WO2020017118A1 - 測光装置 - Google Patents

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WO2020017118A1
WO2020017118A1 PCT/JP2019/016205 JP2019016205W WO2020017118A1 WO 2020017118 A1 WO2020017118 A1 WO 2020017118A1 JP 2019016205 W JP2019016205 W JP 2019016205W WO 2020017118 A1 WO2020017118 A1 WO 2020017118A1
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light
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light guide
face
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PCT/JP2019/016205
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通 中谷
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コニカミノルタ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below

Definitions

  • the present invention relates to a photometric device for measuring characteristics of a light source to be measured, and more particularly to a photometric device such as a colorimeter for measuring luminance and chromaticity of light emitted from the light source to be measured.
  • Patent Document 1 proposes a light guide in which a number of optical fibers are bundled. This light guide is configured such that the incident side of the measurement light is bundled into one fiber bundle, and the emission side is divided into three fiber bundles. Light emitted from the end faces of the three fiber bundles enters the light receiving element via filters having characteristics of transmitting red (R), green (G), and blue (B) light, respectively.
  • the multiple optical fibers are bundled and formed such that the image forming light flux formed on the end surface on the incident side of the measurement light has a pseudo-random imaging positional relationship. Accordingly, the image forming light beams emitted from the end faces of the three fiber bundles on the light emission side and incident on the respective light receiving elements are pseudo-randomly mixed, so that the light amount unevenness of the image forming light beams is reduced.
  • the photometric device in the color measurement by the photometric device, the photometric device is brought into contact with the surface to be measured of the object to be measured (light source to be measured) or brought into close contact therewith in a non-contact manner, and is emitted in a predetermined angle range from a predetermined region of the surface to be measured.
  • the light is received by a photometric device.
  • the light emission intensity (light emission luminance) of the surface to be measured has unevenness (position unevenness, angle unevenness) due to the light emitting position and the light emitting angle, the influence is also received on the photometric device side.
  • the difference (measurement error) of the measurement value increases due to the difference in the measurement position and the measurement angle.
  • the unevenness in the measurement sensitivity indicates that the measurement sensitivity is different for each light emitted from a different position on the surface of the light source to be measured in the same direction (for example, a direction perpendicular to the surface).
  • the angle unevenness of the measurement sensitivity indicates that the measurement sensitivity is different for each light emitted from the same position on the surface of the light source to be measured in different directions.
  • Patent Document 1 the measurement light is guided using a light guide in which a large number of fibers are bundled.
  • each fiber is randomly arranged. It requires knitting and is expensive.
  • it is difficult to design a light guide that is less susceptible to position unevenness and angle unevenness of the emission intensity of the light source to be measured. As a result, it becomes difficult to reduce the position unevenness and the angle unevenness of the measurement sensitivity.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to use an inexpensive light-guiding member and to be less susceptible to positional unevenness and angular unevenness of the emission intensity of the light source to be measured. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a photometric device capable of reducing position unevenness and angle unevenness of measurement sensitivity.
  • the light metering device has a light incident side end surface and a light exit side end surface having a polygonal shape, a polygonal prism or a truncated polygonal light guide member, and an image of the light source to be measured.
  • An objective optical system formed on the light incident side end face, and light incident on the light guide member from the light source to be measured via the objective optical system and receiving light emitted from the light exit side end face of the light guide member.
  • a light receiving unit the light receiving unit having a plurality of sensors having different characteristics, is disposed immediately after the light exit side end face of the light guide member, or the light exit side of the light guide member
  • a relay optical system is disposed between the light guide member and the light exit side end face so that the end face and the light receiving surface of the light receiving section are conjugate.
  • the light guide member is a simple polygonal prism or polygonal pyramid. Because of the trapezoidal shape, the configuration is simpler and less expensive than a conventional light guide that guides light by randomly weaving a plurality of fibers.
  • the light from the light source to be measured incident on the light guide member having a polygonal prism or truncated polygonal pyramid shape is incident on the side surface of the light guide member (the light incident side end face and the light exit The light is totally reflected on the surface other than the side end surface, is guided, and enters the light receiving unit.
  • each sensor of the light receiving unit receives light mixed with light emitted from various positions on the measured surface of the light source to be measured and light emitted from the measured surface at various angles. .
  • the light receiving unit can be less affected by the position unevenness and angle unevenness. In addition, it is possible to reduce angle unevenness.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a photometric device according to an embodiment of the present invention and Example 1. It is a perspective view showing an example of 1 composition of a light guide member of the above-mentioned photometry device. It is a perspective view showing other examples of composition of the above-mentioned light guide member.
  • FIG. 13 is a perspective view showing still another configuration example of the light guide member.
  • FIG. 13 is a perspective view showing still another configuration example of the light guide member.
  • It is a top view which shows typically the state when the light-incidence side end surface of the light guide member of FIG. 2A is seen from the measurement range regulation aperture side. It is a top view showing the composition of the light sensing portion of the above-mentioned photometry device.
  • FIG. 2B is a plan view schematically showing a state when the light incident side end face of the light guide member of FIG. 2B is viewed from the measurement range regulating aperture side. It is a top view which shows typically the planar shape of the light receiving part at the time of using the light guide member of FIG. 2B. It is a top view which shows typically the state when the light-incidence side end surface of the light guide member of FIG. 2C is seen from the measurement range regulation aperture side.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device of a fifth embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of a photometric device of a sixth embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of a photometric device of a seventh embodiment.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of a photometric device of a ninth embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically illustrating a schematic configuration of a photometric device of Comparative Example 1. It is explanatory drawing which shows typically an example of the simulation result of the spatial distribution and angle distribution of measurement sensitivity.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a coordinate system of a light source to be measured.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor A ′ which is one of the four sensors of Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor B ′ which is one of the four sensors of Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor C ′ which is one of the four sensors of Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor C ′ which is one of the four sensors of Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor D ′ which is one of the four sensors of Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor A which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor B which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor A which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor B which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor C which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in a sensor D which is one of the four sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity in an arbitrary sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the eighth embodiment.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing a result of simulating a spatial distribution and an angular distribution of measurement sensitivity of an arbitrary sensor according to the ninth embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a photometric device 1 of the present embodiment (Example 1).
  • the photometric device 1 includes a light guide member 2, an objective optical system 3, a relay optical system 4, and a light receiving unit 5.
  • the light emitted from the measured surface LS 0 of the measured light source LS is guided to the light guide member 2 via the objective optical system 3, and is guided inside the light guide member 2. Thereafter, the light is guided to the light receiving unit 5 via the relay optical system 4.
  • each member constituting the photometric device 1 will be described.
  • FIG. 2A is a perspective view illustrating a configuration example of the light guide member 2.
  • the light guide member 2 is an optical element that has a light incident side end face 2a and a light exit side end face 2b, guides light incident inside from the light incident side end face 2a, and emits the light from the light exit side end face 2b.
  • it is constituted by a solid (filled) rod made of glass.
  • the light guide member 2 has a quadrangular prism shape in which the light incident side end surface 2a and the light exit side end surface 2b are squares (for example, squares) of the same size, but is not limited to this shape. Absent.
  • FIG. 2B is a perspective view showing another configuration example of the light guide member 2.
  • FIG. 2C is a perspective view showing still another configuration example of the light guide member 2.
  • the light guide member 2 has a triangular prism shape in which the light incident side end face 2a and the light exit side end face 2b are triangles (e.g., equilateral triangles) of the same size, and the light incident side end face 2a and the light
  • the exit side end face 2b may be a hexagonal prism having the same size as a hexagon (for example, a regular hexagon). That is, the light guide member 2 may have a polygonal prism shape in which the light incident side end face 2a and the light exit side end face 2b are polygons having the same size.
  • FIG. 2D is a perspective view showing still another configuration example of the light guide member 2.
  • the light guide member 2 may have a truncated quadrangular pyramid shape in which the light incident side end face 2a and the light exit side end face 2b are squares of different sizes.
  • the light incident side end face 2a and the light output side end face 2b are in the shape of a truncated triangular pyramid having different sizes, and the light incident side end face 2a and the light output side end face 2b are hexagons having different sizes.
  • the shape may be a truncated hexagonal pyramid. That is, the light guide member 2 may have a truncated polygonal shape in which the light incident side end face 2a and the light exit side end face 2b are polygons of different sizes.
  • the light guide member 2 Since the light guide member 2 has the polygonal prism or the truncated polygonal pyramid shape, the light incident on the inside of the light guide member 2 via the light incident side end face 2a depends on the incident angle with respect to the light incident side end face 2a.
  • the light is guided by being totally reflected by the side surface 2c of the light guide member 2 (the interface with the air in the light guide member 2), and is emitted from the light emission side end surface 2b.
  • the side surface 2c is a surface connecting the light incident side end surface 2a and the light exit side end surface 2b, and is provided by the number of vertices (or sides) of the polygons forming the light incident side end surface 2a and the light exit side end surface 2b.
  • the “number of times according to the incident angle” includes zero times.
  • the light guide member 2 may be formed of, for example, a hollow pipe (light pipe) having a polygonal cross section. In this case, by forming a reflective film made of metal on the inner surface of the pipe, light incident on the light guide member 2 can be reflected and guided on the inner surface (reflective film). Further, the material forming the light guide member 2 is not limited to glass, and may be a transparent resin such as acrylic.
  • the objective optical system 3 is an optical system that forms an image of the measured light source LS on the light incident side end surface 2a of the light guide member 2 in a reduced size.
  • the objective optical system 3 includes a front lens system 31 located on the light source LS side to be measured, a rear lens system 32 located on the light guide member 2 side, and a spread of light emitted from one point of the light source LS.
  • An aperture AP1 (measurement angle restriction aperture) for restricting the angle and an aperture AP2 (measurement range restriction aperture, field stop) for restricting the measurement range of the measured light source LS are provided.
  • the arrangement of the objective lens system 3, and the surface to be measured LS 0 and the light incident surface 2a of the light guide member 2 of the sample light source LS which is a conjugate relationship. That is, light emitted from a certain point on the measured surface LS 0 of the light source LS to be measured is condensed at a certain point on the light incident side end face 2 a of the light guide member 2.
  • the front lens system 31 is composed of two lenses
  • the rear lens system 32 is composed of three lenses.
  • the number of lenses of the front lens system 31 and the rear lens system 32 is not particularly limited.
  • the aperture AP1 is disposed at a rear focal position of the front lens system 31.
