 각 파이버 소선이 출사하는 각도의 각각은, 입사 각도를 반영하여, 예를 들어 실선과 파선으로 나타내는 바와 같이 보존되어 있고, 이것에 의해서도 색 필터 a에의 입사 각도가 상이하다. 단, 파이버 길이가 충분히 긴 경우, 파이버 내부를 통과하는 사이에, 각도는 랜덤하게 믹싱되고, 각 파이버 소선으로부터의 출사광의 각도는, 균일화된 정보로 변환되어, 문제없다. 그러나, 전술한 바와 같이, 파이버 고유의 NA 조건에서 출사되게 된다.

마찬가지로, 도 18에서 도시하는 휘도계의 측정 프로브(4")에 있어서도, 색 필터(13d)에의 입사 각도가 피측정면 내의 위치에 관계지어져 있고, 즉 S1, S2, S3로부터 방사하는 광은 서로 상이하며, 또한 항상 일정한 각도로 색 필터(13d)에 입사한다.

(실시 형태 1)

다음에, 실시의 일 형태에 대해서 이하에 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 제1 형태에 따른 측정 프로브(40) 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다. 이 측정 프로브(40)는 전술한 도 19(a)에서 도시하는 색채 휘도계나 도 19(b)에서 도시하는 색채계의 측정 프로브(4)로서 사용된다. 측정 방법의 일례로서, 전술한 도 17과 마찬가지로, 색채 휘도계는 액정 모니터(2)의 표시 화면(3)에 대향 배치되고, 표시 화면(3)으로부터의 광을 측정하는 측정 프로브(40), 및 측정 프로브(40)의 출력에 기초하여 색채 휘도를 구하는 계측기 본체(5)를 구비해서 구성된다. 또한, 측정 방법의 다른 일례로서, 색채계는, 피측정물에 측정광을 조사하는 측정광 조사부, 피측정물에서 반사된 상기 측정광의 반사광을 측정하는 측정 프로브(40), 및 측정 프로브(40)의 출력에 기초하여 색채를 구하는 계측기 본체를 구비해서 구성된다. 이 측정 프로브(40)의 개략적인 블록 구성은, 이 측정 프로브(40)에 있어서, 도 20에서 도시하는 측정 프로브(4')와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여서 나타내고 있다.

즉, 이 측정 프로브(40)는, 피측정물로부터의 광을 수광하는 대물 광학계(11)와, 대물 광학계(11)로부터 출사된 출사광을 복수로 분기하는 분기 광학계(12)와, 분기 광학계(12)의 각 출사 단부의 각각에 대응해서 설치되고, 상기 각 출사 단부로부터 출사된 각 출사광을 검출하는 복수의 측색 광학계(13, 14, 15)를 구비하고 있다. 대물 광학계(11)에는, 정의 광학적 파워(굴절력, 초점 거리의 역수)를 갖는 양쪽 볼록 렌즈(11a)가 사용되고, 분기 광학계(12)에는, 복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 대물 광학계(11)로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 복수의 다발로 분할되어 있는 번들 파이버(12a)가 사용되고 있다. 그리고, 볼록 렌즈(11a)의 후방측 초점 위치에 개구 조리개(11b)가 배치되고, 전술한 바와 같이 표시 화면(3)의 법선에 대하여 반각으로 α, 예를 들어 전술한 ±2.5도 이내의 성분을 도입하기 위해서, 대물 광학계(11)는, 전방측 텔레센트릭한 광학 배치로 되어 있다. 개구 조리개(11b)의 면에는, 번들 파이버(12a)의 입사 단부 Fi1~Fin이 면한다.

여기서, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)에서는, 측색 광학계(13, 14, 15)는 각각 분기 광학계(12), 본 실시 형태에서는 번들 파이버(12a)의 타단부측으로부터 출사되는 출사광이 입사되는 단선 파이버(13C, 14C, 15C)와, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)로부터 출사되는 출사광이 입사되고 색 필터로서의 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)와, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)로부터 출사되는 출사광이 입사되고 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 구비하고 있고, 그리고, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)는 그 투과율 특성이 소정의 특성으로 조제되어 있다. 즉, 색 필터(13A, 14A, 15A)로서 간섭막 필터를 사용하기 위해서, 번들 파이버(12a)와 이들 각 간섭막 필터의 각 사이에, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)가 각각 개재됨과 함께, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)의 투과율 특성이 조제된다.

또한, 광파이버는, 코어와 클래드의 굴절률차를 이용하여, 이상적으로는, 도 29에서 도시하는 바와 같이, 입사광을 전반사시켜서 광을 도광시킨다. 그러나, 실제로는, 굴절률의 국부적인 차(맥리)나 파이버 직경의 국부적인 차이(굵다, 가늘다), 혹은 파이버의 굴곡에 의한 반사면의 만곡이나 재료(굴절률)의 변형 등에 의해, 출사 위치나 출사 각도가 랜덤하게 되게 되고, 입사광은 이러한 이상적인 형태로는 전송되지 않고, 출사광은 균일화(출사 위치, 출사 각도가 랜덤)된다. 즉, 어느 정도 긴 광파이버의 경우, 그 광파이버에의 입사광의 특징에 의존하지 않고, 출사광은 균일화되고, 또한 항상 안정된 출사 각도 조건에서 출사되게 된다(확산판과 마찬가지의 효과가 있다. 확산판보다도 광량이 많이 얻어진다). 본 실시 형태의 측정 프로브(40)에서는, 이러한 광파이버의 특성이 이용된다.

