(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の像を形成する対物レンズ系と、
前記被測定物の結像位置に配置され、その径が可変又は切り替え可能に構成されている
視野絞り部と、
前記視野絞り部を通過した光を集光する集光リレーレンズと、
前記対物レンズ系と前記集光リレーレンズとの間に配置された開口絞りと、
前記集光リレーレンズからの光を伝達する光ファイバー部と、
前記光ファイバー部から射出した光を回折する回折格子と、
前記回折格子で回折された回折光を受光する受光部と
を備え、
前記開口絞りと前記光ファイバー部の入射端とが共役な関係であり、
前記視野絞り部は、前記対物レンズ系の焦点位置にあり、前記集光リレーレンズがテレセントリック光学系を構成していることを特徴とする測光装置。
【請求項２】
前記視野絞り部として、アパーチャミラーのスリットを用い、さらに該アパーチャミラーで反射した光で被測定物の像を形成する視準光学系を備えたことを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
前記視野絞り部は、
視野絞りの設定部と、
前記設定部に設置される所定の径の視野絞りが形成された視野絞りユニットとを備え、
前記視野絞りユニットが交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測光装置。
【請求項４】
前記視野絞り部は、複数種類の径を視野絞りが形成された調整部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測光装置。
【請求項５】
前記光ファイバー部と前記回折格子の間にコリメータレンズ系をさらに備え、該コリメータレンズ系がアナモルフィック光学系に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の測光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測光装置に係り、特に、光源または二次光源の分光放射輝度分布を測定する分光放射輝度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、分光放射輝度計の構成図を示す。分光放射輝度計の光学系は、図示のように、分光器１０３とその分光器１０３に光源（被測定物）１０１の光を入力する集光光学系１０２を備える。集光光学系１０２としては、例えば、コリメータレンズ、対物レンズ等が用いられる。また、分光放射輝度計の光学系には、通常は、視準のための視準光学系も含まれる。
【０００３】
図７に、視準光学系を備えた分光放射輝度計についての構成図を示す。この構成では、図１の分光放射輝度計の構成の他に、視準光学系１０９を備える。視準光学系１０９は、アパーチャミラー１０４、平面ミラー１０５、リレーレンズ１０６、接眼レンズ１０７を有する。視準光学系１０９では、図示の様に、対物レンズ等の集光光学系１０２の結像点に斜めにアパーチャミラー（穴あきミラー）１０３を配置し、その反射光を観察するアパーチャミラー方式を採用するものが多い。この場合、観察側からは測定範囲が黒く見える。この方式は、測定光束を全て測定に使用できることと、測定範囲に関して観察と測定光学系で視野の差が生じない等の長所がある。
【０００４】
つぎに、分光器について説明する。分光器には大きく分けると以下の２方式がある。ひとつはモノクロメータ、他はポリクロメータ（マルチチャンネル分光器）と呼ばれる。
図８にモノクロメータの構成図を示す。モノクロメータは、入射スリット２０１、コリメータレンズ２０２、回折格子２０３、結像レンズ２０４、射出スリット２０５、センサ２０６を備える。モノクロメータでは、図示のように回折格子２０３の角度を変えることで分光分布を測定する。コリメータレンズ２０２や結像レンズ２０４は、反射鏡を使用したものが多い。また、コリメータレンズ２０２と結像レンズ２０４を一つの凹面鏡で兼用したものや、コリメータレンズ２０２と回折格子２０３・結像レンズ２０４の３種類の機能を一つで具備する凹面回折格子を使用したものもある。平面回折格子を必ずしも平行光束中に配置しなければならないわけではないので、コリメータレンズ２０２を省略して有限結像系のレンズの物体側または像側に平面回折格子を配置した分光器も存在する。
【０００５】
また、図９に、ポリクロメータの構成図を示す。ポリクロメータは、入射スリット３０１、コリメータレンズ３０２、回折格子３０３、結像レンズ３０４、リニアセンサ３０５を備える。ポリクロメータは、リニアセンサ３０５を用いることで、一度に分光分布を測定する方式である。この方式でも、コリメータレンズ３０２や結像レンズ３０４に凹面鏡を使用したものや、コリメータレンズ３０２と回折格子３０３・結像レンズ３０４の３種類の機能を一つで持つ凹面回折格子を使用したものがある。
【０００６】
図１０に、集光光学系に入射スリットを備えた分光放射輝度計の構成図を示す。図示のように、対物レンズ等の集光光学系１０２の結像位置に分光器１０３ための入射スリット１１０を配置する形式がある。入射スリット１１０は、視野絞りとも呼ばれ、分光器１０３の入射側で、視野を調整して測定範囲を決めるという機能を有する。
