(57)【要約】【課題】光学系の全長を長くすることなく、干渉用フィルタを用いて検出感度を向上させることのできる測定用光学系を提供する。【解決手段】本発明の測定用光学系は、測定対象に対面されて正のパワーを有しかつ測定対象の被測定領域の各点からの光束を集光して平行光束とする第１レンズ５と、第１レンズ５の略後側焦点位置に配設されて各点から第１レンズ５に入射する光束の入射角度を規制する開口絞り６と、開口絞り６の配設位置に前側焦点を有しかつ開口絞り６を通過して入射する光束に基づき被測定領域の像を後側焦点位置に形成する第２レンズ７と、第２レンズ７の後側焦点位置に入射端面を有しかつ入射端面８ａに入射した各光束を３つの光束群に分割する導光体８と、導光体８の出射面に対向して配設された干渉フィルタ１１を介して各光束群を受光する受光手段とを備え、導光体８の入射端面８ａ位置での入射角が開口絞り６位置での入射角よりも小さく設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に対面されて正のパワーを有しかつ前記測定対象の被測定領域の各点からの光束を集光してコリメートする第１レンズと、
前記第１レンズの略後側焦点位置に配設されて前記各点から前記第１レンズに入射する光束の入射角度を規制する開口絞りと、
該開口絞りの略配設位置に前側焦点を有しかつ前記開口絞りを通過して入射する光束に基づき前記被測定領域の像を後側焦点位置に形成する第２レンズと、
該第２レンズの略後側焦点位置に入射端面を有しかつ該入射端面に入射した各光束を３つの光束群に分割する光束分割手段と、
前記光束分割手段の出射面に対向して配設された干渉フィルタを介して前記各光束群を受光する受光手段とを備え、
前記光束分割手段の入射端面位置での光束の入射角が前記開口絞り位置での入射角よりも小さく設定され、前記受光手段からの出力が色特性を測定するのに用いられることを特徴とする測定用光学系。
【請求項２】
前記開口絞り位置での入射角よりも前記光束分割手段の入射端面位置での入射角を小さくするために、前記光束分割手段の入射端面の大きさが前記開口絞りの大きさよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用光学系。
【請求項３】
前記光束分割手段の入射端面に、前記被測定領域の大きさを規定する視野絞りが配設されていることを特徴とする請求項２に記載の測定用光学系。
【請求項４】
前記光束分割手段は、多数本の光ファイバーを束ねた導光体からなり、該多数本の光ファイバーは、前記入射端面において結像した光束の結像位置関係が擬似的にランダムとなるようにして束ねられていることを特徴とする請求項３に記載の測定用光学系。
【請求項５】
前記受光手段は、前記出射端面に対向して配設されかつ該出射端面から出射された光束を集光する正のパワーを有する集光レンズと、該集光レンズにより集光された光を受光する受光部とからなることを特徴とする請求項４に記載の測定用光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の色の特性を測定するのに用いられる測定用光学系に関し、カラーＬＣＤの表示特性（例えば、色度、輝度、色差等）を計測する色彩計に好適な測定用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カラーＬＣＤの表示特性（例えば、色度、輝度、色差等）を計測する色彩計に用いる測定用光学系として、光強度が微弱な場合でも、測定対象の色の特性を正確に測定するために、測定対象の被測定領域からの光束のうち、出射角度が所定値以下の光束のみを集光する正のパワーを有する対物レンズを備え、この対物レンズにより集光された光束を複数本の光ファイバーを束ねて形成された導光体の入射端面に入射させ、この導光体を３分割し、分割された各導光体の出射端面から各光束を出射させ、この各出射端面から出射された各光束をそれぞれ、受光素子により受光して、光の三刺激値（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に関連する光電変換信号に基づき、測定対象の色の特性の計測を行うものが知られている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３１８０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来、この測定用光学系では、光の三刺激値を得るために、Ｒ（赤）、Ｂ（青）、Ｇ（緑）の各波長領域に感度を有する分光感度補正フィルタが各受光素子の前に配設されている。この分光感度補正フィルタには、通常、色ガラスフィルタが用いられる。
【０００４】
しかしながら、この種の色ガラスフィルタは、透過率が低いので、受光素子に入射する受光量が少なくなり、光強度が微弱な場合、色の特性の測定に相当の困難を伴い、検出感度を向上させて、測定対象の色の特性を正確に測定するのには不十分である。
【０００５】
そこで、分光感度補正フィルタとして、透過率の高い干渉フィルタを用いることが考えられるが、干渉フィルタは、この干渉フィルタに入射する光束の入射角が大きいと、光の波長が短い方にシフトするので、正確に色の特性を測定し難いという問題がある。
【０００６】