도 2에는 본건 발명자의 실험 결과가 도시되어 있다. 도 2는 광파이버의 출사 각도의 실측 데이터를 도시하는 그래프이다. 이 실험에서는, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 광파이버에 대강 평행한 광(±2도 이하의 광속)이 입사되고, 출사 단부에 면하게 한, 도시를 생략한 휘도계에 의해, 전술한 도 5와 마찬가지로, 파이버 축심으로부터의 각도(콘 앵글)를 변화시켜, 피크 강도(대강 0° 위치로 됨)를 1로 하여, 각 각도에서의 상대 강도가 측정되었다. 파이버는 1곳에서 90°굴곡되어 있다. 또한, 파이버는, 플라스틱 파이버(NA=0.5, φ=1㎜)로서, 그 길이는 30㎜ (×), 50㎜ (▲), 100㎜ (■) 및 300㎜ (◆)의 각각으로 변화시켰다.

상기 평행광을 입사한 경우에, 이 도 2로부터, 파이버 길이 50㎜에서는, 실효적인 개구각(피크의 5% 강도의 폭)은 ±35° 정도이며, 이 50㎜ 이상으로 해도 개구각의 변화는 거의 없고 안정되어 있다. 한편, 파이버의 길이가 30㎜에서는, 출사광의 강도 분포가 좁아져, 믹싱(균일화)의 정도가 낮다. 그러나, 이들 실험 데이터는 평행광을 입사한 경우의 결과이며, 실제의 광학계에서는, 파이버에의 입사광이 각도를 갖고 있으므로, 이 실험 조건(평행광 입사)은 가장 엄격한 조건에서의 실험 데이터이다.

따라서, 실제의 광학계에 있어서는, 평행 광속이 아니고, 어느 정도 각도를 가진 광속이 입사하므로, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)는, 30㎜ 이상의 길이를 갖고 있으면, 충분히 균등하게 믹싱 가능하다. 그리고, 입사광과 출사광 및 파이버 길이의 관계는, 파이버 중을 도광할 때에, 코어·클래드간의 반사 횟수에 의존한다. 따라서, 이 실험 데이터에서는, φ=1㎜에서 필요한 파이버 길이가 30㎜이므로, 파이버 길이는, 파이버 직경의 30배 이상이 바람직하다. 이러한 길이의 광파이버를 이용함으로써, 출사 각도가 균일화(출사 각도에 고유한 정보를 갖지 않음)됨과 함께, 항상 안정된 출사 각도 조건이 얻어진다.

도 1로 되돌아가서, 이와 같이 번들 파이버(12a)와 소정값 이상의 길이의 단선 파이버(13C, 14C, 15C)를 조합함으로써, 번들 파이버(12a)의 개개의 파이버 소선의 출사 단부 Foa1~Foam; Fob1~Fobm; Foc1~Focm으로부터 출사되는 광속의 모두는, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 출사 단부로부터 동일한 각도의 폭이며, 또한 배광 분포가 균일화되어, 색 필터(13A, 14A, 15A)에 각각 입사하게 된다. 이로 인해, 번들 파이버(12a)의 각 파이버 소선으로부터의 출사광이 상이한 정보를 갖고 있었다고 해도, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)에서의 투과율 특성은 동일하게 되고, 수광 센서(13B, 14B, 15B)에서의 수광 데이터는 피측정물의 특성의 영향을 받지 않는다. 즉, 측정기의 회전 오차가 발생하지 않는다. 이와 같이 해서, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)는, 번들 파이버(12a)의 각 파이버 소선이 갖는 정보를 균일화할 수 있다.

이에 반해, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)가 짧은 경우, 번들 파이버(12a)의 파이버 소선이 갖는 정보가 그대로 보존되어 출사되므로, 번들 파이버(12a)의 파이버 소선으로부터 출사되는 광은 각각의 각도가 보존된 상태로, 색 필터(13A, 14A, 15A)에 입사하므로, 각각에 상이한 정보를 갖고, 수광 센서(13B, 14B, 15B)에서의 수광 감도가 상이하게 된다. 즉, 전술한 도 20에서 도시한 바와 같으며, 파이버 소선으로부터 출사된 실선의 광과 파선의 광에서는, 색 필터(13A, 14A, 15A)에 입사하는 각도가 상이하다. 이로 인해, 상술한 바와 같이 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 파이버 길이를 충분히 길게 함으로써, 그 파이버 내부를 통과하는 동안에, 입사 각도가 상이한 광이 랜덤하게 믹싱(혼합)되고, 그 광이 갖는 정보가, 개구율(NA)에 의해 규정되는 폭이며, 또한 균일화된 정보로 변환될 필요가 있다. 그러한 파이버에의 입사각이 갖는 정보를 상쇄할 수 있는 상기 충분한 길이는, 전술한 바와 같이 코어 직경의 30배 이상이다.