【０００７】
また、図１１に、集光光学系に開口絞りを備えた分光放射輝度計の構成図を示す。この集光光学系１０２は、物体面の輝度分布が分光分布に影響しないように、集光光学系の開口絞り１１１を、分光器１０３の入射スリットに一致させた光学系である。開口絞り１１１は、入射瞳とも呼ばれ、被測定物１０１からの光束の最大範囲を絞る。
【０００８】
つぎに、図１２に、ファイババンドルを用いた分光放射輝度計の構成図を示す。ここでは、ファイババンドル１２０を分光器１０３の入射側に備える。この光学系は、ファイババンドル１２０を構成する各ファイバの内部反射による偏光解消効果を利用するものである。ファイババンドル１２０には、視野絞りとして入射スリット１２１及び／又は１２２を備える。また、開口絞り１１１をファイババンドル１２０の入射側に備えるようにしてもよい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
分光放射輝度計（輝度計）の測定物としては、特に表示装置が用いられる場合があり、近年は、液晶表示装置が増加している。液晶表示装置は偏光板を使用していて、偏光した光が出ているので、輝度計も偏光光に対して正しく計ることができる必要がある。しかし、分光器に使用されている回折格子は偏光特性が強いので、分光器に入射する光の偏光度を十分小さくする対策が必要となる。
【００１０】
また、輝度計には、測定視野が変更できるものがある。このために、穴径の異なるアパーチャミラーに切り替えが可能である。この機能は、視野を変更する以外に、視野を変更することで分光器に入る光量が変わり、分光器のダイナミックレンジよりも輝度計のダイナミックレンジを広げる効果がある。そのため、視野絞りの径が変更されても、測定条件などが変化しない測光装置が望まれていた。
【００１１】
上述のような従来の図１０や図１１の光学系では、偏光対策がなされていないので、別に偏光解消子等の光学素子が必要となる。また、図１１の光学系では、開口絞りが対物レンズから離れてしまうために、対物レンズの大きさが開口絞り径と比較してかなり大きくなる。また、開口絞りと被検物の距離が短くなると、被検物の位置により主光線の角度の変化が大きくなり、配光特性が均一でないものでは測定の精度が悪くなる。
【００１２】
また、図１２の光学系ではファイバの偏光解消効果が使用できるが、アパーチャミラーを配置すべき位置にファイバが入っているので、アパーチャミラーの切り替え、交換又は調整等は困難となる。また、この光学系では、対物レンズの焦点距離をｆｏ、開口絞りとファイバ入射端の間隔をＬとした場合に、ファイバへの入射角は視野角のおおよそ（ｆｏ／Ｌ）倍となる。視野角が大きいとファイバへの主光線の入射角が変わり、ファイバ内部での反射回数が増減し、この結果、ファイバの透過率に差がでて、視野ムラにつながる。
【００１３】
そこで、図１３に、リレーレンズを加えたファイババンドルを用いた分光放射輝度計の構成図を示す。このように、視野絞り１２４とファイババンドル１２０の間にリレーレンズ１３０を加えると、視野切り替えと偏光解消は両立する。しかし、この光学系では、ファイババンドル１２０のバンドル径は視野が大きい場合に合わせて製作しておき、視野を小さく切り替えた場合には、その一部のみを使用することになる。例えば、通常の視野切り替えの範囲は１０〜２０倍であるので、使用するファイバの本数は１００〜４００倍も変化する。そのため広視野時のファイバの本数が数千本あっても狭視野時では数十本しか使用していないので、アパーチャミラーの切り替えの精度を非常に高くしないと、使用するファイバの本数が変化して、測定値の再現性が悪化する。また、通常のバンドルファイバでは中心付近に光を入射させると中心付近から射出する。このために、分光器の半値幅が変化してしまう。その対策として、ファイバの入射端と射出端の位置関係を故意にランダム化したランダムミックスファイバの使用が考えられるが、ランダムミックスするためにはファイバ長を長くする必要があり、装置が大型となってしまう。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑み、偏光の影響を小さくし、視野絞りの径が変更されることがあっても、測定条件（即ち、測定の波長半値幅など）が変化しない測光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ファイババンドルを使用することで、偏光の影響を小さくすることを目的とする。また、本発明は、リレーレンズを使用することで、ファイババンドルを使用しても視野切り替えを可能とすることを目的とする。さらに、本発明は、ファイババンドルの入射端が集光光学系の開口絞りとして機能させることで、視野切り替えの測定再現性を高く保ち、測定の波長半値幅が視野切り替えの影響を受けないようにすることを目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は、視野絞り設定部又は調整部を設けることにより、視野絞りの径を変更し、異なる視野での測定を可能とすることを目的とする。また、本発明は、ファイババンドルに対して、集光光学系をテレセントリック光学系とすることで視野ムラを防ぐことを目的とする。また、本発明は、リレーレンズを使用することで、対物レンズの大きさを小さくすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の解決手段によると、
