WO2018230177A1 - 測定用光学系、色彩輝度計および色彩計 - Google Patents

測定用光学系、色彩輝度計および色彩計 Download PDF

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WO2018230177A1
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light
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unit
optical
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仁 長澤
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コニカミノルタ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G01J3/51—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors using colour filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems

Definitions

  • the present invention relates to a measurement optical system that guides light from an object to be measured to a light receiving unit, a color luminance meter using the same, and a color meter using the same.
  • a color luminance meter that measures the color (light source color) and luminance of a light-emitting object as an object to be measured and a color meter that measures the color (object color) of an object as an object to be measured have been known and used in various ways. It has been.
  • Such a color luminance meter or color meter uses a measurement optical system that guides light from the object to be measured to the light receiving unit, and is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the optical device for measurement disclosed in Patent Document 1 includes a light branching unit having a plurality of emission surfaces that diverge and emit light from a measurement object incident on an incident surface. More specifically, the optical device for measurement disclosed in Patent Document 1 includes an optical system KK2 including an objective lens 103, an aperture stop 104, a field stop 105, a relay lens 106, a bundle fiber 22, and the like (FIG. 9). And [0042] paragraph, etc.).
  • the objective lens 103 focuses the light beam from the object Q to be measured at the position of the field stop 105 to form an image.
  • the relay lens 106 guides the image formed at the position of the field stop 105 to the incident surface A of the bundle fiber 22.
  • the aperture stop 104 is disposed behind the objective lens 103, and only the light beam that has passed through the aperture stop 104 is directed to the relay lens 106.
  • the bundle fiber 22 corresponds to the optical branching means, and is configured by bundling a plurality of optical fiber strands.
  • the bundle fiber 22 is divided into three at an intermediate portion in the axial direction, and a light beam incident on the incident surface A is three output surfaces B1. , B2, and B3.
  • the relay lens 106 is disposed at a position where the aperture stop 104 and the incident surface A are in an optically conjugate relationship. Note that the reference numerals are given to the respective components in Patent Document 1 in this paragraph.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its object is to provide a measurement optical system capable of guiding a larger amount of light from a measured object to a light receiving unit, a color luminance meter using the same, and a color luminance meter using the same. It is to provide a color meter using
  • a measurement optical system, a color luminance meter, and a color meter reflecting one aspect of the present invention are arranged on a diaphragm, an optical waveguide that guides incident light, and an object side of the diaphragm.
  • the first optical system for forming a light image from the measurement object on the aperture surface of the aperture, and the principal ray of each light beam emitted between the aperture surface of the aperture and the optical axis are disposed between the aperture and the optical waveguide.
  • a second optical system that enters the optical waveguide so as to be parallel to the optical waveguide.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a color luminance meter according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is also a block diagram showing the configuration of color luminance meters Db and Dc in second and third embodiments described later.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a measurement optical system used in the color luminance meter.
  • FIG. 2A shows the measurement optical system in the first embodiment
  • FIG. 2B shows a bundle fiber as an example of an optical waveguide.
  • FIG. 3 is a ray diagram of each light beam from the exit surface of the second optical system to the entrance surface of the optical waveguide (bundle fiber) in the measurement optical system.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a measurement optical system in a comparative example.
  • FIG. 7A shows the measurement optical system in the comparative example
  • FIG. 7B shows a ray diagram of each light beam from the exit surface of the second optical system to the incident surface of the optical waveguide (bundle fiber) in the comparativ
  • the color luminance meter Da in the first embodiment includes a measurement optical system SSa, a light receiving unit 1, a control processing unit 2a, an input unit 3, an output unit 4, and an interface unit. (IF unit) 5.
  • the measurement optical system SSa is an optical component that receives light from the object Ob to be measured and guides the received light to the light receiving unit 1.
  • the measurement optical system SSa will be described in more detail later.
  • the object to be measured Ob is a color luminance meter Da, and thus is a light emitter that emits light.
  • the light receiving unit 1 receives light from the measurement object Ob guided by the measurement optical system SSa, and photoelectrically converts the received light to output an electric signal corresponding to the light intensity. It is.
  • the light receiving unit 1 includes, for example, a spectroscopic unit that splits the received light from the measured object Ob, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts the light split by the spectroscopic unit. More specifically, in this embodiment, in order to measure the color and brightness of the object Ob from the tristimulus values of XYZ, the light receiving unit 1 has a color matching function X defined by the CIE (International Commission on Illumination).
  • X filter 11-1, Y filter 11-2, Z filter 11-3 corresponding to each of Y, Z, and Z filter 11-1, Y filter 11-2, and Z filter 11-3. It includes an X filter light receiving element 12-1, a Y filter light receiving element 12-2, and a Z filter light receiving element 12-3 that receive and photoelectrically convert each filtered light.
  • the light from the object to be measured Ob is filtered by the X filter 11-1, and the filtered light is received by the X filter light receiving element 12-1 and photoelectrically converted.
  • the X filter light receiving element 12-1 outputs an electrical signal (X signal) corresponding to the light intensity, and the light from the object Ob is filtered by the Y filter 11-2, and the filtered light.
  • the light receiving unit 1 is connected to the control processing unit 2a, and these X, Y, and Z signals are output to the control processing unit 2a.
  • the input unit 3 is connected to the control processing unit 2a and, for example, various commands such as a command for instructing measurement of the object Ob to be measured, and an identifier (sample number, ID, name, etc.) of the object Ob. Etc.) is input to the color luminance meter Da, for example, a plurality of input switches to which a predetermined function is assigned.
  • the output unit 4 is connected to the control processing unit 2a.
  • the command and data input from the input unit 3 the color of the object Ob measured by the color luminance meter Da, and A device that outputs luminance, for example, a display device such as a CRT display, an LCD (liquid crystal display device) and an organic EL display, or a printing device such as a printer.
  • a display device such as a CRT display, an LCD (liquid crystal display device) and an organic EL display, or a printing device such as a printer.
  • a touch panel may be configured from the input unit 3 and the output unit 4.
  • the input unit 3 is a position input device that detects and inputs an operation position such as a resistive film method or a capacitance method
  • the output unit 4 is a display device.
  • a position input device is provided on the display surface of the display device, one or more input content candidates that can be input to the display device are displayed, and the user touches the display position where the input content to be input is displayed. Then, the position is detected by the position input device, and the display content displayed at the detected position is input to the color luminance meter Da as the operation input content of the user.
  • a color luminance meter Da that is easy for the user to handle is provided.
  • the IF unit 5 is a circuit that is connected to the control processing unit 2a and inputs / outputs data to / from an external device according to the control of the control processing unit 2a.
  • an interface circuit of an RS-232C that is a serial communication system
  • the IF unit 5 is a circuit that performs communication with an external device.
  • the IF unit 5 may be a data communication card, a communication interface circuit that conforms to the IEEE 802.11 standard, or the like.
  • the control processing unit 2a controls each unit 1, 3 to 5 of the color luminance meter Da according to the function of each unit, and controls the entire color luminance meter Da.
  • the control processing unit 2a measures the light from the object Ob to be measured by the measuring optical system SSa and the light receiving unit 1 according to the instruction received by the input unit 3, and based on the electrical signal output from the light receiving unit 1.
  • the color and brightness of the object to be measured Ob are obtained, and the obtained color and brightness of the object to be measured Ob are output to the output unit 4.
  • the control processing unit 2a outputs the obtained color and luminance of the measured object Ob from the IF unit 5.
  • the control processing unit 2a obtains the color and brightness of the object Ob from the X signal, Y signal, and Z signal output from the light receiving unit 1 by a known method.
  • the control processing unit 2a includes a microprocessor.
  • the measurement optical system SSa includes a first optical system OSa-1, an aperture stop DI, a second optical system OSa-2, and an optical waveguide OP.
  • the diaphragm DI is an optical element that regulates the measurement diameter, and is, for example, a plate-shaped member having a circular through opening corresponding to the measurement diameter and having a light shielding property.
  • the through opening forms an opening surface.
  • the optical waveguide OP is an optical element that guides incident light.
  • three X filters 11-1, a Y filter 11-2, and a Z filter in the light receiving unit 1 receive light from the object to be measured Ob.
  • 11-3 is an optical branching device that branches incident light into three parts for guiding each of them. More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the optical waveguide OP divides a plurality of bundled optical fiber strands into three bundles on the way and enters from one incident surface. The bundle fiber emits the incident light that has been emitted to each of the three first to third emission surfaces.
