JPH06273232A - 測色計の受光光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、波長分解フィルタとセンサアレイと
の組合せ等からなる分光センサを用いた測色計における
受光光学系において、被測定領域の各点から発せられる
光線が均一に含まれた被測定光を、効率良く、あるいは
フィルタ面に対して垂直に入射するように、センサアレ
イの各センサに導くことができる受光光学系を提供する
ことを目的とする。 【構成】被測定領域から発せられた光は、アパーチャー
２、対物レンズ３、アパーチャー４を通過後、結像位置
より後方において放射状に広がる。波長分解フィルタ５
とセンサアレイ６からなる分光センサは、被測定領域内
の全ての点から発せられる光線が必ず含まれる領域内に
配置されており、入射光の均一性が保たれる。被測定領
域１からの光線はシリンドリカルレンズ７によりセンサ
アレイの列と垂直な方向について集光されるため、従来
の光学系と比較して受光効率を改善される。またシリン
ドリカルレンズ８を通過後、ほぼ平行な光線とされるた
め、フィルタ５に対して垂直に光線が入射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入射された光を各波長
成分に分解する波長分解フィルタとＣＣＤ等のセンサア
レイとの組合せからなる分光センサを利用し、被測定光
の色情報として各波長成分を出力する装置（分光光度
計、分光測色計など）において、被測定領域からの光を
分光センサに導き照射するための光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、製品や商品の色彩管理などの場に
おいて、ある光源からの光の色やあるいは物体の色を測
定する装置、いわゆる測色計が広く利用されている。測
色計は、所定の被測定領域からの光を効率良く分光セン
サに導くための光学系を備えているのが一般的である。
この測色計の光学系については、以下のような条件を満
足することが理想的である。

【０００３】（１）センサアレイの各素子に入射する光
は、被測定領域の全ての部分の色情報を均一に含むこ
と。 （２）センサアレイの各素子に入射する光の強度がほぼ
均一であること。 （３）被測定領域からの光を、センサアレイの各素子へ
効率良く導くこと。 （４）センサアレイの前面に連続干渉フィルタを配置す
る場合、連続干渉フィルタに入射する光はフィルタ面に
垂直な平行光であること。 上記条件の中でも特に、（４）は連続干渉フィルタの波
長分解特性を最良にするための条件であり、この条件が
満足されずフィルタ面に対して斜めの光が入射すると、
以下のような特性不良が生じる。

【０００４】光の入射点の中心透過波長が短波長側に
ずれる。 半値幅が広くなる。 不透過波長域であるべき波長域の透過率が高くなる。 複数の連続干渉フィルタを個別のガラス基板に蒸着し
たものを組み合わせて合成透過特性を得る構造のフィル
タの場合、フィルタ面に対して斜めに入射した光が挾ま
れたフィルタ間で多重反射し、入射点から離れた透過波
長が異なる位置からセンサ側へ迷いこんでしまう。従っ
て、本来不透過波長であるべき波長を透過してしまうと
いう不都合が生じる。

【０００５】図６は従来から広く用いられている、一般
的な測色計の光学系を表すものである。図において１０
１は被測定領域を示す。１０２及び１０４はアパーチャ
ーを示し、被測定領域の境界を決定するとともに、被測
定領域内から対物レンズ１０３を通過する光線の光軸か
らの最大の振れ角を決定する。この被測定領域の境界を
厳密に設定しなければならない場合には、アパーチャー
１０４を対物レンズ１０３による被測定領域の結像位置
に配置し、アパーチャー径は被測定領域の境界の像に一
致させれば良い。

【０００６】１０５は入射光を各波長成分に分光するた
めの波長分解フィルタを示し、１０６はフィルタ１０５
の後に配置されたセンサアレイを示す。このセンサアレ
イ１０６には、シリコンフォトダイオードアレイや１次
元ＣＣＤセンサなど公知の光電変換素子が用いられる。
このフィルタ１０５とセンサアレイ１０６の組合せによ
り、分光センサを構成する。

【０００７】被測定領域１０１から発せられた光は、ア
パーチャー１０２、対物レンズ１０３、アパーチャー１
０４を通過し、結像位置より後方において放射状に広が
る。そして、結像位置から離れるに従って「被測定領域
内の全ての点から発せられる光線が必ず含まれる領域」
が広がる。図６に示した光学系においては、フィルタ１
０５とセンサアレイ１０６からなる分光センサが、この
領域内に配置されているため、センサアレイ１０６中の
いずれのセンサ素子に対しても、被測定領域内の全ての
測定点から発せられる光線が入射される。この構成によ
り、「各素子に入射する光は、被測定領域の全ての部分
の色情報を均一に含む。」という上記条件（１）及び、
「各素子に入射する光の強度はほぼ均一である。」とい
う条件（２）を満たすことが可能となる。

【０００８】図６において、点線で示した光線は被測定
領域の中心より発せられる光線束の範囲を示し、実線で
示した光線は被測定領域の境界上の１点より発せられる
光線束の範囲を示す。また右方に示した点線の円は、被
測定領域の中心からの光線束による、アレイセンサ受光
面での照射範囲を示し、実線の円は、被測定領域の境界
上の点からの光線束による照射範囲を示す。