被測定物の像を形成する対物レンズ系と、
前記被測定物の結像位置に配置され、その径が可変又は切り替え可能に構成されている
視野絞り部と、
前記視野絞り部を通過した光を集光する集光リレーレンズと、
前記対物レンズ系と前記集光リレーレンズとの間に配置された開口絞りと、
前記集光リレーレンズからの光を伝達する光ファイバー部と、
前記光ファイバー部から射出した光を回折する回折格子と、
前記回折格子で回折された回折光を受光する受光部と
を備え、
前記開口絞りと前記光ファイバー部の入射端とが共役な関係であり、
前記視野絞り部は、前記対物レンズ系の焦点位置にあり、前記集光リレーレンズがテレセントリック光学系を構成していることを特徴とする測光装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る測定装置の第１の実施の形態の構成図を示す。
分光放射輝度計等の測定装置は、光源（被測定物）１と、分光器３と、その分光器３に被測定物１の光を入力する集光光学系５０、視準光学系６０を備える。集光光学系５０としては、対物レンズ２、開口絞り１１、視野絞り部として機能するアパーチャミラー４、集光リレーレンズ３０、ファイババンドル２０、入射スリット２２を備える。視準光学系６０としては、反射ミラーとして機能するアパーチャミラー４、平面ミラー５、観察リレーレンズ６、接眼レンズ７を備える。分光器３は、上述のようなモノクロメータの他にも、ポリクロメータ等適宜の方式を採用することができる。
【００１８】
集光光学系５０は、対物レンズ２の後方に集光リレーレンズ３０を配置することで、ファイババンドル２０の入射端を集光光学系５０の開口絞りとして機能させることができる。アパーチャミラー４は、適宜の大きさ・形状の穴があいており、視野絞り部及び反射ミラーとしての両機能を有する。また、対物レンズ２の像は、アパーチャミラー４の穴の位置に結像する。アパーチャミラー４の穴の位置を集光リレーレンズ３０の焦点位置とすることにより、この像を集光リレーレンズ３０にて平行光に変換している。この光学系では、対物レンズ２の開口絞り１１の共役位置にファイババンドル２０の入射端を配置している。これは必ずしも必要な条件ではないが、対物レンズ２に入った光束を非常に効率良く使用出来る条件である。
【００１９】
ここで、ファイババンドル２０の機能について説明する。被測定物１が、例えば、液晶表示器のように、複数の偏光成分（縦偏光成分、横偏光成分等）を含んでいる場合がある。このような場合、分光器３では、回折格子の特性等により回折光の光量が変化し、計測値が変化することがある。ファイババンドル２０は、偏光波が光ファイバーを通過することにより、偏光特性をミキシングし、偏光成分または各偏光成分の割合にかかわらず回折光の光量を均一化し、計測値も均一化する。なお、バンドルファイバー２０の代わりに単線ファイバーを用いてもよい。
【００２０】
図２に、本発明に係る測定装置の第２の実施の形態の構成図を示す。
この実施の形態は、図１のアパーチャミラー４を置換したものであり、他の構成は同様である。そして、複数種類のスリットを用意しておき、所定の結像位置に取り替え可能とするものである。
この実施の形態では、集光光学系５１における視野絞り部として設定部７１と、設定部７１に設置される所定の径の視野絞りが形成された視野絞りユニット７１１〜７１３を備える。そして、視野絞りユニット７１１〜７１３が設定部７１に交換可能に構成されている。なお、視野絞りユニット７１１〜７１３は、適宜の大きさ又は形状のスリットが設けられ、適宜の種類用意することができる。
【００２１】
図３に、本発明に係る測定装置の第３の実施の形態の構成図を示す。
この実施の形態も、図１のアパーチャミラー４を置換したものであり、他の構成は同様である。そして、複数種類の大きさ及び／又は形状のスリットを有するスリットを用い、切り替えて可変絞りとする構成である。
この実施の形態では、集光光学系５２における視野絞り部として、複数種類の径の視野絞りが形成された調整部７２を備える。調整部７２は、例えば、軸が設けられ、回転することにより視野絞りのためのスリットの径が可変又は切り替え可能に構成される。なお、調整部７２のスリットは、適宜の大きさ又は形状のスリットが設けられ、適宜の種類用意することができる。
【００２２】
視野絞りとしては、以上の他にも、例えば、図１中のアパーチャミラー５０を斜めにしない構成等の構成を採用することができる。
なお、上述の各実施の形態において、視準光学系６０は、必要に応じて省略されてもよいし、追加されてもよい。
【００２３】