  • Each point in the plane of the aperture AP1 (opening) corresponds to the emission angle of light on the surface to be measured LS 0 of the measured light source LS.
  • the shape of the opening of the stop AP1 is circular, but it may be rectangular or another shape.
  • the stop AP2 is arranged immediately before the light incident side end face 2a of the light guide member 2. Each point in the plane of the aperture AP2 (opening) corresponds to each point on the measurement surface LS 0 of the measured light source LS.
  • the measurement range (measurement area) of the light source LS to be measured can be appropriately regulated without excess or shortage, and only the light in the range to be measured can be measured.
  • FIG. 3 schematically shows a state when the light incident side end face 2a of the light guide member 2 in FIG. 2A is viewed from the stop AP2 side.
  • the aperture AP2a of the stop AP2 is circular, and the diameter thereof is set slightly smaller than the diameter of the inscribed circle of the light incident side end face 2a of the light guide member 2.
  • the opening AP2a of the stop AP2 may be rectangular or may have another shape. Further, the arrangement of the stop AP2 can be omitted.
  • the measurement range of the measured surface LS 0 of the measured light source LS is similar to the shape of the light incident side end surface 2 a of the light guide member 2.
  • the relay optical system 4 receives the light emitted from the light emitting side end face 2b of the light guide member 2 so that the light emitting side end face 2b of the light guide member 2 and the light receiving face 5a of the light receiving section 5 become conjugate.
  • 5 is an optical system. That is, due to the arrangement of the relay optical system 4, light emitted from a certain point on the light emitting side end face 2 b of the light guide member 2 is condensed on a certain point of the light receiving surface 5 a of the light receiving unit 5, and Is enlarged and formed on the light receiving surface 5 a of the light receiving unit 5.
  • the relay optical system 4 includes four lenses.
  • the relay optical system 4 may have any configuration as long as the above conjugate relationship can be realized, and the number of lenses of the relay optical system 4 is not particularly limited.
  • the light receiving section 5 receives light from the measured light source LS via the objective optical system 3, which is incident on the light guide member 2, and which is emitted from the light exit side end face 2 b of the light guide member 2.
  • the light receiving section 5 is composed of a plurality of sensors 51 having different characteristics.
  • the plurality of sensors 51 of the light receiving unit 5 have measurement sensitivities corresponding to the color matching functions X, Y, and Z, respectively.
  • the configuration of the light receiving unit 5 will be described in more detail.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the configuration of the light receiving unit 5
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the light receiving unit 5.
  • the light receiving section 5 has four sensors 51 (51a to 51d).
  • Each sensor 51 includes a light receiving element 52 and an optical filter 53.
  • Each light receiving element 52 is formed of, for example, a silicon photodiode, and outputs an electric signal corresponding to the amount of received light to an electric circuit (not shown) at a subsequent stage.
  • the light receiving surface 5a of each light receiving element 52 is square or rectangular, and is located at each of four corners of one square. From this, it can be said that the plurality of sensors 51 of the light receiving section 5 have the square light receiving surfaces 5a located at the four corners of one square.
  • Each light receiving surface 5a may be a polygon (for example, a triangle) other than a quadrangle, or may be a circle.
  • the optical filter 53 of each sensor 51 has an optical property of transmitting light in a predetermined wavelength range, is formed in a size larger than the light receiving element 52, and is disposed on the light incident side of the light receiving element 52.
  • the optical filters 53 of the three sensors 51 (for example, the sensors 51a to 51c) out of the four sensors 51 are optical filters that transmit light in wavelength ranges corresponding to the color matching functions X, Y, and Z, respectively. It is composed of filters 53X, 53Y and 53Z. Thereby, the three sensors 51 have measurement sensitivities corresponding to the color matching functions X, Y, and Z, respectively.
  • the light transmitted through the optical filters 53X, 53Y, 53Z of the three sensors 51 is received by the corresponding light receiving element 52.
  • color and luminance can be measured.
  • the electric signal output from each sensor 51 (each light receiving element 52). Based on (corresponding to the three stimulus values of XYZ), the electric circuit calculates the ratio of each color of red (R), green (G), and blue (B), and calculates the luminance (for example, (R + G + B) / 3). It is possible to ask. This makes it possible to realize a color luminance meter (colorimeter) for obtaining color and luminance.
  • the optical filter 53 of the remaining sensor 51 (for example, the sensor 51d) among the four sensors 51 is constituted by an optical filter 53Y that transmits light in a wavelength range corresponding to the color matching function Y.
  • the light receiving element 52 that receives the light transmitted through the optical filter 53Y is connected to, for example, an electric circuit for flicker detection. Accordingly, flicker can be detected based on the electric signal output from the light receiving element 52.
  • one of the two optical filters 53Y may be constituted by an optical filter that transmits infrared rays, for example.
  • an optical filter that transmits infrared rays for example.
  • four types of optical filters 53 are arranged, it is possible to measure four types of optical characteristics simultaneously.
  • each of the plurality of sensors 51 of the light receiving unit 5 includes a light receiving element 52 having a square or rectangular light receiving surface 5a, and an optical filter 53 disposed on the light incident side of the light receiving element 52. Since the two characteristics are different from each other, it is possible to easily arrange sensors 51 having a plurality of characteristics as shown in FIG.
  • Each sensor 51 is housed in the concave portion 54a of the holding member 54 such that the optical filter 53 is positioned on the light incident side of the light receiving element 52 and the light receiving element 52 and the optical filter 53 are arranged with a gap therebetween. Is held.
  • the concave portion 54a has a step-like shape in which the opening diameter gradually decreases from the side on which the optical filter 53 is disposed to the side on which the light receiving element 52 is disposed. So that it can be accommodated in the concave portion 54a.
  • the holding member 54 also serves as a light shielding wall that separates the adjacent sensors 51. That is, since the holding member 54 exists as a light-shielding wall between the two adjacent sensors 51, the light passing through the optical filter 53 of one adjacent sensor 51 is incident on the light receiving element 52 of the other adjacent sensor 51. Is prevented, and a measurement error can be reduced.
  • the arrangement area of the plurality of sensors 51 is increased.
  • the relay optical system 4 enlarges and forms an image of the light exit side end face 2b of the light guide member 2 on the light receiving surface 5a. It is possible to secure a sufficiently large illumination range for the sensor 51.
  • the irradiation range R when the light emitted from the light emission side end face 2 b of the light guide member 2 irradiates the light receiving unit 5 is the light receiving range of the plurality of sensors 51 of the light receiving unit 5. That is, it includes all the light receiving surfaces 5a of the respective light receiving elements 52. Accordingly, due to an error at the time of assembling the optical system (deviation of the position and inclination of each part) and a change of the optical system due to an environmental change (temperature change, humidity change, vibration, impact, etc.), each light receiving surface 5a is affected.
  • the light incident side end surface 2a and the light exit side end surface 2b of the light guide member 2 are square (see FIG. 2A), and the plurality of sensors 51 of the light receiving unit 5 are located at four corners of one square. It has a rectangular light receiving surface 5a located at each position. Thereby, the light emitted from the light emission side end face 2b of the light guide member 2 can be efficiently guided to the necessary range of the light receiving unit 5 (each light receiving surface 5a). Accordingly, since the light use efficiency is increased (most of the illumination light can be received), measurement with a high S / N (Signal-to-Noise) ratio can be performed.
  • an interference film filter in which an interference film is formed on a glass substrate can be used as the optical filter 53.
  • the spectral transmittance changes depending on the incident angle of the light beam to the interference film.
  • the image of the light exit side end surface 2b of the light guide member 2 is changed by the relay optical system 4 to the light receiving surface.
  • the angle of incidence of the light beam on each sensor 51 is reduced. Thereby, it is possible to reduce the change in the spectral transmittance due to the incident angle of the light beam in the interference film filter.
  • optical filter 53 a color glass filter that absorbs light in a specific wavelength range, a neutral density (ND) filter that diminishes light in a wide wavelength range, a linear polarizing plate, a wavelength plate, or the like can be used. . Further, a plurality of optical filters 53 may be arranged on the light incident side of one light receiving element 52.
  • ND neutral density
  • the optical filters 53 may all be constituted by the same filter. However, in this case, it is necessary to use different sensors as the light receiving elements 52 in order to make the characteristics of the plurality of sensors 51 different. For example, by using a silicon photodiode for visible light and an InGaAs photodiode for infrared light in combination, or by using a light receiving element capable of high-sensitivity measurement and a light receiving element capable of high-speed measurement in combination It is possible to simultaneously measure various optical characteristics while using the same optical filter 53.
  • the number of the sensors 51 constituting the light receiving unit 5 is not limited to four in the present embodiment. For example, by arranging three sensors 51 in three rows and three columns using nine sensors and arranging four sensors in four rows and four columns by using 16 sensors 51, more optics can be obtained by appropriately using more sensors 51. It is also possible to measure the properties simultaneously.
  • the measured surface LS 0 of the measured light source LS and the light incident side end surface 2 a of the light guide member 2 are conjugated by the objective optical system 3, and the light exit side end surface 2 b of the light guide member 2 and the light receiving portion 5 receive light. Since the surface 5a is conjugated with the relay optical system 4, light from various points of the light source LS to be measured illuminates each sensor 51 of the light receiving unit 5 via the light guide member 2 after all. . In other words, even if the light emission intensity (luminance) of the measured surface LS 0 of the measured light source LS has uneven position, the light from the various positions of the measured surface LS 0 is mixed by the light guide member 2 in each sensor 51. was by receiving light, less susceptible to positional unevenness in measured surface LS 0. Thereby, in each of the sensors 51, the position unevenness of the measurement sensitivity can be reduced, and stable measurement can be performed.
  • the light enters the light incident side end face 2a of the light guide member 2 according to the emission angle of the light emitted from the light source LS to be measured.
  • the angle changes.
  • the light incident on the inside of the light guide member 2 via the light incident side end face 2a is repeatedly totally reflected on the side face 2c of the light guide member 2 by the number of times corresponding to the angle, and various positions on the light emission side end face 2b (A position corresponding to the angle of incidence on the light guide member 2). Therefore, considering one point on the light emitting side end face 2b as in the above, the one point is illuminated with light at various angles.