【０００９】図からわかるように、照射範囲である円内
の光のうち、実際にセンサアレイ１０６に入射されるの
はごく１部分にすぎず、ほとんどの光はセンサアレイ外
を照射している。つまり図６に示された光学系は、被測
定領域１０１から発せられた光線の大部分が利用されな
い構成となっている。しかも、被測定領域の中心からの
光線束による照射範囲と、境界上の点からの光線束によ
る照射範囲にズレていることからもわかるように、「被
測定領域内の全ての点から発せられる光線が必ず含まれ
る領域」は、各点からの光線束の照射範囲が重なった部
分に限定される。従って、これ以上被測定領域からの光
を集光することはできない。

【００１０】また、図６の光学系では、波長分解フィル
タ１０５の中央部付近においては、フィルタ面に対して
垂直に光が入射するが、中央部から離れて両端部に近づ
くほど光線の入射角が大きくなり、フィルタ面に対して
斜めに光が入射してしまう。これにより分光センサの両
端部付近においては、上記〜の問題が生じる。

【００１１】以上説明したように、図６の光学系では、
測色計の光学系に求められる上記条件のうち、（３）
「被測定光をセンサアレイへ効率良く導くこと」、及び
（４）「フィルタに入射する光はフィルタ面に垂直な平
行光であること」を満足することができない。

【００１２】次に、図７は別の従来例を示すものであ
り、特開昭６２−１７７４２２号公報に開示された、測
色計の光学系を示す。なお図７において、図６と同じも
のについては、同じ符号を付している。

【００１３】図７の光学系においては、対物レンズ１０
３の射出瞳の像がセンサアレイ１０６の面上に結像され
るように、コンデンサレンズ１０７が配置されている。
この構成により、点線で示した被測定領域の中心より発
せられる光線束による照射範囲と、実線で示した被測定
領域の境界上の点より発せられる光線束による照射範囲
が一致する。すなわち、被測定領域１０１内の全ての点
からの光線束による照射範囲が、右方に示した実線の円
に一致し、この円が「被測定領域内の全ての点から発せ
られる光線が必ず含まれる領域」となる。従って図６の
光学系に比べて、被測定領域からの光をさらに集光する
ことが可能となり、より効率良く光を導くことが可能と
なる。

【００１４】しかしながら、依然としてセンサアレイ１
０６に入射されるのは照射範囲の円内の光のごく１部分
であり、被測定領域からの光のほとんどが利用されてい
ない。さらに、フィルタの両端部に近づくほど、フィル
タ面に対して斜めに光が入射する点については何ら改善
されていない。このように、図７の光学系においても、
上記条件の（３）（４）が満足されていない。

【００１５】また、別の従来例としては、特開平４−２
２３２３６号が知られている。この特開平４−２２３２
３６号に開示された測色計の光学系は基本的には図７に
示したものと同じであるが、新たに分光センサへ光を導
くための光学ファイバ束が設けられている。この光学フ
ァイバ束は、その一端が図７のアレイセンサ１０６の受
光面の位置に、他端が分光センサの直前に配置されてい
る。

【００１６】この光学系においては、光学ファイバ束の
端面と分光センサの受光面が比較的近いことから、分光
センサ受光面での被測定光の受光効率は図６，７の光学
系よりは改善されている。しかしながら、依然としてセ
ンサアレイ１０６に入射される光は全体の１部分であ
る。また、光学ファイバ束の端面と分光センサの受光面
が近いために、フィルタの両端部においてはやはり斜め
に光が入射してしまう。

【００１７】以上説明したように、いずれの従来例にお
いても、上記条件（１）（２）の入射光の均一性の条件
を満たし、かつ条件（３）あるいは（４）を満たすよう
な光学系は実現されていない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は分光
センサの波長分解フィルタとして、例えば「銀／フッ化
マグネシウム／銀」からなる３層構造薄膜を真空蒸着に
よってガラス基板上に形成したものなど、比較的層数の
少ないフィルタが多く用いられてきた。なお、フッ化マ
グネシウムを挾む層はミラーとして機能させる層であ
り、反射率の高い金属であれば良く、銀に限られるもの
ではない。（アルミや金などの例もある。）このような
フィルタは、比較的小型化が容易であるため、コンパク
トな分光センサを実現することが可能である。しかしな
がら、上記のようなフィルタは、金属膜を使用している
ため、保存温度の制限や金属膜の酸化に対する保護など
の問題を有しており、また波長の分解精度に関する問題
も有していた。

【００１９】これに対して、近年、誘電体の高屈折層と
低屈折層の各層をくさび状に交互に多数層ガラス基板上
に蒸着した、誘電体多層膜フィルタが提案されている。
この誘電体多層膜フィルタは、上記のような保存温度や
金属の酸化などの問題がなく、耐環境性に優れている。
しかも波長の分解精度についても上記フィルタに比べて
優れている。しかしながら誘電体多層膜フィルタは、そ
の構造上分光ピッチを細かくすることが困難であり、従
来のフィルタと同程度の大きさにまで小型化するのは不
可能である。従って、誘電体多層膜フィルタを用いて分
光センサを構成した場合、従来のものに比べてかなり大
きなものとなってしまう。