図４に、本発明に係る測定装置の第４の実施の形態の構成図を示す。
この実施の形態は、分光器３の入射側のコリメータレンズとしてシリンダレンズ８を使用し、アナモルフィック光学系にしたものである。
【００２４】
分光器３の回折格子３３は、入射ビームと射出ビームの光束の縦横比が変化する。このために、コリメータレンズ３２と結像レンズ３４のどちらかしか円形の開口に出来ない。このために、共軸系でコリメータレンズ３２と結像レンズ３４を構成した場合には、コリメータレンズ３２の開口を楕円形に絞るか、結像レンズ３４の開口をコリメータレンズ３２又は回折格子３３の開口の大きな方向に合わせて設計する必要がある。しかし、視野の外側の光がファイバの射出角の大きな光になるので、コリメータレンズ３２の縦と横の開口に差を付けると視野の外側が暗くなる視野ムラが生じる場合がある。一方、結像レンズ３４は、コリメータレンズ３２と比較して、画角が大きく、開口が回折格子の位置になり、レンズのかなり前方になるため、開口を更に大きくすることは困難であり、全体として開口を小さくするしかない。しかし、それは測定感度の低下につながる。
【００２５】
そこで、コリメータレンズ３２または結像レンズ３４の一方または両方を、アナモルフィック光学系にして両方の開口を合わせると感度が高く視野ムラの小さい光学系が可能となる。コリメータレンズ３２は結像レンズ３４と比較すると単純な構成なので、分光器の入射側において、シリンダレンズ８等を使用してアナモルフィック光学系にする方が実現しやすい。
【００２６】
つぎに、図５に、ファイババンドルの他の構成図を示す。ファイババンドル２５の入射端２６を開口絞り１１の瞳形状と合わせて丸形とし、射出端２７を分光器３の入射スリット２２と合わせて矩形にしたものである。このようにすると、集光効率が向上するので集光光学系に使用するレンズ枚数が削減できるとともに、分光器の入射スリットを廃止することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、偏光の影響を小さくすることができ、視野絞りの径が変更されることがあっても、測定条件（即ち、測定の波長半値幅など）が変化しない測光装置を提供することができる。また、本発明によると、ファイババンドルを使用することで、偏光の影響を小さくすることができる。また、本発明によると、リレーレンズを使用することで、ファイババンドルを使用しても視野切り替えが可能となる。さらに、本発明によると、ファイババンドルの入射端が集光光学系の開口絞りとして機能することで、視野切り替えの測定再現性を高く保つことができ、測定の波長半値幅が視野切り替えの影響を受けないようにすることができる。
【００２８】
さらに、本発明によると、視野絞り設定部又は調整部を設けることにより、視野絞りの径を変更することができ、異なる視野での測定が可能となる。また、本発明によると、ファイババンドルに対して、集光光学系をテレセントリック光学系とすることで視野ムラを防ぐことができる。また、本発明によると、リレーレンズを使用することで、対物レンズの大きさを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の第１の実施の形態の構成図。
【図２】本発明に係る測定装置の第２の実施の形態の構成図。
【図３】本発明に係る測定装置の第３の実施の形態の構成図。
【図４】本発明に係る測定装置の第４の実施の形態の構成図。
【図５】ファイババンドルの他の構成図。
【図６】分光放射輝度計の構成図。
【図７】視準光学系を備えた分光放射輝度計についての構成図。
【図８】モノクロメータの構成図。
【図９】ポリクロメータの構成図。
【図１０】集光光学系に入射スリットを備えた分光放射輝度計の構成図。
【図１１】集光光学系に開口絞りを備えた分光放射輝度計の構成図。
【図１２】ファイババンドルを用いた分光放射輝度計の構成図。
【図１３】リレーレンズを加えたファイババンドルを用いた分光放射輝度計の構成図。
【符号の説明】
１  光源
２  対物レンズ
３  分光器
４  アパーチャミラー
５  平面ミラー
６  観察リレーレンズ
７  接眼レンズ
１１  開口絞り
２０  ファイバハンドル
２２  入射スリット
３０  集光リレーレンズ
５０  集光光学系
６０  視準光学系
【図１】
0004454098.tif 000002
【図２】
0004454098.tif 000003
【図３】
0004454098.tif 000004
【図４】
0004454098.tif 000005
【図５】
0004454098.tif 000006
【図６】
0004454098.tif 000007
【図７】
0004454098.tif 000008
【図８】
0004454098.tif 000009
【図９】
0004454098.tif 000010
【図１０】
0004454098.tif 000011
【図１１】
0004454098.tif 000012
【図１２】
0004454098.tif 000013
【図１３】
0004454098.tif 000014