  • the emission angle of the light from the light source LS to be measured corresponds to the incident angle of the light on the light incident side end face 2a of the light guide member 2, and the light emission side end face 2b of the light guide member 2 and the light receiving surface of the light receiving section 5. Since 5a is conjugate, light emitted from the measured light source LS at various angles eventually illuminates each sensor 51 of the light receiving unit 5 via the light guide member 2. In other words, even if the light emission intensity (luminance) of the measured surface LS 0 of the measured light source LS has an angle unevenness, each sensor 51 can control the light emitted from the measured surface LS 0 at various angles. by receiving the light mixed by less susceptible to angular irregularities in the measurement plane LS 0. Thereby, in each of the sensors 51, it is possible to reduce the angle unevenness of the measurement sensitivity, and it is possible to perform stable measurement.
  • the light guide member 2 has a simple polygonal prism or truncated polygonal pyramid shape (see FIGS. 2A to 2D), the light guide member 2 is compared with a conventional light guide in which a plurality of fibers are randomly woven to guide light.
  • the structure is simple and inexpensive. Therefore, with a simple configuration using the inexpensive light guide member 2, the effect of reducing the position unevenness and the angle unevenness of the measurement sensitivity can be obtained.
  • the light receiving unit 5 includes the plurality of sensors 51 having different characteristics, the color and the luminance can be measured. The above effect can be obtained in a color luminance meter that performs the above.
  • FIG. 6 is an explanatory view schematically showing an optical path of a light beam guided inside the light guide member 2.
  • the objective optical system 3 see FIG. 1
  • an image of the surface to be measured LS 0 of the measured light source LS by reduction focused on the light-incident surface 2a of the light guide member 2, a thin light guide member 2 (optical it is possible to use a small light guide member) diameter D 2 of the inscribed circle of diameter D 1 and the light emitting side end face 2b of the inscribed circle of the incident surface 2a, and the light emitted from a light source to be measured LS
  • the incident angle ⁇ of the light on the light incident side end face 2a of the light guide member 2 is larger than the emission angle of the light guide member 2 (therefore, the refraction angle ⁇ P inside the light guide member 2 is also larger).
  • D 1 D 2
  • the angle ⁇ formed with the optical axis AX becomes the maximum.
  • the optical axis AX is an axis connecting the center of the inscribed circle of the light incident side end face 2a of the light guide member 2 and the center of the inscribed circle of the light exit side end face 2b. And coaxial with the optical axis of the relay optical system 4.
  • the one point when considering one point on the light emission side end face 2a of the light guide member 2, the one point is the light of various angles emitted from the light source LS to be measured. Therefore, the influence of the angle unevenness of the measured light source LS can be reduced.
  • the angle of the light ray is inverted. Therefore, when the number of times of reflection of the light ray increases, the above-mentioned one point is illuminated with light having various angles. For this reason, the influence of the angle unevenness of the light source LS to be measured can be more effectively reduced, the angle unevenness of the measurement sensitivity can be reduced, and more stable measurement can be performed.
  • the length L of the light guide member 2 in the optical axis AX direction can be reduced as the refraction angle ⁇ P is larger and D 1 or D 2 is smaller. it can.
  • the photometric device 1 can be reduced in size.
  • FIG. 7 shows an expanded optical path of a light beam guided inside the light guide member 2 when the light guide member 2 having a truncated polygonal pyramid shape shown in FIG. 2D is used as the light guide member 2.
  • FIG. 7 In the light guide member 2 described above, the light incident side end face 2a and the light exit side end face 2b are square in shape, but the area of the light exit side end face 2b is larger than the area of the light incident side end face 2a.
  • the number of reflections of light guided inside when the light guide member 2 having a truncated polygonal shape is used can be considered as follows. That is, when the truncated polygonal light guide member 2 is used, among the light rays emitted from the light source LS to be measured and incident on the light incident side end face 2a of the light guide member 2, the angle ⁇ formed with the optical axis AX is The approximate number of times that the maximum light ray LT is reflected by the side surface 2c of the light guide member 2 is represented by ⁇ / ⁇ . In FIG.
  • ⁇ is the angle (°) between the straight line connecting the point A and the point O and the optical axis AX
  • ⁇ is the side surface 2c of the light guide member 2 in the cross section including the optical axis AX.
  • the angle (°) is twice the angle between the optical axis AX and the optical axis AX.
  • a point O indicates a point that intersects the optical axis AX when the side surface 2c of the light guide member 2 is extended in a cross section including the optical axis AX
  • a point A indicates that the light ray LT is incident on the light guide member 2.
  • ⁇ and ⁇ are angles that satisfy the following relational expression.
  • D 1 diameter (mm) of an inscribed circle of the light incident side end face 2a of the light guide member 2
  • D 2 diameter (mm) of an inscribed circle of the light emitting side end surface 2b of the light guide member 2
  • n P a refractive index of the light guide member 2.
  • alpha / beta> 1 i.e., if the number of reflections at the side surface 2c of the light guide member 2 of the light beam LT at least once, by reflecting the light LT with sides 2c, various of the measurement surface LS 0 Light emitted from various positions and light emitted from the measured surface LS 0 at various angles can be mixed by the light guide member 2. Therefore, the influence of the position unevenness and the angle unevenness of the light source LS to be measured can be reduced, and the position unevenness and the angle unevenness of the measurement sensitivity can be reduced.
  • ⁇ / ⁇ > 2 when ⁇ / ⁇ > 2, the light ray LT is reflected a plurality of times by the side surface 2c, the influence of the position unevenness and the angle unevenness of the light source LS to be measured is reliably reduced, and the position unevenness and the angle unevenness of the measurement sensitivity are reduced. Is desirable because it can be reliably reduced. From the viewpoint of more surely obtaining the effect of the present embodiment, ⁇ / ⁇ > 4 is more preferable, ⁇ / ⁇ > 7 is more preferable, and ⁇ / ⁇ > 7 is more preferable. More preferably, ⁇ > 10.
  • FIG. 8 schematically illustrates a state where the light incident side end face 2a is viewed from the stop AP2 side when the triangular prism-shaped light guide member 2 illustrated in FIG. 2B is used.
  • the size of the circular opening AP2a of the stop AP2 is slightly smaller than the inscribed circle of the light incident side end face 2a of the light guide member 2. It only has to be set.
  • FIG. 9 schematically shows the planar shape of the light receiving section 5 when the light guide member 2 of FIG. 2B is used.
  • the light receiving unit 5 may include three sensors 51 (51a to 51c) that are circular in plan view, and the sensors 51 may be arranged so as to be positioned corresponding to each vertex of one regular triangle. Since the shape of the light exit side end face 2b of the light guide member 2 is a regular triangle, the irradiation range R when the light emitted from the light exit side end face 2b of the light guide member 2 irradiates the light receiving section 5 is also the light receiving section. 5 has an equilateral triangular shape including all the light receiving ranges of the three sensors 51.
  • FIG. 10 schematically shows a state where the light incident side end face 2a is viewed from the stop AP2 side when the hexagonal prism-shaped light guide member 2 shown in FIG. 2C is used.
  • the size of the circular opening AP2a of the stop AP2 is slightly smaller than the inscribed circle of the light incident side end face 2a of the light guide member 2. It only has to be set.
  • FIG. 11 schematically shows a planar shape of the light receiving section 5 when the light guide member 2 of FIG. 2C is used.
  • the light receiving section 5 is composed of seven square or rectangular sensors 51 (51a to 51g) in plan view, and is arranged such that each sensor 51 is located corresponding to each vertex and center of one regular hexagon. You may. Since the shape of the light exit side end face 2b of the light guide member 2 is a regular hexagon, the irradiation range R when light emitted from the light exit side end face 2b of the light guide member 2 irradiates the light receiving section 5 is also the light receiving section. 5 has a regular hexagonal shape including all the light receiving ranges of the seven sensors 51.
  • Example 10 Next, specific examples of the present invention will be described as Examples 1 to 9. Further, a comparative example will also be described for comparison with each example.
  • FIGS. 12 to 19 schematically show the schematic configurations of the photometric devices 1 of Examples 2 to 9, respectively.
  • FIG. 20 schematically shows a schematic configuration of a photometric device 1 ′ of Comparative Example 1.
  • the configuration of the photometric device 1 according to the first embodiment is as shown in FIG. In FIGS. 1 and 12 to 20, the scales of the respective photometric devices are adjusted for convenience (the scales are not the same).
  • the photometric device 1 of the second embodiment has a configuration similar to that of the photometric device 1 of the first embodiment, except that the position of the exit pupil is shifted toward the light source LS to be measured, as compared with the photometric device 1 of the first embodiment. It is.
  • the position of the exit pupil refers to the position of an image formed by the stop AP1.
  • the photometric device 1 of the third embodiment has a configuration similar to that of the photometric device 1 of the second embodiment except that the position of the exit pupil is shifted toward the light source LS to be measured, as compared with the photometric device 1 of the second embodiment. It is.
  • the photometric device 1 of the fourth embodiment has a configuration similar to that of the photometric device 1 of the first embodiment except that the position of the exit pupil is shifted toward the light receiving unit 5 as compared with the photometric device 1 of the first embodiment. is there.
  • the photometric device 1 according to the fifth embodiment increases the length of the light guide member 2 in the optical axis direction as compared with the photometric device 1 according to the first embodiment, so that the light incident on the side surface 2 c of the light incident on the inside of the light guide member 2.
  • the configuration is the same as that of the photometric device 1 of the first embodiment, except that the number of reflections ( ⁇ / ⁇ ) is increased.
  • the quadrangular prism-shaped light guide member 2 of the photometric device 1 of the first embodiment is replaced with a truncated quadrangular pyramid light guide member 2 (see FIG. 2D), and the relay optical system 4 is not disposed.
  • the configuration is the same as that of the photometric device 1 of Example 1 except that the light receiving unit 5 is disposed immediately after the light exit side end face 2b of the light guide member 2.
  • the photometric device 1 according to the seventh embodiment has four quadrangular sensors 51 in which the quadrangular prism-shaped light guide member 2 of the photometric device 1 according to the first embodiment is replaced with a triangular prism-shaped light guide member 2 (see FIG. 2B).
  • the configuration is the same as that of the photometric device 1 of the first embodiment, except that the light receiving unit 5 is replaced with a light receiving unit 5 having three circular sensors 51 (see FIG. 9).
  • the photometric device 1 according to the eighth embodiment has four quadrangular sensors 51 in which the rectangular prism-shaped light guide member 2 of the photometric device 1 according to the first embodiment is replaced with a hexagonal prism-shaped light guide member 2 (see FIG. 2C).