【００２０】この誘電体多層膜フィルタを用いた分光セ
ンサを測色計に搭載すると、センサが大きくなった分、
より多くの被測定光を確保する必要がある。しかしなが
ら被測定光を多くするには、被測定領域の面積や光学系
のレンズ径を大きくする必要があり、装置が大型化して
しまう。従って、従来にもまして、被測定領域からの光
を分光センサへ効率良く導くことが必要とされる。

【００２１】また、分光センサが大きくなった分、フィ
ルタ両端部に入射する光線の入射角が大きくなり、光線
がフィルタ面に対して斜めに入射することによる問題
（上記〜）が大きくなる。

【００２２】このように、誘電体多層膜フィルタを測色
計に搭載するには、従来にもまして「被測定光の受光効
率の問題」及び「フィルタへの光線の入射角の問題」を
解決することが必要であり、上記条件（３）（４）を満
足する光学系を実現することが急務とされている。

【００２３】そこで、本願発明の目的は、上述の問題点
を解決し、上記（１）（２）の「入射光の均一性」の条
件を満足し、その上（３）の「被測定領域からの光を効
率良くセンサへ導く」という条件、あるいは（４）の
「フィルタに入射する光はフィルタ面に垂直な平行光で
ある」という条件を満足する測色計の光学系を提供する
ことにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の測色計の受光光学系は、センサアレイの列
に垂直な方向に曲率を有し、対物レンズの射出瞳を通過
する光線のセンサアレイの列に垂直な方向成分のみをセ
ンサアレイ面近傍に結像するシリンドリカルレンズ７を
備えたことを特徴とする。（請求項１）また別の発明の
測色計の受光光学系は、上記センサアレイの列に垂直な
方向に曲率を有するシリンドリカルレンズに加えて、対
物レンズによる被測定領域の結像面近傍に配置され、セ
ンサアレイの列に平行な方向に曲率を有するシリンドリ
カルレンズ１９を備えたことを特徴とする。（請求項
３）また別の発明の測色計の受光光学系は、上記センサ
アレイの列に垂直な方向に曲率を有するシリンドリカル
レンズに加えて、対物レンズによる被測定領域の結像位
置の後方近傍に配置された短焦点レンズ３２と、その短
焦点レンズ後方の光線束が収束する位置に配置された拡
散板３３とを備えたことを特徴とする。（請求項５）ま
た別の発明の測色計の受光光学系は、上記センサアレイ
の列に垂直な方向に曲率を有するシリンドリカルレンズ
に加えて、対物レンズによる被測定領域の結像位置の後
方近傍に配置された短焦点レンズ５２と、その短焦点レ
ンズ後方の光線束が収束する位置に入射端面を配置した
光学ファイバ５３とを備えたことを特徴とする。（請求
項７）また別の発明の測色計の受光光学系は、対物レン
ズによる被測定領域の結像位置の後方近傍に配置された
短焦点レンズ５２と、出射端面がリボン状となった光学
ファイバ束７１と、センサアレイの列に対して垂直に配
置され、波長分解フィルタへの斜めの入射光を制限する
遮光壁７２を備えたことを特徴とする。（請求項９）さ
らに、上述したそれぞれの発明の受光光学系において、
さらに波長分解フィルタ前方近傍に、センサアレイの列
に平行な方向に曲率を有するシリンドリカルレンズを備
えたことを特徴とする。

【００２５】

【作用】本発明の測色計の受光光学系は、センサアレイ
の列に垂直な方向に曲率を有するシリンドリカルレンズ
を備えたことにより、被測定領域から発せられる光線束
がセンサアレイの列に垂直な方向に関して集光し、その
照射範囲を楕円とすることができる。従って、従来の光
学系と比較して受光効率が大きく改善される。

【００２６】さらに、波長分解フィルタ前方近傍に、セ
ンサアレイの列に平行な方向に曲率を有するシリンドリ
カルレンズを備えたことにより、フィルタ面に対して光
線が斜めに入射するという問題を軽減することができ
る。

【００２７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。 〔第１実施例〕図１は本発明の光学系の第１実施例を示
すものである。なお、上の光路図と下の光路図は同一の
光学系を示し、光軸を含み互いに垂直な断面での光路を
示す。図１において、１は被測定領域を示す。２及び４
はアパーチャーを示し、被測定領域の境界を決定すると
ともに、被測定領域内から対物レンズ３を通過する光線
の光軸からの最大の振れ角を決定する。この被測定領域
の境界を厳密に設定しなければならない場合には、アパ
ーチャー４を対物レンズ３による被測定領域１の結像位
置に配置し、アパーチャー径は被測定領域の境界の像に
一致させれば良い。

【００２８】なお、本実施例においては、アパーチャー
２を対物レンズ３の前方の接した位置に、アパーチャー
４を対物レンズ３による被測定領域の結像位置に配置し
ているが、これは単なる一例にすぎない。すなわち、被
測定領域の境界の決定、及び対物レンズを通過する光線
の最大振れ角の決定、という目的を達するには、上記以
外の配置やあるいはアパーチャーの追加なども可能であ
る。