また、対物レンズの焦点距離を大きく設定すれば、導光体入射端面位置での入射角を小さくすることができ、その入射角が保存されて導光体出射端面に伝播されて出射され、干渉フィルタに対する入射角を小さくすることができるが、このような構成とすると、測定用光学系の全長が長くなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、光学系の全長を長くすることなく、干渉用フィルタを用いて検出感度を向上させることのできる測定用光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、測定対象に対面されて正のパワーを有しかつ前記測定対象の被測定領域の各点からの光束を集光してコリメートする第１レンズと、前記第１レンズの略後側焦点位置に配設されて前記各点から前記第１レンズに入射する光束の入射角度を規制する開口絞りと、該開口絞りの略配設位置に前側焦点を有しかつ前記開口絞りを通過して入射する光束に基づき前記被測定領域の像を後側焦点位置に形成する第２レンズと、該第２レンズの略後側焦点位置に入射端面を有しかつ該入射端面に入射した各光束を３つの光束群に分割する光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面に対向して配設された干渉フィルタを介して前記各光束群を受光する受光手段とを備え、前記光束分割手段の入射端面位置での光束の入射角が前記開口絞り位置での入射角よりも小さく設定され、前記受光手段からの出力が色特性を測定するのに用いられることを特徴とする測定用光学系である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記開口絞り位置での入射角よりも前記光束分割手段の入射端面位置での入射角を小さくするために、前記光束分割手段の入射端面の大きさが前記開口絞りの大きさよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用光学系である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記光束分割手段の入射端面に、前記被測定領域の大きさを規定する視野絞りが配設されていることを特徴とする請求項２に記載の測定用光学系である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記光束分割手段は、多数本の光ファイバーを束ねた導光体からなり、該多数本の光ファイバーは、前記入射端面において結像した光束の結像位置関係が擬似的にランダムとなるようにして束ねられていることを特徴とする請求項３に記載の測定用光学系である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記受光手段は、前記出射端面に対向して配設されかつ該出射端面から出射された光束を集光する正のパワーを有する集光レンズと、該集光レンズにより集光された光を受光する受光部とからなることを特徴とする請求項４に記載の測定用光学系である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし請求項４に記載の発明によれば、光学系の全長を長くすることなく、干渉用フィルタを用いて検出感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明によれば、上記の効果に加えて、受光感度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係わる色彩計の測定用光学系の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明に係わる色彩計の測定用光学系の概略構成を示す説明図であって、この図１において、符号１は液晶盤であり、符号１ａは液晶盤１の表示面、２は測定用光学系である。ここでは、表示面１ａが測定対象であり、この表示面１ａの一部が被測定領域とされている。
【００１７】
測定用光学系２は筒体３と筐体４とから概略構成されている。筒体３の内部には、第1レンズ５、開口絞り６、第2レンズ７が設けられ、筐体４には、例えば導光体８、受光手段９、演算回路１０を含むその他の測定回路、電源回路等、測定スイッチ等の測定に要する機構が設けられている。
【００１８】
筒体３の先端３ａは測定の際に表示面１ａに接触され、第1レンズ５は表示面１ａに測定の際に対面される。筒体３は外光を遮光する役割、第1レンズ５に対する表示面１ａの距離を規定する役割を果たす。
【００１９】
第1レンズ５は正のパワーを有し、その前側焦点位置ｆ１が表示面１ａに位置するようにして配設される。この第1レンズ５は表示面１ａの被測定領域からの光束を集光してコリメートする役割を有する。その図１において、符号Ｐａ１〜Ｐａ３は点ａから第1レンズ５に入射する光束を示し、符号Ｐｂ１〜Ｐｂ３は点ｂから第1レンズ５に入射する光束を示し、符号Ｐｃ１〜Ｐｃ３は点ｃから第1レンズ５に入射する光束を示し、被測定領域の各点ａ、ｂ、ｃからの光束は第1レンズ５により集光されて、それぞれコリメートされて開口絞り６に導かれる。
【００２０】
開口絞り６は第1レンズ５の後側焦点位置ｆ１’に配設されて、各点ａ、ｂ、ｃから第1レンズ５に入射する光束の入射角度を規制する役割を有する。ここでは、この開口絞り６は、主光線Ｐａ２、Ｐｂ２、Ｐｃ２を基準として、プラス・マイナス２．５度を超える角度で被測定領域から第1レンズ５に向かう光束を遮光する役割を果たす。
【００２１】
ここで、主光線Ｐａ２、Ｐｂ２、Ｐｃ２を基準として、プラス・マイナス２．５度を超える角度で被測定領域から第1レンズ５に向かう光束を遮光することにしたのは、色彩計に要請されている国際規格に基づくものである。
【００２２】
第2レンズ７は開口絞り６の配設位置に前側焦点位置ｆ２を有しかつ開口絞り６を通過して入射する光束に基づき被測定領域の像を後側焦点位置ｆ２’に形成する役割を果たし、この第2レンズも第1レンズ５と同様に正のパワーを有する。この第２レンズ７の焦点距離は第1レンズ５の焦点距離よりも短い。
【００２３】
導光体８は多数の光ファイバーを束ねたファイバー束から構成されている。このファイバー束は入射端面８ａの側が一本に束ねられ、出射端面の側が3本のファイバー束に分割されている。この３本のファイバー束に分割された各ファイバー束の出射端面をそれぞれ符号８ｂｒ、８ｂｇ、８ｂｂで示す。その各出射端面８ｂｒ、８ｂｇ、８ｂｂは図２に示すように、例えば、その中心位置Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３を結んだ線分が正三角形を構成するように配置されている。
【００２４】
導光体８の入射端面８ａは第2レンズ７の後側焦点位置ｆ２’に配設され、導光体８は入射端面８ａに入射する像形成光束を３つの光束群に分割する光束分割手段としての役割を果たす。
【００２５】
