(57)【要約】【課題】被測定領域から放射される光束の輝度分布を均一化して測定精度を向上し、かつ小型な波長分布測定装置を提供する。【解決手段】波長分布測定装置２４は、被測定物１１から放射された光束を均一化する光束均一化光学素子５３と、互いに異なる分光感度特性を有する受光素子５６ａを複数備える受光部５６とを備える。光束均一化光学素子５３は、光束が入射する入射面５３ａ、入射面５３ａに入射された光束を受光部５６に向けて出射する出射面５３ｂ、および、入射面５３ａに入射された光束を内部反射する側面５３ｂを備えており、且つ、光束を内部で散乱させる体積散乱体により形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定領域から放射された光束の波長分布特性を測定する波長分布測定装置であって、
互いに異なる分光感度特性を有する受光素子を複数備える受光部と、
前記光束が入射する入射面、前記入射面に入射された前記光束を前記受光部に向けて出射する出射面、および、前記入射面と前記出射面とを連結し、前記入射面に入射された前記光束を内部反射する側面を備え、前記入射面より入射した前記光束を内部で散乱させる体積散乱体により形成される光束均一化光学素子と、
を備えることを特徴とする波長分布測定装置。
【請求項２】
前記被測定領域の中間像が形成される位置に配置され、前記被測定領域から放射された前記光束のうち、一部の光束のみを通過させる視野絞りを備え、前記光束均一化光学素子は、前記視野絞りを通過した前記光束を入射させることを特徴とする請求項１に記載の波長分布測定装置。
【請求項３】
前記光束均一化光学素子の前記側面は、金属膜または誘電体多層膜で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長分布測定装置。
【請求項４】
前記光束均一化光学素子の前記入射面の一部は、前記光束均一化光学素子の内部で散乱された前記光束を内部反射する反射面が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項５】
前記光束均一化光学素子の前記入射面と前記出射面との間の距離をＬ（ｍｍ）、前記体積散乱体の等価散乱係数をμs’（１／ｍｍ）としたとき、
３／Ｌ  ＜  μs’  ＜  ３０／Ｌ      （１）
の関係を満たすことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項６】
前記光束均一化光学素子の前記入射面の少なくとも一部は、該入射面に入射する前記光束を拡散させる拡散面で構成されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項７】
被測定領域と前記光束均一化光学素子との間に、光束を拡散させる拡散面を有する拡散素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項８】
前記受光部は、前記受光素子が二次元的に配置されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項９】
それぞれの前記受光素子は、光電変換素子と、該光電変換素子の前面に近接して配置された透過帯域特性の互いに異なるフィルタとから構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【請求項１０】
それぞれの前記受光素子からの出力信号に基づいて、前記光束の波長分布特性を導出する特性導出部を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の所定の領域から発散される光を均一化し、波長分布特性を検出する波長分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物から放射される光束のスペクトルを測定する測定装置として測色計がある。測色計は色情報を数値的に測定する装置であり、自動車、食品、印刷等種々の分野の工業製品や商品の色品質の検査や、顕微鏡における色補正を行うために用いられている。
【０００３】
測色計では、被測定物の所定領域から放射される光束を均一化し、この光を異なる波長成分を透過させるカラーフィルタとＣＣＤやＣＭＯＳ等の複数の受光素子とから構成される光センサに照射させる光学系を有するものが知られている。複数の受光素子を用いて測定を行う測色計の光学系としては種々のものがある。
【０００４】