  • the configuration is the same as that of the photometric device 1 of the first embodiment, except that the light receiving unit 5 is replaced with a light receiving unit 5 having seven square sensors 51 (see FIG. 11).
  • the length of the light guide member 2 in the optical axis direction is shorter than that of the photometric device 1 of the first embodiment.
  • the configuration is the same as that of the photometric device 1 of the first embodiment, except that the number of reflections ( ⁇ / ⁇ ) is reduced.
  • the photometric device 1 of Comparative Example 1 has the same configuration as the photometric device 1 of Example 1 except that the arrangement of the light guide member 2 is omitted.
  • Table 1 shows each parameter in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1.
  • FIG. 21 schematically shows an example of a simulation result of a spatial distribution and an angular distribution of the measurement sensitivity of one sensor 51.
  • the white portion indicates that the measurement sensitivity is relatively high
  • the black portion indicates that the measurement sensitivity is relatively low.
  • FIG. 22 schematically shows the coordinate system of the light source LS to be measured (measured surface LS 0 ).
  • the horizontal angle ( ⁇ x) and the vertical angle ( ⁇ y) of the angle distribution of the measurement sensitivity are the horizontal angle (X direction) of the emitted light with respect to the normal line (Z direction) of the measured surface LS 0. ⁇ X) and the angle ( ⁇ Y) in the vertical direction (Y direction).
  • FIGS. 23 to 26 simulate the spatial distribution and angular distribution of the measurement sensitivity of the four sensors 51 of Comparative Example 1 (here, referred to as sensor A ′, sensor B ′, sensor C ′, and sensor D ′). The results are shown.
  • the sensors A ', B', C ', and D' correspond to the sensors 51a, 51b, 51c, and 51d in FIG. 4, respectively.
  • These figures show that in Comparative Example 1, the spatial distribution of the measurement sensitivities among the sensors A ′ to D ′ ′ is very uneven.
  • FIGS. 27 to 30 show the spatial distribution of the measurement sensitivities of the four sensors 51 (herein, referred to as sensor A, sensor B, sensor C, and sensor D) of the light receiving unit 5 of the first embodiment.
  • the result of simulating the angle distribution is shown.
  • the sensors A, B, C and D correspond to the sensors 51a, 51b, 51c and 51d in FIG. 4, respectively. From these figures, it can be seen that a similar distribution is obtained as a spatial distribution of the measurement sensitivity among the sensors A to D, and a similar distribution is obtained also with respect to the angular distribution of the measurement sensitivity. . Therefore, in Example 1, it is understood that the spatial distribution and the angular distribution of the measurement sensitivity can be simultaneously made uniform among a plurality of sensors.
  • FIGS. 31 to 38 show the spatial distribution and angular distribution of the measurement sensitivity of an arbitrary sensor (here, sensor A) among the plurality of sensors 51 constituting the light receiving unit 5 of the second to ninth embodiments.
  • the result of the simulation is shown.
  • the sensor A corresponds to the sensor 51a in FIG. 4 (Examples 2 to 6, 9), the sensor 51a in FIG. 9 (Example 7), or the sensor 51a in FIG. 11 (Example 8).
  • the spatial distribution of the measurement sensitivity is substantially uniform within the measurement range.
  • the degree of angular distribution of the measurement sensitivity varies depending on the example, but in any of the examples, the sensitivity distribution has a wide range within the measurement range.
  • the arrangement of the light guide member 2, the sensor 51 of Example 1-9 since that will receive the averaged light quantity in weight of the measuring sensitivity distribution, emission of the measurement surface LS 0 of the measured light source LS Even if the intensity (luminance) is uneven in angle, the light receiving unit 5 can perform the stable measurement by reducing the influence of the angle unevenness.
  • the spatial distribution and the angular distribution of the measurement sensitivity change depending on the length L of the light guide member 2 and the exit pupil position. Therefore, by adjusting the length L and the exit pupil position of the light guide member 2, it is possible to design the photometric device 1 having a desired uniformity of the measurement sensitivity.
  • the photometric device of the present embodiment described above may be expressed as follows.
  • the light metering device of this embodiment has a polygonal prism or a truncated polygonal light guide member having a light incident side end surface and a light exit side end surface, and an image of a light source to be measured.
  • An objective optical system formed on a side end face, and a light receiving section that receives light emitted from the light source to be measured through the objective optical system to the light guide member through the objective optical system, and emitted from the light exit side end face of the light guide member.
  • the light receiving section has a plurality of sensors having different characteristics, is disposed immediately after the light exit side end face of the light guide member, or the light exit side end face of the light guide member and the The light guide member is disposed via a relay optical system between the light guide member and the light emitting side end surface such that the light receiving surface of the light receiving unit is conjugate with the light receiving surface.
  • the objective optical system is emitted from one point of the front light source system located on the side of the light source to be measured, the rear lens system located on the side of the light guide member, and the light source to be measured.
  • a stop for restricting a spread angle of light, wherein the stop may be arranged at a rear focal position of the front lens system.
