(57)【要約】【課題】必要なセンサ感度域への影響を低減することのできる、低コストで、小型の集光レンズを提供する。【解決手段】外部からの入射光を二次元センサ２上に集光するための視野角θを有する集光レンズ１であって、複数のレンズＬ１〜Ｌ７と、これらレンズのうちのレンズ面Ｓ３に設けられた、二次元センサ２の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜とを有する。レンズ面Ｓ３は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、視野角θの範囲内で得られる最大値が、視野角θの半角よりも小さなレンズ面である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの入射光を受光器上に集光するための所定の視野角を有する集光レンズであって、
複数のレンズと、
前記複数のレンズの所定のレンズ面に設けられた、前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜とを有し、
前記所定のレンズ面は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、前記所定の視野角の範囲内で得られる最大値が、前記視野角の半角よりも小さなレンズ面である集光レンズ。
【請求項２】
前記所定のレンズ面は、前記複数のレンズのレンズ面のうちの、前記平均入射角の最大値が最も小さなレンズ面であることを特徴とする請求項１に記載の集光レンズ。
【請求項３】
外部からの入射光を受光器上に集光するための所定の視野角を有する集光レンズであって、
複数のレンズと、
前記複数のレンズの所定のレンズ面に設けられた、前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜とを有し、
前記所定のレンズ面は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、前記所定の視野角の範囲内で得られる最大値が、前記視野角の半角よりも大きなレンズ面である集光レンズ。
【請求項４】
前記所定のレンズ面は、前記複数のレンズのレンズ面のうちの、前記平均入射角の最大値が最も大きなレンズ面であることを特徴とする請求項１に記載の集光レンズ。
【請求項５】
外部から入射する平行光線の入射角度を測定する装置であって、
受光器と、
前記平行光線を前記受光器上に集光する所定の視野角を有する集光レンズと、前記平行光線の前記集光レンズへの入射角度を前記所定の視野角の範囲で変化させる回転台とを有し、
前記集光レンズは、所定のレンズ面に前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜を有し、
前記入射防止膜は、前記所定の視野角の中心視野部において入射する光に対する第１の分光反射率と、前記所定の視野角の周辺視野部において入射する光に対する、前記第１の分光反射率から短波長側へシフトした第２の分光反射率とを有し、これら第１および第２の分光反射率のシフト範囲内に前記平行光線の波長を含む入射角度測定装置。
【請求項６】
前記所定のレンズ面は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、前記所定の視野角の範囲内で得られる最大値が、前記視野角の半角よりも大きなレンズ面であることを特徴とする請求項５に記載の入射角度測定装置。
【請求項７】
前記集光レンズは複数のレンズからなり、
前記所定のレンズ面は、前記複数のレンズのレンズ面のうちの、前記平均入射角の最大値が最も大きなレンズ面であることを特徴とする請求項６に記載の入射角度測定装置。
【請求項８】
入射角度に応じて分光反射率が変化する入射防止膜を備えた集光レンズを用いて外部から入射する平行光線の入射角度を測定する方法であって、
前記集光レンズの視野角の範囲にわたって前記平行光線の前記集光レンズへの入射角度を変化させるステップと、
前記入射防止膜にて、前記視野角の中心視野部において入射する前記平行光線を第１の分光反射率に従って透過するステップと、
前記入射防止膜にて、前記視野角の周辺視野部において入射する前記平行光線を、前記第１の分光反射率から短波長側へシフトした第２の分光反射率に従って反射するステップとを含む入射角度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から入射した光を受光器上に集光する集光レンズに関する。さらに、本発明は、そのような集光レンズを用いて平行光線の入射角度を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集光レンズは、例えばＣＣＤを用いた撮像装置や平行光線（例えばレーザ光線）の入射角度を測定する測定装置の光学系の一部として用いられている。