光束を均一化するために、光ファイバを備える光学系（例えば、特許文献１参照）、あるいは、ライトパイプのような光束均一化光学素子を備える光学系（例えば、特許文献２参照）が知られている。光束均一化光学素子は内側面で光束が複数回反射されることにより、光束の輝度分布が均一化され、一様な光束が光センサに照射される。
【０００５】
一方、顕微鏡で光束のスペクトルを測定する場合、標本を対物レンズで拡大して中間像を形成し、その中間像を被測定領域とする場合がある。その場合、標本の拡大像が被測定領域となるので、標本からの発散光束が被測定領域では開口数（ＮＡ）が小さくなり、平行光束に近くなることが多い。その光束を光束均一化光学素子に入射させると、光束均一化光学素子の内側面での反射により光束を均一化するためには、光束均一化光学素子の全長を長くしなければならないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、測定領域と光束均一化光学素子との間に拡散板を配置することが行われている。拡散板により、略平行な光束を発散光束に変換することができるので、光束均一化光学素子の全長を短縮でき、装置を小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２７３２３２号公報
【特許文献２】特開２００８−９６７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年では顕微鏡装置の一層の小型化が求められており、それに伴って光束均一化光学素子も更なる全長短縮が求められている。しかしながら、光束均一化光学素子の全長を短縮すると、側面での反射回数が減少する。それにより個々の受光素子に照射される光束が不均一となり、スペクトルの測定精度が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、被測定領域から放射される光束のスペクトルを高い精度で測定しつつ、装置を小型化した波長分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する波長分布測定装置の発明は、
被測定領域から放射された光束の波長分布特性を測定する波長分布測定装置であって、
互いに異なる分光感度特性を有する受光素子を複数備える受光部と、
前記光束が入射する入射面、前記入射面に入射された前記光束を前記受光部に向けて出射する出射面、および、前記入射面と前記出射面とを連結し、前記入射面に入射された前記光束を内部反射する側面を備え、前記入射面より入射した前記光束を内部で散乱させる体積散乱体により形成される光束均一化光学素子と、
を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
前記被測定領域の中間像が形成される位置に配置され、前記被測定領域から放射された前記光束のうち、一部の光束のみを通過させる視野絞りを備え、前記光束均一化光学素子は、前記視野絞りを通過した前記光束を入射させることが好ましい。
【００１２】
また、前記光束均一化光学素子の前記側面は、金属膜または誘電体多層膜で被覆されていることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記光束均一化光学素子の前記入射面の一部は、前記光束均一化光学素子の内部で散乱された前記光束を内部反射する反射面が形成されていても良い。
【００１４】
また、好適には前記光束均一化光学素子の前記入射面と前記出射面との間の距離をＬ（ｍｍ）、前記体積散乱体の等価散乱係数をμs’（１／ｍｍ）としたとき、
３／Ｌ  ＜  μs’  ＜  ３０／Ｌ
の関係を満たす。
【００１５】
さらに好ましくは、前記光束均一化光学素子の前記入射面の少なくとも一部は、該入射面に入射する前記光束を拡散させる拡散面で構成されていても良い。
【００１６】
あるいは、被測定領域と前記光束均一化光学素子との間に、光束を拡散させる拡散面を有する拡散素子が配置されていても良い。
【００１７】
また、前記受光部は、前記受光素子が二次元的に配置されることができる。それぞれの前記受光素子は、光電変換素子と、該光電変換素子の前面に近接して配置された透過帯域特性の互いに異なるフィルタとから構成されるものとすることができる。さらに好適には、それぞれの前記受光素子からの出力信号に基づいて、前記光束の波長分布特性を導出する特性導出部を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光均一化光学素子が、入射面より入射した光束を内部反射させる側面を有し、且つ、入射面より入射した光束を内部で散乱させる体積散乱体により形成されるので、光束均一化光学素子の全長が短くても被測定領域から放射される光束を均一化し、受光面での照度分布を均一化することができる。これにより、光束のスペクトルを高い精度で測定しつつ、測定装置を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る波長分布測定装置を適用した顕微鏡の概略構成図である。