또한, 대물 렌즈(11a)는, 전방측 텔레센트릭한 광학 배치로 하기 위해서, 예를 들어 도 4의 (a)에서 도시하는 바와 같이, 측정 범위가 φ=27㎜인 원형으로 하고, 수광 개구각 α가 액정 모니터를 측정하는 경우에 있어서의 업계 규정인 상기 ±2.5도 이내인 경우에 대하여, 렌즈 성능(수차 등)을 고려하여, 설계상, ±2.3도로 하고, 표시 화면(3)으로부터 상기 대물 렌즈(11a)까지의 거리가 30㎜라 하고, 번들 파이버(12a)의 입사 직경이 φ=4.0㎜으로 하고, 상기 대물 렌즈(11a)의 상면측의 초점 거리 f0이 50㎜라 하면, 번들 파이버(12a)의 입사각 α1(NA)은 반각으로 후술하는 약 15도로 된다. 이때, 번들 파이버(12a)(3분기)의 출사측의 면적은 2.0²×π÷3=4.18㎟로 되고, 출사측의 직경은 2×√(4.18÷π)=2.3㎜가 된다.

또한, 수광 개구각 α가 ±2.5도 이내라고 하는 제약이 없는 경우, 즉 액정 모니터(2)를 제외한 다른 측정의 경우에는, 대물 렌즈(11a)는, 도 4의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 피측정면과 번들 파이버(12a)의 입사 단부 Fi1~Fin이 결상 관계로 되는 광학 배치이어도 된다. 그 경우, 피측정면의 각 위치가 파이버의 각 소선에 대응지어지고, 예를 들어 피측정면의 한쪽 단부 S1으로부터 방사하는 광은, 항상 입사 단부 Fin에 입사하고, 피측정면의 다른 쪽 단부 S3로부터 방사하는 광은, 항상 입사 단부 Fi1에 입사한다.

상술한 바와 같이 구성되는 측정 광학계에 있어서, 간섭막 필터의 입사각과 투과율의 관계는 전술한 도 25에서 도시하는 바와 같다(Y 필터의 예). 이것에 대응하여, 본 실시 형태에서는, 번들 파이버(12a) 및 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 특성 등에 기초하여 변화되는 간섭막 필터에의 입사 광속의 실제의 강도 분포는, 예를 들어 도 5에서 도시하는 바와 같은 측정이나, 시뮬레이션 등에 의해 구해진다. 도 5에서는, 단선 파이버(13C)로부터의 방사 광속의 강도가 휘도계(30)를 그 단선 파이버(13C)의 중심으로부터 동일 반경상에서 이동시켜 모든 입체각(콘 앵글)에서 측정되고 있다. 또한, 단선 파이버(13C)의 출사 단부측에는 상기 간섭막 필터의 입사 위치에 조리개(13D)가 설치되어 있다.

한편, 시뮬레이션의 경우에는, 우선 간섭막 필터에의 입사 각도는 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 출사 면적 및 출사 각도에 의해 결정된다. 그리고, 구성되는 광학 부품의 개개의 조건이나 특성으로부터, 렌즈 시뮬레이션 소프트 웨어 등을 사용하여, 필터면에서의 입사 광속의 강도 분포가 산출된다. 예를 들어, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)로부터의 출사 조건은 파이버 고유의 NA 조건에서 출사하는 것으로 하고, 광선 추적 시뮬레이션이 행해진다.

도 6에는, 이와 같이 해서 구해진 간섭막 필터에의 입사 광속의 강도 분포의 일례를 나타낸다. 이 도 6에 도시하는 예에서는, 상기한 휘도계(30)를, 소정 범위의 원호상을 이동시킨 경우(1차원)에 있어서의 강도의 변화가 도시되어 있다. 이 도 6에서 도시하는 바와 같은 상대 강도(입체각으로 생각한 상대 강도: 소위 「콘 앵글에서의 투과율」)를, 전술한 도 25에서 도시하는 바와 같은 간섭막 필터의 각각의 입사 각도에서의 투과율과 승산함으로써, 입사 각도의 강도 분포를 고려한 필터 투과율이 연산된다. 그 결과는, 예를 들어 도 7에 있어서, 참조 부호 β1(파선)으로 나타내는 곡선으로 된다.

그리고, 최종적으로 측정기에서 얻어지는 수광 감도는, 이러한 필터 투과율에 부가하여, 광학계(렌즈나, 광파이버 등)의 투과율, 수광 센서의 수광 감도, 수광 센서면 등에서의 반사 특성 등의 특성을 가미한 것이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어, 최종적으로 얻어지는 수광 감도가 도 7에 있어서 참조 부호 β2(실선)로 나타내는 바와 같은 원하는(CIE에서 규정되는) 등색 함수에 근사한 것으로 되도록, 상기 간섭막 필터가 조제된다.

여기서, 상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 폭 조건에 대해서 설명한다. 부품 오차 등에 의해, 그 간섭막 필터가 기울어서 부착되면, 상기 간섭막 필터에의 입사 각도에 대한 강도 분포가 설계값으로부터 벗어나고, 그것에 수반하여, 얻어지는 필터 투과율이 상이하고, 따라서 센서 수광 감도 분포가 상이하게 된다. 이와 같이 필터가 기울어서 부착된 경우에 있어서의 투과율 변화의 영향은 강도 분포가 좁을수록 영향이 크므로, 필터에의 입사 각도의 강도 분포는 어느 정도 이상의 폭을 갖고 있는 것이 바람직하다.

이로 인해, 도 8에는, 입사 각도의 분포와, 필터가 기운 경우의 영향이 도시되어 있다. 도 8의 (a)는, 입사 각도가 반각으로 7.5도인 경우에 있어서의 설계값의 강도 분포(실선)와, 필터가 1도 기운 경우의 강도 분포(파선)를 도시하는 그래프이며, 도 8의 (b)는, 입사 각도가 반각으로 17.5도인 경우에 있어서의 설계값의 강도 분포(실선)와, 필터가 1도 기운 경우의 강도 분포(파선)를 도시하는 그래프이다. 여기서 말하는 입사 각도 7.5도(반각)란, 입사 각도의 강도 분포의 피크(통상은 0도가 피크로 되는 경우가 많음)에 대하여, 대략 5%로 되는 각도이다.

