(57)【要約】【課題】  精度が向上した分光測色装置を提供する。【解決手段】  被測定物からの測定光を通過させる入射スリット１１が設けられたスリット体１と、入射スリット１１を通過した測定光を平行光に変換するコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２から出射した測定光を回折し波長毎に異なる角度で反射する反射型回折格子３と、反射型回折格子３で回折された測定光を集光する結像レンズ４と、結像レンズ４で集光された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子５とを備える。入射スリット１１を、撮像素子５に結ばれる像５０が波長毎に直線形状となるような弧形状とした。入射スリット１１を直線形状とする場合に比べ、波長に対応する方向での像５０の位置に対する測定光の入射位置の寄与が抑制されるから、精度が向上する。【選択図】図１
2006208102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物からの測定光を通過させる入射スリットが設けられたスリット体と、入射スリットを通過した測定光を平行光に変換するコリメート手段と、コリメート手段によって平行光に変換された測定光を回折する回折格子と、回折格子で回折された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子とを備え、
入射スリットを、測定光が撮像素子に結ぶ像が波長毎に直線形状となるような弧形状に形成したことを特徴とする分光測色装置。
【請求項２】
被測定物からの測定光が入射する入射端が直線形状に配列された複数本の光ファイバからなるライトガイドと、ライトガイドから出射した測定光を平行光に変換するコリメート手段と、コリメート手段によって平行光に変換された測定光を回折する回折格子と、回折格子で回折された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子とを備え、
ライトガイドを通過した測定光が撮像素子に結ぶ像が波長毎に直線形状となるように、ライトガイドを構成する光ファイバにおいて測定光が出射する出射端を弧形状に配列したことを特徴とする分光測色装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色彩測定に用いられる分光測色装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被測定物で反射された測定光や被測定物が放射する測定光を、回折格子で分光してスペクトル分布を測定する分光測色装置において、分光された測定光を受光する受光素子に到達する波長を回折格子を回転させることにより変更して測定光の波長毎の強度を測定するモノクロメータと呼ばれる分光測色装置のほか、分光された測定光が結ぶ像を例えばＣＣＤからなる撮像素子を用いて撮像することにより、ある程度幅のある波長域にわたって強度分布を同時に測定することができる、ポリクロメータと呼ばれる分光測色装置が提供されている。
【０００３】
さらに、ポリクロメータと呼ばれる上記分光測色装置において、測定光を導入する穴を、回折格子の格子に沿った方向に長い直線形状のスリットとすることにより、被測定物の１点だけではなく直線形状の領域を同時に測定可能としたものも提供されている（例えば、特許文献１参照）。この種の分光測色装置は、測定光を導入する穴を小さな円形状としたものに比べ、被測定物上の走査をより高速で行うことができる。
【０００４】
この種の分光測色装置の概略構成の一例を図４に示す。この分光測色装置は、被測定物Ｔ（図６参照）からの測定光を通過させる直線形状の入射スリット１１が設けられたスリット体１と、入射スリット１１を通過した測定光を平行光に変換するコリメート手段としてのコリメートレンズ２と、例えばブレーズド回折格子からなりコリメートレンズ２から出射した測定光を回折し波長毎に異なる角度で反射する反射型回折格子３と、反射型回折格子３で回折された測定光を集光する結像レンズ４と、例えばＣＣＤからなり結像レンズ４によって集光された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子５とを備える。また、被測定物Ｔからの測定光を入射スリット１１に集光する撮像レンズ（図示せず）を備える。さらに、入射スリット１１を通過していない光が撮像素子５に入射しないように、コリメートレンズ２と反射型回折格子３と結像レンズ４と撮像素子５とはそれぞれ、スリット体１を保持したハウジング（図示せず）に収納される。
【０００５】
