光計測装置及び光計測装置のフォーカス調整方法
【課題】検出器の構成に起因するケラレを抑制できる光計測装置を提供する。
【解決手段】光計測装置１は、測定対象としての面光源１０１からの光を投影する集光レンズ２１と、集光レンズ２１を介して面光源１０１の共役点に配置される視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した面光源１０１からの光を投影するリレーレンズ２５と、リレーレンズ２５により投影された光が入射する複数の入射面３１ａが当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置された入射部２７を有し、複数の入射面３１ａに入射した光に応じた信号を出力する検出器７とを有し、複数の入射面３１ａは、リレーレンズ２５を介した視野絞り部材２３の共役点からリレーレンズ２５の光軸方向へずれた位置に配置されている。
【解決手段】光計測装置１は、測定対象としての面光源１０１からの光を投影する集光レンズ２１と、集光レンズ２１を介して面光源１０１の共役点に配置される視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した面光源１０１からの光を投影するリレーレンズ２５と、リレーレンズ２５により投影された光が入射する複数の入射面３１ａが当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置された入射部２７を有し、複数の入射面３１ａに入射した光に応じた信号を出力する検出器７とを有し、複数の入射面３１ａは、リレーレンズ２５を介した視野絞り部材２３の共役点からリレーレンズ２５の光軸方向へずれた位置に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源における輝度や色度等の光に係る量を計測する光計測装置及び当該光計測装置のフォーカス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源の輝度や色度等の物理量若しくは心理物理量を計測する技術が知られている。特許文献１では、紙等のウェブの光学情報を収集する収集装置として、ウェブの各部からの光を順次偏向することによりウェブを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーにより偏向された光を透過させる２つのスリットと、２つのスリットを透過した光を分光する分光器とを有する装置が開示されている。また、複数の光ファイバ（多芯ファイバ）により構成された入射部を有し、多芯ファイバに入射した光を分光する分光器が知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−９３３２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光源の光を多芯ファイバに入射させるときに、光源と多芯ファイバとの間に光学系を配置し、光源の像を多芯ファイバの入射面に結像させることが考えられる。しかし、多芯ファイバの入射面は、複数の光ファイバの入射面の集合であることから、複数の光ファイバ間の隙間においては、光が取り込まれない。すなわち、測定領域の局所的な光が検出器に取り込まれ、ケラレが生じることになる。この場合、測定領域全体における光を精度よく計測しているとはいえない。
【０００４】
本発明の目的は、検出器の構成に起因するケラレを抑制できる光計測装置及び光計測装置のフォーカス調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光計測装置は、測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系と、前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材と、前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系と、前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部を有し、前記複数の入射面に入射した光に応じた信号を出力する検出器と、を有し、前記複数の入射面は、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点から前記第２光学系の光軸方向へずれた位置に配置されている。
【０００６】
本発明の光計測装置のフォーカス調整方法は、測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系、前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材、前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系、前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部と、当該入射部により導光された光を受光して、受光した光に応じた信号を出力する本体部とを有する検出器の、前記入射部、並びに、前記本体部に代えて前記入射部に接続され、前記複数の入射面から光を出射可能な置換型逆投影用光源、を配置し、その配置された、前記第１光学系、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部の少なくとも一つを移動させ、前記視野絞り部材及び前記複数の入射面の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させ、その合焦の後、前記入射部を移動させ、前記被測定光源の配置位置における前記複数の入射面の像をデフォーカスし、そのデフォーカスの後、前記置換型逆投影用光源に代えて前記本体部を前記入射部に接続する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、検出器の構成に起因するケラレを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