【０００３】
撮像装置に用いられている光学系としては、図８に示すような、入射光が集光レンズ１００によって二次元センサ１０１上に集光される系において、平行平板に例えばＺｒＯ２とＳｉＯ２の組合せによる複数の誘電体層（多層）をコーティングした反射面板１０２を集光レンズ１００の入射側前面に挿入したものがある。誘電体層は入射防止膜（反射膜）であり、この入射防止膜により不要な波長帯の光が反射される。センサ感度波長範囲（センサの応答感度を示す波長範囲）の光は、入射防止膜をそのまま透過して二次元センサ１０１に入射する。反射率９９．９％を得るために必要な入射防止膜の層数は、通常、３０層以上である。
【０００４】
上記の光学系の他、図９に示すような、集光レンズ１００の内部に、コリメートレンズ２０１と拡散レンズ２０２からなる変換光学系２００を設け、この変換光学系２００内の、コリメートレンズ２０１と拡散レンズ２０２の間に反射面板１０２を配置したものもある。この光学系においては、入射光は変換光学系２００で一次的に平行光に変換されて反射面板１０２に入射し、反射面板１０２にて不要な波長帯の光が反射される。
【０００５】
平行光線の入射角度を測定する装置に用いられる光学系としては、図１０に示すような、入射光を集光レンズ１００によって一次元センサ３００上に集光するものがある。測定装置では、この光学系を複数用いる。具体的には、図１１に示すように、図１０に示したものと同様な構成で、視野角θを有する光学系３０１〜３０５を、検出範囲に対して一定の角度おきに配置する。この測定系の検出分解能は視野角θで決まる。
【０００６】
以上の図８から図１０に示した光学系および図１１に示した測定装置は、その出典を明記していないが、いずれも一般に良く知られた公知技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した撮像装置や入射角度測定装置の光学系においては、入射角度に応じた分光反射率の変化を考慮して、集光レンズのレンズ面に積極的に入射防止膜を形成した例はこれまでになく、その開発が課題として挙げられていた。
【０００８】
また、上記の課題の他、以下のような問題点もあった。
【０００９】
（１）撮像装置の光学系の問題点：
（１−ａ）図８に示した光学系：
集光レンズ１００の視野角がθである場合、反射面板１０２には、入射角０°〜θ／２の範囲で光が入射する。この場合は、入射角０°に近い角度で入射する光束（視野中心部の光束）に対する分光反射率と、入射角θ／２に近い角度で入射する光束（周辺視野部の光束）に対する分光反射率とが異なる。図１２に、視野角θを４０°とした場合の、入射角０°で入射する光束（視野中心部）に対する分光反射率と入射角２０°で入射する光束（周辺視野部）に対する分光反射率を示す。
【００１０】
図１２から分かるように、周辺視野部における分光反射率は、視野中心部における分光反射率に比べて短波長側へ大きくシフトする。通常、入射防止膜は、視野中心部を基準にして設計されているため、視野中心部と周辺視野部の間の分光反射率のシフト量が大きくなると、必要なセンサ感度域に少なからず影響を及ぼすことになる。具体的には、図１２に示した例において、視野中心部では波長が約９１０ｎｍ以下の光を透過するが、周辺視野部では波長が約８９０ｎｍ以下の光しか透過せず、波長が約８９０ｎｍ〜９１０ｎｍの光（必要な光）が入射防止膜によって反射されてしまう。
【００１１】
上記の問題に加えて、反射面板１０２を設ける分、光学系が大きくなってしまうという問題もある。
【００１２】
（１−ｂ）図９に示した光学系：
集光レンズ１００に入射した光はコリメートレンズ２０１で一次的に平行光に変換されて反射面板１０２に入射するので、反射面板１０２への光入射角は視野角に関係なく一定となり、上述した必要なセンサ感度域へ影響は生じない。しかし、この場合は、コリメートレンズ２０１および拡散レンズ２０２が必要となる分、光学系が大型化なものになるという問題がある。
【００１３】
（２）測定装置の光学系の問題点：
図１１に示した測定系では、検出分解能は集光レンズの視野角θで決まり、それ以上の分解能での測定は原理的に困難である。集光レンズの視野角θはそのままで、検出分解能を向上させる系はまだ実現されていなかった。
【００１４】
また、一次元センサ３００への不要な光の入射を防止するためには、図８に示したような反射面板を集光レンズ１００の入射側前面に配置する必要があり、反射面板を設ける分だけ、コストが高くなり、光学系も大きくなる。