【図２】図１の測定ユニットの構成を、被測定物から発した光が受光部に至るまでの光路とともに示す図である。
【図３】図２の受光部上での受光素子の配列の一例を示す図である。
【図４】図２の受光部の各受光素子の分光感度の一例を示す図である。
【図５】図１の顕微鏡における測色処理を示すブロック図である。
【図６】図２の受光部上での照度分布のプロファイルを示す図である。
【図７】本発明の第２実施の形態に係る波長分布測定装置における、受光部上での照度分布のプロファイルを示す図である。
【図８】本発明の第３実施の形態に係る波長分布測定装置の概略構成を光束の光路と共に示す図である。
【図９】本発明の第４実施の形態に係る波長分布測定装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る波長分布測定装置を適用した顕微鏡の概略構成図である。この顕微鏡１０は、透過型の光学顕微鏡である。
【００２２】
顕微鏡１０は、被測定物１１を載置するステージ１２を含むステージユニット１３と、被測定物１１を照明する光源ユニット１４と、複数の対物レンズ１５が装着されたレボルバユニット１６と、対物レンズ１５を通った光に中間像を結像させる結像レンズ１７と、使用者が被測定物１１を目視するための接眼部１８と、被測定物像を撮像するために直筒部に取付けられたカメラユニット１９とを含んで構成されている。なお、カメラユニット１９は、接眼部１８に装着しても良く、また、カメラユニットの画像のみで被測定物１１を観察するように構成されていても良い。
【００２３】
また、対物レンズ１５と結像レンズ１７との間には、ハーフミラー２０が設けられ、被測定物１１からの光束の一部を分岐させフォーカス検出ユニット２１に入射させる。さらに、結像レンズ１７と接眼部１８およびカメラユニット１９との間には、ハーフミラー２２が設けられ、被測定物１１からの光束の一部を分岐させ、ミラー２３を介して測定ユニット２４に入射させる。ハーフミラー２０および２２は、光束を分岐させるものであれば、プリズムやビームスプリッタ等を使用することもできる。また、ミラー２３は必ずしも設ける必要は無い。
【００２４】
ステージユニット１３は、ステージ１２と、ステージ１２に載置された被測定物１１の向きを変えずに３次元方向に駆動させるＸＹ駆動機構（図示せず）およびＺ駆動機構（図示せず）と、これら、ＸＹ駆動機構およびＺ駆動機構をそれぞれ制御するＸＹ駆動制御部１３ａおよびＺ駆動制御部１３ｂとを含んでいる。ここで、対物レンズ１５の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向と垂直な平面をＸＹ平面として定義している。これによって、ステージ１３は、ＸＹＺ方向に自在に移動させることができる。ＸＹ駆動制御部１３ａは、ＸＹ位置の原点センサ（図示せず）によってステージのＸＹ平面における所定の原点位置を検知し、この原点位置を基点としてモータの駆動量を制御することによって、被検査物の観察視野を移動させる。Ｚ駆動制御部１３ｂは、Ｚ位置の原点センサ（図示せず）によってステージのＺ方向における所定の原点位置を検知し、この原点位置を基点としてモータの駆動量を制御することによって、所定の高さ範囲内の任意のＺ位置に被検査物を焦準移動させる。
【００２５】
光源ユニット１４は、ステージ１２の下部からステージ１２の開口部を通して、ステージ１２に載置される被測定物１１を照明する白色光源であり、ハロゲンランプ等が使用される。光源ユニット１４から出射した光の被測定物１１を透過した透過光が観察光として対物レンズ１５に入射する。レボルバユニット１６は、回転可能なレボルバに倍率の異なる対物レンズ１５を複数装着しており、このレボルバを回転させて使用する対物レンズ１５を自在に交換し、対物レンズの倍率（観察倍率）の変更を行う。フォーカス検出ユニット２１は、分岐した被測定物１１からの光束に基づいて、合焦位置を検出する。また、測定ユニット２４は、被測定物１１の色またはスペクトルに関する情報を取得するものであって、本実施の形態の波長分布測定装置に該当するものである。測定ユニット２４の構成の詳細については後述する。