그리고, 이들 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에서 도시하는 입사 각도 분포의 광학계에, 전술한 도 25에서 도시하는 간섭막 필터를 설치한 경우의 투과율 분포가, 각각 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시되어 있다. 이들 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 있어서, 상기 설계값에 대한 기운 값의 어긋남량은, 강조해서 도시되어 있다. 도 9의 (a)와 도 9의 (b)를 비교해서 명확하게 된 바와 같이, 입사 각도의 강도 분포가 넓은 쪽이, 필터의 기울기에 대한 오차가 작게 되어 있다. 이러한 필터 입사 각도의 크기와, 오차(설계값으로부터의 차분)의 관계는, 그래프화하면, 도 10에서 도시하는 곡선으로 된다. 이 도 10으로부터, 필터가 1도 기운 경우에, 입사 각도의 폭을 15도(반각) 이상으로 설정해 둠으로써, 오차량은 2.5% 이하로 억제할 수 있다. 따라서, 실사용에서의 파이버 기울기에 대한 오차 감도를 생각하면, 간섭막 필터에의 입사 각도의 폭은 15도(반각) 이상이 바람직하다.

따라서, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 출사를 반각으로 이 15도 이상으로 하기 위해서, 상기 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 개구율 NA는, 0.26(15도) 이상으로 한다. 여기서, 파이버의 NA란, 설계적인 NA와, 실제의(실효적인) NA가 있다. 설계적인 NA는, 일반적으로 파이버 코어의 굴절률과, 클래드의 굴절률로부터 산출되는 값이며, 실제의(실효적인) NA는, 실제의 파이버 출사각을 실측한 것이다. 실제의 파이버 출사각은, 도 11에서 도시하는 바와 같이, 비교적 가우스 형상과 비슷하고, 피크의 절반의 폭을 나타내는 경우의 NA(50%)나, 피크의 5%의 폭을 나타내는 경우의 NA(5%) 등이 있다. 상술한 바와 같이 파이버에의 입사각 α1을 15도로 하는 경우, 실질적인 NA(5%)가 15도 이상이 아니면 도광할 수 없으므로, NA(5%)>NA0.26(15도)으로 한다.

한편, 번들 파이버(12a)와 단선 파이버(13C, 14C, 15C)는, 예를 들어, 단순하게 밀착(접합)시켜 접속된 경우, 양자의 면 정밀도에 기인하여, 면간 반사에 의한 간섭이 발생하고, 광량 로스가 발생되어 버리기 때문에, 이러한 접속 방법은 바람직하지 않다. 이로 인해, 도 12에서 도시하는 번들 파이버(12a)와 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 접합부에는, 예를 들어, 광학 접착제나 수지가 충전되는 것이 바람직하고(면간 반사가 발생하지 않음), 혹은 간섭을 일으키지 않는(간섭을 발생하는 간격을 초과하는) 레벨(파장 오더의 10배=5㎛) 이상의 간격의 간극(공기층) d가 형성되는 것이 바람직하다. 단, 번들 직경보다도 작거나, 혹은 동일한 사이즈 직경의 단선 파이버를 사용하는 경우에는, 상기 간극의 간격이 넓을수록, 접합부에서의 광량이 로스하므로, 상기 간극의 간격이 너무 지나치게 벌어지는 것도 바람직하지 않다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)는, 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계 등에 사용되고, 광원으로부터 방사되는 광속이나 피측정물의 반사 광속을 대물 광학계(11)에서 수광하고, 다수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지는 번들 파이버(12a)에 입사시키고, 분기시켜서 복수의 출사면으로부터 출사시킨 후, 간섭막 필터로 이루어지는 색 필터(13A, 14A, 15A)를 투과시켜서 상기 광속의 강도(휘도 또는 조도값)를 구하는 수광 센서(13B, 14B, 15B)에 입사시킨다. 이에 의해 흡수식의 색 필터에 의한 상술한 문제를 해소하기 위해서, 번들 파이버(12a)와 색 필터(13A, 14A, 15A) 사이에, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)가 개재됨과 함께, 상기 간섭막 필터의 투과율 특성이 조제된다.

따라서, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)에서는, 상기 광속이 번들 파이버(12a)의 어느 위치로부터 입사하는 지에 관계없이, 즉 피측정물의 위치 정보나 각도 정보에 관계없이, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 출사면으로부터, 소정의 배광 분포(출사 각도가 파이버 NA 상당의 것에서 안정되어 있음)를 갖고, 또한 배광 분포의 균일화된 광속이 출사하게 되어, 안정된 수광 감도 데이터가 얻어진다. 그로 인해, 상기 간섭막 필터의 투과율 특성을, 상기 소정의 배광 분포를 가진 광속이 입사했을 때에, 투과 광속이 수광 센서(13B, 14B, 15B)의 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성으로 되도록 설정함으로써, 배광 분포는 넓어지지만, 배광 분포는 균일화되고, 그 대신에 그 배광 분포에 간섭막 필터의 투과율 특성이 맞춰진다.