【００１５】
本発明の第１の目的は、必要なセンサ感度域への影響を低減することのできる、低コストで、小型の集光レンズを提供することにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、視野角θはそのままで、検出分解能を向上させることのできる、低コストで、小型の集光レンズを提供することにある。
【００１７】
本発明の第３の目的は、角度検出における分解能をより高くすることのできる、入射角度測定装置および入射角度測定方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、本発明の第１の形態の集光レンズは、外部からの入射光を受光器上に集光するための所定の視野角を有する集光レンズであって、複数のレンズと、前記複数のレンズの所定のレンズ面に設けられた、前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜とを有し、前記所定のレンズ面は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、前記所定の視野角の範囲内で得られる最大値が、前記視野角の半角よりも小さなレンズ面であることを特徴とする。
【００１９】
上記の本発明によれば、以下のような作用を奏する。
【００２０】
視野中心部と周辺視野部の間における分光反射率のシフト量を小さくすることで、必要なセンサ感度域への影響を低減することが可能である。入射防止膜を形成した面における平均入射角の最大値が小さいほど、分光反射率のシフト量は小さくなるが、従来のものでは、入射防止膜を形成した反射面板における平均入射角の最大値は視野角θとなる。これに対して、本発明の場合は、入射防止膜を形成した所定のレンズ面における平均入射角の最大値は、視野角θより小さい。よって、分光反射率のシフト量は、従来のものより小さくなる。
【００２１】
上記第２の目的を達成するため、本発明の第２の形態の集光レンズは、外部からの入射光を受光器上に集光するための所定の視野角を有する集光レンズであって、複数のレンズと、前記複数のレンズの所定のレンズ面に設けられた、前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜とを有し、前記所定のレンズ面は、該レンズ面内の複数の入射点における入射角を平均した平均入射角の、前記所定の視野角の範囲内で得られる最大値が、前記視野角の半角よりも大きなレンズ面であることを特徴とする。
【００２２】
上記の本発明によれば、以下のような作用を奏する。
【００２３】
視野中心部と周辺視野部の間における分光反射率の違いを利用することで、外部より入射する平行光線の入射角度を測定することが可能である。この場合、分光反射率のシフト量が大きいほど、検出分解能は高くなる。本発明によれば、入射防止膜を形成した所定のレンズ面における平均入射角の最大値は視野角より大きくなっているので、分光反射率のシフト量は、平均入射角の最大値が視野角である従来のものより大きくなる。
【００２４】
上記の第３の目的を達成するため、本発明の入射角度測定装置は、外部から入射する平行光線の入射角度を測定する装置であって、受光器と、前記平行光線を前記受光器上に集光する所定の視野角を有する集光レンズと、前記平行光線の前記集光レンズへの入射角度を前記所定の視野角の範囲で変化させる回転台とを有し、前記集光レンズは、所定のレンズ面に前記受光器の感度波長範囲外の光を反射する入射防止膜を有し、前記入射防止膜は、前記所定の視野角の中心視野部において入射する光に対する第１の分光反射率と、前記所定の視野角の周辺視野部において入射する光に対する、前記第１の分光反射率から短波長側へシフトした第２の分光反射率とを有し、これら第１および第２の分光反射率のシフト範囲内に前記平行光線の波長を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の入射角度測定方法は、入射角度に応じて分光反射率が変化する入射防止膜を備えた集光レンズを用いて外部から入射する平行光線の入射角度を測定する方法であって、前記集光レンズの視野角の範囲にわたって前記平行光線の前記集光レンズへの入射角度を変化させるステップと、前記入射防止膜にて、前記視野角の中心視野部において入射する前記平行光線を第１の分光反射率に従って透過するステップと、前記入射防止膜にて、前記視野角の周辺視野部において入射する前記平行光線を、前記第１の分光反射率から短波長側へシフトした第２の分光反射率に従って反射するステップとを含むことを特徴とする。
【００２６】