【００２６】
さらに、顕微鏡１０は、制御・データ処理部３０として、ステージユニット制御部３１と、光源ユニット制御部３２と、レボルバユニット制御部３３と、カメラユニット制御部３４と、フォーカス検出ユニット制御部３５と、測定ユニット制御部３６と、制御コントローラ３７と、ホストシステム３８と、ユーザインタフェース３９とを備える。
【００２７】
ステージユニット制御部３１は、ＸＹ駆動制御部１３ａおよびＺ駆動制御部１３ｂを制御して、被測定物１１の位置を制御する。光源ユニット制御部３２は、光源ユニット１４を制御して、光源ユニット１４から照射される照明光の光量を調整する。レボルバユニット制御部３３は、レボルバユニット１６のレボルバを回転させて、対物レンズの切り換えを行う。フォーカス検出ユニット制御部３５は、フォーカス検出ユニット２１を制御して、顕微鏡１０のフォーカス位置に関する情報を取得する。測定ユニット制御部３６は、測定ユニット２４を制御して、被測定物１１の所定の領域の波長分布特性を電気信号として受信する。
【００２８】
制御コントローラ３７は、ホストシステム３８の制御に基づいて、顕微鏡装置１０を構成する各部の動作を統括的に制御する。例えば、制御コントローラ３７は、レボルバを回転させて観察光の光路上に配置する対物レンズ１５を切換える処理や、切換えた対物レンズ１５の倍率等に応じた光源の調光制御や各種光学素子の切換え、あるいはＸＹ駆動制御部１３ａやＺ駆動制御部１３ｂに対するステージの移動指示等、被測定物１１の観察に伴う顕微鏡１０の各部の調整を行うとともに、各部の状態を適宜ホストシステム３８に通知する。
【００２９】
また、制御コントローラ３７は、フォーカス検出ユニット３５を制御して顕微鏡１０のフォーカス状態に関する情報を取得し、その結果に応じてＺ駆動制御部１３ｂに対するステージの移動指示を行うことで被測定物１１に自動的にピントを合わせるオートフォーカス制御を実現する。また、ユーザインタフェース３９は、キーボードおよびディスプレイ等で構成され、ホストシステム３８に対する各種入力を受付け、また、各種測定結果の表示およびシステム情報の表示をする。
【００３０】
さらに、制御コントローラ３７は、ホストシステム３８の制御に基づいて、カメラユニット１９の自動ゲイン制御のＯＮ／ＯＦＦ切換、ゲインの設定、自動露出制御のＯＮ／ＯＦＦ切換、露光時間の設定等を行ってカメラユニット１９を駆動し、カメラの撮像動作を制御する。また、測定ユニット２４によるスペクトルの取得の際の測定視野や測定箇所、測定数、測定の際の積算回数や使用する受光素子の数、フィルタ設定等を制御する。
【００３１】
次に、測定ユニット２４について説明する。図２は、図１の測定ユニットの構成を被測定物１１から発した光が測定ユニット２４の受光部５６に至るまでの光路と共に示す図である。測定ユニット２４は、視野絞り５１と、光束均一化光学素子５３と、受光部５６を含んで構成されている。なお、本発明を表現する上で必須な構成は、光束均一化光学素子５３と、受光部５６である。
【００３２】
視野絞り５１は、対物レンズ１５と結像レンズ１７による被測定物１１の中間像５７が形成される位置に配置されている。この視野絞り５１によって、被測定物１１の測定対象の領域を制限することができる。視野絞り５１を通過した光束は光束均一化光学素子５３に入射し、輝度分布が均一化された光となって受光部５６に到達する。光束均一化光学素子５３については、後で説明する。
【００３３】
受光部５６は、複数（例えば、４〜２０色）の異なる分光感度を有する受光素子５６ａを含んで構成される。受光素子５６ａは、受光面に一列に配置されていても良く、また、２次元的に配置されていても良い。図３は、図２の受光部５６の受光素子５６ａの配列の一例を示す図であり、この場合受光部５６は、１５の受光素子５６ａが、３行５列に配置され、受光部５６の受光面は全体として長方形の形状となっている。
【００３４】
また、各受光素子５６ａは、光電変換素子例えばフォトダイオード（ＰＤ）の前面に、例えば、透過帯域特性の異なる有機膜のフィルタを配置して構成される。図４は、図２の受光部５６の各受光素子５６ａの分光感度の一例を示す図であり、横軸に波長、縦軸に分光感度を示している。この受光部５６を用いた場合、隣接するグラフに対応する２つの受光素子５６ａの信号の差分をとることによって、合計１４バンドのスペクトルに対応した信号（成分特性）を得ることができる。使用する受光素子５６ａの数を多くすることで、高い測定精度を得ることができる。一方、高い測定精度が求められていない場合には、使用する受光素子５６ａの数を減らすことで、測定時間を短縮することができる。