이것에 의해, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)는 임의의 투과율 특성을 설정할 수 있고, 또한 광량의 로스도 적고, 안정성이 높다고 하는 간섭막 필터의 장점을 살리면서, 입사 각도에 의한 투과율 특성의 어긋남이 크다고 하는 그 간섭막 필터의 단점을 보충할 수 있다. 또한, 확산판으로 균일화, 안정화시키는 경우에는, 충분히 균일화하기 위해서 확산성이 높은 확산판이 필요하며, 그러한 확산판은 투과율이 낮고 측정기로서의 충분한 광량을 얻기 어렵다고 하는 결점이 있는 데 반해, 본 실시 형태의 측정 프로브(40)는, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)를 사용함으로써, 광량 로스를 극히 작게 억제할 수도 있다.

(실시 형태 2)

도 13은, 본 발명의 실시의 제2 형태에 따른 측정 프로브(41) 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다. 이 측정 프로브(41)는, 전술한 도 1에서 도시하는 측정 프로브(40)와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여서 나타내고, 그 설명을 생략한다. 즉, 이 측정 프로브(41)는, 피측정물로부터의 광을 수광하는 대물 광학계(11)와, 대물 광학계(11)로부터 출사된 출사광이 입사되는 단선 파이버 C와, 단선 파이버 C로부터 사출된 사출광을 복수로 분기하는 분기 광학계(12)와, 분기 광학계(12)의 각 출사 단부의 각각에 대응해서 설치되고 상기 각 출사 단부로부터 출사된 각 출사광을 검출하는 복수의 측색 광학계(131, 141, 151)를 구비하고 있다. 대물 광학계(11)에는, 정의 광학적 파워를 갖는 양쪽 볼록 렌즈(11a)가 사용되고, 분기 광학계(12)에는, 복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지며, 단선 파이버 C로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 복수의 다발로 분할되어 있는 번들 파이버(12a)가 사용되고 있다. 그리고, 측색 광학계(131, 141, 151)는 각각 분기 광학계(12), 본 실시 형태에서는 번들 파이버(12a)의 타단부측으로부터 출사되는 출사광이 입사되고, 색 필터로서의, 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)와, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)로부터 출사되는 출사광이 입사되고, 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 구비하고 있고, 그리고 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)는 그 투과율 특성이 소정의 특성으로 조제되어 있다.

이와 같이 본 실시 형태의 측정 프로브(41)에서는, 측색 광학계(131, 141, 151)에는 제1 실시 형태의 측정 프로브(40)와 같이 단선 파이버(13C, 14C, 15C)가 설치되어 있지 않고, 대신에 단선 파이버 C가 대물 광학계(11)와 분기 광학계(12) 사이에 설치되어 있다. 즉, 이 도 13에 도시하는 측정 프로브(41)의 경우, 대물 광학계(11)로부터의 입사 광속에 있어서의 피측정물의 특징적인 정보는, 분기 광학계(12)에 입사하기 이전에, 단선 파이버 C에서 균일화된다. 따라서, 분기 광학계(12)로부터의 출사 광속도 출사 각도나 강도가 균일화된 것이므로, 그 분기 광학계의 직후에 간섭막 필터를 배치해도, 그 입사각의 강도 분포는 번들 파이버(12a)(분기 광학계(12))의 NA에 의해 결정된다.

이와 같은 구성의 측정 프로브(41)도, 간섭막 필터의 장점을 살리면서, 그 간섭막 필터의 단점을 보충할 수 있다. 제1 및 제2 실시 형태에서 나타내는 바와 같이, 단선 파이버(13C, 14C, 15C); C는 번들 파이버(12a)의 출사 단부측과 입사 단부측 중 어느 쪽에 설치되어도 된다. 전술한 바와 같이 단선 파이버(13C, 14C, 15C); C의 길이는 직경의 30배 정도가 바람직하므로, 직경이 굵은 번들 파이버(12a)의 입사 단부 Fi1~Fin 측에 설치되는 그 단선 파이버 C의 길이는 출사 단부 Foa1~Foam; Fob1~Fobm; Foc1~Focm 측에 설치되는 전술한 단선 파이버(13C, 14C, 15C)에 비해, 길게 할 필요가 있으므로, 출사 단부 Foa1~Foam; Fob1~Fobm; Foc1~Focm 측에 설치하는 쪽이 보다 바람직하다.

(실시 형태 3)

도 14는, 본 발명의 실시의 제3 형태에 따른 측정 프로브(42) 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다. 이 측정 프로브(42)는, 전술한 도 1에서 도시하는 측정 프로브(40)와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여서 나타내고, 그 설명을 생략한다. 즉, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 측정 프로브(40)에 있어서의 복수의 측색 광학계(13, 14, 15) 대신에, 본 실시 형태의 측정 프로브(42)에서는, 복수의 측색 광학계(132, 142, 152)가 사용된다. 이들 측색 광학계(132, 142, 152)는 각각 분기 광학계(12), 본 실시 형태에서는 번들 파이버(12a)의 타단부측으로부터 출사되는 출사광이 입사되는 단선 파이버(13C, 14C, 15C)와, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)로부터 출사되는 출사광이 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)를 통해서 입사되고, 색 필터로서의, 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)와, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)로부터 출사되는 출사광이 입사되고, 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 구비하고 있고, 그리고 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)는 그 투과율 특성이 소정의 특성으로 조제되어 있다. 이와 같이 본 실시 형태의 측정 프로브(42)에서는, 측색 광학계(132, 142, 152)에 있어서, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)와 색 필터(13A, 14A, 15A) 사이에, 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)가 설치되어 있다.