  • the first optical system OSa-1 is disposed on the object side (object to be measured Ob side) of the aperture stop DI, and forms an optical image from the object to be measured Ob to be measured on the aperture surface of the aperture stop DI as an intermediate image. It is an element. More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the first optical system OSa-1 has a positive refractive power (optical power, reciprocal of focal length), and a measurement object to be measured. It comprises two first and second lens groups Gra-1 and Gra-2 that form an optical image from Ob on the aperture surface of the stop DI as an intermediate image so as to be object-side telecentric. Therefore, as shown in FIG.
  • each principal ray of each light beam emitted from the object Ob is incident on the first lens group Gra-1 so as to be parallel to the optical axis.
  • the principal ray is parallel to the optical axis, not only when the principal ray is completely parallel to the optical axis, but also when the principal ray is deviated from the optical axis within a range of ⁇ 1 ° due to manufacturing variation or the like. , Is the range of errors and is considered parallel.
  • the first and second lens groups Gra-1 and Gra-2 are each configured by including one or a plurality of lenses in the same manner as each lens group Grb to Grf described later.
  • the second optical system OSa-2 is disposed between the stop DI and the optical waveguide OP, and is arranged in the optical waveguide OP so that each principal ray of each light beam emitted from the aperture surface of the stop DI is parallel to the optical axis.
  • the first optical system OSa-1, the stop DI, the second optical system OSa-2, and the optical waveguide OP are sequentially arranged in this order.
  • the aperture stop DI is disposed at the imaging position of the first optical system OSa-1.
  • the light from the object to be measured Ob to be measured is incident on the first lens group Gra-1 of the first optical system OSa-1 so that the principal rays of the light beams are parallel to the optical axis.
  • the first optical system OSa-1 forms an optical image from the object to be measured Ob as an intermediate image on the aperture surface of the stop DI by its positive refractive power, and the stop DI emits light from the object to be measured Ob.
  • the measurement optical system SSa can realize measurement sensitivity with a uniform and sharp edge, and can guide a large amount of light even with a relatively small measurement diameter.
  • the second optical system OSa-2 does not form an imaging relationship as in the case of double-sided telecentricity, the measurement optical system SSa is hardly affected by unevenness of the measurement surface.
  • the second optical system OSa-2 causes the light from the measured object Ob restricted by the stop DI to enter the optical waveguide OP so that each principal ray of each light flux is parallel to the optical axis.
  • the measurement optical system SSa can reduce the light loss caused by the off-axis light beam having a large incident angle, and the light collection efficiency is good.
  • FIG. 7 the measurement optical system SSr of this comparative example is shown in FIG. 2 except that a lens group Grr that is not image-side telecentric is used instead of the lens group Grb of the second optical system OSa-2. It is comprised similarly to the above-mentioned measurement optical system SSa shown.
  • propagation of light incident on the optical waveguide is regulated by the numerical aperture NA of the optical waveguide. That is, light incident within the three-dimensional angle corresponding to the numerical aperture NA of the optical waveguide can propagate through the optical waveguide, but light incident beyond the three-dimensional angle corresponding to the numerical aperture NA of the optical waveguide is Cannot propagate through optical waveguide. For this reason, in order to allow a large amount of light to be incident on the optical waveguide OP, in the present embodiment, the bundle fiber OP, the numerical aperture NA1 on the image side of the measurement optical system SSa is equal to the numerical aperture NA2 of the optical waveguide (bundle fiber) OP. It is efficient to match.
  • the numerical aperture NA1 and the numerical aperture NA2 are made to coincide with each other in this way, in the case of the measurement optical system SSr in the comparative example, as shown in FIG. 7B, on the axis composed of the light beams A_ + 1, A_0, and A_-1. All the light beams can propagate through the optical waveguide (bundle fiber) OP. However, since the lens group Grr is not image-side telecentric, the off-axis light beam composed of the light beams B_ + 1, B_0, and B_ ⁇ 1 is transmitted through the optical waveguide (bundle fiber) OP.
  • the axial light beam composed of the light rays A_ + 1, A_0, and A_ ⁇ 1 is not limited to the lens group Grb of the second optical system OSa-2.
  • the measurement optical system SSa in the present embodiment can reduce the light amount loss caused by the off-axis light beam having a large incident angle, and has good light collection efficiency.
  • the optical waveguide OP and the light receiving unit 1 are arranged so that the incident surface of the light receiving unit 1 faces the emission surface of the optical waveguide OP.
  • the entrance surface of the X filter 11-1 of the light receiving unit 1 faces the first exit surface of the bundle fiber OP, and the second exit surface of the bundle fiber OP. Is such that the incident surface of the Y filter 11-2 of the light receiving unit 1 is opposed, and the incident surface of the Z filter 11-3 of the light receiving unit 1 is opposed to the third emission surface of the bundle fiber OP.
  • the bundle fiber OP and the light receiving unit 1 are arranged.
  • the light from the measured object Ob emitted from the optical waveguide OP is incident on the light receiving unit 1.
  • light from the object to be measured Ob emitted from the first emission surface of the bundle fiber OP is incident on the X filter 11-1 of the light receiving unit 1, filtered by the X filter 11-1, and filtered.
  • the received light is received by the X filter light receiving element 12-1.
  • the light from the object to be measured Ob emitted from the second emission surface of the bundle fiber OP is incident on the Y filter 11-2 of the light receiving unit 1 and is filtered by the Y filter 11-2. Light is received by the filter light receiving element 12-2.
  • the light from the object to be measured Ob emitted from the third emission surface of the bundle fiber OP is incident on the Z filter 11-3 of the light receiving unit 1, is filtered by the Z filter 11-1, and the filtered light is The light is received by the Z filter light receiving element 12-3.
  • the X filter light receiving element 12-1 outputs an X signal corresponding to the light intensity of the light filtered by the X filter 11-1 to the control processing unit 2a, so that the Y filter light receiving element 12- 2 outputs a Y signal corresponding to the light intensity of the light filtered by the Y filter 11-2 to the control processing unit 2a, and the Z filter light receiving element 12-3 outputs the light of the light filtered by the Z filter 11-3.
  • a Z signal corresponding to the intensity is output to the control processing unit 2a.
  • the control processing unit 2a obtains the color and luminance of the measured object Ob from the X signal, Y signal, and Z signal output from the light receiving unit 1, and outputs the obtained color and luminance of the measured object Ob to the output unit 4. Output.
  • the first optical system OSa-1 reduces the light image from the measurement target Ob to be measured to the aperture of the aperture DI.
  • An intermediate image is formed by forming an image on the surface, and the second optical system OSa-2 uses the optical waveguide (this embodiment) so that each principal ray of each light beam emitted from the aperture surface of the stop DI is parallel to the optical axis. In the form, it is incident on a bundle fiber) OP.
  • the measurement optical system SSa can reduce the light loss caused by the off-axis light beam having a large incident angle, and the light collection efficiency is good.
  • the measurement optical system SSa forms the intermediate image, it can realize measurement sensitivity with a uniform and sharp edge, and can guide a large amount of light even with a relatively small measurement diameter. Therefore, the measurement optical system SSa can guide a larger amount of light from the object to be measured Ob to the light receiving unit 1.
  • the measurement optical system SSa Since the measurement optical system SSa is not in an imaging relationship as in the case of double-sided telecentricity by the second optical system OSa-2, the measurement optical system SSa is hardly affected by unevenness of the measurement surface.
  • the first optical system OSa-1 is composed of the two first and second lens groups Gra-1 and Gra-2, more light can be collected, and if necessary, It becomes easy to correct chromatic aberration.
  • the color luminance meter Da can improve the SN ratio and measure the color more accurately.
  • the color luminance meter Da is particularly advantageous for measurement in a low luminance region. Further, the color luminance meter Da can reduce the measurement diameter and improve the spatial resolution.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a measurement optical system according to the second embodiment.
  • the color luminance meter Da in the first embodiment uses a measurement optical system SSa including two first and second lens groups Gra-1 and Gra-2, and these first and second lens groups Gra-1, Although an intermediate image of the object Ob is formed with Gra-2, the color luminance meter Db in the second embodiment uses a measurement optical system SSb that forms an intermediate image with one lens group Grc.
  • the color luminance meter Db in the second embodiment includes a measurement optical system SSb, a light receiving unit 1, a control processing unit 2a, an input unit 3, and an output unit 4.