（光計測装置の概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係る光計測装置１の概略構成を示す簡略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。
【０００９】
光計測装置１は、測定対象である面光源１０１の輝度分布や色度分布等の光に係る量の分布を計測する装置として構成されている。面光源１０１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の、複数の画素毎に輝度を調整して表示を行う表示装置である。面光源１０１の平面形状（図１の紙面右側から見た形状）は、適宜に設定されてよいが、例えば、所定方向（本実施形態の例では水平方向、図１（ａ）の紙面上下方向、図１（ｂ）の紙面貫通方向）を長手方向とする矩形である。なお、一般的な表示装置では、アスペクト比（長手方向の長さ：短手方向の長さ）＝１６：９である。
【００１０】
光計測装置１は、面光源１０１の各部（測定領域Ａ）の光を順次取り込む動作を行う空間分割装置３と、空間分割装置３により取り込まれた光を集光する光学集光装置５と、光学集光装置５により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器７と、空間分割装置３の制御や検出器７の検出結果に基づく処理を行う演算装置９（図１（ａ））と、光学集光装置５のフォーカス調整を行うための逆投影装置１１（図１（ｂ））とを有している。
【００１１】
（空間分割装置及び他の装置の配置）
空間分割装置３は、例えば、一のガルバノミラー１３と、ガルバノミラー１３を駆動する第１モータ１５及び第２モータ１７とを有している。
【００１２】
ガルバノミラー１３は、面光源１０１の各部からの光を順次一定の方向（光学集光装置５の方向、矢印ａｗ１で示す。）へ偏向するためのものである。ガルバノミラー１３は、例えば、金属コートや多層膜コート等の表面処理がなされている。ガルバノミラー１３は、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２回りに（２軸回りに）回転可能に軸支されている。第１軸ＡＸ１は、例えば、面光源１０１の短手方向（図１（ａ）の紙面貫通方向、図１（ｂ）の紙面上下方向）に延びる軸であり、第２軸ＡＸ２は、例えば、面光源１０１の長手方向（図１（ａ）の紙面上下方向、図１（ｂ）の紙面貫通方向）に延びる軸である。
【００１３】
ガルバノミラー１３が第１軸ＡＸ１回りに回転することにより、面光源１０１のうち、光学集光装置５及び検出器７に光が取り込まれる部分（測定領域Ａ）が、面光源１０１の長手方向に移動する。すなわち、面光源１０１は、長手方向に走査される。同様に、ガルバノミラー１３が第２軸ＡＸ２回りに回転することにより、測定領域Ａが面光源１０１の短手方向に移動し、面光源１０１は、短手方向に走査される。
【００１４】
第１モータ１５は、ガルバノミラー１３を第１軸ＡＸ１回りに駆動する。第２モータ１７は、ガルバノミラー１３を第２軸ＡＸ２回りに駆動する。第１モータ１５及び第２モータ１７の動作は、例えば、演算装置９により制御される。なお、空間分割装置３は、ガルバノミラー１３の支持機構、及び、第１モータ１５及び第２モータ１７の回転をガルバノミラー１３に伝達する伝達機構を有するが、図示は省略する。
【００１５】
ガルバノミラー１３により偏向された光が入射する光学系（例えば、光学集光装置５。ただし、光学集光装置５のうちガルバノミラー１３側の一部の光学系でもよい。例えば、後述する、開口絞り部材１９及び集光レンズ２１でもよい。）は、例えば、ガルバノミラー１３に対して面光源１０１側に配置されている。
【００１６】
ただし、光学集光装置５は、面光源１０１からガルバノミラー１３に向かう光を遮らないように、面光源１０１からガルバノミラー１３への光路外に配置されている。具体的には、光学集光装置５は、図１（ｂ）に示すように、面光源１０１の短手方向において、面光源１０１の短手方向の端部からガルバノミラー１３への光路よりも、面光源１０１の外側に配置されている。ただし、光学集光装置５は、図１（ａ）に示すように、面光源１０１の長手方向においては、面光源１０１の長手方向の端部からガルバノミラー１３への光路よりも面光源中央側に配置されている。好適には、光学集光装置５は、面光源１０１の長手方向において、面光源１０１の中央に配置されている。
【００１７】
図２は、本実施形態の空間分割装置の構成及び他の装置の配置における作用を説明する図であり、図２（ａ）は、入射角度の定義を示す断面図であり、図２（ｂ）は、入射角度が反射率に及ぼす影響を光の波長毎に示す図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、入射角度は、反射面（ガルバノミラー１３）に直交する線（法線）に対する光の角度によって定義される。図２（ｂ）に示すように、入射角度が大きくなると、反射率は低下する。すなわち、反射率は角度依存性を有する。また、反射率及びその角度依存性は、波長毎に相違する。なお、このような角度依存性や波長依存性は、例えば、金属コートや多層膜コート等により生じる。
【００１９】
一般に、光計測装置においては、面光源の外周側の光を取り込むときほど、面光源からの光のガルバノミラーへの入射角度は大きくなる。従って、面光源の中央側を計測するときと、面光源の外側を計測するときとでは、ガルバノミラーの反射率が変化し、ひいては、測定誤差が生じることになる。入射角度による反射率の変化に起因して生じる誤差の補正は、入射角度の変化だけでなく、反射率の波長依存性も考慮しなければない。また、複数のガルバノミラーを用いて変更すると、補正はさらに複雑化する。