【００３５】
図５は、図１の顕微鏡における測色処理を示すブロック図である。受光部５６の各受光素子５６ａで検出された各スペクトル帯域に対応する電気信号は、制御・データ処理部３０の測定ユニット制御部３６によって読み出され、ホストシステム３８に転送される。ホストシステム３８には、補正部６１、スペクトル推定部６２および画像補正部６３が含まれる。補正部６１は、各受光素子５６ａの光学的なムラや受光素子の個体差等に基づきデータを補正し、スペクトル推定部６２は、補正部６１で補正されたデータに基づいて、色またはスペクトルの推定を行う。画像補正部６３は、スペクトル推定部６２で推定された色またはスペクトルに基づいて、カメラユニット１９から得られる画像の色を補正する。この例において、補正部６１およびスペクトル推定部６２は、特性導出部に対応する。
【００３６】
次に光束均一化光学素子５３について説明する。図２に示すように、光束均一化光学素子５３は、入射面５３ａと、側面５３ｂと、出射面５３ｃとで構成されている。一般的な光束均一化素子では、入射面から入射した光束が側面で複数回反射することで、出射面から出射する光束の輝度分布が均一化される。この反射回数は、光束均一化光学素子の長さに比例し、太さ（幅や高さ）に反比例する。
【００３７】
図１および図２のような構成において、一般的な光束均一化素子を測定装置２４に適用した場合、測定ユニット２４を小型化する場合には、光束均一化光学素子の全長を短縮する必要がある。しかし、受光部５６の面積を縮小することは製造上の問題等で難しいため、出射面の面積も小さくすることは難しい。従って、光束均一化光学素子の太さは変化せずに全長が短縮するため、側面での光束の反射回数が減少し、光束の均一化が不十分となる。
【００３８】
さらに、顕微鏡の場合は一般的に拡大観察を行うので、被測定物１１よりも中間像５７の方が大きくなる。それに伴い、被測定物１１から放射される発散光束の角度範囲よりも、中間像５７に収束する光束の角度範囲の方が小さくなる。中間像５７の拡大倍率が高くなるほど、視野絞り５１を通過する光束は平行光に近くなる。その光束を光束均一化光学素子に入射すると、光束の大部分が側面で反射せずに受光部５６に届くため、光束の輝度分布の均一化がなされず、スペクトルの測定精度が悪化してしまう。
【００３９】
そこで本発明では、上述のように光束均一化光学素子５３を体積散乱体により形成する。体積散乱体とは媒質内部で光が散乱する材料であり、ガラスや樹脂等の透明な媒質の内部に多数の粒子を拡散させたものである。媒質中に拡散された粒子による反射や屈折率の変化によって、媒質内部を通る光が散乱される。媒質内に拡散される粒子の粒径は、０．１μｍ〜１００μｍ程度である。樹脂を媒質とする体積散乱体としては、例えば、特開平５−３０２００６に記載される、メタクリル樹脂に平均粒径が５〜２０μｍの実質的に球状の架橋重合体微粒子を分散させた光拡散性メタクリル樹脂や、特開２００１−６６７０１に記載される透光性樹脂中にシリコーン系ゴム球状粒子を分散させたものなどが知られている。また、ガラスを媒質とするものとしては、非晶質ガラス中に屈折率の異なる結晶やガラス粒子が分散されたオパールガラスが知られている。オパールガラスの製法としては、低融点ガラスに溶解速度の小さいＴｉＯ２やＳｉＯ２などの酸化物を加えて懸濁させる方法や、高温で溶解したガラスを、冷却過程または再加熱により粒子を析出させる方法が知られている。また、特許第４５７４８７８号に記載される光散乱性ガラス材料のように、ガラス内部に粒径０．１μｍ以上のガラス粒子、または、金属酸化物粒子を分散させたものも知られている。
【００４０】
視野絞り５１を通過した後に光束均一化光学素子５３の入射面５３ａに入射した光束は、媒質内部の粒子により光束均一化光学素子５３の内部で何回も散乱されることとなる。それにより輝度分布が均一化された光束が、光束均一化光学素子５３の出射面５３ｃから出射し、受光部５６に到達する。特に顕微鏡では、被測定物１１が厚みを持つ場合やデフォーカスした場合に光束の輝度の位置分布だけでなく、輝度の角度分布も不均一となる。このような場合でも受光部５６に照射される光束の照度分布を均一化できるので、スペクトルの測定精度を確保することができる。
【００４１】