上記の本発明の入射角度を測定する装置および方法においては、視野中心部と周辺視野部の間における分光反射率の違いを利用した入射角度の測定が行われる。この測定では、視野角のうちの視野中心部の範囲で平行光線を検出することになるので、その検出分解能は視野中心部の範囲（角度）で決まる。この場合の検出分解能は、視野角より小さい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
（実施形態１）
図１に、本発明の第１の実施形態である集光レンズの概略構成を示す。この集光レンズ１は、外部からの入射光を二次元センサ２に集光するものであって、複数のレンズＬ１〜Ｌ６からなる。集光レンズ１は、図２に示すように、所定の視野角θを有し、所定の鮮鋭度を持つ最大像面が二次元センサ２の受光面の大きさと一致するように配置されている。
【００２９】
レンズＬ１〜Ｌ６は、入射側からＬ１，Ｌ２，．．．，Ｌ６の順番で配置されている。本実施形態では、レンズＬ１〜Ｌ６のそれぞれのレンズ面について、視野角θの範囲内で集光レンズ１に入射する光の、レンズ面内の各入射点における入射角を平均した平均入射角を調べ、その平均入射角のピーク値が最も小さいレンズ面に対して入射防止膜（または、反射膜ともいう。）をコーティングするようになっている。入射防止膜は、二次元センサ２の感度波長帯の光を透過し、それ以外の不要な波長帯の光を反射するような分光特性を有するものであれば、どのような構造のものであってもよい。例えば、入射防止膜は、ＺｒＯ２とＳｉＯ２の組合せによる複数の誘電体層（多層）をコーティングしたものであってもよく、また、良く知られた単層構造のものであってもよい。
【００３０】
以下、レンズＬ１のレンズ面Ｓ１、Ｓ２、レンズＬ２のレンズ面Ｓ３、Ｓ４、レンズＬ３のレンズ面Ｓ５、Ｓ６を例に挙げて、これらレンズ面Ｓ１〜Ｓ６の平均入射角について説明する。なお、レンズは、レンズ中心から上下左右に対象な形状であるので、ここでは、説明を簡潔にするために、視野角θの半角（θ／２）の範囲で入射する光束についての平均入射角を説明する。
【００３１】
図３に、視野角θ（４０°）の半角（２０°）の範囲で集光レンズ１に入射する光束についての、レンズ面Ｓ１〜Ｓ６における平均入射角を示す。横軸は、集光レンズ１に入射する光束の入射角度、すなわち図１の光学系における、集光レンズ１に入射する光束の光軸Ａに対する角度であって、０°〜２０°の範囲で変化させてある。縦軸は、レンズ面の平均入射角である。実線がレンズ面Ｓ１、破線（大）がレンズ面Ｓ２、一点鎖線がレンズ面Ｓ３、二点鎖線に「×」印を付与したものがレンズ面Ｓ４、実線に「＊」印を付与したものがレンズ面Ｓ５、破線（小）がレンズ面Ｓ６にそれぞれ対応する。
【００３２】
レンズ面の平均入射角とは、レンズ面内における各入射点（入射点の数および位置は適宜設定可能である。）における入射角の平均である。例えば、集光レンズ１への入射角度が０°の入射光束に対する、レンズ面Ｓ１における平均入射角は、レンズ面Ｓ１の面内の予め決められた複数の入射点における入射角を計算により求め、その求めた各入射点の入射角を平均することで求めることができる。各入射点の入射角の計算には、既存のレンズ設計用のコンピュータ装置を用いる。
【００３３】
図３に示したレンズ面Ｓ１〜Ｓ６の平均入射角のグラフを比較すると、レンズ面Ｓ３のグラフのピーク値が他のレンズ面のグラフのピーク値より低くなっていることが分かる。すなわち、レンズ面Ｓ３は、視野角θが４０°の集光レンズ１において、集光レンズ１に入射する光束の入射角度を視野角θ（４０°）の範囲内で変化させた場合の、平均入射角の最大値が最も小さいレンズ面である。このようなレンズ面Ｓ３では、視野角θ（４０°）の範囲内で集光レンズ１に入射した光束は、他のレンズ面に入射する場合に比べて、より平行光状態に近い形で入射することになる。
【００３４】
入射防止膜をコーティングするレンズ面は、集光レンズ１に入射した光束がより平行光状態に近い形で入射するものほど、従来の課題で説明したような入射防止膜における分光反射率のシフト量を小さくすることができる。すなわち、平均入射角の最大値が最も小さいレンズ面に入射防止膜を形成することで、分光反射率のシフト量を最小限に抑えることができる。
【００３５】
本実施形態の集光レンズ１では、レンズ面Ｓ３に入射防止膜を形成することで、分光反射率特性のシフト量を最小限に抑えている。図４に、レンズ面Ｓ３に反射防止膜（例えば、ＹＡＧレーザー入射防止膜）を設けた場合の分光反射率のシフトの様子を示す。レンズ面Ｓ３に入射する光束の入射角度は０°〜１５°であり、入射角度１５°における分光反射率（周辺視野部の分光反射率）は、入射角度０°における分光反射率（視野中心部の分光反射率）に対して短波長側へ若干シフトした状態になっている。この場合の分光反射率のシフト量は、図１２に示した、反射面板を用いた場合の分光反射率のシフト量に比べて格段に少ない。よって、分光反射率のシフトに伴って生じるセンサ感度波長帯における透過率の減少を低減することができる。