【００２０】
ここで、入射角度による反射率の変化は、入射角度が大きくなるほど、変化率が大きくなる。例えば、キセノンランプの輝度の実測値について、入射角度２３度のときと４５度度のときとを比較すると誤差は０．２％程度であり、入射角度４５度のときと６８度のときとを比較すると誤差は２．０％程度である。
【００２１】
本実施形態では、光学集光装置５はガルバノミラー１３に対して面光源１０１側に配置されている。従って、例えば、図１（ｂ）において光学集光装置５がガルバノミラー１３の直下に配置されたような場合に比較して、ガルバノミラー１３への入射角度を小さくすることができる。さらに、光学集光装置５は、面光源１０１からの光を遮らないように、面光源１０１の短手方向において、面光源１０１の短手方向端部からガルバノミラー１３への光路よりも、面光源１０１の外部側へ配置されている。従って、これとは逆に、光学集光装置５が面光源１０１の長手方向において面光源１０１の外側に配置された場合に比較して、一層、ガルバノミラー１３への入射角度を小さくすることができる。その結果、反射率の入射角度による変化を抑制し、測定誤差を縮小することができる。
【００２２】
なお、ガルバノミラー１３への入射角度の最大値は、図１（ａ）に示す角度β若しくは図１（ｂ）に示す角度γである。角度βは、面光源１０１の長手方向端部からガルバノミラー１３への光路と、ガルバノミラー１３から光学集光装置５への光路との成す角である。角度γは、面光源１０１の、光学集光装置５とは反対側の、短手方向端部からガルバノミラー１３への光路と、ガルバノミラー１３から光学集光装置５への光路との成す角である。光学集光装置５は、角度β及びγが４５度以下になるように配置されることが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態では、面光源１０１を２次元走査する空間分割装置３は、２軸回りに回転可能な一のガルバノミラー１３を含んで構成されている。従って、１軸回りに回転可能なガルバノミラーを２つ組み合わせて２次元走査可能な空間分割装置が構成された場合に比較して、反射回数が減るから、反射率の変化が抑制される。また、反射率を考慮した測定結果の補正も容易化される。
【００２４】
（光学集光装置及び検出器）
図３は、光学集光装置５及び検出器７の要部を示す斜視図である。図４は、光学集光装置５及び検出器７における光路図である。なお、図４では、理解を容易にするために、空間分割装置３を省略して面光源１０１の正面に光学集光装置５及び検出器７を図示している。
【００２５】
光学集光装置５は、空間分割装置３により偏向された光が入射する開口絞り部材１９と、開口絞り部材１９を透過した光が入射する集光レンズ２１と、集光レンズ２１を透過した光が入射する視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した光が入射するリレーレンズ２５とを有している。
【００２６】
また、検出器７は、リレーレンズ２５を透過した光が入射する入射部２７と、入射部２７により導光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する本体部２９とを有している。
【００２７】
開口絞り部材１９は、例えば、集光レンズ２１の前側焦点に配置されている。開口絞り部材１９には、空間分割装置３からの光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる開口絞り１９ａが形成されている。なお、開口絞り部材１９は、開口絞り１９ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００２８】
集光レンズ２１は、開口絞り１９ａを透過した光を集光することにより、面光源１０１からの光を結像させる。集光レンズ２１は、単レンズにより構成されていてもよいし、レンズ群により構成されていてもよい。なお、集光レンズ２１の径は、開口絞り１９ａからの光が全て入射可能な大きさに設定されている。
【００２９】
視野絞り部材２３は、例えば、集光レンズ２１の像面に配置されている。視野絞り部材２３には、集光レンズ２１により集光された光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる視野絞り２３ａが形成されている。視野絞り２３ａは、例えば、０．３〜３ｍｍの開口である。視野絞り２３ａの形状は適宜な形状でよいが、例えば、円形や矩形である。なお、視野絞り部材２３は、視野絞り２３ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００３０】
リレーレンズ２５は、集光レンズ２１の結像した像を転送するレンズである。なお、上述のように、集光レンズ２１の像面には視野絞り部材２３が配置されているから、リレーレンズ２５は、視野絞り部材２３により径が規定された像を転送する。リレーレンズ２５は、適宜に構成されてよく、リレーレンズ２５の構成に応じて適宜な位置に配置されてよい。例えば、リレーレンズ２５は、アフォーカル系の光学系により構成され、前側焦点距離ｆ２及び後側焦点距離ｆ３（図４）の比によって決定される倍率で物体を結像する。また、この場合、例えば、リレーレンズ２５は、前側焦点が視野絞り部材２３に位置するように配置され、視野絞り部材２３により規定された面光源１０１の像を後側焦点に結ぶ。
【００３１】
検出器７の入射部２７は、例えば、複数の光ファイバ３１（図７（ａ）参照）の束を有して構成されている。入射部２７の入射面２７ａは、光ファイバ３１の端面により構成された入射面３１ａ（図７（ａ）参照）が複数集合することにより構成されている。入射面２７ａは、リレーレンズ２５を介した視野絞り部材２３の共役点Ｐ１（図４）付近且つ共役点Ｐ１からリレーレンズ２５の光軸方向にずれた位置に配置されている。換言すれば、入射面２７ａは、光学集光装置５を介した面光源１０１の共役点Ｐ１（図４）付近且つ共役点Ｐ１から光学集光装置５の光軸方向にずれた位置に配置されている。なお、入射面２７ａは、共役点Ｐ１に対して、リレーレンズ２５側及びその反対側のいずれ側にずれていてもよい。