【００２９】５は入射光を各波長成分に分光するための
波長分解フィルタを示し、６はフィルタ５の後に配置さ
れたセンサアレイを示す。このフィルタ５とセンサアレ
イ６の組合せにより、分光センサを構成する。

【００３０】被測定領域１から発せられた光は、アパー
チャー２、対物レンズ３、アパーチャー４を通過し、結
像位置より後方において放射状に広がる。そして結像位
置から離れるに従って、被測定領域内の全ての点から発
せられる光線が必ず含まれる領域が広がる。本実施例に
おいては、分光センサがこの領域内に配置されており、
上述した「入射光の均一性」の条件（１）（２）を満た
している。

【００３１】レンズ７は、センサアレイの列方向と垂直
な方向には曲率があるが、平行な方向には曲率がない、
シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ７
は、曲率のあるセンサアレイの列方向と垂直な方向に関
して、対物レンズ３の射出瞳の像がセンサアレイ６の受
光面に結像する位置に配置されている。装置の小型化を
図るべく、対物レンズ３からアレイセンサ６までの距離
を短く設計するためには、焦点距離の短いシリンドリカ
ルレンズを使用すれば良い。しかしながら、焦点距離を
短くするほど、シリンドリカルレンズ７とセンサアレイ
６との距離も短くする必要があるため、波長分解フィル
タ５へ入射する光線の入射角が大きくなる。（光線が斜
めに入射するようになる。）このように、シリンドリカ
ルレンズ７の焦点距離が短すぎると、透過波長がシフト
する等の諸問題の原因となるので、装置のサイズとの関
係を考慮して適度な焦点距離を設定しなければならな
い。

【００３２】レンズ８は、センサアレイの列方向と平行
な方向には曲率があるが、垂直な方向には曲率が無い、
シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ８
は曲率のあるセンサアレイの列方向と平行な方向に関し
て、焦点がアパーチャー４の位置に一致するように配置
されている。この配置により、アパーチャー４を通過し
た光線はシリンドリカルレンズ８を通過した後、センサ
アレイ６の列方向に垂直な面にほぼ平行な光線となる。
従って、「フィルタの両端部において光線が斜めに入射
する」という従来の光学系の問題点が解決される。

【００３３】図１において点線で示した光線は被測定領
域の中心より発せられる光線束の範囲を示し、実線で示
した光線は被測定領域の境界上の点より発せられる光線
束の範囲を示す。また右方に示した点線の楕円は、被測
定領域の中心からの光線束による、アレイセンサ受光面
での照射範囲を示し、実線の楕円は、被測定領域の境界
上の点からの光線束による照射範囲を示す。

【００３４】図１から明らかなように、被測定領域１内
の各点から発せられる光線束は、シリンドリカルレンズ
７によって、センサアレイの列方向とは垂直な方向に関
して集光され、その照射範囲が楕円となる。従って、セ
ンサアレイを照射する光線のうち、実際にセンサに入射
する光線の割合が非常に高くなる。よって、従来の光学
系と比較して、受光効率が大きく改善される。

【００３５】以上説明したように、図１に示した第１実
施例の光学系では、上述した条件（３）「被測定光をセ
ンサアレイへ効率良く導くこと」、及び（４）「フィル
タに入射する光はフィルタ面に垂直な平行光であるこ
と」について、従来例と比較して大きく改善することが
可能である。

【００３６】〔第２実施例〕図２は本発明の光学系の第
２実施例を示すものである。図２において、被測定領域
１１、アパーチャー１２，１４、対物レンズ１３、波長
分解フィルタ１５、センサアレイ１６については、それ
ぞれ図１と全く同様のものであるので説明を省略する。

【００３７】レンズ１７も、図１のレンズ７と同様で、
アレイセンサの列方向と垂直な方向には曲率があるが、
平行な方向には曲率が無いシリンドリカルレンズであ
り、曲率のある方向に関して、対物レンズ３の射出瞳の
像がセンサアレイ１６の受光面に結像する位置に配置さ
れている。

【００３８】レンズ１８及び１９はいずれも、センサア
レイの列方向と平行な方向には曲率があるが、垂直な方
向には曲率が無い、シリンドリカルレンズである。シリ
ンドリカルレンズ１９は、対物レンズ１３の射出瞳の像
をセンサアレイ１６の受光面より少し後方に結像する位
置に配置されている。一方、シリンドリカルレンズ１８
は、焦点位置がシリンドリカルレンズ１９の射出瞳の位
置に一致し、かつシリンドリカルレンズ１９による対物
レンズ１３の射出瞳の像位置よりも前方に配置されてい
る。さらに、この２つのシリンドリカルレンズ１８，１
９の合成レンズとしては、対物レンズ１３の射出瞳の像
をセンサアレイ１６の受光面上に結像している。従っ
て、シリンドリカルレンズ１８は、シリンドリカルレン
ズ１９を通過して広がっていく光線を、アレイセンサ１
６の列方向に垂直な面にほぼ平行な光線にする機能を有
する。従って、「フィルタの両端部において光線が斜め
に入射する」という従来の光学系の問題点が解決され
る。