【００３６】
また、レンズ面Ｓ３の平均入射角の最大値は約１５°であることから、このレンズ面Ｓ３に入射防止膜をコーティングする場合は、約０°〜１５°の範囲での入射角を想定して入射防止膜の設計を行えば良いことになる。一方、前述の図８で示したような反射面板を用いるものにおいては、集光レンズの視野角が４０°である場合、平均入射角の最大値は２０°になる（図３中の長一点鎖線で示したグラフを参照）。この場合は、約０°〜２０°の範囲での入射角を想定して入射防止膜の設計を行う必要がある。入射防止膜の設計では、想定する入射角の範囲が小さいほど、より設計が簡単なものとなる。この点からも、本実施形態の集光レンズは、従来の反射面板を用いるものに比べて有利なものになっている。
【００３７】
さらに、入射防止膜を形成するレンズ面を、集光レンズ１に入射した光束がより平行光状態に近い形で入射するレンズ面としたことで、分光反射率のシフト量を低減するだけでなく、入射防止膜の層数も低減することが可能である。一般に、入射光束の平行光状態が悪いものほど、想定する入射角の範囲が大きくなり、入射防止膜の層数も多くなる。図４に示した例において、レンズ面Ｓ３にコーティングした反射防止膜の、反射率９９．９％を達成させるために必要な層数は２８であり、従来の反射面板にコーティングした反射防止膜の層数（３０層）に比べて２層分少なくなっている。
【００３８】
以上説明した本実施形態の集光レンズは、本発明の一例であり、その構成は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、図１に示した例では、集光レンズ１はレンズＬ１〜Ｌ６からなるが、レンズの構成および枚数はこれに限定されるものではない。
【００３９】
また、レンズＬ１〜Ｌ３のレンズ面Ｓ１〜Ｓ６のうちから入射防止膜をコーティングするレンズ面Ｓ３を選択したが、実際は、レンズＬ１〜Ｌ６の全体において入射防止膜を形成するレンズ面を選択する。
【００４０】
さらに、本実施形態では、平均入射角の最大値が最も小さいレンズ面に入射防止膜をコーティングするようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。基本的には、平均入射角の最大値が集光レンズ１の視野角の半角より小さいレンズ面であれば、どのレンズ面に入射防止膜をコーティングしても、従来の反射面板に入射防止膜をコーティングした場合と比べて、分光反射率のシフト量や入射防止膜の層数の低減および設計の簡略化を図ることができる。ただし、分光反射率のシフト量は、平均入射角の最大値が最も小さいレンズ面に入射防止膜をコーティングした場合に最も小さくなる。
【００４１】
（実施形態２）
本実施形態の集光レンズは、外部から入射する平行光線（例えばレーザ光）の入射角度を測定する装置に適用される集光レンズであって、入射防止膜が設けられるレンズ面が異なる以外は、図１に示したものと同じものである。第１の実施形態の集光レンズは、撮像装置などに用いられるものであって、分光反射率のシフト量を低減するように構成されているが、本実施形態の集光レンズは、逆に、分光反射率のシフト量を大きくするような構成になっている。以下に、その具体的な構成を説明する。
【００４２】
本実施形態では、図３に示したレンズ面Ｓ１〜Ｓ６の平均入射角のグラフにおいて、平均入射角の最大値が最も大きいレンズ面Ｓ５に入射防止膜をコーティングしている。この構成によれば、図５に示すように、中心視野部と周辺視野部における分光反射率が大きく異なる。周辺視野部の分光反射率は、中心視野部の分光反射率に比べて短波長側へ大きくシフトしている。この場合の分光反射率のシフト量は、図４および図１２に示した例における分光反射率のシフト量に比べて格段に大きい。
【００４３】
図６に、本実施形態の集光レンズを用いた平行光線の入射角度を測定する装置の概略構成を示す。この測定装置は、測定対象である投光器１４からの平行光線（例えばレーザ光線）の入射角度を測定するものであって、集光レンズ１１と一次元センサ１２からなる光学系１０を回転台１３上に配置したものである。
【００４４】