光束均一化光学素子５３の側面５３ｂは、光束を反射することによる輝度均一化の効果だけでなく、光束を外に逃がさずに明るさを確保する効果も有する。光束均一化光学素子の内部で散乱された後に側面５３ｂに届く光束の角度は様々であり、側面５３ｂで全反射するとは限らない。従って、側面５３ｂは通常の光学面では無く、金属膜または誘電体多層膜で被覆した高い反射率を有する反射面とすることが好ましい。特に、アルミ蒸着面などの金属膜は、波長や角度の依存性があまり無く、９０％程度の反射率が得られる。もちろん、反射率はこの数値と異なっていても側面５３ｂでの反射による光束均一化の効果と明るさ確保の効果は得られる。反射率が１００％に近いほど良い。
【００４２】
次に、光束均一化光学素子５３の作用について、数値計算によるシミュレーションを行った結果に基づいてさらに説明する。
【００４３】
光束均一化光学素子５３内部での光束の体積散乱は、散乱係数μs、吸収係数μa、非等方散乱パラメータｇの３つのパラメータで表現できる。散乱係数μsは媒質の散乱の強さを表すパラメータである。入射光の強度をＩ０、光が進む距離をｘ、光が進んだ後の強度をＩとすると、Ｉ=Ｉ０ｅｘｐ（−μｓ・ｘ）の関係にある。同様に、吸収係数μａは媒質の吸収の強さを表すパラメータである。入射光の強度をＩ０、光が進む距離をｘ、光が進んだ後の強度をＩとすると、Ｉ=Ｉ０ｅｘｐ（−μａ・ｘ）の関係にある。散乱係数、吸収係数ともに、［１／ｍｍ］や［１／ｃｍ］といった単位で表されることが多い。また、非等方散乱パラメータｇは無次元量であり、散乱の角度分布の平均余弦を積分したものである。完全な前方散乱ではｇ＝１、完全な後方散乱ではｇ＝−１、等方散乱ではｇ＝０の値を取る。本実施の形態および第２実施の形態のシミュレーションにおいて、吸収係数μａはゼロ、非等方散乱パラメータは０．９（強い前方散乱）、としている。散乱の角度分布（位相関数）は、Henyey-Greenstein関数に基づいて計算している。
【００４４】
また、ｇ＞０の前方散乱特性をもつ物質でも、光が複数回散乱した等方散乱領域では等価散乱係数μs’を用いることができる。ここで、μs’＝（１−ｇ）μsの関係がある。散乱の強さを評価するのに便利であるため、等価散乱係数μs’で散乱の強さを表現する。シミュレーションでのμs’の値は後述する。
【００４５】
本シミュレーションの光束均一化光学素子５３は、入射面５３ａおよび出射面５３ｃが３．２ｍｍ×２．６ｍｍの矩形の形状を有し、長さＬ（入射面５３ａと出射面５３ｃとの距離）を３ｍｍとした。視野絞り５１と入射面５３ａの距離が０．２ｍｍ、射出面５３ｃと受光部５６との距離が０．２ｍｍである。受光部の受光範囲は２．０ｍｍ×１．４ｍｍである。また、側面５３ｂは反射率が９２％、吸収率が８％の反射面とした。
【００４６】
光束均一化光学素子５３の等価散乱係数μs’が大きすぎると、光束の輝度分布が均一化されるものの受光部での照度が低下して測定精度が低下する。逆に等価散乱係数μs’が小さすぎると、受光部での照度は高いものの光束の輝度分布が均一化されず測定精度が低下する。従って、最適なμs’を選択することで照度の絶対値と均一性の双方を確保することが重要となる。
【００４７】
図６は、シミュレーションにより得られた受光部５６の照度分布のラインプロファイルを示す図である。ここで、ラインプロファイルとは、受光部５６の中心を通る水平方向（Ｘ軸）と垂直方向（Ｙ軸）とのそれぞれの直線上の照度分布のプロファイルである。図６において、実線は水平方向（Ｘ軸）の照度分布プロファイルを示し、破線は垂直方向（Ｙ軸）の照度分布プロファイルを示している。測定には受光部５６の２．０ｍｍ×１．４ｍｍの範囲を使用するので、Ｘ軸方向は±１．０ｍｍ、Ｙ軸方向は±０．７ｍｍの領域に着目する。
【００４８】
図６（ａ）は、等価散乱係数μｓ’が０．１［１／ｍｍ］の照度分布プロファイルである。μｓ’が小さいため照度分布が不均一になっており、測定誤差が大きくなる。図６（ｂ）は、等価散乱係数μｓ’が１．０［１／ｍｍ］の照度分布プロファイルである。照度分布が均一であり、測定領域の端部（Ｘ＝±１．０ｍｍ、Ｙ＝±０．７ｍｍ）で照度の絶対値もあまり低下していない。図６（ｃ）は、等価散乱係数μｓ’が１０．０［１／ｍｍ］の照度プロファイルである。照度分布は均一であるが、測定領域の端部で照度の絶対値が図６（ｂ）と比べて約１／１０に低下している。光源や受光器等の条件によっては使用することができるが、これ以上μｓ’が大きくなると照度の低下が大きすぎるため測定に使用することが難しい。すなわち、この実施例では、１．０≦μｓ’≦１０．０の範囲であれば、概ね良好な照度分布プロファイルが得られる。この実施例では長さＬ＝３ｍｍであることから、次の条件式が導かれる。