  • IF section 5 The light receiving unit 1, the control processing unit 2a, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5 in the color luminance meter Db of the second embodiment are respectively the light receiving unit 1 and the control in the color luminance meter Da of the first embodiment. Since it is similar to the processing unit 2a, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5, the description thereof is omitted.
  • the measurement optical system SSb used in the color luminance meter Db in the second embodiment includes a first optical system OSb-1, an aperture stop DI, a second optical system OSb-2, And an optical waveguide OP.
  • the diaphragm DI is an optical element that regulates the measurement diameter, like the measurement optical system SSa of the first embodiment.
  • the optical waveguide OP is an optical element that guides incident light.
  • the optical waveguide OP is also a bundle fiber OP with one incident and three outputs.
  • the first optical system OSb-1 is disposed on the object side (measurement object Ob side) of the aperture stop DI, and forms an optical image from the measurement object Ob to be measured on the aperture surface of the aperture stop DI as an intermediate image. It is an element. More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the first optical system OSb-1 has a positive refractive power, and converts an optical image from the measurement target Ob to be measured as object-side telecentric. Thus, it is composed of one lens group Grc that forms an image on the aperture surface of the stop DI as an intermediate image.
  • the second optical system OSb-2 is disposed between the stop DI and the optical waveguide OP, and is provided in the optical waveguide OP so that each principal ray of each light beam emitted from the aperture surface of the stop DI is parallel to the optical axis.
  • the measurement optical system SSb used in the color luminance meter Db in the second embodiment has an off-axis light beam as in the measurement optical system SSa used in the color luminance meter Da in the first embodiment.
  • Light loss caused by having a large incident angle can be reduced, and the light collection efficiency is good.
  • the measurement optical system SSb can realize measurement sensitivity with a uniform and sharp edge, and can guide a large amount of light even with a relatively small measurement diameter. Therefore, the measurement optical system SSb can guide a larger amount of light from the object to be measured Ob to the light receiving unit 1.
  • the measurement optical system SSb is not easily affected by unevenness of the measurement surface.
  • the measurement optical system SSb can be configured more simply because the first optical system OSb-1 is composed of one lens group Grc.
  • the color luminance meter Db in the second embodiment has the same effects as the color luminance meter Da in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a measurement optical system according to the third embodiment.
  • the color luminance meters Da and Db in the first and second embodiments use the measurement optical systems SSa and SSb including the object-side telecentric first optical systems OSa-1 and OSb-1, but the color luminance meters in the third embodiment are used.
  • the luminance meter Dc uses a measurement optical system SSc including a normal first optical system OSc-1 that is not particularly object-side telecentric.
  • the color luminance meter Dc in the third embodiment includes a measurement optical system SSc, a light receiving unit 1, a control processing unit 2a, an input unit 3, and an output unit 4.
  • IF section 5 The light receiving unit 1, the control processing unit 2a, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5 in the color luminance meter Dc of the third embodiment are respectively the light receiving unit 1 and the control in the color luminance meter Da of the first embodiment. Since it is similar to the processing unit 2a, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5, the description thereof is omitted.
  • the measurement optical system SSc used in the color luminance meter Dc in the third embodiment includes a first optical system OSc-1, an aperture stop DI, a second optical system OSc-2, And an optical waveguide OP.
  • the diaphragm DI is an optical element that regulates the measurement diameter, like the measurement optical system SSa of the first embodiment.
  • the optical waveguide OP is an optical element that guides incident light.
  • the optical waveguide OP is also a bundle fiber OP with one incident and three outputs.
  • the first optical system OSc-1 is disposed on the object side (object to be measured Ob side) of the stop DI, and forms an optical image from the object to be measured Ob to be measured on the aperture surface of the stop DI as an intermediate image. It is an element. More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the first optical system OSc-1 has a positive refractive power and stops the optical image from the object Ob to be measured as an intermediate image. It consists of one lens group Gre that forms an image on the DI aperture. The lens group Gre does not have to be object-side telecentric, and may be a normal optical system. The first optical system OSc-1 has a positive refractive power and includes a plurality of lens groups Gre that forms an optical image from the object Ob to be measured as an intermediate image on the aperture surface of the stop DI. Also good.
  • the second optical system OSc-2 is disposed between the stop DI and the optical waveguide OP, and is disposed in the optical waveguide OP so that each principal ray of each light beam emitted from the aperture surface of the stop DI is parallel to the optical axis.
  • the measurement optical system SSc used in the color luminance meter Dc in the third embodiment has an off-axis light beam as in the measurement optical system SSa used in the color luminance meter Da in the first embodiment.
  • Light loss caused by having a large incident angle can be reduced, and the light collection efficiency is good.
  • the measurement optical system SSc can realize measurement sensitivity with a uniform and sharp edge, and can guide a large amount of light even with a relatively small measurement diameter. Therefore, the measurement optical system SSc can guide a larger amount of light from the object to be measured Ob to the light receiving unit 1.
  • the measurement optical system SSc is not easily affected by unevenness of the measurement surface.
  • the color luminance meter Dc in the third embodiment has the same effects as the color luminance meter Da in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the colorimeter in the fourth to sixth embodiments.
  • the colorimeter Dd in the fourth embodiment includes a measurement optical system SSa, a light receiving unit 1, a control processing unit 2 b, an input unit 3, an output unit 4, An IF unit 5 and an illumination unit 7 are provided.
  • the measurement optical system SSa, the light receiving unit 1, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5 in the color meter Dd of the fourth embodiment are respectively the measurement optical system SSa in the color luminance meter Da of the first embodiment. Since it is the same as that of the light receiving unit 1, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5, description thereof will be omitted.
  • the illumination unit 7 is a device that irradiates the object Ob with a predetermined geometry.
  • the illumination unit 7 is connected to the control processing unit 2b and emits light according to the control of the control processing unit 2b.
  • an illumination optical system for irradiating the object to be measured Ob as illumination light with the predetermined geometry.
  • FIG. 6 shows a 45 °: 0 ° geometry as an example, but the geometry is not limited to this and may be arbitrary.
  • the control processing unit 2b controls the respective units 1, 3 to 5, and 7 of the color meter Dd according to the functions of the respective units, and controls the entire color luminance meter Dd. Then, the control processing unit 2 b measures the light from the object Ob to be measured by the measurement optical system SSa and the light receiving unit 1 according to the instruction received by the input unit 3, and based on the electrical signal output from the light receiving unit 1. The color of the object to be measured Ob is obtained, and the obtained color of the object to be measured Ob is output to the output unit 4. If necessary, the control processing unit 2b outputs the obtained color of the measured object Ob from the IF unit 5. In the present embodiment, the control processing unit 2b obtains the color of the object Ob from the X signal, Y signal, and Z signal output from the light receiving unit 1 by a known method. For example, the control processing unit 2b includes a microprocessor.
  • the illumination unit 7 illuminates the object Ob with illumination light, and the reflected light is incident on the measurement optical system SSa.
  • Light from the object to be measured Ob (reflected light here) is guided by the measurement optical system SSa in the same manner as in the first embodiment, received by the light receiving unit 1, and received by the light receiving unit 1 as an X signal, Y signal, and Z It is photoelectrically converted as a signal.
  • the light receiving unit 1 outputs the X signal, the Y signal, and the Z signal to the control processing unit 2b, and the control processing unit 2b obtains the color of the object Ob from the X signal, the Y signal, and the Z signal.
  • the color of the measured object Ob is output to the output unit 4.
  • the measurement optical system SSa used for the colorimeter Dd in the fourth embodiment has the same effects as those of the first embodiment. Since such a measurement optical system SSa is used, the colorimeter Dd in the fourth embodiment can improve the SN ratio and measure the color more accurately. The color meter Dd is particularly advantageous for measurement in a low luminance region. Further, the colorimeter Dd can reduce the measurement diameter and improve the spatial resolution.
  • the colorimeter De in the fifth embodiment includes a measurement optical system SSb, a light receiving unit 1, a control processing unit 2 b, an input unit 3, an output unit 4, and an IF unit 5. And an illumination unit 7.
  • the light receiving unit 1, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5 in the color meter De of the fifth embodiment are respectively the light receiving unit 1, the input unit 3, and the output unit 4 in the color luminance meter Da of the first embodiment. And since it is the same as that of the IF unit 5, its description is omitted. Since the measurement optical system SSb in the color meter De of the fifth embodiment is the same as the measurement optical system SSb in the color luminance meter Db of the second embodiment, the description thereof is omitted.