【００３２】
検出器７の本体部２９は、例えば、分光器により構成されている。なお、検出器７全体が分光器として捉えられてもよい。本体部２９は、光ファイバ３１により導光された光を受光し、受光した光を分光して光のスペクトルを求め、そのスペクトルのデータを、若しくは、そのスペクトルから算出された輝度や色度を、電気信号として出力する。検出器７は、例えば、特に図示しないが、モノクロメータ等のいわゆる狭義の分光器と、狭義の分光器により分光された光を受光して、受光した光の光量に応じた電気信号を出力するＣＣＤ等の光電変換器とを有している。
【００３３】
光計測装置１は、図３に示すように、開口絞り部材１９及び集光レンズ２１を保持する第１保持部３３と、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７を保持する第２保持部３５と、第１保持部３３及び第２保持部３５を集光レンズ２１の光軸方向（図３の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース３７とを有している。従って、光計測装置１は、第１保持部３３及び第２保持部３５の相対移動により、集光レンズ２１の像面に視野絞り部材２３を位置させること（合焦）が可能である。
【００３４】
なお、第１保持部３３、第２保持部３５及びベース３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部３３及び第２保持部３５の相対移動は、第１保持部３３及び第２保持部３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。検出器７の本体部２９は、第２保持部３５に保持されていてもいなくてもよい。
【００３５】
光学集光装置５の作用の説明に先立って、測定距離、測定面積、測定角、立体角及び取込光量について説明する。
【００３６】
測定距離（図５（ｂ）のＬを参照）は、面光源１０１と光学集光装置５との距離である。なお、光学集光装置５における、測定距離の基準となる位置は、適宜に選択されてよいが、例えば、集光レンズ２１の配置位置である。
【００３７】
測定面積（図５（ｂ）のＳｍを参照）は、面光源１０１上の面積であって、走査の各時点において計測対象となる測定領域Ａ（図１参照）の面積である。すなわち、光学集光装置５が一時点において検出器７へ出力する光の、光源の面積である。
【００３８】
測定角（図５（ｂ）の２αを参照）は、光学集光装置５から測定領域Ａを見込む角度である。すなわち、測定角は、測定領域Ａの大きさを光学集光装置５の光軸に対する角度で示す。なお、測定面積は、測定角及び測定距離の関数となる。
【００３９】
立体角（単位：ステラジアン）は、一般に、Ｓ／ｒ２で定義される。ｒは、球の半径であり、Ｓは、その球の表面の所定部分の面積である。本実施形態では、立体角は、面光源１０１上の各点から出射された光線により形成される錐体において定義される。なお、立体角は、図５（ｂ）の頂角ωに相関するから、頂角ωを立体角とみなして考察してもよい。
【００４０】
取込光量は、測定領域Ａから出射され、且つ、光学集光装置５により取り込まれて検出器７へ出力される単位時間当たりの光の量である。
【００４１】
光学集光装置５の作用について説明する。
【００４２】
開口絞り部材１９は、集光レンズ２１の前側に配置されているから、集光レンズ２１に入射する光の径を規定できる。すなわち、開口絞り部材１９は、開口絞り１９ａにより、光学集光装置５に取り込まれる光の立体角を規定できる。なお、開口絞り部材１９が、開口絞り１９ａの大きさを可変のものである場合には、開口絞り１９ａの大きさの調整により、立体角を調整できる。
【００４３】
集光レンズ２１は、面光源１０１の像を結び、視野絞り部材２３は、集光レンズ２１の像面に配置されている。すなわち、面光源１０１と視野絞り部材２３とは共役となっている。従って、視野絞り２３ａの面積により、測定面積等を規定できる。なお、視野絞り部材２３が、視野絞り２３ａの大きさを可変のものである場合には、視野絞り２３ａの大きさの調整により、測定面積等を調整できる。
【００４４】
上述のように、集光レンズ２１は、前側焦点が開口絞り部材１９に位置するように配置されている。その結果、測定距離によらず、取込光量が一定になるという作用を奏する。具体的には、以下のとおりである。
【００４５】
図５（ａ）は、測定角２αを説明する図である。
【００４６】
物高ｈ（測定領域Ａの半分の高さ）と、像高ｈ′（視野絞り２３ａの半分の高さ）とが常に結像関係にある場合、次の式が成り立つ。
ｈ／ｈ′ ＝ ｘ／ｆ
ｈ／ｘ ＝ ｈ′／ｆ
ここで、焦点距離ｆと視野絞り２３ａの半径であるｈ′は不変であるためｈ／ｘも常に一定となることが分かる。
【００４７】
一方、測定角２αをｘとｈとで作る三角形で構成すれば、
２α ＝ ２ｔａｎ−１（ｈ／ｘ）
となる。
【００４８】
以上のように、測定角２αの基準は、集光レンズ２１の前側焦点となる。また、測定距離Ｌ（図５（ａ）ではｘ）が変化しても、測定角２αは変化しない。測定角２αを変えるためには、視野絞り２３ａの径（ｈ′）を変化させなければならない。
【００４９】
図５（ｂ）は、取込光量が一定になる作用を説明する図である。
【００５０】
測定面積Ｓｍは、測定角２α及び測定距離Ｌにより決定される。例えば、視野絞り２３ａの形状、換言すれば、測定領域Ａの形状が円形であるとすると、その半径は、（Ｌ−ｆ１）ｔａｎαとなるから、Ｓｍ＝π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２となる。