【００３９】図２において点線で示した光線は被測定領
域の中心からの光線束の範囲を示し、実線で示した光線
は被測定領域の境界上の点からの光線束の範囲を示す。
図からわかるように、第２実施例の光学系では、被測定
領域１１内の各点からの光線束による照射範囲が、右方
に示した実線の楕円に一致する。従って、第１実施例に
比べて、被測定領域からの光をさらに集光することがで
き、より効率良く光を導くことが可能となる。

【００４０】以上説明したように、図２に示した第２実
施例の光学系では、上述した条件（３）（４）につい
て、従来例と比較して大きく改善することが可能であ
り、（３）の受光効率については、第１実施例よりもさ
らに改善される。

【００４１】〔第３実施例〕図３は本発明の光学系の第
３実施例を示すものである。なお、上の光路図と下の光
路図は同一の光学系を示し、光軸を含み互いに垂直な断
面での光路を示すものであるが、後述の拡散板３３より
も前方は上下とも全く同じになるので省略している。ま
た、左下部には、後述の半球レンズ３２周辺を拡大した
ものを示す。図３において、被測定領域２１、対物レン
ズ２３、波長分解フィルタ２５、センサアレイ２６につ
いては、それぞれ図１及び図２と全く同様のものである
ので説明を省略する。

【００４２】アパーチャー２２，２４及び３１は図１及
び図２のものと同様の機能を有し、被測定領域の境界の
決定、及び対物レンズを通過する光線の最大振れ角の決
定を行う。

【００４３】レンズ３２は、対物レンズ２３による被測
定領域２１の結像位置よりもわずかに後方に配置され、
被測定領域２１の像よりも大きな径を有する半球レンズ
である。半球レンズ３２は、その焦点距離が短く、半球
レンズ直前で光軸を横切って半球レンズに斜めに入射す
る光線を、レンズの出射後は光軸にほぼ平行にすること
ができる。しかも左下の拡大図に示したように、半球レ
ンズ３２を出射した光線束を、径の小さな円筒状の空間
を通過するように集光する。さらに、半球レンズ３２が
対物レンズ２３による被測定領域２１の結像位置よりも
わずかに後方に配置されているため、被測定領域２１の
境界付近から発せられた光線は、半球レンズ３２の入射
面では光軸から離れた位置に偏って通過しているが、レ
ンズを出射後拡散板３３の入射面では光軸周辺を通過し
ている。これにより被測定領域２１内の各点からの光線
が適度に混合され、しかも光軸と平行に近い角度とされ
る。

【００４４】拡散板３３は、半球レンズ３２から出射し
た光線束が円筒状となる位置に配置され、拡散板３３に
入射する光線の強度及び入射角度のむらを混合して後方
に拡散放出する。ただし、拡散板３３は結像位置ではな
い位置に配置されているため、被測定領域２１内の各点
からの光線は既にかなり混合されており、また上述のよ
うに半球レンズ３２によって光線の入射角度も光軸と平
行に近い角度に揃えられている。従って、拡散板３３は
前方のレンズ系による光線の混合を、補う機能を果たす
ものである。

【００４５】レンズ２７はセンサアレイの列方向と垂直
な方向には曲率があるが平行な方向には曲率がないシリ
ンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ２７は
曲率のある方向に関して、拡散板３３の出射点から光学
系の後方へ広がる光線を集光する働きを有する。このた
め、シリンドリカルレンズ２７はその焦点位置が拡散板
３３の位置から離れた位置（後方）となるように配置さ
れなければならない。なお、シリンドリカルレンズ２７
を、被測定領域２１の拡散板３３の位置での像をセンサ
アレイ２６の受光面付近に結像するように配置すること
により、センサアレイ受光面での受光効率が高められ
る。

【００４６】レンズ２８はセンサアレイ２６の列方向と
平行な方向には曲率があるが、垂直な方向には曲率が無
い、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレン
ズ２８は曲率のある方向に関して、焦点が拡散板３３の
位置に一致するよう配置されている。この配置により、
シリンドリカルレンズ２８を通過した光線は、センサア
レイの列方向に垂直な面にほぼ平行な光線となる。従っ
て、フィルタの両端部において光線が斜めに入射する、
という従来の光学系の問題点が解決される。

【００４７】図３において、点線及び実線はそれぞれ第
１，２実施例と同様に被測定領域２１の中心及び境界上
の点より発せられる光線束の範囲を示す。第３実施例の
光学系においては、被測定領域２１内の各点からの光線
束による照射範囲が、右方に示した実線の楕円に一致す
る。従って、上記第２実施例と同程度に被測定領域から
の光を集光することができ、効率良く光を導くことが可
能である。

【００４８】以上説明したように、図３に示した第３実
施例の光学系では、上述した条件（３）（４）につい
て、従来例と比較して大きく改善することが可能であ
る。さらに、第３実施例の光学系においては、拡散板３
３の前後で光学系を分離して設計することが可能であ
る。具体的に説明すると、拡散板３３より後方の光学系
は前方の光学系が決定する被測定領域２１とは直接には
関係が無い。従って拡散板３３による拡散光の集光及
び、平行光線化だけを考慮して設計すれば良い。この構
成により、多少の取付け誤差などが生じても光学系全体
の性能に与える影響は少なく、例えばセンサアレイ２６
の取付け等についても設置誤差の許容範囲を大きく取る
ことができる。また、対物レンズ２３を通過した収束光
を、半球レンズ３２を通過させることにより光線を１点
で収束させるのではなく径の小さな円筒状の空間に収束
させるので、半球レンズ３２や拡散板３３の設置誤差の
許容範囲を大きく取ることができる。