コリメートレンズ２と結像レンズ４とは、それぞれ例えば図５に示すようにメニスカスレンズ２１，４１と、凸レンズ２２，４２と、メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ２３，４３とからなる、３群４枚構成のレンズである。図５の例では、コリメートレンズ２と結像レンズ４とは共通の構成を有し光軸に沿って互いに逆向きに配置されている。
【０００６】
また、コリメートレンズ２と結像レンズ４と撮像レンズとは、図６及び図７に示すように、それぞれ円筒形状のホルダ２ａ，４ａ，７ａに保持されている。スリット体１と、コリメートレンズ２のホルダ２ａと、反射型回折格子３と、結像レンズ４のホルダ４ａと、撮像素子５を収納したケース５ａとは、それぞれ共通のベースＢＡに固定され、撮像レンズのホルダ７ａはスリット体１に固定されている。
【０００７】
次に、上記構成要素間の位置関係について説明する。反射型回折格子３の格子が並ぶ方向は、入射スリット１１の長手方向に直交させてある。また、入射スリット１１の中央はコリメートレンズ２の物体側焦点に配置され、入射スリット１１の開口面とコリメートレンズ２の光軸とは互いに直交している。つまり、入射スリット１１の開口面はコリメートレンズ２の物体面上に位置している。これにより、入射スリット１１から入射してコリメートレンズ２を出射する測定光は平行光となる。また、撮像素子５は結像レンズ４の像側焦点に配置されている。さらに、コリメートレンズ２の像側焦点と結像レンズ４の物体側焦点とがそれぞれ反射型回折格子３上の１点Ｏに位置するように、コリメートレンズ２と結像レンズ４と反射型回折格子３とは配置されている。以上により、コリメートレンズ２と反射型回折格子３と結像レンズ４とは全体としてテレセントリック光学系を構成している。また、測定光として想定する波長域の中央の波長を有する光線が入射スリットの中央から入射した場合に、この光線の１次の回折光が結像レンズ４の光軸上へ出射されるように、反射型回折格子３の向きは調整してある。例えば測定光として可視光（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を想定する場合、上記中央の波長は５５０ｎｍとなる。さらに、コリメートレンズ２と結像レンズ４とは、互いの光軸を反射型回折格子３上の点Ｏで直交させる位置関係で配置されている。
【０００８】
そして、入射スリット１１を通過した測定光がコリメートレンズ２で平行光に変換され反射型回折格子３で回折されて結像レンズ４で集光されることにより、撮像素子５には、入射スリット１１の形状に対応した筋状の像５０が結ばれる。この像５０は、図４では簡単のために１本のみ描いているが、実際には測定光に含まれる波長毎の複数本が形成される。この像５０は、波長が長いほど、また回折次数が大きいほどスリット体１から離れた位置に形成される。つまり、反射型回折格子３の格子が並ぶ方向（図４での左右方向）での像５０の位置が、測定光に含まれる光の波長に対応している。したがって、撮像素子５に撮像された像５０は、被測定物Ｔにおいて入射スリット１１に臨む長細い領域について、入射スリット１１の長手方向に対応した方向での位置に対する、測定光のスペクトル分布を示している。そして、被測定物Ｔをスリット体１に対し、図６に矢印Ａ２で示す入射スリット１１の短手方向（図４での左右方向）に相対的に動かすことにより、被測定物Ｔのスキャンが可能となっている。
【特許文献１】特開平１１−１０１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、入射スリット１１の長手方向の端部から入射してＢ→Ｏ→Ｂ’→Ｂ”やＣ→Ｏ→Ｃ’→Ｃ”のような経路で撮像素子５に入射する測定光（以下、「端部測定光」と呼ぶ。）と、入射スリット１１の長手方向の中央部から入射してＡ→Ｏ→Ａ’→Ａ”の経路で撮像素子５に入射する測定光（以下、「中央部測定光」と呼ぶ。）とは、反射型回折格子３に入射する際に反射型回折格子３の格子に対してなす角が互いに異なる。したがって、反射型回折格子３の格子に沿った方向（図４の上下方向）から見た反射角が同じでも、隣り合う格子間での光路差は、端部測定光と中央部測定光とで異なる。このため、同じ波長かつ同じ回折次数であっても、中央部測定光と端部測定光とのように入射スリット１１に入射する位置が異なれば、反射型回折格子３の格子に沿った方向から見た回折角が異なる。この結果、入射スリット１１の長手方向の両端部の像の位置は、長手方向の中央部の像の位置に対し、それぞれ反射型回折格子３の格子が並ぶ方向にずれる。このずれは、測定光の入射位置が入射スリット１１の長手方向の端に近いほど大きくなり、撮像素子５に結ばれる像５０は波長毎にそれぞれ全体として弧形状となる。
【００１０】