  • the plurality of sensors of the light receiving unit each include a light receiving element having a square or rectangular light receiving surface, and an optical filter disposed on a light incident side of the light receiving element, wherein the optical filter May have different characteristics from each other.
  • an irradiation range when light emitted from the light exit side end face of the light guide member irradiates the light receiving unit includes all light receiving ranges of the plurality of sensors of the light receiving unit. You may.
  • the plurality of sensors of the light receiving section may have measurement sensitivities corresponding to the color matching functions X, Y, and Z, respectively.
  • the light incident side end face and the light exit side end face of the light guide member are quadrangular, and the plurality of sensors of the light receiving section are quadrangular light receiving faces located at four corners of one quadrilateral, respectively. May be provided.
  • the present invention is applicable to, for example, a color luminance meter.

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Abstract

測光装置（１）は、光入射側端面（２ａ）および光出射側端面（２ｂ）が多角形状である、多角柱または多角錐台の導光部材（２）と、対物光学系（３）と、受光部（５）とを備える。対物光学系（３）は、被測定光源（ＬＳ）の像を、導光部材（２）の光入射側端面（２ａ）に形成する。受光部（５）は、被測定光源（ＬＳ）から対物光学系（３）を介して導光部材（２）に入射し、導光部材（２）の光出射側端面（２ａ）から出射される光を受光する。受光部（５）は、特性の異なる複数のセンサ（５１）を有して、導光部材（２）の光出射側端面（２ｂ）の直後に配置され、または、導光部材（２）の光出射側端面（２ｂ）と受光部（５）の受光面（５ａ）とが共役となるように、導光部材（２）の光出射側端面（２ｂ）との間にリレー光学系（４）を介して配置されている。

Description

測光装置
　本発明は、被測定光源の特性を測定する測光装置に関し、特に、被測定光源から出射される光の輝度や色度を測定する色彩輝度計などの測光装置に関する。
　色彩輝度計などの測光装置では、色を測定するために、測定光を３つに分割して各センサで受光する。測定光を３つに分割する手段として、例えば特許文献１では、多数本の光ファイバーを束ねた導光体が提案されている。この導光体は、測定光の入射側が１本のファイバー束にまとめられ、出射側が３本のファイバー束に分割されて構成されている。上記３本のファイバー束の端面から出射される光は、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を透過させる特性を有するフィルタを介して受光素子に入射する。
　上記多数本の光ファイバーは、測定光の入射側の端面に結像した像形成光束の結像位置関係が擬似的にランダムとなるように束ねられて形成される。これにより、光出射側の３本のファイバー束の端面から出射されて各受光素子に入射する像形成光束が擬似的にランダムに混合されるため、像形成光束の光量ムラが軽減される。
特開２０１０－２２５５号公報（請求項１、４、段落〔０００１〕、〔００２３〕～〔００２８〕、図１～図３等参照）
　ところで、測光装置による色の測定は、測定対象物（被測定光源）の被測定面に測光装置を接触させ、または非接触で近づけ、被測定面の所定の領域から所定の角度範囲で出射された光を測光装置で受光することによって行われる。このとき、被測定面の発光強度（発光輝度）に、発光位置および発光角度によるムラ（位置ムラ、角度ムラ）があると、その影響を測光装置側でも受ける。そして、測光装置側で、上記影響を受けて測定感度の位置ムラおよび角度ムラが大きくなると、測定する位置および測定する角度の違いによって測定値の差（測定誤差）が大きくなる。なお、測定感度の位置ムラとは、被測定光源の被測定面の異なる位置から同じ方向（例えば上記面に垂直な方向）に出射される各光について、測定感度が異なることを指す。また、測定感度の角度ムラとは、被測定光源の被測定面の同じ位置から異なる方向に出射される各光について、測定感度が異なることを指す。したがって、色の測定にあたっては、測定する位置および測定する角度の違いによる測定誤差を小さくするために、被測定光源の発光強度の位置ムラおよび角度ムラの影響を受けにくくして、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減することが必要となる。
　上記した特許文献１では、多数本のファイバーを束ねた導光体を用いて測定光を導光するようにしているが、光量ムラを減らして測定誤差を小さくするために、各ファイバーをランダムに編み込むことが必要となり、高コストである。また、ファイバーの充填具合、曲げの状態、応力の状態等の制御が難しいため、被測定光源の発光強度の位置ムラおよび角度ムラの影響を受けにくくするような導光体の設計が困難であり、結果として、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減することが困難となる。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、安価な導光部材を用いた構成で、被測定光源の発光強度の位置ムラおよび角度ムラの影響を受けにくくすることができ、これによって、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減することができる測光装置を提供することにある。
　本発明の一側面に係る測光装置は、光入射側端面および光出射側端面が多角形状である、多角柱または多角錐台の導光部材と、被測定光源の像を、前記導光部材の前記光入射側端面に形成する対物光学系と、前記被測定光源から前記対物光学系を介して前記導光部材に入射し、前記導光部材の前記光出射側端面から出射される光を受光する受光部とを備え、前記受光部は、特性の異なる複数のセンサを有して、前記導光部材の前記光出射側端面の直後に配置され、または、前記導光部材の前記光出射側端面と前記受光部の受光面とが共役となるように、前記導光部材の前記光出射側端面との間にリレー光学系を介して配置されている。
　被測定光源から出射される光を、対物光学系と導光部材と（必要に応じてリレー光学系と）を介して受光部に導く構成において、導光部材は、単純な多角柱または多角錐台の形状であるため、複数本のファイバーをランダムに編み込んで導光する従来の導光体に比べて、構成が簡単であり、安価である。また、多角柱または多角錐台の形状の導光部材に入射する被測定光源からの光は、導光部材への入射角度に応じた回数だけ導光部材の側面（光入射側端面および光出射側端面以外の面）で全反射されて導光され、受光部に入射する。このため、受光部の各センサは、被測定光源の被測定面の様々な位置から出射された光および被測定面から様々な角度で出射された光が混合された光を受光することになる。その結果、被測定光源の被測定面の発光強度（発光輝度）に位置ムラおよび角度ムラがあっても、受光部側でその影響を受けにくくすることができ、これによって、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減することが可能となる。
本発明の実施の一形態および実施例１の測光装置の概略の構成を示す説明図である。 上記測光装置の導光部材の一構成例を示す斜視図である。 上記導光部材の他の構成例を示す斜視図である。 上記導光部材のさらに他の構成例を示す斜視図である。 上記導光部材のさらに他の構成例を示す斜視図である。 図２Ａの導光部材の光入射側端面を測定範囲規制絞り側から見たときの状態を模式的に示す平面図である。 上記測光装置の受光部の構成を示す平面図である。 上記受光部の構成を示す断面図である。 上記導光部材の内部で導光される光線の光路を模式的に示す説明図である。 図２Ｄの導光部材の内部で導光される光線の光路を展開して示した説明図である。 図２Ｂの導光部材の光入射側端面を測定範囲規制絞り側から見たときの状態を模式的に示す平面図である。 図２Ｂの導光部材を用いた場合の受光部の平面形状を模式的に示す平面図である。 図２Ｃの導光部材の光入射側端面を測定範囲規制絞り側から見たときの状態を模式的に示す平面図である。 図２Ｃの導光部材を用いた場合の受光部の平面形状を模式的に示す平面図である。 実施例２の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例３の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例４の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例５の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例６の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例７の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例８の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 実施例９の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 比較例１の測光装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 測定感度の空間分布および角度分布のシミュレーション結果の一例を模式的に示す説明図である。 被測定光源の座標系を模式的に示す説明図である。 比較例１の４つのセンサの１つであるセンサＡ’での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 比較例１の４つのセンサの１つであるセンサＢ’での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 比較例１の４つのセンサの１つであるセンサＣ’での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 比較例１の４つのセンサの１つであるセンサＤ’での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例１の４つのセンサの１つであるセンサＡでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例１の４つのセンサの１つであるセンサＢでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例１の４つのセンサの１つであるセンサＣでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例１の４つのセンサの１つであるセンサＤでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例２の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例３の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例４の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例５の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例６の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例７の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例８の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施例９の任意のセンサでの測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。
　本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、本実施形態（実施例１）の測光装置１の概略の構成を示す説明図である。測光装置１は、導光部材２と、対物光学系３と、リレー光学系４と、受光部５とを有して構成されている。上記の測光装置１の構成では、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0から出射された光を、対物光学系３を介して導光部材２に導き、導光部材２の内部で導光した後、リレー光学系４を介して受光部５に導く。以下、測光装置１を構成する各部材について説明する。