集光レンズ１１は、視野角θを有し、図５に示したような、分光反射率のシフト量が大きな構成になっている。具体的には、集光レンズ１１は、図３に示した平均入射角を有するレンズ面Ｓ１〜Ｓ６のうちのレンズ面Ｓ５に入射防止膜をコーティングしたものである。入射防止膜は、一次元センサ１２の感度波長帯の光を透過し、それ以外の不要な波長帯の光を反射するような分光特性を有しており、分光反射率のシフトを生じる範囲に投光器１４からの平行光線の波長を含むように構成されている。回転台１３は、時計回り方向あるいは反時計回り方向に回転することができ、投光器１４からの平行光線の光学系１０への入射角度を視野角θの範囲にわたって変化させることができる。
【００４５】
次に、上記の測定装置の動作原理について説明する。
【００４６】
図７に、光学系１０への入射角度を視野角θの範囲にわたって変化させた場合の一次元センサ１２の出力を示す。この例では、集光レンズ１１の光軸に平行に入射する状態の入射角度を０°（視野中心）とし、その状態を基準にして入射角度を−θ／２〜θ／２の範囲で変化させている。
【００４７】
入射防止膜の分光反射率は、投光器１４からの平行光線の入射角度に応じて、図５に示した周辺視野部の分光反射率から中心視野部の分光反射率の範囲でシフトする。例えば、入射角度が−θ／２の状態から測定を開始し、回転台１３を反時計回り方向に一定の速度で回転させ、入射角度がθ／２の状態になった時点で測定を終了する場合は、入射防止膜の分光反射率は、平行光線の入射角度に応じて以下のようにシフトする。
【００４８】
測定開始時点では、入射する平行光線に対する入射防止膜の分光反射率は、周辺視野部の分光反射率となる。回転台１３が回転して入射角度が０°に近づいていくと、入射する平行光線に対する入射防止膜の分光反射率は、周辺視野部の分光反射率の状態から除々に長波長側へシフトしていき、最終的に中心視野部の分光反射率となる。入射角度が０°になった状態からさらに回転台１３が回転して入射角度がθ／２に近づいていくと、入射する平行光線に対する入射防止膜の分光反射率は、視野中心部の分光反射率の状態から除々に短波長側へシフトしていき、最終的に周辺視野部の分光反射率となる。
【００４９】
上記の回転に伴う分光反射率のシフト動作によれば、入射角度が−θ／２およびθ／２に近い周辺視野部においては、図５に示した周辺視野部の分光反射率に従って、投光器１４からの平行光線は入射防止膜で反射される。よって、周辺視野部における一次元センサ１２の出力は０になる。一方、入射角度が０°に近い視野中心部においては、図５に示した視野中心部の分光反射率に従って、投光器１４からの平行光線は入射防止膜を透過して１次元センサ１２に入射する。よって、視野中心部における１次元センサ１２の出力は１になる。こうして得られる１次元センサ１２の出力波形は、図７に示したような出力波形となる。
【００５０】
投光器１４からの平行光線の入射角度を算出する場合は、まず、図７の出力波形において、入射角度が視野中心（入射角度０°）となるタイミングを取得し、そのタイミングにおける回転台１３の回転角度を求める。そして、その求めた回転位置と予め決められた基準位置との角度関係に基づいて、投光器１４からの平行光線の入射角度を算出する。
【００５１】
上記の入射角度の算出には、既存のコンピュータ装置を用いることができる。具体的には、回転台１３の基準位置からの回転角度と一次元センサ１２の出力とをコンピュータ装置に供給するようにし、コンピュータ装置にて、予め用意したプログラムにより上記のような入射角度の算出を行う。
【００５２】
上述した測定装置の検出分解能は、図７に示した出力波形の幅Ａで決まる。分光透過率のシフト量を大きくし、かつ、視野中心部の分光反射率の立ち上がり（透過領域から反射領域に遷移する境界）を測定対象である平行光線の波長に近づけることで、出力波形の幅Ａをより狭くすることができ、より高い検出分解能を実現することができる。
【００５３】
なお、図９に示した集光レンズ１００を用いた場合は、視野中心部と周辺視野部の間で分光反射率はさほどシフトしないため、図７に示したような出力波形は得られず、入射角度が−θ／２になった時点で立ち上がり、入射角度がθ／２になった時点で立ち下がるような出力波形となる。この場合の検出分解能は、視野角θであり、図１１に示した従来の入射角度測定装置と同じである。
【００５４】
以上説明した本実施形態の集光レンズは、本発明の一例であり、その構成は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、集光レンズの構成および枚数はこれに限定されるものではない。
【００５５】
また、視野角の範囲内での平均入射角の最大値が最も大きなレンズ面に入射防止膜をコーティングするようにしたが、本発明の集光レンズはこれに限定されるものではない。基本的には、平均入射角の最大値が視野角の半角より大きなレンズ面であれば、どのレンズ面に入射防止膜をコーティングしても、従来のものより高い検出分解能を実現することができる。