이것은, 전술한 바와 같이, 대물 광학계(11)로부터의 입사 광속에 있어서의 피측정물의 특징적인 정보는, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)에 있어서 충분히 균일화되어 있으므로, 그 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)에서의 광선의 거동은 고려하지 않아도 되기 때문이다. 이와 같은 구성의 측정 프로브(42)는, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)로부터 출사되는 발산광을 상기 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)에서 집광하고, 색 필터(13A, 14A, 15A)에 입사함으로써, 그 색 필터(13A, 14A, 15A) 및 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 소형화할 수 있다.

(실시 형태 4)

도 15는, 본 발명의 실시의 제4 형태에 따른 측정 프로브(43) 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다. 이 측정 프로브(43)는, 전술한 도 14에서 도시하는 측정 프로브(42)와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여서 나타내고, 그 설명을 생략한다. 즉, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 측정 프로브(40)에 있어서의 복수의 측색 광학계(13, 14, 15) 대신에, 본 실시 형태의 측정 프로브(43)에서는, 복수의 측색 광학계(133, 143, 153)가 사용된다. 이들 측색 광학계(133, 143, 153)는 각각 분기 광학계(12), 본 실시 형태에서는 번들 파이버(12a)의 타단부측으로부터 출사되는 출사광이 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)를 통해서 입사되는 단선 파이버(13C, 14C, 15C)와, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)로부터 출사되는 출사광이 입사되고 색 필터로서의 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)와, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)로부터 출사되는 출사광이 입사되고 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 구비하고 있고, 그리고, 간섭막 필터(13A, 14A, 15A)는 그 투과율 특성이 소정의 특성으로 조제되어 있다. 이와 같이 본 실시 형태의 측정 프로브(43)에서는, 측색 광학계(133, 143, 153)에 있어서, 번들 파이버(12a)와 단선 파이버(13C, 14C, 15C) 사이에, 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)가 설치되어 있다.

따라서, 이 도 25에 도시하는 예에서는, 번들 파이버(12a)로부터의 발산 광이 그 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)에서 집광되고, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)에 입사되어 더욱 발산시켜서 색 필터(13A, 14A, 15A)에 입사된다. 이와 같은 구성의 측정 프로브(43)도, 색 필터(13A, 14A, 15A) 및 수광 센서(13B, 14B, 15B)를 소형화할 수 있다. 또한, 이와 같이 집광 렌즈(13D, 14D, 15D)를 상기 번들 파이버(12a)와 단선 파이버(13C, 14C, 15C) 사이에 설치한 경우에는, 단선 파이버(13C, 14C, 15C)의 직경을 가늘게 할 수 있고, 따라서 상기 단선 파이버(13C, 14C, 15C)를 짧게 할 수 있다.

(실시 형태 5)

도 16은, 본 발명의 실시의 제5 형태에 따른 측정 프로브(44) 내의 구성(측정용 광학계)을 도시하는 도면이다. 이 측정 프로브(44)는, 전술한 도 1에서 도시하는 측정 프로브(40)와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여서 나타내고, 그 설명을 생략한다. 즉, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 측정 프로브(40)에 있어서의 대물 광학계(11) 및 복수의 측색 광학계(13, 14, 15) 대신에, 본 실시 형태의 측정 프로브(44)에서는, 대물 광학계(114) 및 측색 광학계(134)가 사용된다. 이 측색 광학계(134)는, 대물 광학계(114)로부터 출사되는 출사광이 입사되는 단선 파이버 C와, 단선 파이버 C로부터 출사되는 출사광이 입사되고, 색 필터로서의, 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터 A와, 간섭막 필터 A로부터 출사되는 출사광이 입사되고, 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서 B를 구비하고 있고, 그리고 간섭막 필터 A는 그 투과율 특성이 소정의 특성으로 조제되어 있다.

본 실시 형태의 측정 프로브(44)는, 전술한 도 18에서 도시하는 바와 같은 휘도계에 사용되고, 측정 광학계(134)가 단일의 색 필터 A 및 수광 센서 B 및 단선 파이버 C로 이루어진다. 이와 같이 수광 센서 B가 1개인 경우, 측정 프로브(44)는 분기 광학계(12)를 생략한 구성으로 하면 된다. 즉, 대물 광학계(114)에 있어서, 개구 조리개(11b)의 후방(색 필터 A의 전방)에 단선 파이버 C가 배치되고, 그 단선 파이버 C로부터 출사하는 광속이, 간섭막 필터 A를 통하여, 수광 센서 B에서 수광된다.

이와 같은 구성의 측정 프로브(44)의 경우, 참조 부호 S1~S3으로 나타내는 바와 같은 피측정물의 위치 정보 등의 특징적인 정보가, 단선 파이버 C에의 입사 각도나 입사 위치에 특징을 부여하고 있지만, 상기 단선 파이버 C를 전송하는 동안에 믹싱되고, 단선 파이버 C로부터 출사될 때에는 상기 특성은 균일화된다. 또한, 단선 파이버 C로부터의 출사 각도는, 파이버 NA 상당의 것으로 안정되어 있기 때문에, 간섭막 필터에 대하여 일정한(파이버 NA에 상당하는) 각도로 광이 입사하므로, 이와 같은 구성의 측정 프로브(44)는, 피측정물의 특성(위치나 각도의 특성)에 구애되지 않고, 안정된 수광 감도 데이터를 얻을 수 있다.