  • control processing unit 2b and the illumination unit 7 in the color meter De of the fifth embodiment are the same as the control processing unit 2b and the illumination unit 7 of the color luminance meter Dd of the fourth embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted. To do.
  • the measurement optical system SSb used for the colorimeter De in the fifth embodiment has the same effects as those of the second embodiment. Since such a measurement optical system SSb is used, the color meter De in the fifth embodiment has the same effects as the color luminance meter Dd in the fourth embodiment.
  • the colorimeter Df in the sixth embodiment includes a measurement optical system SSc, a light receiving unit 1, a control processing unit 2 b, an input unit 3, an output unit 4, and an IF unit 5. And an illumination unit 7.
  • the light receiving unit 1, the input unit 3, the output unit 4, and the IF unit 5 in the color meter Df of the sixth embodiment are respectively the light receiving unit 1, the input unit 3, and the output unit 4 in the color luminance meter Da of the first embodiment. And since it is the same as that of the IF unit 5, its description is omitted.
  • the measurement optical system SSc in the color meter Df of the sixth embodiment is the same as the measurement optical system SSc in the color luminance meter Dc of the third embodiment, the description thereof is omitted.
  • the control processing unit 2b and the illumination unit 7 in the colorimeter Df of the sixth embodiment are the same as the control processing unit 2b and the illumination unit 7 in the color luminance meter Dd of the fourth embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted. To do.
  • the measurement optical system SSc used in the colorimeter Df in the sixth embodiment has the same effects as those of the third embodiment. Since such a measurement optical system SSa is used, the color meter Df in the sixth embodiment has the same effects as the color luminance meter Dd in the fourth embodiment.
  • the image-side numerical aperture NA1 in the second optical systems OSa-2, OSb-2, OSc-2 in the measurement optical systems SSa to SSc is equal to the optical waveguide (in the above-described bundle).
  • (Fiber) OP may have a numerical aperture NA2 or more (NA1 ⁇ NA2).
  • NA1 ⁇ NA2 In such measurement optical systems SSa to SSc, NA1 ⁇ NA2, and therefore, part of the light emitted from the measurement optical systems SSa to SSc cannot propagate through the optical waveguide (bundle fiber) OP, resulting in a loss of light amount.
  • the amount of light loss that occurs can be reduced as compared with the past.
  • the measurement optical systems SSa to SSc in these embodiments are effective when NA1 ⁇ NA2.
  • An optical system for measurement is disposed on the object side of the diaphragm, an optical waveguide that guides incident light, and forms a light image from a measurement target on an aperture surface of the diaphragm.
  • a second optical system disposed between the optical system, the diaphragm and the optical waveguide, and incident on the optical waveguide such that each principal ray of each light beam emitted from the aperture surface of the diaphragm is parallel to the optical axis; System.
  • the first optical system forms an intermediate image by forming an optical image from the measurement object on the aperture surface of the stop, and the second optical system emits from the aperture surface of the stop.
  • Each chief ray of each of the luminous fluxes is incident on the optical waveguide so as to be parallel to the optical axis.
  • the measurement optical system can reduce the light loss caused by the off-axis light beam having a large incident angle, and the light collection efficiency is good. Since the measurement optical system forms the intermediate image, it is possible to realize measurement sensitivity that is uniform and has sharp edges, and can guide a large amount of light even with a relatively small measurement diameter. Therefore, the measuring optical system can guide more light from the object to be measured to the light receiving unit.
  • the first optical system has a positive refractive power and forms an optical image from the measurement target on the aperture surface of the stop so as to be object-side telecentric. It consists of two first and second lens groups.
  • Such a measurement optical system is not affected by the unevenness of the measurement surface because the second optical system does not form an imaging relationship as in the case of double-sided telecentricity.
  • the first optical system is composed of the two first and second lens groups, a larger amount of light can be collected, and chromatic aberration can be easily corrected as necessary.
  • the first optical system has a positive refractive power and forms an optical image from the measurement target on the aperture surface of the stop so as to be object-side telecentric. It consists of one lens group.