【００５１】
また、測定領域Ａ内の点光源がもつエネルギーをＰと考えると、入射瞳（開口絞り１９ａ）の位置における光束密度は、エネルギーＰを、Ｌ−ｆ１を半径とする球の表面積で割った値となるから、Ｐ／（４π（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５２】
このとき光源からみて入射瞳に取り込まれる光線の円錐頂角ωによって取込の立体角が規定される。入射瞳径が２Ｒとすると、点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量は、上述の入射瞳の位置における光束密度に入射瞳の面積πＲ２を乗じて、Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５３】
取込光量は、測定面積ד点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量”の関係で決定されるので
π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２ × Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）
＝（Ｐ・πＲ２・ｔａｎα）／４
となり距離の関数ではなくなり、計測器としての取込光量は測定角α，瞳径Ｒと光源のエネルギーＰによって決定される。これは測定距離の変化による測定面積の変化量を、同様に測定距離によって変化する立体角の変化によって相殺していることを意味している。
【００５４】
すなわち、光学集光装置５においては、測定距離Ｌを変化させても、面光源１０１の一定の位置（例えば、面光源１０１の中央位置）からの取込光量は変化しない。また、このような作用が生じる結果、測定領域Ａが面光源１０１の中央に位置するときの取込光量と、測定領域Ａが面光源１０１の外周部に位置するときの取込光量とは、測定距離Ｌによらず、一定の関係（一定の比）を保つことになる。その結果、例えば、輝度の絶対値を測定することが可能になる。また、シェーディング補正等を行うときに、測定距離に応じて異なる処理を行う必要がなくなる。
【００５５】
測定距離Ｌが変化すると、集光レンズ２１の像面の位置は変化する。しかし、光計測装置５は、第１保持部３３に対して第２保持部３５を光軸方向へ移動可能であるから、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に位置させたまま、集光レンズ２１の像面に視野絞り部材２３を位置させるように調整すること（フォーカス調整、ピント合わせ）が可能である。
【００５６】
光学集光装置５では、開口絞りの径を変化させることにより、立体角を変化させて取込光量を調整することができる。当該調整は、ＮＤフィルタによる取込光量の調整のように、波長毎の減光率の相違を考慮した補正を行う必要がない。すなわち、ＮＤフィルタは、波長毎に減光率が異なるから、ＮＤフィルタを用いて取込光量を調整した場合には、測定誤差を縮小するために検出値の補正が必要となるが、本実施形態では、その必要がない。
【００５７】
なお、開口絞り部材は、撮像装置のシャッタのように、複数の絞り羽根により構成され、複数の絞り羽根の相対移動により開口絞りの径を変化させるものであってもよい。また、例えば、開口絞り部材は、回転可能に軸支され、円周方向に沿って複数の絞りが形成されており、回転移動により光路に挿入される絞りが切り換えられることにより、開口絞りの径を変化させるターレットであってもよい。光学集光装置５は、開口絞りの径が互いに異なる複数の開口絞り部材が着脱可能であってもよい。
【００５８】
光学集光装置５は、上述の特許文献１に開示された２つのスリットによりガルバノミラーからの光を透過させる技術（２アイリス方式）に比較すると、取込光量を大きくしつつ測定精度を高く保つことができる。すなわち、特許文献１の技術では、２つめのスリットが小さければ小さいほど計測精度は向上するが、２つめのスリットが小さすぎると光量が少なくなってしまうことから、計測精度と光量を大きくすることとを両立することが難しい。しかし、本実施形態では、測定精度を高くするために開口絞り１９ａ及び視野絞り２３ａを小さくする必要がない。その結果、特許文献１のスリットに比較して大きい開口絞り１９ａ及び視野絞り２３ａにより光を取り込むことができる。
【００５９】
検出器７の入射部２７の入射面２７ａが、共役点Ｐ１からずれていることによる作用を説明する。当該作用については、理解を容易にするために、入射面２７ａから光を出射したときに、光学集光装置５により面光源１０１に投影される像を参照して説明する。
【００６０】
図６は、検出器７の本体部２９に代えて置換型逆投影用光源３９を入射部２７に接続した状態における光計測装置１の光路図である。
【００６１】
置換型逆投影用光源３９の生成した光は、入射面２７ａから出射され、光学集光装置５を介して面光源１０１に投影される。なお、面光源１０１の位置に、面光源１０１に代えて適宜なスクリーンが配置されていてもよい。
【００６２】
図７（ａ）は、入射部２７の入射面２７ａを示す図である。
【００６３】
入射面２７ａは、上述のように、複数の入射面３１ａを有している。複数の入射面３１ａは、光ファイバ３１の断面が円形であることなどから、当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置されている。従って、仮に、入射面２７ａが、面光源１０１の共役点Ｐ１（図４）に配置されたと仮定すると、面光源１０１においては、図７（ａ）に示す入射面２７ａの像が結ばれることになる。すなわち、面光源１０１においては、各光ファイバ３１に対応した輝度の高い部分と、複数の光ファイバ３１間の隙間に対応した輝度の低い部分とが生じることになる。
【００６４】