【００５６】
図６に示した測定装置およびその測定手法は、分光反射率の違いを利用して測定対象である平行光線の入射角度を測定する、という従来になかった新規な測定手法を提供するものである。上述の説明では、第２の実施形態の集光レンズを用いた例を挙げて動作説明をしているが、本測定装置および測定手法に適用される集光レンズはこれに限定されるものではなく、入射角度に応じて分光反射率がシフトする集光レンズであればどのようなものを用いてもよい。
【００５７】
また、測定対象である平行光線の波長が不明な場合でも、その平行光線の波長が図５に示した分光反射率のシフト範囲に含まれている場合は、平行光線の入射角度を検出することでその波長も特定することができる。具体的には、図７に示した出力波形の立ち上がりまたは立ち下りの入射角度における分光反射率を求め、その求めた分光反射率の立ち上がり（透過領域から反射領域へ遷移する境界）の波長を測定対象である平行光線の波長とする。
【００５８】
上記のようにして波長の特定を行う場合は、１つの集光レンズにおける分光反射率のシフト範囲の大きさには限界があるので、ある測定範囲をカバーする複数の分光反射率のシフト範囲を設定し、その設定した分光反射率のシフト範囲に対応する集光レンズをそれぞれ作製することが望ましい。この場合は、集光レンズを入れ替えることで、測定範囲全体にわたって波長の特定を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の形態の集光レンズによれば、分光反射率のシフト量を小さくすることができるので、従来のものと比べて、必要なセンサ感度域への影響を低減することのできる。また、反射面板を用いる必要がない分だけ、低コスト化および小型化を図ることができる。さらに、入射防止膜の層数は従来に比べて少なくなるので、さらに低コスト化を図ることができる。
【００６０】
本発明の第２の形態の集光レンズによれば、分光反射率のシフト量を大きくして、測定対象である平行光線を視野中心部においてのみ検出するようになっている。この場合の検出分解能は、視野中心部の範囲（角度）で決まるので、検出分解能を従来のものより高くすることができる。
【００６１】
また、特別な部材を追加する必要もないので、低コストで小型の集光レンズを提供することができる。
【００６２】
本発明の入射角度を測定する装置および方法によれば、視野中心部と周辺視野部とで分光反射率が異なる集光レンズを用いて入射角度の測定を行うようになっており、その検出分解能は視野中心部の範囲（角度）で決まる。よって、検出分解能を従来のものより高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である集光レンズの構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す集光レンズの視野角を示す模式図である。
【図３】図１に示す集光レンズのレンズ面Ｓ１〜Ｓ６における平均入射角と入射角度の関係を示す特性図である。
【図４】図１に示す集光レンズの視野中心部と周辺視野部における分光反射率を示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である集光レンズの視野中心部と周辺視野部における分光反射率を示す特性図である。
【図６】本発明の入射角度測定装置の一構成例を示す図である。
【図７】図６に示す入射角度測定装置の一次元センサの出力波形の一例を示す図である。
【図８】入射防止膜を備える光学系の一例を示す図である。
【図９】入射防止膜を備える光学系の一例を示す図である。
【図１０】平行光線の入射角度を測定する装置に用いられる光学系の一例を示す図である。
【図１１】図１０に示す光学系を備える入射角度測定装置の概略構成を説明するための図である。
【図１２】図８に示す光学系の反射面板の視野中心部と周辺視野部における分光反射率を示す特性図である。
【符号の説明】
１、１１、１００  集光レンズ
２、１０１  二次元センサ
１０、３０１〜３０５  光学系
１２、３００  一次元センサ
１３  回転台
１４  投光器
１０２  反射面板
２００  変換光学系
２０１  コリメートレンズ
２０２  拡散レンズ
Ｌ１〜Ｌ７  レンズ
Ｓ１〜Ｓ６  レンズ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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