  • the measurement optical system is hardly affected by the unevenness of the measurement surface for the same reason as the above-described aspect.
  • the measurement optical system can be configured more simply because the first optical system is composed of one lens group.
  • the image-side numerical aperture NA1 in the second optical system is equal to or greater than the numerical aperture NA2 of the optical waveguide (NA1 ⁇ NA2).
  • Such an optical system for measurement causes a loss of light amount, but the loss amount of the generated light amount loss can be reduced as compared with the past.
  • the color luminance meter uses any one of the above-described measurement optical systems.
  • the color luminance meter uses any one of the above-described measurement optical systems, a larger amount of light can be guided from the object to be measured to the light receiving unit. For this reason, the color luminance meter can improve the SN ratio (Signal-to-Noise ratio) and can measure the color more accurately.
  • the color luminance meter is particularly advantageous for measurement in a low luminance region. Further, the color luminance meter can make the measurement diameter smaller and improve the spatial resolution.
  • the colorimeter according to another aspect uses any of the above-described measurement optical systems.
  • the colorimeter uses any of the above-described measurement optical systems, a larger amount of light can be guided from the object to be measured to the light receiving unit. For this reason, the colorimeter can improve the SN ratio and measure the color more accurately. In particular, it is advantageous for measurement in a low luminance region. In addition, the colorimeter can reduce the measurement diameter and improve the spatial resolution.
  • the present invention it is possible to provide a measurement optical system that guides light from the object to be measured to the light receiving unit, a color luminance meter using the same, and a color meter using the same.

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Abstract

本発明の測定用光学系、色彩輝度計および色彩計は、絞りと、入射光を導光する光導波路と、絞りの物体側に配置され、測定対象からの光像を絞りの開口面に結像させる第１光学系と、絞りと光導波路との間に配置され、絞りの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路に入射させる第２光学系とを備える。

Description

測定用光学系、色彩輝度計および色彩計
　本発明は、被測定物からの光を受光部に導光する測定用光学系、これを用いた色彩輝度計、および、これを用いた色彩計に関する。
　被測定物としての発光体における色（光源色）および輝度を測定する色彩輝度計や、被測定物としての物体における色（物体色）を測定する色彩計は、従来から知られ、様々に利用されてきた。このような色彩輝度計や色彩計には、被測定物からの光を受光部に導光する測定用光学系が用いられており、例えば、特許文献１に開示されている。
　この特許文献１に開示された測定用の光学装置は、入射面に入射する被測定物からの光を分岐して出射する複数の出射面を有する光分岐手段を備えてなる。より具体的には、特許文献１に開示された測定用の光学装置は、対物レンズ１０３、開口絞り１０４、視野絞り１０５、リレーレンズ１０６およびバンドルファイバ２２などからなる光学系ＫＫ２を備える（図９および［００４２］段落等）。対物レンズ１０３は、被測定物Ｑからの光束を視野絞り１０５の位置に集光して結像させる。リレーレンズ１０６は、視野絞り１０５の位置に結像した像をバンドルファイバ２２の入射面Ａに導く。開口絞り１０４は、対物レンズ１０３の後方に配置されており、開口絞り１０４を通過した光束のみがリレーレンズ１０６に向かう。バンドルファイバ２２は、前記光分岐手段に相当し、複数の光ファイバ素線を束ねて構成され、軸方向の中間部分で３つに分けられ、入射面Ａに入射した光束が３つの出射面Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に分かれて出射する。リレーレンズ１０６は、開口絞り１０４と入射面Ａとが光学的に共役な関係となるような位置に配置される。なお、参照符号は、この段落において、前記特許文献１において各構成に付与された符号である。
　ところで、近年では、表示装置は、液晶ディスプレイだけでなく、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ　ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイも注目されている。この有機ＥＬディスプレイは、バックライトを利用する液晶ディスプレイに較べ、自発光であるため低輝度域も発光できる。この低輝度域の発光もより精度良く測色できることが望まれ、そのために、より多くの光量を、被測定物から受光部に導光する測定用光学系が望まれる。
　前記特許文献１に開示された測定用の光学装置では、バンドルファイバ（光ファイバ素線）の開口数相当の角度以上である入射角を持つ光束は、バンドルファイバ（光ファイバ素線）に入射することができず、光量ロスが生じてしまう。
特開２００３－２４７８９１号公報
　本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より多くの光量を被測定物から受光部に導光できる測定用光学系、これを用いた色彩輝度計およびこれを用いた色彩計を提供することである。
　上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映した測定用光学系、色彩輝度計および色彩計は、絞りと、入射光を導光する光導波路と、絞りの物体側に配置され、測定対象からの光像を絞りの開口面に結像させる第１光学系と、絞りと光導波路との間に配置され、絞りの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路に入射させる第２光学系とを備える。
　発明の１または複数の実施形態により与えられる利点および特徴は、以下に与えられる詳細な説明および添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
第１実施形態における色彩輝度計の構成を示すブロック図である。 前記色彩輝度計に用いられる測定用光学系の構成を示す図である。 前記測定用光学系において、第２光学系の射出面から光導波路の入射面までにおける各光束の光線図を示す。 第２実施形態における測定用光学系の構成を示す図である。 第３実施形態における測定用光学系の構成を示す図である。 第４ないし第６実施形態における色彩計の構成を示すブロック図である。 比較例における測定用光学系の構成を示す図である。
　以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態における色彩輝度計の構成を示すブロック図である。なお、図１は、後述の第２および第３実施形態における色彩輝度計Ｄｂ、Ｄｃの構成を示すブロック図でもある。図２は、前記色彩輝度計に用いられる測定用光学系の構成を示す図である。図２Ａは、第１実施形態における前記測定用光学系を示し、図２Ｂは、光導波路の一例として、バンドルファイバを示す。図３は、前記測定用光学系において、第２光学系の射出面から光導波路（バンドルファイバ）の入射面までにおける各光束の光線図を示す。図７は、比較例における測定用光学系の構成を示す図である。図７Ａは、比較例における前記測定用光学系を示し、図７Ｂは、比較例において、第２光学系の射出面から光導波路（バンドルファイバ）の入射面までにおける各光束の光線図を示す。
　第１実施形態における色彩輝度計Ｄａは、例えば、図１に示すように、測定用光学系ＳＳａと、受光部１と、制御処理部２ａと、入力部３と、出力部４と、インターフェース部（ＩＦ部）５とを備える。
　測定用光学系ＳＳａは、測定対象である被測定物Ｏｂからの光を受光し、この受光した光を受光部１へ導光する光学部品である。測定用光学系ＳＳａは、後述でより具体的に説明する。被測定物Ｏｂは、本実施形態では、色彩輝度計Ｄａであるので、光を発光する発光体である。