　（導光部材）
　図２Ａは、導光部材２の一構成例を示す斜視図である。導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂを有し、光入射側端面２ａから内部に入射した光を導光して光出射側端面２ｂから出射する光学素子であり、本実施形態では、ガラス製の中実（中身が詰まった）ロッドで構成されている。本実施形態では、導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが同じ大きさの四角形（例えば正方形）である四角柱の形状であるが、この形状に限定されるわけではない。
　図２Ｂは、導光部材２の他の構成例を示す斜視図である。また、図２Ｃは、導光部材２のさらに他の構成例を示す斜視図である。これらの図に示すように、導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが同じ大きさの三角形（例えば正三角形）である三角柱の形状や、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが同じ大きさの六角形（例えば正六角形）である六角柱の形状などであってもよい。つまり、導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが同じ大きさの多角形である多角柱の形状であってもよい。
　また、図２Ｄは、導光部材２のさらに他の構成例を示す斜視図である。同図に示すように、導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが異なる大きさの四角形である四角錐台の形状であってもよい。その他、図示はしないが、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが異なる大きさの三角形である三角錐台の形状、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが異なる大きさの六角形である六角錐台の形状であってもよい。つまり、導光部材２は、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂが異なる大きさの多角形である多角錐台の形状であってもよい。
　導光部材２が上記した多角柱または多角錐台形状であることにより、導光部材２の内部に光入射側端面２ａを介して入射した光は、光入射側端面２ａに対する入射角度に応じた回数だけ、導光部材２の側面２ｃ（導光部材２における空気との界面）で全反射して導光され、光出射側端面２ｂから出射される。なお、側面２ｃは、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂを連結する面であり、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂを構成する多角形の頂点（または辺）の数だけ設けられる。
　なお、例えば、光入射側端面２ａの中心（光入射側端面２ａと対物光学系３の光軸との交点）に垂直またはそれに近い角度で入射する光については、導光部材２の内部に光入射側端面２ａを介して入射した後、側面２ｃで全反射されずに導光されて光出射側端面２ｂから出射される。したがって、上記の「入射角度に応じた回数」には、０回も含まれる。
　なお、導光部材２は、例えば断面が多角形の中空のパイプ（ライトパイプ）で構成されてもよい。この場合、パイプの内面に金属からなる反射膜を形成することにより、導光部材２に入射した光をその内面（反射膜）で反射させて導光することができる。また、導光部材２を構成する材料は、ガラスには限定されず、アクリルなどの透明樹脂であってもよい。
　（対物光学系）
　対物光学系３は、被測定光源ＬＳの像を、導光部材２の光入射側端面２ａに縮小形成する光学系である。この対物光学系３は、被測定光源ＬＳ側に位置する前側レンズ系３１と、導光部材２側に位置する後側レンズ系３２と、被測定光源ＬＳの１点から出射される光の広がり角を規制する絞りＡＰ１（測定角規制絞り）と、被測定光源ＬＳの測定範囲を規制する絞りＡＰ２（測定範囲規制絞り、視野絞り）とを有して構成されている。
　対物レンズ系３の配置により、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0と導光部材２の光入射側端面２ａとは、共役な関係となっている。すなわち、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0上のある点から出射された光は、導光部材２の光入射側端面２ａのある点に集光する。本実施形態では、前側レンズ系３１は、２枚のレンズで構成されており、後側レンズ系３２は、３枚のレンズで構成されているが、上記の共役な関係を実現できる構成であればよく、前側レンズ系３１および後側レンズ系３２のレンズの枚数は特に限定されない。
　絞りＡＰ１は、前側レンズ系３１の後側焦点位置に配置されている。絞りＡＰ１（開口部）の面内の各点は、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0での光の出射角度に対応している。絞りＡＰ１の配置により、被測定面ＬＳ0から出射される光の測定角度（出射角度）を過不足なく適切に規制し、測定したい角度範囲の光だけを測定することが可能となる。なお、本実施形態では、絞りＡＰ１の開口部の形状は円形であるが、矩形であってもよいし、他の形状であってもよい。
　絞りＡＰ２は、導光部材２の光入射側端面２ａの直前に配置されている。絞りＡＰ２（開口部）の面内の各点は、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0上の各点に対応している。絞りＡＰ２の配置により、被測定光源ＬＳの測定範囲（測定領域）を過不足なく適切に規制し、測定したい範囲の光だけを測定することが可能となる。
　図３は、図２Ａの導光部材２の光入射側端面２ａを絞りＡＰ２側から見たときの状態を模式的に示している。本実施形態では、絞りＡＰ２の開口部ＡＰ２ａは、円形であり、その直径は、導光部材２の光入射側端面２ａの内接円の直径よりも若干小さく設定されている。なお、絞りＡＰ２の開口部ＡＰ２ａは、矩形であってもよいし、他の形状であってもよい。また、絞りＡＰ２の配置を省略することも可能である。この場合、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の測定範囲は、導光部材２の光入射側端面２ａの形状と相似になる。
　（リレー光学系）
　リレー光学系４は、導光部材２の光出射側端面２ｂと受光部５の受光面５ａとが共役となるように、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光を受光部５に導く光学系である。つまり、リレー光学系４の配置により、導光部材２の光出射側端面２ｂ上のある点から出射された光は、受光部５の受光面５ａのある点に集光し、導光部材２の光出射側端面２ｂの像が、受光部５の受光面５ａに拡大結像される。本実施形態では、リレー光学系４は、４枚のレンズで構成されているが、上記の共役関係を実現できる構成であればよく、リレー光学系４のレンズの枚数は特に限定されない。
　（受光部）
　受光部５は、被測定光源ＬＳから対物光学系３を介して導光部材２に入射し、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光を受光する。この受光部５は、特性の異なる複数のセンサ５１で構成されている。本実施形態では、受光部５の複数のセンサ５１は、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する測定感度を有している。以下、受光部５の構成についてより詳細に説明する。
　図４は、受光部５の構成を示す平面図であり、図５は、受光部５の構成を示す断面図である。受光部５は、４つのセンサ５１（５１ａ～５１ｄ）を有している。各センサ５１は、受光素子５２と、光学フィルタ５３とで構成されている。各受光素子５２は、例えばシリコンフォトダイオードで構成されており、光の受光量に応じた電気信号が後段の電気回路（図示せず）に出力される。各受光素子５２の受光面５ａは、正方形または長方形であり、１つの四角形の四隅にそれぞれ位置している。このことから、受光部５の複数のセンサ５１は、１つの四角形の四隅にそれぞれ位置する四角形の受光面５ａを有していると言うことができる。なお、各受光面５ａは、四角形以外の多角形（例えば三角形）であってもよいし、円形であってもよい。
　各センサ５１の光学フィルタ５３は、所定の波長域の光を透過させる光学特性を有しており、受光素子５２よりも大きいサイズで形成されて、受光素子５２の光入射側に配置されている。本実施形態では、４つのセンサ５１のうち、３つのセンサ５１（例えばセンサ５１ａ～５１ｃ）の光学フィルタ５３は、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する波長域の光を透過させる光学フィルタ５３Ｘ、５３Ｙ、５３Ｚで構成されている。これにより、上記３つのセンサ５１は、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する測定感度を有することになる。上記３つのセンサ５１の光学フィルタ５３Ｘ、５３Ｙ、５３Ｚをそれぞれ透過した光は、対応する受光素子５２で受光される。各受光素子５２から出力される電気信号を電気回路で処理することにより、色や輝度を測定することができる。
　つまり、受光部５の複数のセンサ５１が、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する測定感度を有していることにより、各センサ５１（各受光素子５２）から出力される電気信号（ＸＹＺの３刺激値に対応）に基づいて、電気回路にて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の比率を求めたり、輝度（例えば（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３）を求めることが可能となる。これにより、色や輝度を求める色彩輝度計（測色計）を実現することが可能となる。
　また、上記４つのセンサ５１のうちで残りのセンサ５１（例えばセンサ５１ｄ）の光学フィルタ５３は、等色関数Ｙに対応する波長域の光を透過させる光学フィルタ５３Ｙで構成されている。上記光学フィルタ５３Ｙを透過した光を受光する受光素子５２は、例えばフリッカ検出用の電気回路と接続されている。これにより、上記受光素子５２から出力される電気信号に基づき、フリッカを検出することが可能となる。
　なお、２つの光学フィルタ５３Ｙのうちの一方を、例えば赤外線を透過させる光学フィルタで構成してもよい。この場合、４種類の光学フィルタ５３が配置されるため、４種類の光学特性を同時に測定することが可能となる。
　本実施形態では、４つの光学フィルタ５３のうち、３つの光学フィルタ５３Ｘ、５３Ｙ、５３Ｚの光学特性が互いに異なっているが、少なくとも２つの光学フィルタ５３の特性が互いに異なっていればよい（複数の光学フィルタ５３の全てが同じ特性となっていなければよい）。受光部５の複数のセンサ５１が、それぞれ、受光面５ａが正方形または長方形である受光素子５２と、受光素子５２の光入射側に配置される光学フィルタ５３とを含み、光学フィルタ５３の少なくとも２つの特性が互いに異なっていることで、図４のように、複数の特性のセンサ５１を簡易にまとめて配置することが可能となる。
　各センサ５１は、受光素子５２よりも光入射側に光学フィルタ５３が位置し、かつ、受光素子５２および光学フィルタ５３が間隙を介して配置されるように、保持部材５４の凹部５４ａに収容されて保持される。凹部５４ａは、光学フィルタ５３の配置側から受光素子５２の配置側に向かって開口径が段階的に狭くなる階段状の形状であり、これによって、光学フィルタ５３および受光素子５２を上記の位置関係となるように凹部５４ａ内に収容することができる。
　上記の保持部材５４は、隣り合って位置するセンサ５１を区切る遮光壁を兼ねている。つまり、隣り合う２つのセンサ５１の間に保持部材５４が遮光壁として存在するため、隣り合う一方のセンサ５１の光学フィルタ５３を通過した光が、隣り合う他方のセンサ５１の受光素子５２に入射することが防止され、測定誤差を低減することが可能となる。
　また、本実施形態のように、複数のセンサ５１（光学フィルタ５３および受光素子５２）を並べて保持部材５４で保持する構成では、複数のセンサ５１の配置領域が広がる。しかし、リレー光学系４により、導光部材２の光出射側端面２ｂの像が受光面５ａに拡大結像されるため、複数のセンサ５１を保持部材５４で保持する構成であっても、各センサ５１に対して十分な広さの照明範囲を確保することが可能となる。
　また、図４に示すように、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光が受光部５を照射するときの照射範囲Ｒは、受光部５の複数のセンサ５１の各受光範囲、つまり、各受光素子５２の受光面５ａを全て包含している。これにより、光学系の組み立て時の誤差（各部品の位置や傾きのズレ）や、環境変化（温度変化、湿度変化、振動、衝撃等）による光学系の変化等によって、各受光面５ａに対して照射範囲Ｒ（導光部材２の光出射側端面２ｂの像の結像範囲）の位置がずれても、受光量（測定値）の変化が小さくなるため、安定した測定が可能となる。