본 명세서는, 상기와 같이 여러 가지의 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 중심인 기술을 이하에 정리한다.

일 형태에 따른 측정용 광학계는, 피측정물로부터의 광속을 대물 광학계에서 수광하고, 또한 간섭막 필터에 의해 소정의 투과율 특성으로 투과시킨 후, 상기 광속의 강도를 구하는 센서에 입사시키도록 한 측정용 광학계로서, 상기 대물 광학계와 간섭막 필터 사이에 개재되는 단선 파이버를 더 포함하고, 상기 간섭막 필터는 상기 간섭막 필터에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성된다.

상기 구성의 측정용 광학계는, 휘도계나 색채 휘도계 및 색채계 등에 사용된다. 이 측정용 광학계는, 상기 휘도계나 색채 휘도계에 사용되는 경우에는 액정 모니터나 램프 등의 광원으로부터 방사되는 광속을 대물 광학계에서 수광하고, 또한, 상기 색채계에 사용되는 경우에는 소정의 조명광원으로부터의 조사광에 의한 피측정물 반사 광속을 대물 광학계에서 수광하고, 그리고, 간섭막 필터를 통과시켜서 상기 광속의 강도(휘도 또는 조도값)를 구하는 센서에 입사시킨다. 이에 의해, 이 측정용 광학계는, 흡수식 색 필터에 의한 문제의 해소를 도모하고 있다. 그리고, 이 측정용 광학계에서는, 상기 대물 광학계와 간섭막 필터 사이에 단선 파이버가 개재됨과 함께, 상기 간섭막 필터의 투과율 특성이 조제된다.

보다 구체적으로는, 우선, 단선 파이버를 상기 대물 광학계와 간섭막 필터 사이에 개재하도록 구성함으로써, 상기 광속이 피측정물의 어느 위치로부터 출사되는지에 관계없이, 그 단선 파이버의 출사면으로부터, 소정의 배광 분포를 갖고, 또한 균일화된 광속이 출사된다. 즉, 피측정물의 위치 정보나, 각도 정보를 균일화한 후에, 간섭막 필터에 광속이 입사된다. 그리고, 다음에, 상기 간섭막 필터의 투과율 특성은, 상기 단선 파이버의 출사면으로부터의 소정의 배광 분포를 가진 광속이 입사했을 때에, 투과 광속이 센서의 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성으로 되도록 설정된다. 즉, 종래에는, 간섭막 필터에의 입사 각도에 의한 투과율 특성의 어긋남을 억제하기 위해서, 그 간섭막 필터에의 입사 광속이 가능한 한 평행하게(배광 분포가 좁게) 되도록 연구되어 온 데 반해, 상기 형태에서는 간섭막 필터에의 입사 광속의 배광 분포는 넓어지지만, 배광 분포에 균일성을 갖게 하고, 그 대신에 그 배광 분포에 간섭막 필터의 투과율 특성이 맞춰진다.

따라서, 이와 같은 구성의 측정용 광학계는, 임의의 투과율 특성을 설정할 수 있고, 또한 광량의 로스도 적고, 안정성이 높다고 하는 간섭막 필터의 장점을 살리면서, 입사 각도에 의한 투과율 특성의 어긋남이 크다고 하는 상기 간섭막 필터의 단점을 보충할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 측정용 광학계에 있어서, 복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 상기 대물 광학계로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 분할되어 복수의 단선 파이버에 각각 입사하는 번들 파이버를 더 구비한다. 또한, 다른 일 형태에 따른 측정용 광학계는, 피측정물로부터의 광속을 수광하는 대물 광학계와, 다수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 상기 대물 광학계로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 다수의 파이버 소선이 분할되어 있는 번들 파이버와, 상기 번들 파이버에 있어서의 상기 분할된 각 타단부측의 각각에 대응해서 설치되고, 상기 번들 파이버의 타단부측으로부터의 출사광을 검출하는 복수의 측색 광학계를 구비하고, 상기 복수의 측색 광학계의 각각은, 상기 번들 파이버의 타단부측으로부터의 출사광이 입사되는 단선 파이버와, 상기 단선 파이버로부터의 출사광이 입사되고 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터와, 상기 간섭막 필터로부터의 출사광이 입사되고 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서를 구비하고, 상기 간섭막 필터는, 상기 간섭막 필터에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성되어 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 상술한 측정용 광학계에 있어서, 복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 상기 단선 파이버로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 분할되어 복수의 간섭막 필터에 각각 입사하는 번들 파이버를 더 구비한다. 또한, 다른 일 형태에 따른 측정용 광학계는, 피측정물로부터의 광속을 수광하는 대물 광학계와, 상기 대물 광학계로부터의 출사광이 입사되는 1개의 단선 파이버와, 복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고 상기 단선 파이버로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 분할되어 있는 번들 파이버와, 상기 번들 파이버에 있어서의 상기 분할된 각 타단부측의 각각에 대응해서 설치되고 상기 번들 파이버의 타단부측으로부터의 출사광을 검출하는 복수의 측색 광학계를 구비하고, 상기 복수의 측색 광학계의 각각은 상기 번들 파이버의 타단부측으로부터의 출사광이 입사되고 상기 출사광을 소정의 투과율 특성으로 투과시키는 간섭막 필터와, 상기 간섭막 필터로부터의 출사광이 입사되고 상기 출사광의 강도를 검출하는 수광 센서를 구비하고, 상기 간섭막 필터는, 상기 간섭막 필터에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성되어 있다.