　受光部１は、測定用光学系ＳＳａで導光された被測定物Ｏｂからの光を受光し、この受光した光を光電変換することによって、その光強度に応じた電気信号を出力する受光部品である。受光部１は、例えば、前記受光した被測定物Ｏｂからの光を分光する分光部と、前記分光部で分光された光を光電変換する光電変換素子を備える。より具体的には、本実施形態では、ＸＹＺの３刺激値から被測定物Ｏｂの色および輝度を測定するため、受光部１は、ＣＩＥ（国際照明委員会）で規定された等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれに応じた３個のＸフィルタ１１－１、Ｙフィルタ１１－２、Ｚフィルタ１１－３と、これらＸフィルタ１１－１、Ｙフィルタ１１－２、Ｚフィルタ１１－３それぞれで濾波された各光それぞれを受光して光電変換するＸフィルタ用受光素子１２－１、Ｙフィルタ用受光素子１２－２、Ｚフィルタ用受光素子１２－３とを備える。このような受光部１では、被測定物Ｏｂからの光は、Ｘフィルタ１１－１で濾波され、この濾波された光は、Ｘフィルタ用受光素子１２－１で受光され、光電変換されて、Ｘフィルタ用受光素子１２－１は、その光強度に応じた電気信号（Ｘ信号）を出力し、被測定物Ｏｂからの前記光は、Ｙフィルタ１１－２で濾波され、この濾波された光は、Ｙフィルタ用受光素子１２－２で受光され、光電変換されて、Ｙフィルタ用受光素子１２－１は、その光強度に応じた電気信号（Ｙ信号）を出力し、そして、被測定物Ｏｂからの前記光は、Ｚフィルタ１１－３で濾波され、この濾波された光は、Ｚフィルタ用受光素子１２－３で受光され、光電変換されて、Ｙフィルタ用受光素子１２－１は、その光強度に応じた電気信号（Ｚ信号）を出力する。受光部１は、制御処理部２ａに接続され、これらＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号は、制御処理部２ａに出力される。
　入力部３は、制御処理部２ａに接続され、例えば、測定対象である被測定物Ｏｂの測定を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定物Ｏｂの識別子（試料番号やＩＤや名前等）の入力等の測定する上で必要な各種データを色彩輝度計Ｄａに入力する装置であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ等である。出力部４は、制御処理部２ａに接続され、制御処理部２ａの制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、および、当該色彩輝度計Ｄａによって測定された被測定物Ｏｂの色および輝度を出力する装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
　なお、入力部３および出力部４からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部３は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部４は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として色彩輝度計Ｄａに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い色彩輝度計Ｄａが提供される。
　ＩＦ部５は、制御処理部２ａに接続され、制御処理部２ａの制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｄａｔａ　Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、外部機器との間で通信を行う回路であり、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等であっても良い。
　制御処理部２ａは、色彩輝度計Ｄａの各部１、３～５を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、色彩輝度計Ｄａ全体の制御を司るものである。そして、制御処理部２ａは、入力部３で受け付けた指示に応じて被測定物Ｏｂからの光を測定用光学系ＳＳａおよび受光部１で測定し、受光部１から出力された電気信号に基づいて被測定物Ｏｂの色および輝度を求め、この求めた被測定物Ｏｂの色および輝度を出力部４に出力する。また必要に応じて、制御処理部２ａは、前記求めた被測定物Ｏｂの色および輝度をＩＦ部５から出力する。本実施形態では、制御処理部２ａは、受光部１から出力されたＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号から、公知の手法によって被測定物Ｏｂの色および輝度を求める。制御処理部２ａは、例えば、マイクロプロセッサを備えて構成される。
　測定用光学系ＳＳａについて、以下に、より具体的に説明する。測定用光学系ＳＳａは、例えば、図２に示すように、第１光学系ＯＳａ－１と、絞りＤＩと、第２光学系ＯＳａ－２と、光導波路ＯＰとを備える。
　絞りＤＩは、測定径を規制する光学素子であり、例えば、前記測定径に応じた円形の貫通開口を持ち、遮光性を有する板状部材である。前記貫通開口は、開口面を形成する。
　光導波路ＯＰは、入射光を導光する光学素子であり、本実施形態では、被測定物Ｏｂからの光を受光部１における３個のＸフィルタ１１－１、Ｙフィルタ１１－２およびＺフィルタ１１－３それぞれに導光するため、入射光を３個に分岐する光分岐器である。より具体的には、本実施形態では、光導波路ＯＰは、図２Ｂに示すように、束ねられた複数の光ファイバ素線を、途中で３個の束に分け、１個の入射面から入射した入射光を３個の第１ないし第３出射面それぞれ射出するバンドルファイバである。
　第１光学系ＯＳａ－１は、絞りＤＩの物体側（被測定物Ｏｂ側）に配置され、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる光学素子である。より具体的には、本実施形態では、第１光学系ＯＳａ－１は、図２Ａに示すように、正の屈折力（光学的パワー、焦点距離の逆数）を持ち、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を物体側テレセントリックとなるように中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる２個の第１および第２レンズ群Ｇｒａ－１、Ｇｒａ－２から成る。したがって、図２Ａに示すように、被測定物Ｏｂから出射される各光束の各主光線は、光軸と平行となるように第１レンズ群Ｇｒａ－１に入射される。なお、主光線が光軸と平行とは、主光線が光軸と完全に平行である場合だけでなく、製造バラツキ等により、主光線が光軸から±１度の範囲内でずれていても、誤差の範囲であり、平行とみなす。第１および第２レンズ群Ｇｒａ－１、Ｇｒａ－２は、後述の各レンズ群Ｇｒｂ～Ｇｒｆも同様に、１または複数のレンズを備えて構成される。
　第２光学系ＯＳａ－２は、絞りＤＩと光導波路ＯＰとの間に配置され、絞りＤＩの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路ＯＰに入射させる光学素子である。すなわち、第２光学系ＯＳａ－２は、像側テレセントリックなリレーレンズであり、例えば、１個のレンズ群Ｇｒｂから成る。
　このような測定用光学系ＳＳａでは、上述から分かるように、第１光学系ＯＳａ－１、絞りＤＩ、第２光学系ＯＳａ－２および光導波路ＯＰは、この順で順次に配置されている。絞りＤＩは、第１光学系ＯＳａ－１の結像位置に配置される。測定対象の被測定物Ｏｂからの光は、その各光束の各主光線が光軸と平行となるように、第１光学系ＯＳａ－１の第１レンズ群Ｇｒａ－１に入射する。第１光学系ＯＳａ－１は、その正の屈折力により、被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像し、絞りＤＩは、被測定物Ｏｂからの光を測定径で規制し、第２光学系ＯＳａ－２に入射させる。これによって測定用光学系ＳＳａは、均一でエッジがシャープな測定感度を実現でき、比較的小さい測定径でも多くの光量を導光できる。また、第２光学系ＯＳａ－２により両側テレセントリックの場合のように結像関係にはならないから、測定用光学系ＳＳａは、測定面のムラの影響を受け難くなる。
　そして、第２光学系ＯＳａ－２は、絞りＤＩで規制された被測定物Ｏｂからの光を、各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路ＯＰに入射させる。このため、測定用光学系ＳＳａは、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。比較例を用いて、より詳しく説明する。この比較例の測定用光学系ＳＳｒは、図７に示すように、第２光学系ＯＳａ－２のレンズ群Ｇｒｂに代え、像側テレセントリックではないレンズ群Ｇｒｒが用いられる点を除き、図２に示す上述の測定用光学系ＳＳａと同様に構成される。
　一般に、光導波路に入射される光の伝搬は、前記光導波路の開口数ＮＡで規制される。すなわち、光導波路の開口数ＮＡに応じた立体化角以内で入射する光は、前記光導波路を伝搬できるが、光導波路の開口数ＮＡに応じた立体化角を越えて入射する光は、前記光導波路を伝搬できない。このため、光導波路ＯＰ、本実施形態ではバンドルファイバＯＰにより多くの光量を入射させるためには、測定用光学系ＳＳａの像側の開口数ＮＡ１は、光導波路（バンドルファイバ）ＯＰの開口数ＮＡ２に一致させることが効率的である。このように開口数ＮＡ１と開口数ＮＡ２とを互いに一致させたとしても、比較例における測定用光学系ＳＳｒの場合では、図７Ｂに示すように、光線Ａ＿＋１、Ａ＿０、Ａ＿－１から成る軸上光束は、全て光導波路（バンドルファイバ）ＯＰを伝搬できるが、レンズ群Ｇｒｒが像側テレセントリックではないため、光線Ｂ＿＋１、Ｂ＿０、Ｂ＿－１から成る軸外光束は、光導波路（バンドルファイバ）ＯＰの開口数ＮＡ２に応じた立体化角を越えて入射する光線が存在することになるから、全て光導波路（バンドルファイバ）ＯＰを伝搬できず、光量ロスが生じる。すなわち、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスが生じてしまう。一方、本実施形態における測定用光学系ＳＳａの場合では、図２Ｃに示すように、光線Ａ＿＋１、Ａ＿０、Ａ＿－１から成る軸上光束は、もとより、第２光学系ＯＳａ－２のレンズ群Ｇｒｂが像側テレセントリックであるため、光線Ｂ＿＋１、Ｂ＿０、Ｂ＿－１から成る軸外光束も、その光束中心が軸上光束と同様に垂直に入射し、全て光導波路（バンドルファイバ）ＯＰを伝搬できる。したがって、本実施形態における測定用光学系ＳＳａは、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。
　そして、光導波路ＯＰ、本実施形態ではバンドルファイバＯＰに入射した被測定物Ｏｂからの光は、バンドルファイバＯＰを伝播し、３個に分かれ、第１ないし第３出射面それぞれから射出される。
　光導波路ＯＰの出射面には、受光部１の入射面が対向するように、光導波路ＯＰと受光部１とは、配置される。本実施形態では、図２Ｂに示すように、バンドルファイバＯＰの第１出射面には受光部１のＸフィルタ１１－１の入射面が対向するように、かつ、バンドルファイバＯＰの第２出射面には受光部１のＹフィルタ１１－２の入射面が対向するように、かつ、バンドルファイバＯＰの第３出射面には受光部１のＺフィルタ１１－３の入射面が対向するように、バンドルファイバＯＰと受光部１とは、配置される。