これは、面光源１０１からの光を入射面２７ａに入射させ、面光源１０１の光を検出器７により計測する場合においては、面光源１０１の測定領域Ａの光が、局所的に検出器７に取り込まれ、ケラレが生じることに相当する。この場合、測定領域Ａ全体の光を精度よく検出しているとは言い難い。
【００６５】
そこで、入射面２７ａにおいて、面光源１０１からのデフォーカスされた像を取り込むことが考えられる。これは、図６に示す逆投影を行った場合においては、図７（ｃ）に示すデフォーカスされた像が、面光源１０１に投影されることに相当する。図７（ｃ）では、複数の光ファイバ３１の像は結像せず、光が均一に面光源１０１に投影されている。従って、面光源１０１からの光を入射面２７ａに入射させる場合においては、ケラレが抑制される。
【００６６】
しかし、図７（ｃ）に示すように、像の輪郭がぼけていることは、面光源１０１からの光を検出器７により検出する場合においては、測定領域Ａ（測定面積Ｓｍ）が正確に定まっていないことに相当する。さらに、デフォーカスの仕方によっては、上述した取込光量一定となる位置関係が成立しなくなり、取込光量が一定とならない。以上のとおり、デフォーカスの仕方次第では、誤差が拡大することになる。また、作業者は、どの程度デフォーカスしてよいか判断できない。
【００６７】
本実施形態では、図４を参照して説明したように、入射面２７ａを共役点Ｐ１からずらすことにより、デフォーカスしている。その結果、図６に示す逆投影を行った場合においては、図７（ｂ）に示す、輪郭ははっきりしており、内部がぼけた像が面光源１０１に結ばれる。これは、面光源１０１からの光を検出器７により検出する場合においては、測定領域Ａが正確に定まるとともに、取込光量一定となる位置関係が保たれ、且つ、測定領域Ａ全体の光をケラレなく取り込めていることに相当する。
【００６８】
入射面２７ａを共役点Ｐ１からずらすことにより、図７（ｂ）に示す像が得られるのは、視野絞り部材２３の位置において入射面２７ａの像はぼけるが、視野絞り部材２３の位置にある像は、面光源１０１において合焦することからである。
【００６９】
そして、本実施形態では、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７は、第２保持部３５に保持されて、第１保持部３３（集光レンズ２１）に対して、集光レンズ２１の光軸方向へ移動可能であるから、入射面２７ａの共役点Ｐ１からのずれ量ｔ（図４）を一定に保ったまま、測定距離Ｌの変化に応じて視野絞り部材２３を集光レンズ２１の像面に位置させる（フォーカス調整する）ことができる。その結果、作業者においては、光計測装置１の製造者において設定したデフォーカス量、または、自らが事前に設定した適切なデフォーカス量を保つことができる。すなわち、測定距離Ｌに応じてデフォーカス量を判断する必要がない。
【００７０】
なお、入射面２７ａの共役点Ｐ１からのずれ量ｔについては、計測に要求される精度、検出器７の測定精度、測定距離Ｌ等の種々の事情に応じて適宜に設定されてよい。
【００７１】
例えば、ずれ量ｔは、光学集光装置５により面光源１０１からの光を集光したことによる、光学集光装置５を設けない場合（例えば、２アイリス方式）に比較した、取込光量の増大の効果等が失われないように設定される。例えば、ずれ量ｔは、リレーレンズ２５の後側焦点距離ｆ３よりも小さく設定される。
【００７２】
また、例えば、ずれ量ｔは、図６に示す逆投影を行ったときに、面光源１０１を適宜な位置から視認した作業者によって、面光源１０１の位置に投影された複数の入射面３１ａの像がぼけていると認識されるときの値以上に設定される。
【００７３】
より好適には、ずれ量ｔは、図６に示す逆投影を行ったときに、面光源１０１を適宜な位置から視認した作業者によって、図７（ｂ）に示す像が視認される（像の内部において輝度のムラが認識されない、複数の入射面３１ａの像が認識されない）ときの値、若しくは、当該値以上に設定される。
【００７４】
なお、輝度のムラの認識、ひいては、ぼけているか否かの判断、及び、図７（ｂ）に示す像であるか否かの判断には、個人差があり、また、空間周波数等の条件にも影響される。しかし、当該判断は、光計測装置１を用いて複数の被験者を対象に実験することにより可能である。
【００７５】
また、このような判断に資することができる評価方法も種々提案されており、そのような評価方法を適宜に利用して判断してもよい。
【００７６】
例えば、「印刷物微小濃淡むらの高精度検出法に関する研究」（山下他、三菱重工技報 Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．３ 第２０２〜２０５頁）では、撮像画像に基づいて輝度ムラの有無を判定する評価値を算出する手法が開示されている。当該評価値は、人間の濃淡に対する知覚が空間周波数毎に異なることを考慮して算出されている。具体的には、以下のとおりである。
【００７７】
まず、視認対象を撮像し、その撮像画像を２次元フーリエ変換して、空間周波数（ｆ）毎のパワースペクトルを算出する。次に、そのパワースペクトルに空間周波数毎に設定された重み係数Ｈ（ｆ）を乗じる。重み係数は下記式により表わされる。
Ｈ（ｆ） ＝ ０．３１＋０．６９ｆｅ−０．２９ｆ
その乗算結果を逆フーリエ変換して変換画像を得る。そして、その変換画像の標準偏差（輝度レベルの標準偏差）を評価値として算出する。
【００７８】
上記の研究結果では、被験者２０人を対象として、被験者のムラの知覚と、評価値との比較を行っている。その比較結果によれば、評価値が０．６付近において、被験者の一部によりムラが知覚され、評価値が０．８を超えると、被験者のほぼ全員によりムラが知覚されている。そして、上記の研究報告は、閾値を０．６に設定して評価値を用いることにより、人が感じるムラを検出することが可能であると結んでいる。
【００７９】