例えば、中央部測定光が、反射型回折格子３の格子に対して垂直な方向から反射型回折格子３に入射する場合を考える。この場合、端部測定光は、反射型回折格子３の格子に対して垂直でない方向から反射型回折格子３に入射する。すなわち、反射型回折格子３の格子に沿った方向から見た反射角が同じでも、隣り合う格子間での光路差は、端部測定光では中央部測定光よりも長くなる。したがって、端部測定光は、反射型回折格子３における回折次数と波長とが共通である中央部測定光よりも、反射型回折格子３の格子に沿った方向から見た回折角がより小さくなる。つまり、端部測定光は、反射型回折格子３の格子に沿った方向から見て、反射型回折格子３に対し実際より短波長であるかのように振舞う。この結果、入射スリット１１の長手方向の両端部の像はそれぞれ短波長側（図４の左側）にずれ、撮像素子５に結ばれる像５０は波長毎にそれぞれ全体として弧形状となる。この弧形状の曲率ρは、波長λと、回折次数ｍと、反射型回折格子３における中央部測定光の回折角βと、反射型回折格子３の格子定数ｄと、結像レンズ４の物体焦点距離（前側焦点距離）ｆとを用いて次式で表される。
【００１１】
ρ＝（ｆ・ｄ／（ｍ・λ））ｃｏｓβ…（式１）
このように像５０が弧形状に歪むと、中央部測定光を基準として像５０の位置と波長とを対応付けた場合、入射スリット１１の長手方向の端に近い位置ほど、波長の誤差が大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、精度を向上した分光測色装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、被測定物からの測定光を通過させる入射スリットが設けられたスリット体と、入射スリットを通過した測定光を平行光に変換するコリメート手段と、コリメート手段によって平行光に変換された測定光を回折する回折格子と、回折格子で回折された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子とを備え、入射スリットを、測定光が撮像素子に結ぶ像が波長毎に直線形状となるような弧形状に形成したことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、入射スリットを直線形状とする場合に比べ、波長に対応する方向での像の位置に対する測定光の入射位置の寄与が抑制されるから、精度が向上する。
【００１５】
請求項２の発明は、被測定物からの測定光が入射する入射端が直線形状に配列された複数本の光ファイバからなるライトガイドと、ライトガイドから出射した測定光を平行光に変換するコリメート手段と、コリメート手段によって平行光に変換された測定光を回折する回折格子と、回折格子で回折された測定光が結ぶ像を撮像する撮像素子とを備え、ライトガイドを通過した測定光が撮像素子に結ぶ像が波長毎に直線形状となるように、ライトガイドを構成する光ファイバにおいて測定光が出射する出射端を弧形状に配列したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ライトガイドを構成する光ファイバの出射端を直線形状に配列する場合に比べ、波長に対応する方向での像の位置に対する測定光の入射位置の寄与が抑制されるから、精度が向上する。また、光ファイバの入射端を直線形状に配列したことにより、被測定物において同時に測定される領域が直線形状となるから、光ファイバの入射端を曲線形状に配列する場合に比べ、被測定物における位置と像における位置との対応関係が簡明となるため使いやすい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、測定光が撮像素子に結ぶ像が波長毎に直線形状となるように、入射スリットが弧形状に形成され、または出射端が弧形状に配列された複数本の光ファイバからなるライトガイドを備えるので、波長に対応する方向での像の位置に対する測定光の入射位置の寄与が抑制されるから、精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の基本構成はそれぞれ従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、従来例において撮像素子５に結ばれる像５０の両端部の位置ずれを打ち消す方向に入射スリット１１の各部の位置をずらしたものである。
【００２０】
例えば、入射スリット１１の中央に入射した測定光が反射型回折格子３に対して格子に直交する方向から入射する場合には、入射スリット１１の形状は、従来例で撮像素子５に結ばれた像５０の弧形状とは逆の方向、すなわち長手方向の端に近付くほど撮像素子５に近付く方向（図１の右方向）に曲がった弧形状とする。入射スリット１１の幅寸法は、例えば２０μｍである。
【００２１】