　光導波路ＯＰから出射した被測定物Ｏｂからの光は、受光部１に入射される。本実施形態では、バンドルファイバＯＰの第１出射面から出射した被測定物Ｏｂからの光は、受光部１のＸフィルタ１１－１に入射され、Ｘフィルタ１１－１で濾波され、この濾波された光は、Ｘフィルタ用受光素子１２－１で受光される。バンドルファイバＯＰの第２出射面から出射した被測定物Ｏｂからの光は、受光部１のＹフィルタ１１－２に入射され、Ｙフィルタ１１－２で濾波され、この濾波された光は、Ｙフィルタ用受光素子１２－２で受光される。そして、バンドルファイバＯＰの第３出射面から出射した被測定物Ｏｂからの光は、受光部１のＺフィルタ１１－３に入射され、Ｚフィルタ１１－１で濾波され、この濾波された光は、Ｚフィルタ用受光素子１２－３で受光される。
　そして、上述したように、Ｘフィルタ用受光素子１２－１は、Ｘフィルタ１１－１で濾波した光の光強度に応じたＸ信号を制御処理部２ａへ出力し、Ｙフィルタ用受光素子１２－２は、Ｙフィルタ１１－２で濾波した光の光強度に応じたＹ信号を制御処理部２ａへ出力し、Ｚフィルタ用受光素子１２－３は、Ｚフィルタ１１－３で濾波した光の光強度に応じたＺ信号を制御処理部２ａへ出力する。制御処理部２ａは、受光部１から出力されたＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号から、被測定物Ｏｂの色および輝度を求め、この求めた被測定物Ｏｂの色および輝度を出力部４に出力する。
　以上説明したように、本実施形態における色彩輝度計Ｄａに用いられた測定用光学系ＳＳａは、第１光学系ＯＳａ－１が、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を絞りＤＩの開口面に結像させて中間像を形成し、第２光学系ＯＳａ－２が、絞りＤＩの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路（本実施形態ではバンドルファイバ）ＯＰに入射させる。このため、上記測定用光学系ＳＳａは、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。上記測定用光学系ＳＳａは、前記中間像を形成するので、均一でエッジがシャープな測定感度を実現でき、比較的小さい測定径でも多くの光量を導光できる。したがって、上記測定用光学系ＳＳａは、より多くの光量を被測定物Ｏｂから受光部１に導光できる。
　上記測定用光学系ＳＳａは、第２光学系ＯＳａ－２により両側テレセントリックの場合のように結像関係にはならないから、測定面のムラの影響を受け難くなる。上記測定用光学系ＳＳａは、第１光学系ＯＳａ－１が２個の第１および第２レンズ群Ｇｒａ－１、Ｇｒａ－２から成るので、より多くの光量を集光でき、必要に応じて色収差も補正し易くなる。
　このような測定用光学系ＳＳａが用いられるので、第１実施形態における色彩輝度計Ｄａは、ＳＮ比を向上でき、より精度良く測色できる。上記色彩輝度計Ｄａは、特に、低輝度域の測定に対し有利である。また、上記色彩輝度計Ｄａは、測定径をより小さくでき、空間的な分解能を向上できる。
　（第２実施形態）
　次に、別の実施形態について説明する。図４は、第２実施形態における測定用光学系の構成を示す図である。
　第１実施形態における色彩輝度計Ｄａは、２個の第１および第２レンズ群Ｇｒａ－１、Ｇｒａ－２を備える測定用光学系ＳＳａを用い、これら第１および第２レンズ群Ｇｒａ－１、Ｇｒａ－２で被測定物Ｏｂの中間像を形成したが、第２実施形態における色彩輝度計Ｄｂは、１個のレンズ群Ｇｒｃで中間像を形成する測定用光学系ＳＳｂを用いるものである。
　このような第２実施形態における色彩輝度計Ｄｂは、例えば、図１に示すように、測定用光学系ＳＳｂと、受光部１と、制御処理部２ａと、入力部３と、出力部４と、ＩＦ部５とを備える。これら第２実施形態の色彩輝度計Ｄｂにおける受光部１、制御処理部２ａ、入力部３、出力部４およびＩＦ部５は、それぞれ、第１実施形態の色彩輝度計Ｄａにおける受光部１、制御処理部２ａ、入力部３、出力部４およびＩＦ部５と同様であるので、その説明を省略する。
　第２実施形態における色彩輝度計Ｄｂに用いられる測定用光学系ＳＳｂは、例えば、図４に示すように、第１光学系ＯＳｂ－１と、絞りＤＩと、第２光学系ＯＳｂ－２と、光導波路ＯＰとを備える。
　絞りＤＩは、第１実施形態の測定用光学系ＳＳａと同様に、測定径を規制する光学素子である。光導波路ＯＰは、第１実施形態の測定用光学系ＳＳａと同様に、入射光を導光する光学素子であり、本実施形態でも、１入射３出射のバンドルファイバＯＰである。
　第１光学系ＯＳｂ－１は、絞りＤＩの物体側（被測定物Ｏｂ側）に配置され、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる光学素子である。より具体的には、本実施形態では、第１光学系ＯＳｂ－１は、図４に示すように、正の屈折力を持ち、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を物体側テレセントリックとなるように中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる１個のレンズ群Ｇｒｃから成る。
　第２光学系ＯＳｂ－２は、絞りＤＩと光導波路ＯＰとの間に配置され、絞りＤＩの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路ＯＰに入射させる光学素子である。すなわち、第２光学系ＯＳｂ－２は、像側テレセントリックなリレーレンズであり、例えば、１個のレンズ群Ｇｒｄから成る。
　このような第２実施形態における色彩輝度計Ｄｂに用いられた測定用光学系ＳＳｂは、第１実施形態における色彩輝度計Ｄａに用いられた測定用光学系ＳＳａと同様に、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。上記測定用光学系ＳＳｂは、均一でエッジがシャープな測定感度を実現でき、比較的小さい測定径でも多くの光量を導光できる。したがって、上記測定用光学系ＳＳｂは、より多くの光量を被測定物Ｏｂから受光部１に導光できる。上記測定用光学系ＳＳｂは、測定面のムラの影響を受け難くなる。
　そして、上記測定用光学系ＳＳｂは、第１光学系ＯＳｂ－１が１個のレンズ群Ｇｒｃから成るので、より簡易に構成できる。
　このような測定用光学系ＳＳｂが用いられるので、第２実施形態における色彩輝度計Ｄｂは、第１実施形態における色彩輝度計Ｄａと同様な作用効果を奏する。
　（第３実施形態）
　次に、別の実施形態について説明する。図５は、第３実施形態における測定用光学系の構成を示す図である。
　第１および２実施形態における色彩輝度計Ｄａ、Ｄｂは、物体側テレセントリックな第１光学系ＯＳａ－１、ＯＳｂ－１を備える測定用光学系ＳＳａ、ＳＳｂを用いたが、第３実施形態における色彩輝度計Ｄｃは、特に物体側テレセントリックではない通常の第１光学系ＯＳｃ－１を備える測定用光学系ＳＳｃを用いるものである。
　このような第３実施形態における色彩輝度計Ｄｃは、例えば、図１に示すように、測定用光学系ＳＳｃと、受光部１と、制御処理部２ａと、入力部３と、出力部４と、ＩＦ部５とを備える。これら第３実施形態の色彩輝度計Ｄｃにおける受光部１、制御処理部２ａ、入力部３、出力部４およびＩＦ部５は、それぞれ、第１実施形態の色彩輝度計Ｄａにおける受光部１、制御処理部２ａ、入力部３、出力部４およびＩＦ部５と同様であるので、その説明を省略する。
　第３実施形態における色彩輝度計Ｄｃに用いられる測定用光学系ＳＳｃは、例えば、図５に示すように、第１光学系ＯＳｃ－１と、絞りＤＩと、第２光学系ＯＳｃ－２と、光導波路ＯＰとを備える。
　絞りＤＩは、第１実施形態の測定用光学系ＳＳａと同様に、測定径を規制する光学素子である。光導波路ＯＰは、第１実施形態の測定用光学系ＳＳａと同様に、入射光を導光する光学素子であり、本実施形態でも、１入射３出射のバンドルファイバＯＰである。
　第１光学系ＯＳｃ－１は、絞りＤＩの物体側（被測定物Ｏｂ側）に配置され、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる光学素子である。より具体的には、本実施形態では、第１光学系ＯＳｃ－１は、図５に示すように、正の屈折力を持ち、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる１個のレンズ群Ｇｒｅから成る。レンズ群Ｇｒｅは、特に物体側テレセントリックである必要はなく、通常の光学系であって良い。なお、第１光学系ＯＳｃ－１は、正の屈折力を持ち、測定対象の被測定物Ｏｂからの光像を中間像として絞りＤＩの開口面に結像させる複数のレンズ群Ｇｒｅから成っても良い。
　第２光学系ＯＳｃ－２は、絞りＤＩと光導波路ＯＰとの間に配置され、絞りＤＩの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように光導波路ＯＰに入射させる光学素子である。すなわち、第２光学系ＯＳｃ－２は、像側テレセントリックなリレーレンズであり、例えば、１個のレンズ群Ｇｒｆから成る。
　このような第３実施形態における色彩輝度計Ｄｃに用いられた測定用光学系ＳＳｃは、第１実施形態における色彩輝度計Ｄａに用いられた測定用光学系ＳＳａと同様に、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。上記測定用光学系ＳＳｃは、均一でエッジがシャープな測定感度を実現でき、比較的小さい測定径でも多くの光量を導光できる。したがって、上記測定用光学系ＳＳｃは、より多くの光量を被測定物Ｏｂから受光部１に導光できる。上記測定用光学系ＳＳｃは、測定面のムラの影響を受け難くなる。
　このような測定用光学系ＳＳｃが用いられるので、第３実施形態における色彩輝度計Ｄｃは、第１実施形態における色彩輝度計Ｄａと同様な作用効果を奏する。
　（第４ないし第６実施形態）
　次に、別の実施形態について説明する。図６は、第４ないし第６実施形態における色彩計の構成を示すブロック図である。
　第１ないし第３実施形態は、それぞれ、測定用光学系ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃそれぞれを用いた色彩輝度計Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃであったが、第４ないし第６実施形態は、それぞれ、測定用光学系ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃそれぞれを用いた色彩計Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆである。
　このような第４実施形態における色彩計Ｄｄは、例えば、図６に示すように、測定用光学系ＳＳａと、受光部１と、制御処理部２ｂと、入力部３と、出力部４と、ＩＦ部５と、照明部７とを備える。これら第４実施形態の色彩計Ｄｄにおける測定用光学系ＳＳａ、受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５は、それぞれ、第１実施形態の色彩輝度計Ｄａにおける測定用光学系ＳＳａ、受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５と同様であるので、その説明を省略する。