　特に、本実施形態では、導光部材２の光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂは、四角形であり（図２Ａ参照）、受光部５の複数のセンサ５１は、１つの四角形の四隅にそれぞれ位置する四角形の受光面５ａを有している。これにより、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光を、受光部５の必要な範囲（各受光面５ａ）に効率良く導くことができる。したがって、光の利用効率が上がるため（照明光の大部分を受光できるため）、Ｓ／Ｎ（Signal-to-Noise）比の高い測定が可能となる。
　また、上記した光学フィルタ５３としては、ガラス基板に干渉膜を形成した干渉膜フィルタを用いることが可能である。干渉膜フィルタを用いた場合、干渉膜に対する光線の入射角によって分光透過率が変化するが、本実施形態では、リレー光学系４により、導光部材２の光出射側端面２ｂの像が受光面５ａに拡大結像されることで、各センサ５１への光線の入射角が小さくなる。これにより、干渉膜フィルタにおける光線入射角による分光透過率の変化を低減することができる。
　なお、光学フィルタ５３として、特定の波長域の光を吸収する色ガラスフィルタ、広い波長域の光を減光させるＮＤ（Neutral Density）フィルタ、直線偏光板、波長板等を用いることも可能である。また、１つの受光素子５２の光入射側に、複数の光学フィルタ５３を配置してもよい。
　なお、光学フィルタ５３は、全て同じフィルタで構成されてもよい。ただし、この場合、複数のセンサ５１で特性を異ならせるために、受光素子５２として異なるセンサを用いる必要がある。例えば、可視光用のシリコンフォトダイオードと、赤外光用のＩｎＧａＡｓフォトダイオードとを組み合わせて用いたり、高感度測定が可能な受光素子と、高速測定が可能な受光素子とを組み合わせて用いることにより、同じ光学フィルタ５３を用いながら多様な光学特性を同時に測定することが可能となる。
　なお、受光部５を構成するセンサ５１の数は、本実施形態の４個には限定されない。例えば、センサ５１を９個用いて３行３列で配置したり、１６個用いて４行４列で配置するなど、より多くのセンサ５１を用いて適切に配置することにより、より多くの光学特性を同時に測定することも可能である。
　（導光部材による測定感度の位置ムラおよび角度ムラの低減効果について）
　次に、本実施形態の導光部材２を用いることにより、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減できる効果について説明する。
　本実施形態のように、多角柱または多角錐台の形状の導光部材２を用いた構成では、上述したように、被測定光源ＬＳから出射されて導光部材２の内部に入射した光は、光入射側端面２ａでの入射角度に応じた回数だけ、導光部材２の側面２ｃで全反射を繰り返し、光出射側端面２ｂから出射される。この構成では、光出射側端面２ｂのある１点を考えると、上記１点が、導光部材２の光入射側端面２ａの様々な点からの光で照明されていることになる。また、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0と導光部材２の光入射側端面２ａとが対物光学系３によって共役であり、導光部材２の光出射側端面２ｂと受光部５の受光面５ａとがリレー光学系４によって共役であることから、結局、被測定光源ＬＳの様々な点からの光が、導光部材２を介して受光部５の各センサ５１を照明することになる。すなわち、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の発光強度（輝度）に位置ムラがあっても、各センサ５１は、被測定面ＬＳ0の様々な位置の光が導光部材２によって混合された光を受光することで、被測定面ＬＳ0における位置ムラの影響を受けにくくなる。これにより、各センサ５１において、測定感度の位置ムラを低減することができ、安定した測定が可能となる。
　また、多角柱または多角錐台の形状の導光部材２を用いた構成では、被測定光源ＬＳから出射される光の出射角度に応じて、導光部材２の光入射側端面２ａに入射する角度が変わる。光入射側端面２ａを介して導光部材２の内部に入射した光は、その角度に応じた回数だけ、導光部材２の側面２ｃで全反射を繰り返し、光出射側端面２ｂの様々な位置（導光部材２への入射角度に応じた位置）に到達することになる。したがって、上記と同様に光出射側端面２ｂのある１点を考えると、上記１点は様々な角度の光で照明されていることになる。被測定光源ＬＳからの光の出射角度は、導光部材２の光入射側端面２ａにおける光の入射角度と対応しており、導光部材２の光出射側端面２ｂと受光部５の受光面５ａとが共役であることから、結局、被測定光源ＬＳから様々な角度で出射された光が、導光部材２を介して受光部５の各センサ５１を照明することになる。すなわち、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の発光強度（輝度）に角度ムラがあっても、各センサ５１は、被測定面ＬＳ0から出射された様々な角度の光が導光部材２によって混合された光を受光することで、被測定面ＬＳ0における角度ムラの影響を受けにくくなる。これにより、各センサ５１において、測定感度の角度ムラを低減することができ、安定した測定が可能となる。
　しかも、導光部材２は、単純な多角柱または多角錐台の形状であるため（図２Ａ～図２Ｄ参照）、複数本のファイバーをランダムに編み込んで導光する従来の導光体に比べて、構成が簡単であり、安価である。したがって、安価な導光部材２を用いた簡単な構成で、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減する効果を得ることができる。特に、本実施形態では、上述したように、特性の異なる複数のセンサ５１を受光部５が有していることにより、色や輝度を測定することができるため、そのような色や輝度の測定を行う色彩輝度計において上述の効果を得ることができる。
　また、図６は、導光部材２の内部で導光される光線の光路を模式的に示す説明図である。対物光学系３（図１参照）によって、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の像を、導光部材２の光入射側端面２ａに縮小結像させることにより、細い導光部材２（光入射側端面２ａの内接円の直径Ｄ1および光出射側端面２ｂの内接円の直径Ｄ2が小さい導光部材）を用いることが可能となり、かつ、被測定光源ＬＳから出射される光の出射角度よりも、導光部材２の光入射側端面２ａにおける光の入射角度θが大きくなる（したがって、導光部材２の内部での屈折角θPも大きくなる）。図６より、光入射側端面２ａにおける光の入射角度θが大きいほど（屈折角θPが大きいほど）、または、直径Ｄ1およびＤ2が小さいほど、導光部材２の内部に入射した光の側面２ｃでの反射回数は増加することがわかる。
　本実施形態では、Ｄ1＝Ｄ2であり、被測定光源ＬＳから出射されて導光部材２の光入射側端面２ａに入射する光線のうち、光軸ＡＸとのなす角度θが最大となる光線ＬＴが、導光部材２の側面２ｃで反射する、おおよその回数は、
　　　（ＬｔａｎθP）／Ｄ1、または（ＬｔａｎθP）／Ｄ2
で表される。ただし、ｎPを導光部材２の屈折率としたとき、屈折角θPは、ｎPｓｉｎθP＝ｓｉｎθを満足する角度である。また、上記の光軸ＡＸは、導光部材２の光入射側端面２ａの内接円の中心と、光出射側端面２ｂの内接円の中心とを結ぶ軸であって、対物光学系３およびリレー光学系４の光軸と同軸とする。
　前述のように、本実施形態の構成では、導光部材２の光出射側端面２ａのある１点を考えたときに、上記１点は、被測定光源ＬＳから出射された様々な角度の光で照明されていることになり、被測定光源ＬＳの角度ムラの影響を低減することができる。導光部材２の内部で光線が反射されると、光線の角度が反転するため、光線の反射回数が増えると、より様々な角度の光で上記の１点が照明されることになる。このため、より効果的に、被測定光源ＬＳの角度ムラの影響を低減して、測定感度の角度ムラを低減することができ、より安定した測定が可能となる。
　また、導光部材２での反射回数を一定としたとき、屈折角θPが大きく、Ｄ1またはＤ2が小さいほど、導光部材２の光軸ＡＸ方向の長さＬを小さくすることができる。この場合、測光装置１の小型化が可能となる。
　（多角錐台の導光部材を用いたときの反射回数について）
　図７は、導光部材２として、図２Ｄで示した多角錐台形状の導光部材２を用いたときの、導光部材２の内部で導光される光線の光路を展開して示した説明図である。上記の導光部材２では、光入射側端面２ａおよび光出射側端面２ｂの形状は正方形であるが、光出射側端面２ｂの面積が光入射側端面２ａの面積よりも大きい。このような多角錐台の導光部材２を用いた場合、導光部材２の光出射側端面２ｂの直後に受光部５を配置しても（リレー光学系４を介在させなくても）、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光を受光部５全体に導くことができる。このように、導光部材２の光出射側端面２ｂの直後に受光部５を配置して、リレー光学系４の配置を省略することにより、安価な測光装置１を実現することが可能となる。
　ここで、多角錐台の形状の導光部材２を用いたときに内部で導光される光の反射回数については、以下のように考えることができる。すなわち、多角錐台形状の導光部材２を用いた場合、被測定光源ＬＳから出射されて導光部材２の光入射側端面２ａに入射する光線のうち、光軸ＡＸとのなす角度θが最大となる光線ＬＴが、導光部材２の側面２ｃで反射する、おおよその回数は、α／βで表される。ただし、図７において、αは、点Ａと点Ｏとを結ぶ直線と、光軸ＡＸとのなす角度（°）であり、βは、光軸ＡＸを含む断面における導光部材２の側面２ｃと光軸ＡＸとのなす角度の２倍の角度（°）である。ここで、点Ｏは、光軸ＡＸを含む断面において、導光部材２の側面２ｃを延長したときに光軸ＡＸと交わる点を指し、点Ａは、光線ＬＴが導光部材２の光入射側端面２ａで屈折した後の光線（光軸ＡＸとなす角はθP）を延長した直線（破線ＬＰ）と、中心が点Ｏで半径Ｌ0の円とが交わる点である。具体的には、αおよびβは、以下の関係式を満足する角度となる。すなわち、
　Ｌ0ｓｉｎα＝｛Ｌ－Ｌ0（１－ｃｏｓα）｝ｔａｎθP
　ｔａｎ（β／２）＝（Ｄ2－Ｄ1）／２Ｌ
　Ｌ0＝Ｄ2Ｌ／（Ｄ2－Ｄ1）
　ｎPｓｉｎθP＝ｓｉｎθ
であり、
　Ｌ ：導光部材２の光軸ＡＸ方向の長さ（ｍｍ）
　θ ：導光部材２の光入射側端面２ａの中心に入射する光線と光入射側端面２ａの法線とのなす角度の最大値（°）
　Ｄ1：導光部材２の光入射側端面２ａの内接円の直径（ｍｍ）
　Ｄ2：導光部材２の光出射側端面２ｂの内接円の直径（ｍｍ）
　ｎP：導光部材２の屈折率
である。
　α／β＞１であれば、つまり、光線ＬＴの導光部材２の側面２ｃでの反射回数が少なくとも１回あれば、光線ＬＴを側面２ｃで反射させることで、被測定面ＬＳ0の様々な位置から出射される光、および被測定面ＬＳ0から様々な角度で出射される光を導光部材２で混合することができる。したがって、被測定光源ＬＳの位置ムラおよび角度ムラの影響を低減して、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを低減することができる。特に、α／β＞２であることが、光線ＬＴを側面２ｃで複数回反射させて、被測定光源ＬＳの位置ムラおよび角度ムラの影響を確実に低減し、測定感度の位置ムラおよび角度ムラを確実に低減できるため、望ましい。なお、本実施形態の効果をさらに確実に得る観点では、後述する実施例の結果より、α／β＞４であることがより望ましく、α／β＞７であることがより一層望ましく、α／β＞１０であることがさらに望ましい。
　なお、α≪１、β≪１の場合、
　α≒（Ｌ／Ｌ0）ｔａｎθP＝｛（Ｄ2－Ｄ1）／Ｄ2｝／ｔａｎθP
　β≒（Ｄ2－Ｄ1）／Ｌ
となり、
　α／β≒（ＬｔａｎθP）／Ｄ2
となる。つまり、この場合、α／βは、上述したＤ1＝Ｄ2の場合の、おおよその反射回数と一致する。
　（導光部材の他の形状と受光部との関係）
　図８は、図２Ｂで示した三角柱状の導光部材２を用いたときに、その光入射側端面２ａを絞りＡＰ２側から見たときの状態を模式的に示している。同図のように、三角柱状の導光部材２を用いた場合でも、絞りＡＰ２の円形の開口部ＡＰ２ａの大きさは、導光部材２の光入射側端面２ａの内接円よりも若干小さく設定されればよい。
　図９は、図２Ｂの導光部材２を用いた場合の受光部５の平面形状を模式的に示している。受光部５は、平面視で円形の３つのセンサ５１（５１ａ～５１ｃ）で構成され、各センサ５１が、１つの正三角形の各頂点に対応して位置するように配置されていてもよい。導光部材２の光出射側端面２ｂの形状が正三角形であるため、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光が受光部５を照射するときの照射範囲Ｒも、受光部５の３つのセンサ５１の各受光範囲を全て包含する正三角形状となる。
　図１０は、図２Ｃで示した六角柱状の導光部材２を用いたときに、その光入射側端面２ａを絞りＡＰ２側から見たときの状態を模式的に示している。同図のように、六角柱状の導光部材２を用いた場合でも、絞りＡＰ２の円形の開口部ＡＰ２ａの大きさは、導光部材２の光入射側端面２ａの内接円よりも若干小さく設定されればよい。
　図１１は、図２Ｃの導光部材２を用いた場合の受光部５の平面形状を模式的に示している。受光部５は、平面視で正方形または長方形の７つのセンサ５１（５１ａ～５１ｇ）で構成され、各センサ５１が、１つの正六角形の各頂点および中心に対応して位置するように配置されていてもよい。導光部材２の光出射側端面２ｂの形状が正六角形であるため、導光部材２の光出射側端面２ｂから出射される光が受光部５を照射するときの照射範囲Ｒも、受光部５の７つのセンサ５１の各受光範囲を全て包含する正六角形状となる。
　（実施例）
　次に、本発明の具体的な実施例について、実施例１～９として説明する。また、各実施例との比較のため、比較例についても併せて説明する。