ここで、入射スリット１１の弧形状の曲率は、撮像素子５に結ばれる像５０が波長毎に直線形状となるようにしてある。具体的には例えば、従来例で示した式１を用い、λには想定する測定光の波長域の中央の波長を、ｍには１を、βには反射型回折格子３の格子に沿った方向（図１の上下方向）から見た測定光の反射型回折格子３に対する入射角を、ｆにはコリメートレンズ２の像焦点距離（後側焦点距離）を、それぞれ代入して得られたρを入射スリット１１の弧形状の曲率とする。コリメートレンズ２及び結像レンズ４の焦点間距離Ｌ（図５参照）がそれぞれ５０．６ｍｍである場合には、入射スリット１１の弧形状の曲率半径は例えば５２．４ｍｍである。
【００２２】
上記構成によれば、測定光によって撮像素子５に結ばれる像５０が波長毎に直線形状となり、かつ該直線形状は、反射型回折格子３の格子が並ぶ方向すなわち波長に対応する方向（図１の左右方向）に直交するので、波長に対応する方向での像５０の位置と測定光の波長との対応関係が、入射スリット１１への測定光の入射位置によらず略一定となるから、入射スリット１１を直線形状とする場合に比べて精度が向上する。
【００２３】
因みに、本発明者が行った比較実験では、入射スリット１１が直線形状である場合には図２（ａ）に示すように弧形状に曲がった像５０が、入射スリット１１を弧形状とした場合には同じ測定光に対して図２（ｂ）に示すように直線形状に補正された。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すように、スリット体１に代えて、矢印Ａ１で示すように被測定物Ｔからの測定光が入射する入射端が直線形状に配列された複数本の光ファイバ６１からなるライトガイド６を備える。ライトガイド６は、例えばコリメートレンズ２と反射型回折格子３と結像レンズ４と撮像素子５とを収納したハウジング（図示せず）に保持され、ライトガイド６を通過していない光が撮像素子５に入射しないようにしてある。光ファイバ６１において測定光が出射する出射端は、反射型回折格子３の格子に沿った方向（図３の上下方向）に並べられ、中央の光ファイバ６１から出射した測定光がコリメートレンズ２の光軸上を通るようにしてある。また、光ファイバ６１同士は互いに交叉せず、光ファイバ６１が並ぶ順番は入射端側と出射端側とで一致している。
【００２５】
また、測定光によって撮像素子５に結ばれる像５０が波長毎に直線形状となり、かつ該直線形状が、反射型回折格子３の格子が並ぶ方向すなわち波長に対応する方向（図３の左右方向）に直交するように、光ファイバ６１の出射端は弧形状に配列されている。例えば、中央の光ファイバ６１から出射した測定光が反射型回折格子３に対して格子に直交する方向から入射する場合には、光ファイバ６１の出射端を、従来例で撮像素子５に結ばれた像の弧形状とは逆の方向、すなわち長手方向の端に近付くほど撮像素子５に近付く方向（図３の右方向）に曲がった弧形状に配列する。この弧形状の曲率は、実施形態１における入射スリット１１の弧形状の曲率と同様にして決定することができる。
【００２６】
上記構成によれば、波長に対応する方向での像５０の位置と測定光の波長との対応関係が、ライトガイド６への測定光の入射位置によらず略一定となるから、光ファイバ６１の出射端を直線形状に配列する場合に比べて精度が向上する。
【００２７】
さらに、実施形態１とは異なり、被測定物Ｔにおいて同時に測定される領域が直線形状であるので、実施形態１に比べ、被測定物Ｔにおける位置と像５０における位置との対応関係が簡明となるから使いやすい。
【００２８】
なお、像５０は、実施形態１や本実施形態のように、波長に対応する方向に直交する直線形状とすることが望ましいが、波長に対応する方向に直交しない直線形状であっても、波長に対応する方向での像の位置に対する測定光の入射位置の寄与が直線状となり計算での補正が容易となるから、精度の向上は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態１を示す概略構成図である。
【図２】同上の効果を示す写真であり、（ａ）は本発明の適用前に撮像素子が撮像した画像を示し、（ｂ）は本発明の適用後に同じ測定光に対して撮像素子が撮像した画像を示す。
【図３】本発明の実施形態２を示す概略構成図である。
【図４】従来例を示す概略構成図である。
【図５】同上の光学系を示す説明図である。
【図６】同上を示す斜視図である。
【図７】同上の要部を示す一部破断した斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  スリット体
２  コリメートレンズ
３  反射型回折格子
５  撮像素子
６  ライトガイド
１１  入射スリット
５０  像
６１  光ファイバ
Ｔ  被測定物
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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