３／Ｌ  ≦  μｓ’  ≦  ３０／Ｌ          （１）
【００４９】
本実施の形態では、光束均一化光学素子５３の長さを僅か３ｍｍとしながら、図６（ｂ）の場合、照度分布の均一化が達成されている。光ファイバやライトパイプのような光学素子を用いた場合は、それら光学素子内で複数回反射させるため、入射面および出射面の寸法に比べ、長さ（入射面と出射面との間の距離）は数倍以上長くなるのが一般的である。これに対して、本実施の形態の光均一化光学素子５３は、入射面および出射面の寸法とほぼ変わらない長さでありながら、光束の均一化を達成している。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、視野絞り５１を通過した光束を、体積散乱体により形成される光束均一化光学素子５３に入射し、輝度分布が均一化された光束を受光部５６に照射するので、光束均一化光学素子５３の全長を短くしつつ、受光部５６での照度の絶対値と均一性を確保することができる。これにより、光束のスペクトルを高い精度で測定しつつ、測定装置を小型化することが可能となる。
【００５１】
また、被測定物１１の被測定領域の中間像を形成し、視野絞り５１によりその一部の光束のみを通過させるようにしたので、被測定物１１の所望の領域からの光束を抽出することができる。これによって、波長分布特性を高い空間分解能で精度良く測定することが可能になる。
【００５２】
また、受光素子５６ａは二次元的に配置したので、一次元に配置するよりもより多くの成分特性、すなわちスペクトル帯域に対応した光を検出することができる。さらに、光学系を構成する部材が少なく、単純な構成であるため、安価で組み立ても容易である。
【００５３】
なお、上記のシミュレーションに用いた光束均一化光学素子５３の大きさや、光束均一化光学素子５３と視野絞り５１および受光部５６との配置の関係、吸収係数μａおよび等価散乱係数μｓ’、並びに、側面５３ｂの反射率等の値は例示であって、本実施の形態の構成はこれらに限定されない。以下の第２実施の形態においても同様である。
【００５４】
また、上記実施の形態において、結像レンズ１７の位置は、ハーフミラー２０とハーフミラー２２との間に限られない。例えば、ハーフミラー２２とミラー２３との間、および、ハーフミラー２２と接眼部１８およびカメラユニット１９との間にそれぞれ結像レンズを設ける構成とすることもできる。
【００５５】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態に係る波長分布測定装置について説明する。第２実施の形態に係る波長分布測定装置は、第１実施の形態の波長分布測定装置において、図２の光束均一化光学素子５３の入射面５３ａを、光を拡散する拡散面としたものである。なお、入射面５３ａから入射する光束は、入射面５３ａの一部の領域のみを通過するので、拡散面とするのは当該一部の領域のみで良い。
【００５６】
入射面５３ａを拡散面とすることで、視野絞り５１を通過した平行に近い光束が、発散光束となって光束均一化光学素子５３に入射する。これにより、入射面５３ａにも拡散作用を持たせることができるので、受光部５６における照度分布をさらに均一化することが可能となる。
【００５７】
この場合の、光束均一化光学素子５３の作用について、数値計算によるシミュレーションを行った結果に基づいてさらに説明する。ここで、光束均一化光学素子５３の入射面５３ａおよび出射面５３ｃの形状および長さ、視野絞り５１と入射面５３ａの距離および出射面５３ｃと受光部５６との距離は、第１実施の形態におけるシミュレーションと同じとした。また、拡散面の拡散角は、半値全幅で８０度とした。すなわち拡散面に垂直な方向の光の強度を１．０としたとき、この垂直な方向から±４０度方向の散乱光の強度は、０．５となる。また、その他の条件も特に記載しない限り第１実施の形態のシミュレーションと同じとした。
【００５８】
図７は、シミュレーションにより得られた受光部５６の照度分布のラインプロファイルを示す図である。図６と同様に、実線は水平方向（Ｘ軸）の照度分布プロファイルを示し、破線は垂直方向（Ｙ軸）の照度分布プロファイルを示している。この場合も、第１実施の形態におけるシミュレーションと同様に、Ｘ軸方向は±１．０ｍｍ、Ｙ軸方向は±０．７ｍｍの領域に着目する。
【００５９】