　照明部７は、所定のジオメトリで被測定物Ｏｂに照明光を照射する装置であり、例えば、制御処理部２ｂに接続され、制御処理部２ｂの制御に従って光を放射する光源部と、前記光源部から放射された光を前記所定のジオメトリで被測定物Ｏｂに照明光として照射する照明光学系とを備える。図６には、一例として４５°：０°のジオメトリが図示されているが、ジオメトリは、これに限定されず、任意であって良い。
　制御処理部２ｂは、色彩計Ｄｄの各部１、３～５、７を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、色彩輝度計Ｄｄ全体の制御を司るものである。そして、制御処理部２ｂは、入力部３で受け付けた指示に応じて被測定物Ｏｂからの光を測定用光学系ＳＳａおよび受光部１で測定し、受光部１から出力された電気信号に基づいて被測定物Ｏｂの色を求め、この求めた被測定物Ｏｂの色を出力部４に出力する。また必要に応じて、制御処理部２ｂは、前記求めた被測定物Ｏｂの色をＩＦ部５から出力する。本実施形態では、制御処理部２ｂは、受光部１から出力されたＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号から、公知の手法によって被測定物Ｏｂの色を求める。制御処理部２ｂは、例えば、マイクロプロセッサを備えて構成される。
　このような第４実施形態における色彩計Ｄｄでは、照明部７は、照明光で被測定物Ｏｂを照明し、その反射光が測定用光学系ＳＳａに入射される。被測定物Ｏｂからの光（ここでは反射光）は、測定用光学系ＳＳａによって第１実施形態と同様に導光され、受光部１で受光され、受光部１でＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号として光電変換される。受光部１は、これらＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号を制御処理部２ｂに出力し、制御処理部２ｂは、これらＸ信号、Ｙ信号およびＺ信号から被測定物Ｏｂの色を求め、この求めた被測定物Ｏｂの色を出力部４に出力する。
　このような第４実施形態における色彩計Ｄｄに用いられた測定用光学系ＳＳａは、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。このような測定用光学系ＳＳａが用いられるので、第４実施形態における色彩計Ｄｄは、ＳＮ比を向上でき、より精度良く測色できる。上記色彩計Ｄｄは、特に、低輝度域の測定に対し有利である。また、上記色彩計Ｄｄは、測定径をより小さくでき、空間的な分解能を向上できる。
　第５実施形態における色彩計Ｄｅは、例えば、図６に示すように、測定用光学系ＳＳｂと、受光部１と、制御処理部２ｂと、入力部３と、出力部４と、ＩＦ部５と、照明部７とを備える。これら第５実施形態の色彩計Ｄｅにおける受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５は、それぞれ、第１実施形態の色彩輝度計Ｄａにおける受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５と同様であるので、その説明を省略する。第５実施形態の色彩計Ｄｅにおける測定用光学系ＳＳｂは、第２実施形態の色彩輝度計Ｄｂにおける測定用光学系ＳＳｂと同様であるので、その説明を省略する。これら第５実施形態の色彩計Ｄｅにおける制御処理部２ｂおよび照明部７は、それぞれ、第４実施形態の色彩輝度計Ｄｄにおける制御処理部２ｂおよび照明部７と同様であるので、その説明を省略する。
　このような第５実施形態における色彩計Ｄｅに用いられた測定用光学系ＳＳｂは、第２実施形態と同様な作用効果を奏する。このような測定用光学系ＳＳｂが用いられるので、第５実施形態における色彩計Ｄｅは、第４実施形態における色彩輝度計Ｄｄと同様な作用効果を奏する。
　第６実施形態における色彩計Ｄｆは、例えば、図６に示すように、測定用光学系ＳＳｃと、受光部１と、制御処理部２ｂと、入力部３と、出力部４と、ＩＦ部５と、照明部７とを備える。これら第６実施形態の色彩計Ｄｆにおける受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５は、それぞれ、第１実施形態の色彩輝度計Ｄａにおける受光部１、入力部３、出力部４およびＩＦ部５と同様であるので、その説明を省略する。第６実施形態の色彩計Ｄｆにおける測定用光学系ＳＳｃは、第３実施形態の色彩輝度計Ｄｃにおける測定用光学系ＳＳｃと同様であるので、その説明を省略する。これら第６実施形態の色彩計Ｄｆにおける制御処理部２ｂおよび照明部７は、それぞれ、第４実施形態の色彩輝度計Ｄｄにおける制御処理部２ｂおよび照明部７と同様であるので、その説明を省略する。
　このような第６実施形態における色彩計Ｄｆに用いられた測定用光学系ＳＳｃは、第３実施形態と同様な作用効果を奏する。このような測定用光学系ＳＳａが用いられるので、第６実施形態における色彩計Ｄｆは、第４実施形態における色彩輝度計Ｄｄと同様な作用効果を奏する。
　なお、上述の第１ないし第６実施形態において、測定用光学系ＳＳａ～ＳＳｃにおける第２光学系ＯＳａ－２、ＯＳｂ－２、ＯＳｃ－２における像側開口数ＮＡ１は、光導波路（上述ではバンドルファイバ）ＯＰの開口数ＮＡ２以上であっても良い（ＮＡ１≧ＮＡ２）。このような測定用光学系ＳＳａ～ＳＳｃでは、ＮＡ１≧ＮＡ２であるので、測定用光学系ＳＳａ～ＳＳｃから出射した光は、その一部が光導波路（バンドルファイバ）ＯＰを伝搬できず、光量ロスを生じるが、図２Ｃおよび図７Ｂを用いた上述の説明から分かるように、この生じる光量ロスのロス量を従前に較べて低減できる。これら実施形態における測定用光学系ＳＳａ～ＳＳｃは、ＮＡ１≧ＮＡ２の場合に、効果的である。
　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　一態様にかかる測定用光学系は、絞りと、入射光を導光する光導波路と、前記絞りの物体側に配置され、測定対象からの光像を前記絞りの開口面に結像させる第１光学系と、前記絞りと前記光導波路との間に配置され、前記絞りの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように前記光導波路に入射させる第２光学系とを備える。
　このような測定用光学系は、第１光学系が、測定対象からの光像を前記絞りの開口面に結像させて中間像を形成し、第２光学系が、絞りの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように前記光導波路に入射させる。このため、上記測定用光学系は、軸外の光束が大きな入射角を持つことによって生じてしまう光量ロスを低減でき、集光効率が良い。上記測定用光学系は、前記中間像を形成するので、均一でエッジがシャープな測定感度を実現でき、比較的小さい測定径でも多くの光量を導光できる。したがって、上記測定用光学系は、より多くの光量を被測定物から受光部に導光できる。
　他の一態様では、上述の測定用光学系において、前記第１光学系は、正の屈折力を持ち、測定対象からの光像を物体側テレセントリックとなるように前記絞りの開口面に結像させる２個の第１および第２レンズ群から成る。
　このような測定用光学系は、前記第２光学系により両側テレセントリックの場合のように結像関係にはならないから、測定面のムラの影響を受け難くなる。上記測定用光学系は、前記第１光学系が２個の第１および第２レンズ群から成るので、より多くの光量を集光でき、必要に応じて色収差も補正し易くなる。
　他の一態様では、上述の測定用光学系において、前記第１光学系は、正の屈折力を持ち、測定対象からの光像を物体側テレセントリックとなるように前記絞りの開口面に結像させる１個のレンズ群から成る。
　このような測定用光学系は、前記態様と同一の理由により、測定面のムラの影響を受け難くなる。上記測定用光学系は、前記第１光学系が１個のレンズ群から成るので、より簡易に構成できる。
　他の一態様では、これら上述の測定用光学系において、前記第２光学系における像側開口数ＮＡ１は、前記光導波路の開口数ＮＡ２以上である（ＮＡ１≧ＮＡ２）。
　このような測定用光学系は、光量ロスが生じるが、この生じる光量ロスのロス量を従前に較べて低減できる。
　他の一態様にかかる色彩輝度計は、これら上述のいずれかの測定用光学系を用いる。
　このような色彩輝度計は、これら上述のいずれかの測定用光学系を用いるので、より多くの光量を被測定物から受光部に導光できる。このため、上記色彩輝度計は、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ）を向上でき、より精度良く測色できる。上記色彩輝度計は、特に、低輝度域の測定に対し有利である。また、上記色彩輝度計は、測定径をより小さくでき、空間的な分解能を向上できる。
　他の一態様にかかる色彩計は、これら上述のいずれかの測定用光学系を用いる。
　このような色彩計は、これら上述のいずれかの測定用光学系を用いるので、より多くの光量を被測定物から受光部に導光できる。このため、上記色彩計は、ＳＮ比を向上でき、より精度良く測色できる。特に、低輝度域の測定に対し有利である。また、上記色彩計は、測定径をより小さくでき、空間的な分解能を向上できる。
　この出願は、２０１７年６月１５日に出願された日本国特許出願特願２０１７－１１７５８８を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　本発明によれば、被測定物からの光を受光部に導光する測定用光学系、これを用いた色彩輝度計、および、これを用いた色彩計が提供できる。

Claims (6)

  1. 　絞りと、
    　入射光を導光する光導波路と、
    　前記絞りの物体側に配置され、測定対象からの光像を前記絞りの開口面に結像させる第１光学系と、
    　前記絞りと前記光導波路との間に配置され、前記絞りの開口面から出射される各光束の各主光線が光軸に平行となるように前記光導波路に入射させる第２光学系とを備える、
    　測定用光学系。
  2. 　前記第１光学系は、正の屈折力を持ち、測定対象からの光像を物体側テレセントリックとなるように前記絞りの開口面に結像させる２個の第１および第２レンズ群から成る、
    　請求項１に記載の測定用光学系。
  3. 　前記第１光学系は、正の屈折力を持ち、測定対象からの光像を物体側テレセントリックとなるように前記絞りの開口面に結像させる１個のレンズ群から成る、
    　請求項１に記載の測定用光学系。
  4. 　前記第２光学系における像側開口数は、前記光導波路の開口数以上である、
    　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の測定用光学系。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の測定用光学系を用いた色彩輝度計。
  6. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の測定用光学系を用いた色彩計。
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