この多数本の光ファイバーは、図３に模式的に示すように、入射端面８ａ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して束ねられて形成され、これにより、各出射端面８ｂｒ〜８ｂｂから出射されて後述する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て当該各受光素子に入射されるため、像形成光束の光量むらが軽減される。
【００２６】
受光手段９は、干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃと受光素子１２ａ〜１２ｃとから概略構成されている。その各干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃはそれぞれ出射端面８ｂｒ、８ｂｇ、８ｂｂに対向して配設されている。受光素子１２ａ〜１２ｃはその各干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃに対応させて配置されている。
【００２７】
干渉フィルタ１１ａは出射端面８ｂｒから出射された光束のうち赤色（Ｒ）の光を透過させるフィルタ特性を有し、干渉フィルタ１１ｂは出射端面８ｂｇから出射された光束のうち緑色（Ｇ）の光を透過させるフィルタ特性を有し、干渉フィルタ１１ｃは出射端面８ｂｂから出射された光束のうち青色（Ｂ）の光を透過させるフィルタ特性を有する。
【００２８】
受光素子１２ａはその干渉フィルタ１１ａを透過した赤色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、受光素子１２ｂはその干渉フィルタ１１ｂを透過した緑色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、受光素子１２ｃはその干渉フィルタ１１ｃを透過した青色波長域の光に基づき光電変換信号を出力し、各光電変換信号は演算回路１０その他の測定回路に入力され、これらの測定回路により、色度、輝度、色差等の色の特性が測定される。
【００２９】
導光体８の入射端面８ａには、被測定領域の大きさを規定する視野絞り１３が設けられ、これにより、被測定領域からの余分な光が遮光されるようになっている。また、視野絞り１３の大きさ、すなわち、導光体８の入射端面８ａの大きさは、開口絞り６の大きさよりも大きく設定され、これにより、導光体８の入射端面８ａを開口絞り６に配置したときにこの入射端面８ａに入射する各光束の最大入射角α１に対して、導光体８の入射端面８ａを第２レンズ７の後側焦点位置ｆ２’に配置したときにこの入射端面８ａに入射する各光束の最大入射角α２を緩やかにすることができ、その結果、透過率の高い干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃを用いた場合でも、光の波長が短い方にシフトするのを防止でき、正確に色の特性を測定することができる。
【００３０】
また、開口絞り６の位置に入射端面８ａをあえて配置すると、この入射端面８ａに入射する各像形成光束の最大入射角α１が保存されて、出射端面８ｂｒ〜８ｂｂに伝搬されて出射されるため、干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃを用いて測定用光学系を構成した場合には、最大入射角α１を小さくするために第１レンズ５の焦点距離を長くする必要があり、また、それに伴って導光体８の入射端面８ａが大きくなるので、導光体８の長さが必要となり、測定用光学系の全長を長くしなければならないが、この発明の実施の形態では、第１レンズ５と第２レンズ７とを用いて測定用光学系をテレセントリック光学系からなる構成とし、第２レンズ７を介して入射端面８ａに入射する像形成光束の最大入射角α２を最大入射角α１よりも緩やかに構成したので、測定用光学系の全長を長くすることなく、コンパクトに構成できる。
【００３１】
好ましくは、開口絞り６の面積をＳ１、導光体８の入射端面８ａ、すなわち、視野絞り１３の面積をＳ２として、開口絞り６の最大入射角α１のサインと面積Ｓ１との積Ｓ１・sinα１が最大入射角α２のサインと面積Ｓ２との積Ｓ２・sinα２に等しくなるように、第1レンズ５と第２レンズ７とを配設すると共に、第1レンズ５と第2レンズ７とを介して被測定領域と入射端面８ａとが光学的に共役になるように入射端面８ａを第2レンズ７に対して配設するのが望ましい。
【００３２】
以上、この発明の実施の形態では、干渉フィルタ１１ａ〜１１ｃに直接受光素子１２ａ〜１２ｃを対向させて配設する構成としたが、図４に示すように、出射端面８ｂｒ〜８ｂｂと干渉フィルター１１ａ〜１１ｃとの間に、出射端面８ｂｒ〜８ｂｂから出射された光束を集光する正のパワーを有する集光レンズ１４を配置し、受光部の一部を構成する干渉フィルター１１ａ〜１１ｃを透過した光束を受光素子１２ａ〜１２ｃに収束させる構成とすれば、受光感度の向上をより一層図ることができる。
【００３３】
この発明の実施の形態によれば、微弱な光の検出感度が向上するので、被測定領域の黒色の測定感度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の測定用光学系を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す出射端面の位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明に係わる光ファイバー束の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明に係わる測定用光学系の他の例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
５…第１レンズ
６…開口絞り
７…第２レンズ
８…導光体
８ａ…入射端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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