이들 상기 각 구성의 각 측정용 광학계는, 번들 파이버를 더욱 개재시킴으로써 수광 광속을 분기하고, 복수의 서로 다른 수광 감도 데이터를 얻으면서, 위치 정보를 균일화할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 측정용 광학계에 있어서, 상기 단선 파이버는, 그 코어 직경의 30배 이상의 길이를 갖고 있다.

상기 구성의 측정용 광학계는 상기 단선 파이버가 길어질수록, 그 입사 배광의 영향이 완화되고, 즉 출사 위치나 출사 각도가 랜덤하게 이루어져서 확산판과 마찬가지의 확산 효과를 얻을 수 있다(단, 확산판보다 광량의 감소는 작다).

따라서, 상기 단선 파이버의 길이를 코어 직경의 30배 이상의 길이로 함으로써, 이 측정용 광학계는 입사광을 균일화해서 출사할 수 있고, 또한 출사 각도의 분포를 파이버 고유의 NA 조건에서 출사시킬 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 측정용 광학계에 있어서, 상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 폭은, 그 간섭막 필터의 법선에 대하여 15도 이상이다.

상기 구성의 측정용 광학계는, 상기 소정의 배광 분포, 즉 입체각(콘 앵글)을 상기한 15도 이상으로 넓혀 둠으로써, 그 간섭막 필터의 기울기에 대한 오차를 작게 할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 측정용 광학계에 있어서, 상기 번들 파이버와 단선 파이버 사이에는, 광학 접착제 또는 수지가 충전되어 있다.

상기 구성의 측정용 광학계는, 상기 번들 파이버와 단선 파이버의 접합부에서의 면간 반사가 저감 또는 발생하지 않게 되어, 그들 사이에서의 광량 로스를 감소할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 측정용 광학계에 있어서, 상기 번들 파이버와 단선 파이버는, 이들 사이에, 광의 간섭을 발생시키지 않는 간격의 간극을 형성하고 있다.

상기 구성의 측정용 광학계는, 상기 번들 파이버와 단선 파이버 사이를, 광의 간섭을 발생하지 않는, 즉 파장 오더의 10배(5㎛) 정도의 간극(공기층)으로 함으로써, 상기 번들 파이버와 단선 파이버의 접합부에서의 광량 로스를 감소할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에서는, 이들 상술한 측정용 광학계에 있어서, 상기 단선 파이버의 입사 단부측 또는 출사 단부측에는, 집광 렌즈를 더 구비한다.

상기 구성의 측정용 광학계는, 상기 간섭막 필터 및 수광 센서를 소형화할 수 있다. 특히, 상기 집광 렌즈를 상기 번들 파이버와 단선 파이버 사이에 설치한 경우에는, 이 측정용 광학계는, 단선 파이버의 직경을 가늘게 할 수 있고, 따라서 상기 단선 파이버를 짧게 할 수 있다.

또한, 다른 일 형태에 따른 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계는, 이들 상술한 것 중 어느 하나의 측정용 광학계를 사용한다.

따라서, 간섭막 필터를 사용한 고정밀도 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계를 실현할 수 있다.

이 출원은, 2010년 5월 14일에 출원된 일본국 특허 출원 제2010-112186호를 기초로 하는 것이며, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해서, 상술에 있어서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통하여 본 발명을 적절 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구의 범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 수준의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

본 발명에 따르면, 측정용 광학계 및 그것을 사용한 휘도계, 색채 휘도계 및 색채계를 제공할 수 있다.

Claims

피측정물로부터의 광속을 대물 광학계에서 수광하고, 또한 간섭막 필터에 의해 소정의 투과율 특성으로 투과시킨 후에, 상기 광속의 강도를 구하는 센서에 입사시키는 측정용 광학계에 있어서,
상기 대물 광학계와 간섭막 필터 사이에 개재되는 단선 파이버를 더 포함하고,
상기 간섭막 필터는, 그 간섭막 필터에의 입사광의 입사 각도에 대한 강도 분포의 조건에 따라, 측정 파라미터에 대응한 투과율 특성이 얻어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 측정용 광학계는, 상기 단선 파이버, 상기 간섭막 필터 및 상기 센서를 복수 구비하고,
복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 상기 대물 광학계로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 분할되어 상기 복수의 단선 파이버에 각각 입사하는 번들 파이버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 측정용 광학계는, 상기 단선 파이버를 1개 구비함과 함께, 상기 간섭막 필터 및 센서를 복수 구비하고,
복수의 파이버 소선이 묶여서 이루어지고, 상기 단선 파이버로부터의 출사광이 일단부측에 입사되고, 타단부측에서 상기 복수의 파이버 소선이 분할되어 상기 복수의 간섭막 필터에 각각 입사하는 번들 파이버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단선 파이버는 그의 코어 직경의 30배 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간섭막 필터에의 입사 각도의 폭은 그 간섭막 필터의 법선에 대하여 15도 이상인 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 번들 파이버와 단선 파이버 사이에는 광학 접착제 또는 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 번들 파이버와 단선 파이버는 이들 사이에 광의 간섭을 발생시키지 않는 간격의 간극을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단선 파이버의 입사 단부측 또는 출사 단부측에는, 집광 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 측정용 광학계.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 측정용 광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 휘도계.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 측정용 광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 색채 휘도계.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 측정용 광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 색채계.