【００４９】なお、本実施例においてはレンズ３２に半
球レンズを用いているが、このレンズは焦点距離の短い
レンズ（例えば球レンズ等）であれば良く、半球レンズ
に限られるものではない。

【００５０】〔第４実施例〕図４は本発明の光学系の第
４実施例を示すものである。第４実施例は、図３に示し
た第３実施例の光学系を、拡散板３３の位置で前後に分
離し、その間を拡散板に代わって光学ファイバ束５３に
よって光学的に接続したものである。光学ファイバ束５
３より前方の光学系については、第３実施例と全く同じ
構成であるのでここでは説明を省略する。

【００５１】ファイバに入射した光線は、ファイバ内部
で様々な方向に多重反射しながら出射端へと伝達される
ので、出射端からは様々な方向に向かって光線が出射さ
れる。従って、ファイバを束として使用すると、個々の
ファイバから出射する光線が広がって互いに重複する。
このことから、光学ファイバ束５３は、光の伝達手段と
して機能するのと同時に、光の混合手段としても機能す
る。なお、本実施例では、光の混合効果が高いことから
光学ファイバ束を用いているが、単芯の光学ファイバや
いわゆる光路棒のようなものでも、同様の効果が得られ
る。

【００５２】光学ファイバ束５３よりも後方の光学系に
ついては、前方の光学系同様、第３実施例と全く同じ構
成であるので、説明を省略する。

【００５３】光学ファイバ束は、自由に折り曲げること
が可能であり、また長さも自由に設計することができる
ため、前記第１〜第３実施例の光学系とは異なり、第４
実施例の光学系では後方の光学系を前方の光学系の光軸
とは無関係に配置することができる。従って、測色計の
装置としての設計の自由度を、拡大することが可能であ
る。

【００５４】なお、本実施例の応用例として、光学ファ
イバ５３以後の光学系を図６，７に示した従来例に適用
することが可能である。具体的には、光学ファイバの入
射端を図６または図７のセンサアレイ１０６の受光面の
位置に配置すれば良い。この応用により、第４実施例と
同様、測色計の装置としての設計の自由度を拡大するこ
とができる。

【００５５】〔第５実施例〕図５は本発明の光学系の第
５実施例を示すものである。図において、上の光路図と
下の光路図は同一の光学系を示し、光軸を含み互いに垂
直な断面での光路を示すものである。第５実施例は、図
４に示した第４実施例の光学ファイバ５３の出射端以後
を変形した実施例である。従って、光学ファイバより前
方の光学系については図示及び説明を省略する。

【００５６】図５において、７１は光学ファイバを示
す。図に示すように、光学ファイバ７１の出射端はセン
サアレイ６６の列方向に平たいリボン状であり、そのリ
ボン状となった出射端の幅はセンサアレイの列の長さよ
りも広く、厚みはセンサアレイの列幅程度か、あるいは
それよりも薄い。レンズ６７はセンサアレイの列方向と
垂直な方向には曲率があるが平行な方向には曲率がない
シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ６
７は、曲率のある方向に関して、光学ファイバ束７１の
出射端面の像をセンサアレイ６６の受光面上に結像す
る。これにより、光学ファイバ端を出射し、センサアレ
イの列方向と垂直な方向に広がる光線が集光される。

【００５７】７２はシリンドリカルレンズ６７と波長分
解フィルタ６５の間に配置され、光学ファイバ束７１の
リボン状の平面に垂直で、かつセンサアレイの受光面に
も垂直となる複数の平板の壁面からなる遮光壁を示す。
この遮光壁７２の配置により、分光センサに入射する光
線は、隣あう壁面の間を通過することができる光線に限
られ、入射光の最大入射角を抑えることができる。すな
わち、フィルタ面に対して光線が斜めに入射するという
問題を軽減することができる。なお、光線の入射角は遮
光壁の間隔と長さ、そしてセンサアレイ面からの配置距
離によって決定される。

【００５８】本実施例の光学系によると、遮光壁７２に
よってフィルタ面に対して斜めに入射する光線を制限し
ているため、センサアレイの列方向の位置によって遮光
壁に遮られる角度範囲が異なる。従って、上記第１〜４
実施例のシリンドリカルレンズを用いて平行光とする光
学系と比較すると、若干その効果が劣る。しかしなが
ら、シリンドリカルレンズを用いていない分、構成部品
が安価となり、また高い組立て精度も必要とされない。
よって、さほど精度が要求されない測定系、例えば測色
計の照明光源をモニタするための測定系など、に適用す
ると部品コストや組立て工数の面で有利である。