図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ等価散乱係数μｓ’が０．１［１／ｍｍ］、１．０［１／ｍｍ］、１０．０［１／ｍｍ］のときの照度プロファイルである。特にμｓ’が０．１［１／ｍｍ］の場合において、依然として不均一性はあるものの照度分布が改善している。このように、入射面５３ａを拡散面とすることで、受光面５６における照度分布をさらに均一化することが可能となる。
【００６０】
（第３実施の形態）
図８は、本発明の第３実施の形態に係る波長分布測定装置の概略構成を光束の光路と共に示す図である。第１実施の形態を示す図２と同様に、被測定物１１から発した光が測定ユニット２４の受光部５６に至るまでを図示している。
【００６１】
本実施の形態では、第１実施の形態における波長分布測定装置において、視野絞り５１と光束均一化光学素子５３との間に拡散板５２を配置している。拡散板５２としては、平板ガラスの片面を砂目面に処理したものなどが使用される。視野絞り５１を通過した光束が拡散板５２で発散光束となった後に、光束均一化光学素子５３に入射するので、第２実施の形態と同様に受光面５６における照度分布をさらに均一化することが可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態では、拡散板５２と光束均一化光学素子５３が別体として配置されている。拡散板５２と光束均一化素子５３とをそれぞれ別に製造することができるので、製造を簡単に行うことができるという利点がある。
【００６３】
（第４実施の形態）
図９は、本発明の第４実施の形態に係る波長分布測定装置を説明する図であり、図９（ａ）は側面図であり、図９（ｂ）は光均一化光学素子５３の入射面側から見た図である。光均一化光学素子５３の入射面５３ａは、光束の入射する中央部を除いて、例えば金属膜または誘電体多層膜からなる反射面により被覆されている。その他の構成は、第１実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
これによって、光均一化光学素子５３に入射した光束は、その内部で散乱されて入射面に戻っても内部反射される。したがって、いったん光均一化光学素子５３に入射した光束が、入射面から出射し、その結果受光部５６に到達できる光量が低下することを防ぐことができる。これによって、波長分布測定装置の検出感度を高めることができる。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、光束均一化光学素子は、上述の実施の形態で挙げたもの以外に種々の形態のものを適用することが可能である。例えば、光束均一化光学素子の入射面および出射面の面形状は、長方形に限られず、円形や三角形、正方形、五角形、六角形等であっても良い。
【００６６】
また、本発明の波長分布測定装置は、顕微鏡に限られず単独の測色計や波長分布の測定を必要とする他の装置の一部として適用することができる。また、第１実施の形態のように、中間像を結像させる必要は無く、被測定物からの光束を直接測定するようにしても
良い。
【符号の説明】
【００６７】
１０    顕微鏡
１１    被測定物
１２    ステージ
１３    ステージユニット
１３ａ    ＸＹ駆動制御部
１３ｂ    Ｚ駆動制御部
１４    光源ユニット
１５    対物レンズ
１６    レボルバユニット
１７    結像レンズ
１８    接眼部
１９    カメラユニット
２０    ハーフミラー
２１    フォーカス検出ユニット
２２    ハーフミラー
２３    ミラー
２４    測定ユニット
３０    制御・データ処理部
３１    ステージユニット制御部
３２    光源ユニット制御部
３３    レボルバユニット制御部
３４    カメラユニット制御部
３５    フォーカスユニット制御部
３６    測定ユニット制御部
３７    制御コントローラ
３８    ホストシステム
３９    ユーザインタフェース
５１    視野絞り
５２    拡散板
５３    光束均一化光学素子
５３ａ    入射面
５３ｂ    側面
５３ｃ    出射面
５６    受光部
５６ａ    受光素子
５７    被測定物の中間像
６１    補正部
６２    スペクトル推定部
６３    画像補正部
【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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