従って、上記の研究報告によれば、図６に示す逆投影を行い、適宜な位置から面光源１０１の位置における像を撮像し、上記の順により得られた評価値が、０．６未満であれば、図７（ｂ）に示す像が得られることになる。なお、面光源１０１を撮像する位置については、本実施形態において測定角や立体角の基準となっている集光レンズ２１の位置と等価な位置又はその近辺など、適宜に選択されてよい。
【００８０】
光学集光装置５における各種設定事項の数値の一例を示すと、距離（Ｌ−ｆ１）は３００ｍｍ〜∞、測定角２αは２度、入射部２７の入射面２７ａの直径は１ｍｍ、入射部２７のＮＡ（開口数）は０．２、集光レンズ２１の焦点距離ｆ１は８０ｎｍ、リレーレンズ２５の前側焦点距離ｆ２は１００ｍｍ、リレーレンズ２５の後側焦点距離ｆ３は３０ｍｍ、開口絞り１９ａの直径は１０ｍｍ、視野絞り２３ａの直径は２．７８ｍｍ、集光レンズ２１と視野絞り部材２３との距離Ｌ３は７６〜９７ｍｍである。なお、光学集光装置５の出射側のＮＡは、入射部２７のＮＡよりも小さくなるように設定されている。
【００８１】
（逆投影装置）
図８は、逆投影装置１１の構成を説明する斜視図である。図９は、逆投影装置１１を説明する光路図である。
【００８２】
上述のように、光計測装置１では、測定距離Ｌの変化に応じて第２保持部３５（図３）を集光レンズ２１に対して移動させ、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置するようにフォーカス調整を行う必要がある。逆投影装置１１は、このフォーカス調整における、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置したか否か（合焦されたか否か）の判断を容易化させるためのものである。
【００８３】
逆投影装置１１は、反射型逆投影用光源４１と、反射型逆投影用光源４１から出射された光を反射してリレーレンズ２５に入射させる挿入ミラー４３とを有している。
【００８４】
反射型逆投影用光源４１は、出射面４１ａから所定の断面形状の光を出射する。図８では、出射面４１ａの例を３つ拡大して示している。第１例の出射面４１ａ＿Ａは、断面が複数の矩形に分割された光を出射可能である。第２例の出射面４１ａ＿Ｂは、断面が複数の円形に分割された光を出射可能である。第３例の出射面４１ａ＿Ｃは、断面の輪郭の一部が内側へ突出する光を出射可能である。
【００８５】
第１の例の出射面４１ａ＿Ａ及び第３の例の出射面４１ａ＿Ｃは、例えば、遮光性の薄膜フィルム等により形成されたマスク４１ｂを出射面に配置することにより実現される。また、第２の例の出射面４１ａ＿Ｂは、例えば、反射型逆投影用光源４１の出射部を、入射部２７と同様に、複数の光ファイバ４１ｃの束（多芯ファイバ）を含んで構成することによって実現される。なお、第２の例の出射面４１ａ＿Ｂは、マスク４１ｂによっても実現可能である。
【００８６】
挿入ミラー４３は、リレーレンズ２５と入射部２７との間の光路に対して挿入及び退避可能である。なお、挿入ミラー４３は、スライド機構や回転機構により挿入及び退避可能であってもよいし、第２保持部３５に対して着脱可能であることにより挿入及び退避可能であってもよい。
【００８７】
図１０は、図９の逆投影装置１１付近の拡大図である。
【００８８】
反射型逆投影用光源４１は、リレーレンズ２５と出射面４１ａとの距離Ｄｂが、リレーレンズ２５と共役点Ｐ１との距離Ｄａに等しくなる位置に配置されている。換言すれば、挿入ミラー４３は、共役点Ｐ１を検出器７の方向とは異なる方向へ移動させ（当該移動された共役点を共役点Ｐ１′とする。）、出射面４１ａは、その移動された共役点Ｐ１′に配置されている。
【００８９】
従って、出射面４１ａの像が、光学集光装置５を介して、面光源１０１又は面光源１０１の位置に配置されたスクリーンにおいて結像したときには、面光源１０１の位置と視野絞り部材２３とは共役になっていることになる。すなわち、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置したことになる。その結果、作業者は、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に結像させるように第１保持部３３に対して第２保持部３５を移動させることにより、視野絞り部材２３を集光レンズ２１の像面に位置させることができる。
【００９０】
この際、出射面４１ａは、断面が複数に分割された光、若しくは、断面の輪郭が内側に突出した光を出射することから、光の断面形状が円形や矩形の場合に比較して、面光源１０１の位置において結像したか否かを判断しやすい。
【００９１】
このような逆投影は、面光源１０１の測定位置と、空間分割装置３の動作量との対応関係の把握にも効果的である。例えば、逆投影を行わずに、共役点Ｐ１（又はＰ１′）において接眼レンズを介して作業者が面光源１０１からの光を視認して、上記の対応関係を把握することは、視野が狭いことから難しい。しかし、逆投影では、面光源１０１を直接視認することから、上記の対応関係を把握すること、例えば、面光源１０１の端部に測定領域Ａが位置していることを把握することが容易である。
【００９２】
なお、逆投影は、図６に示した方法でも可能である。しかし、逆投影装置１１が設けられると、本体部２９に代えて置換型逆投影用光源３９を接続するために頻繁に入射部２７と本体部２９とを着脱することが抑制され、ひいては、入射部２７等が破損することが抑制される。また、図６に示した方法では、せっかく入射面２７ａと共役点Ｐ１とのずれ量ｔを適切に設定しても、その後、測定距離Ｌが変化すると、入射面２７ａを共役点Ｐ１に位置させて合焦を行い、再度、ずれ量ｔを設定しなければならない。しかし、逆投影装置１１が設けられることにより、その必要性がなくなり、ずれ量ｔが維持される。
【００９３】
（フォーカス調整の手順）
フォーカス調整は、事前調整と、事前調整の後に行われる測定時調整とを含む。具体的には以下のとおりである。
【００９４】