【００５９】なお、本実施例においても上記第４実施例
と同様、図６や図７に示した従来例に適用可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の測色計の
受光系においては、シリンドリカルレンズ７を備えたこ
とにより、被測定領域内の各点から発せられる光線束
が、センサアレイの列方向と垂直な方向に関して集光さ
れる。従って従来の光学系と比較して、受光効率を大き
く改善することが可能である。さらに、シリンドリカル
レンズ８を備えることにより、被測定光はシリンドリカ
ルレンズ８を通過後、センサアレイの列方向に垂直な面
にほぼ平行な光線となる。よって、波長分解フィルタに
対して、光線が斜めに入射するという問題を軽減するこ
とができる。

【００６１】また、シリンドリカルレンズ１９を備える
ことにより、被測定領域の各点からの光線束による照射
範囲を一致させることができ、被測定光をさらに集光す
ることが可能となる。従ってさらに受光効率を上げるこ
とができる。

【００６２】また、短焦点レンズ３２及び拡散板３３を
備えることにより、被測定領域の各点から発せられる光
線を、均等に混合することができる。その上拡散板を通
過させることにより、拡散板より後方の光学系は前方の
光学系が決定する被測定領域とは直接関係がなくなる。
従って拡散板の前後で光学系を分離して設計することが
可能であり、また光学系の組立て精度などを緩和するこ
とができる。

【００６３】また、光学ファイバ５３を備えることによ
り、測色計の装置としての設計の自由度を拡大すること
が可能となる。具体的には、光学ファイバは自由に折り
曲げ可能であり、また長さも自由に調節できる。従っ
て、光学ファイバ以後の光学系を前方の光学系の光軸と
は無関係な位置に配置することが可能であり、この光学
系を搭載する装置の設計を自由に行うことができる。

【００６４】また、出射端面を平たいリボン状とした光
学ファイバ束７１と、複数の平板の壁面からなる遮光壁
７２を備えることにより、波長分解フィルタに対して光
線が斜めに入射するという問題点を軽減することができ
る。この遮光壁７２によって斜めに入射する光線を制限
することにより、上記シリンドリカルレンズなどの光学
素子によるものと比べて、安価で、しかも細かい組立て
精度を必要としない光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における光学系の光路図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例における光学系の光路図で
ある。

【図３】本発明の第３実施例における光学系の光路図で
ある。

【図４】本発明の第４実施例における光学系の光路図で
ある。

【図５】本発明の第５実施例における光学系の光路図で
ある。

【図６】本発明の従来例における光学系の光路図であ
る。

【図７】本発明の別の従来例における光学系の光路図で
ある。

【符号の説明】

２：アパーチャー ３：対物レンズ ４：アパーチャー ５：波長分解フィルタ ６：センサアレイ ７：シリンドリカルレンズ ８：シリンドリカルレンズ １６：シリンドリカルレンズ ３１：アパーチャー ３２：短焦点レンズ ３３：拡散板 ５１：アパーチャー ５２：短焦点レンズ ５３：光学ファイバ ７１：光学ファイバ束 ７２：遮光壁