　図１２～図１９は、それぞれ実施例２～９の測光装置１の概略の構成を模式的に示している。また、図２０は、比較例１の測光装置１’の概略の構成を模式的に示している。なお、実施例１の測光装置１の構成は、図１で示した通りである。なお、図１、図１２～図２０では、便宜的に、各測光装置のスケールを調整して図示している（スケールは同一ではない）。
　実施例２の測光装置１は、実施例１の測光装置１に比べて、射出瞳の位置が被測定光源ＬＳ側にずれており、それ以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。ここで、射出瞳の位置とは、絞りＡＰ１によって形成される像の位置を指す。
　実施例３の測光装置１は、実施例２の測光装置１に比べて、射出瞳の位置が被測定光源ＬＳ側にずれており、それ以外は、実施例２の測光装置１と同様の構成である。実施例４の測光装置１は、実施例１の測光装置１に比べて、射出瞳の位置が受光部５側にずれており、それ以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　実施例５の測光装置１は、実施例１の測光装置１に比べて、導光部材２の光軸方向の長さを増大させ、導光部材２の内部に入射する光線の側面２ｃでの反射回数（α／β）を増大させた以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　実施例６の測光装置１は、実施例１の測光装置１の四角柱状の導光部材２を、四角錐台の導光部材２（図２Ｄ参照）に置き換え、リレー光学系４を配置せずに、導光部材２の光出射側端面２ｂの直後に受光部５を配置した以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　実施例７の測光装置１は、実施例１の測光装置１の四角柱状の導光部材２を、三角柱状の導光部材２（図２Ｂ参照）に置き換え、４つの四角形状のセンサ５１を有する受光部５の代わりに、３つの円形のセンサ５１を有する受光部５（図９参照）を用いた以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。実施例８の測光装置１は、実施例１の測光装置１の四角柱状の導光部材２を、六角柱状の導光部材２（図２Ｃ参照）に置き換え、４つの四角形状のセンサ５１を有する受光部５の代わりに、７つの四角形状のセンサ５１を有する受光部５（図１１参照）を用いた以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　実施例９の測光装置１は、実施例１の測光装置１に比べて、導光部材２の光軸方向の長さを短くし、導光部材２の内部に入射する光線の側面２ｃでの反射回数（α／β）を減少させた以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　比較例１の測光装置１’は、実施例１の測光装置１において、導光部材２の配置を省略した以外は、実施例１の測光装置１と同様の構成である。
　表１は、実施例１～９および比較例１における各パラメータを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（評価）
　各実施例１～９、比較例１の構成による効果を確認するために、受光部５の少なくとも１つのセンサ５１での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした。測定感度の空間分布および角度分布のシミュレーションは、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0が、一様な完全拡散面光源とした場合に、被測定面ＬＳ0の各位置から出射される光がどの程度受光素子に到達するか、および被測定面ＬＳ0から各方向に出射される光がどの程度受光素子に到達するかを、光学ソフトウェアを用いてシミュレーションしたものである。例えば図２１は、１つのセンサ５１での測定感度の空間分布および角度分布のシミュレーション結果の一例を模式的に示している。これらの分布において、白色部は、相対的に測定感度が高く、黒色部は、相対的に測定感度が低いことを表している。
　また、図２２は、被測定光源ＬＳ（被測定面ＬＳ0）の座標系を模式的に示している。図２１で示した測定感度の空間分布の水平方向（ｘ方向）の位置および垂直方向（ｙ方向）の位置は、被測定面ＬＳ0内の水平方向（Ｘ方向）の位置および垂直方向（Ｙ方向）の位置とそれぞれ対応している。また、測定感度の角度分布の水平方向の角度（θｘ）および垂直方向の角度（θｙ）は、被測定面ＬＳ0の法線（Ｚ方向）に対する出射光線の水平方向（Ｘ方向）の角度（θＸ）および垂直方向（Ｙ方向）の角度（θＹ）とそれぞれ対応している。
　図２３～図２６は、比較例１の４つのセンサ５１（ここでは、センサＡ’、センサＢ’、センサＣ’、センサＤ’と称する）での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示している。なお、上記センサＡ’、センサＢ’、センサＣ’、センサＤ’は、図４のセンサ５１ａ、センサ５１ｂ、センサ５１ｃ、センサ５１ｄにそれぞれ対応している。これらの図より、比較例１では、センサＡ’～Ｄ ’の間で測定感度の空間分布が非常に不均一であることがわかる。
　これに対して、図２７～図３０は、実施例１の受光部５の４つのセンサ５１（ここでは、センサＡ、センサＢ、センサＣ、センサＤと称する）での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示している。なお、上記のセンサＡ、センサＢ、センサＣ、センサＤは、図４のセンサ５１ａ、センサ５１ｂ、センサ５１ｃ、センサ５１ｄにそれぞれ対応している。これらの図より、センサＡ～Ｄの間で、測定感度の空間分布として同じような分布が得られており、また、測定感度の角度分布についても同じような分布が得られていることがわかる。したがって、実施例１では、複数のセンサ間で、測定感度の空間分布および角度分布を同時に均一にできることがわかる。
　また、図３１～図３８は、実施例２～９の受光部５を構成する複数のセンサ５１の中の任意のセンサ（ここではセンサＡとする）での測定感度の空間分布および角度分布をシミュレーションした結果を示している。なお、上記のセンサＡは、図４のセンサ５１ａ（実施例２～６、９）、図９のセンサ５１ａ（実施例７）、または図１１のセンサ５１ａ（実施例８）に対応している。実施例２～９についても、実施例１と同様に、測定感度の空間分布は、測定範囲内でほぼ均一となっている。導光部材２の配置により、実施例１～９の各センサ５１は、測定感度分布の重みで平均化された光量を受光することになるため、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の発光強度（輝度）に位置ムラがあっても、受光部５では、上記位置ムラの影響を低減して安定した測定を行うことが可能となる。
　また、実施例１～９において、測定感度の角度分布に関しては、実施例により程度の差はあるが、どの実施例においても、測定範囲内の広い範囲に感度分布を持っている。導光部材２の配置により、実施例１～９の各センサ５１は、測定感度分布の重みで平均化された光量を受光することになるため、被測定光源ＬＳの被測定面ＬＳ0の発光強度（輝度）に角度ムラがあっても、受光部５では上記角度ムラの影響を低減して安定した測定を行うことが可能となる。
　以上で示した各実施例１～９のシミュレーション結果から分かるように、測定感度の空間分布および角度分布は、導光部材２の長さＬおよび射出瞳位置によって変化する。したがって、導光部材２の長さＬや射出瞳位置を調整することにより、所望の測定感度の均一性をもつ測光装置１を設計することが可能となる。
　〔その他〕
　以上で説明した本実施形態の測光装置は、以下のように表現されてもよい。
　本実施形態の測光装置は、光入射側端面および光出射側端面が多角形状である、多角柱または多角錐台の導光部材と、被測定光源の像を、前記導光部材の前記光入射側端面に形成する対物光学系と、前記被測定光源から前記対物光学系を介して前記導光部材に入射し、前記導光部材の前記光出射側端面から出射される光を受光する受光部とを備え、前記受光部は、特性の異なる複数のセンサを有して、前記導光部材の前記光出射側端面の直後に配置され、または、前記導光部材の前記光出射側端面と前記受光部の受光面とが共役となるように、前記導光部材の前記光出射側端面との間にリレー光学系を介して配置されている。
　上記の測光装置において、前記対物光学系は、前記被測定光源側に位置する前側レンズ系と、前記導光部材側に位置する後側レンズ系と、前記被測定光源の１点から出射される光の広がり角を規制する絞りとを含み、前記絞りは、前記前側レンズ系の後側焦点位置に配置されていてもよい。
　上記の測光装置は、
　α／β＞２
を満足していることが望ましい。ただし、
　Ｌ0ｓｉｎα＝｛Ｌ－Ｌ0（１－ｃｏｓα）｝ｔａｎθP
　ｔａｎ（β／２）＝（Ｄ2－Ｄ1）／２Ｌ
　Ｌ0＝Ｄ2Ｌ／（Ｄ2－Ｄ1）
　ｎPｓｉｎθP＝ｓｉｎθ
であり、
　Ｌ ：前記導光部材の光軸方向の長さ（ｍｍ）
　θ ：前記導光部材の光入射側端面の中心に入射する光線と前記光入射側端面の法線とのなす角度の最大値（°）
　Ｄ1：前記導光部材の光入射側端面の内接円の直径（ｍｍ）
　Ｄ2：前記導光部材の光出射側端面の内接円の直径（ｍｍ）
　ｎP：前記導光部材の屈折率
であり、Ｄ1＝Ｄ2の場合、
　α／β＝Ｌｔａｎθp／Ｄ2＞２
である。
　上記の測光装置において、前記受光部の前記複数のセンサは、それぞれ、受光面が正方形または長方形である受光素子と、前記受光素子の光入射側に配置される光学フィルタとを含み、前記光学フィルタの少なくとも２つは、特性が互いに異なっていてもよい。
　上記の測光装置において、前記導光部材の前記光出射側端面から出射される光が前記受光部を照射するときの照射範囲は、前記受光部の前記複数のセンサの各受光範囲を全て包含してもよい。
　上記の測光装置において、前記受光部の前記複数のセンサは、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する測定感度を有していてもよい。
　上記の測光装置において、前記導光部材の前記光入射側端面および前記光出射側端面は、四角形であり、前記受光部の複数のセンサは、１つの四角形の四隅にそれぞれ位置する四角形の受光面を有していてもよい。
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
　本発明は、例えば色彩輝度計に利用可能である。
　　　１　　　測光装置
　　　２　　　導光部材
　　　２ａ　　光入射側端面
　　　２ｂ　　光出射側端面
　　　２ｃ　　側面
　　　３　　　対物光学系
　　　４　　　リレー光学系
　　　５　　　受光部
　　　５ａ　　受光面
　　３１　　　前側レンズ系
　　３２　　　後側レンズ系
　　５１　　　センサ
　　５２　　　受光素子
　　５３　　　光学フィルタ
　　ＡＰ１　　絞り
　　ＬＳ　　　被測定光源

Claims (7)

  1. 　光入射側端面および光出射側端面が多角形状である、多角柱または多角錐台の導光部材と、
    　被測定光源の像を、前記導光部材の前記光入射側端面に形成する対物光学系と、
    　前記被測定光源から前記対物光学系を介して前記導光部材に入射し、前記導光部材の前記光出射側端面から出射される光を受光する受光部とを備え、
    　前記受光部は、特性の異なる複数のセンサを有して、前記導光部材の前記光出射側端面の直後に配置され、または、前記導光部材の前記光出射側端面と前記受光部の受光面とが共役となるように、前記導光部材の前記光出射側端面との間にリレー光学系を介して配置されている、測光装置。
  2. 　前記対物光学系は、前記被測定光源側に位置する前側レンズ系と、前記導光部材側に位置する後側レンズ系と、前記被測定光源の１点から出射される光の広がり角を規制する絞りとを含み、
    　前記絞りは、前記前側レンズ系の後側焦点位置に配置されている、請求項１に記載の測光装置。
  3. 　α／β＞２
    を満足する、請求項１または２に記載の測光装置；
    　ただし、
    　Ｌ0ｓｉｎα＝｛Ｌ－Ｌ0（１－ｃｏｓα）｝ｔａｎθP
    　ｔａｎ（β／２）＝（Ｄ2－Ｄ1）／２Ｌ
    　Ｌ0＝Ｄ2Ｌ／（Ｄ2－Ｄ1）
    　ｎPｓｉｎθP＝ｓｉｎθ
    であり、
    　Ｌ ：前記導光部材の光軸方向の長さ（ｍｍ）
    　θ ：前記導光部材の光入射側端面の中心に入射する光線と前記光入射側端面の法線とのなす角度の最大値（°）
    　Ｄ1：前記導光部材の光入射側端面の内接円の直径（ｍｍ）
    　Ｄ2：前記導光部材の光出射側端面の内接円の直径（ｍｍ）
    　ｎP：前記導光部材の屈折率
    であり、Ｄ1＝Ｄ2の場合、
    　α／β＝Ｌｔａｎθp／Ｄ2＞２
    である。
  4. 　前記受光部の前記複数のセンサは、それぞれ、受光面が正方形または長方形である受光素子と、前記受光素子の光入射側に配置される光学フィルタとを含み、
    　前記光学フィルタの少なくとも２つは、特性が互いに異なる、請求項１から３のいずれかに記載の測光装置。
  5. 　前記導光部材の前記光出射側端面から出射される光が前記受光部を照射するときの照射範囲は、前記受光部の前記複数のセンサの各受光範囲を全て包含する、請求項１から４のいずれかに記載の測光装置。
  6. 　前記受光部の前記複数のセンサは、それぞれ、等色関数Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する測定感度を有している、請求項１から５のいずれかに記載の測光装置。
  7. 　前記導光部材の前記光入射側端面および前記光出射側端面は、四角形であり、
    　前記受光部の複数のセンサは、１つの四角形の四隅にそれぞれ位置する四角形の受光面を有している、請求項１から６のいずれかに記載の測光装置。
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