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を電気信号に変換するセンサアレ
   イ６と、 センサアレイの前面に配置され、センサの列方向に透過
   波長が変化する波長分解フィルタ５と、 被測定領域の像を所定の結像面上に結像する対物レンズ
   ３と、 対物レンズ近傍及び対物レンズの結像面近傍の少なくと
   も２ヵ所に配置され、被測定領域から発せられる光線の
   境界と、光軸に対する最大振れ角を決定するアパーチャ
   ー２，４と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像面と前記波長分
   解フィルタとの間に配置され、センサアレイの列に垂直
   な方向に曲率を有し、対物レンズの射出瞳を通過する光
   線のセンサアレイの列に垂直な方向成分のみをセンサア
   レイ面近傍に結像するシリンドリカルレンズ７と、 からなることを特徴とする測色計の受光光学系。
2. 【請求項２】 請求項１の測色計の受光光学系におい
   て、さらに前記シリンドリカルレンズと前記波長分解フ
   ィルタとの間に配置され、センサアレイの列に平行な方
   向に曲率を有し、その焦点が対物レンズによる被測定領
   域の結像位置の近傍となるように配置された第２のシリ
   ンドリカルレンズ８、を備えたことを特徴とする測色計
   の受光光学系。
3. 【請求項３】 入射光を電気信号に変換するセンサアレ
   イ１６と、 センサアレイの前面に配置され、センサの列方向に透過
   波長が変化する波長分解フィルタ１５と、 被測定領域の像を所定の結像面上に結像する対物レンズ
   １３と、 対物レンズ近傍及び対物レンズの結像面近傍の少なくと
   も２ヵ所に配置され、被測定領域から発せられる光線の
   境界と、光軸に対する最大振れ角を決定するアパーチャ
   ー１２，１４と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像面近傍に配置さ
   れ、センサアレイの列に平行な方向に曲率を有し、対物
   レンズの射出瞳を通過する光線のセンサアレイの列に平
   行な方向成分のみをセンサアレイ面近傍に結像する第１
   のシリンドリカルレンズ１９と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像面の後方に配置
   され、センサアレイの列に垂直な方向に曲率を有し、対
   物レンズの射出瞳を通過する光線のセンサアレイの列に
   垂直な方向成分のみをセンサアレイ面近傍に結像する第
   ２のシリンドリカルレンズ１７と、 からなることを特徴とする測色計の受光光学系。
4. 【請求項４】 請求項３の測色計の受光光学系におい
   て、さらに前記第２のシリンドリカルレンズと前記波長
   分解フィルタとの間に配置され、センサアレイの列に平
   行な方向に曲率を有し、その焦点が対物レンズによる被
   測定領域の結像位置の近傍となるように配置された第３
   のシリンドリカルレンズ１８、を備えたことを特徴とす
   る測色計の受光光学系。
5. 【請求項５】 入射光を電気信号に変換するセンサアレ
   イ２６と、 センサアレイの前面に配置され、センサの列方向に透過
   波長が変化する波長分解フィルタ２５と、 被測定領域の像を所定の結像面上に結像する対物レンズ
   ２３と、 対物レンズ近傍及び対物レンズの結像面近傍の少なくと
   も２ヵ所に配置され、被測定領域から発せられる光線の
   境界と、光軸に対する最大振れ角を決定するアパーチャ
   ー２２，２４，３１と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像位置の後方近傍
   に配置された短焦点レンズ３２と、 前記短焦点レンズ後方の光線束が収束する位置に配置さ
   れた拡散板３３と、 前記拡散板と前記波長分解フィルタとの間に配置され、
   センサアレイの列に垂直な方向に曲率を有し、拡散板の
   像のセンサアレイの列に垂直な方向成分のみをセンサア
   レイ面近傍に結像するシリンドリカルレンズ２７と、 からなることを特徴とする測色計の受光光学系。
6. 【請求項６】 請求項５の測色計の受光光学系におい
   て、さらに前記シリンドリカルレンズと前記波長分解フ
   ィルタとの間に配置され、センサアレイの列に平行な方
   向に曲率を有し、その焦点が前記拡散板の近傍となるよ
   うに配置された第２のシリンドリカルレンズ２８、を備
   えたことを特徴とする測色計の受光光学系。
7. 【請求項７】 入射光を電気信号に変換するセンサアレ
   イ４６と、 センサアレイの前面に配置され、センサの列方向に透過
   波長が変化する波長分解フィルタ４５と、 被測定領域の像を所定の結像面上に結像する対物レンズ
   ４３と、 対物レンズ近傍及び対物レンズの結像面近傍の少なくと
   も２ヵ所に配置され、被測定領域から発せられる光線の
   境界と、光軸に対する最大振れ角を決定するアパーチャ
   ー４２，４４，５１と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像位置の後方近傍
   に配置された短焦点レンズ５２と、 前記短焦点レンズ後方の光線束が収束する位置に入射端
   面を配置した光学ファイバ５３と、 前記光学ファイバの出射端面と前記波長分解フィルタと
   の間に配置され、センサアレイの列に垂直な方向に曲率
   を有し、光学ファイバの出射端面の像のセンサアレイの
   列に垂直な方向成分のみをセンサアレイ面近傍に結像す
   るシリンドリカルレンズ４７と、 からなることを特徴とする測色計の受光光学系。
8. 【請求項８】 請求項７の測色計の受光光学系におい
   て、さらに前記シリンドリカルレンズと前記波長分解フ
   ィルタとの間に配置され、センサアレイの列に平行な方
   向に曲率を有し、その焦点が前記光学ファイバの出射端
   面近傍となるように配置された第２のシリンドリカルレ
   ンズ４８、を備えたことを特徴とする測色計の受光光学
   系。
9. 【請求項９】 入射光を電気信号に変換するセンサアレ
   イ６６と、 センサアレイの前面に配置され、センサの列方向に透過
   波長が変化する波長分解フィルタ６５と、 被測定領域の像を所定の結像面上に結像する対物レンズ
   ４３と、 対物レンズ近傍及び対物レンズの結像面近傍の少なくと
   も２ヵ所に配置され、被測定領域から発せられる光線の
   境界と、光軸に対する最大振れ角を決定するアパーチャ
   ー４２，４４，５１と、 前記対物レンズによる被測定領域の結像位置の後方近傍
   に配置された短焦点レンズ５２と、 前記短焦点レンズ後方の光線束が収束する位置に入射端
   面を配置し、出射端面をリボン状とし、そのリボン状と
   なった出射端面の長手方向をセンサアレイの列と平行な
   方向とした光学ファイバ束７１と、 前記光学ファイバ束の出射端面と前記波長分解フィルタ
   との間に、センサアレイの列に対して垂直に配置され、
   波長分解フィルタへの斜めの入射光を制限する複数の遮
   光壁７２と、 からなることを特徴とする測色計の受光光学系。
10. 【請求項１０】 請求項９の測色計の受光光学系におい
    て、さらに前記光学ファイバ束の出射端面と前記波長分
    解フィルタとの間に配置され、センサアレイの列に垂直
    な方向に曲率を有し、光学ファイバ束の出射端面の像の
    センサアレイの列に垂直な方向成分のみをセンサアレイ
    面近傍に結像するシリンドリカルレンズ６７、を備えた
    ことを特徴とする測色計の受光光学系。