図１１は、事前調整の手順を示すフローチャートである。事前調整は、光計測装置１の製造者又は使用者（光計測の作業者）により行われる。なお、図１１に示す手順の一部は自動化されてもよい。
【００９５】
ステップＳＴ１では、図６を参照して説明したように、検出器７の本体部２９に代えて、置換型逆投影用光源３９を入射部２７に接続し、逆投影を行う。
【００９６】
ステップＳＴ２では、図７（ａ）に示す入射面２７ａの像が得られるように、集光レンズ２１、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７の少なくともいずれか一つを光軸方向へ移動させる。すなわち、面光源１０１の位置に投影される像の、輪郭及び内部の双方を合焦させる。このときは、第２保持部３５の第１保持部３３に対する移動だけなく、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７を相互に移動させてもよい。ただし、開口絞り１９は、集光レンズ２１の前側焦点に配置されている。
【００９７】
ステップＳＴ３では、入射部２７の位置を光軸方向にずらす。すなわち、図７（ｂ）の示す像が得られるように、ずれ量ｔを適切に設定する。
【００９８】
ステップＳＴ４では、図８〜図１０を参照して説明したように、挿入ミラー４３をリレーレンズ２５と入射部２７との間に配置する。
【００９９】
ステップＳＴ５では、反射型逆投影用光源４１から光を出射して、挿入ミラー４３を介した逆投影を行う。
【０１００】
ステップＳＴ６では、面光源１０１の位置に投影される出射面４１ａの像を視認しつつ、反射型逆投影用光源４１の位置を調整し、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に合焦させる。なお、視野絞り部材２３は、ステップＳＴ２において、既に面光源１０１の共役点に配置されているから、ステップＳＴ６は、反射型逆投影用光源４１により面光源１０１に投影される像の内部を合焦させる調整となる。
【０１０１】
ステップＳＴ７では、挿入ミラー４３をリレーレンズ２５から入射部２７への光路から退避させる。
【０１０２】
図１２は、測定時調整の手順を示すフローチャートである。光計測装置１の使用者により行われる。なお、図１２に示す手順の一部は自動化されてもよい。測定時調整は、事前調整が行われた後、測定距離Ｌが変化するなど、測定条件が変化したときに行われる。
【０１０３】
ステップＳＴ１１及びステップＳＴ１２は、ステップＳＴ５及びＳＴ６と同様であり、図８〜図１０を参照して説明したように、挿入ミラー４３を介した逆投影を行う。
【０１０４】
ステップＳＴ１３では、面光源１０１の位置に投影される出射面４１ａの像を視認しつつ、第２保持部３５を第１保持部３３に対して移動させて、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に合焦させる。なお、ステップＳＴ１３は、反射型逆投影用光源４１による逆投影の観点においては、面光源１０１に投影される像の輪郭及び内部を合焦させる調整となる。すなわち、作業者は、像の輪郭及び内部を合焦させるように調整を行う。一方、面光源１０１からの光を検出器７により検出する観点においては、入射面２７ａは、共役点Ｐ１からずれた位置に配置されているから、ステップＳＴ１３は、図７（ｂ）を参照して説明したように、像の輪郭を合焦させる一方で、像の内部をぼかす調整となる。
【０１０５】
ステップＳＴ１４は、ステップＳＴ７と同様であり、挿入ミラー４３を光路から退避させる。
【０１０６】
事前調整及び計測時調整を有するフォーカス調整が行われることにより、事前調整によって得られた視野絞り部材２３と入射部２７との位置関係などの、複数の光学部品間の一部の位置関係は、測定距離Ｌ等が変化しても、計測時調整においては変更されず、基本的には維持される。その結果、例えば、上述のように、ずれ量ｔは、好適な量に維持され、作業者がどの程度ぼかしたらよいか判断に困ることがない。また、例えば、置換型逆投影用光源３９を頻繁に入射部２７に接続する必要性がなくなり、入射部２７の破損が抑制される。
【０１０７】
なお、以上の第１の実施形態において、面光源１０１は、本発明における被測定光源の一例であり、集光レンズ２１は本発明の第１光学系の一例であり、リレーレンズ２５は本発明の第２光学系の一例であり、第２保持部３５は本発明の保持部の一例であり、ガルバノミラー１３は本発明の偏向ミラーの一例である。
【０１０８】
（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る光計測装置２０１の概略構成を示す平面図である。図１４は、光計測装置２０１における光路図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、図１４では、図４と同様に、理解を容易にするために、空間分割装置を省略して、各光学部品を同軸上に配置して図示している。
【０１０９】
第２の実施形態の光計測装置２０１は、空間分割装置及び光学集光装置の構成が第１の実施形態の光計測装置１と相違する。具体的には、以下のとおりである。
【０１１０】
第２の実施形態の空間分割装置２０３は、互いに異なる軸（例えば互いに直交する軸）回りに回転可能な２枚のガルバノミラー２１３及び２１４を有している。ガルバノミラー２１３及び２１４は、それぞれ、第１モータ１５及び第２モータ１７により駆動され、面光源１０１を２次元走査する。
【０１１１】
第２の実施形態の光学集光装置２０５は、走査レンズ２０６を有している点、開口絞り部材１９が、集光レンズ２１の前側焦点ではなく、集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置されている点、リレーレンズの構成等が第１の実施形態と相違する。
【０１１２】
走査レンズ２０６は、例えば、レンズ群により構成されている。ただし、走査レンズ２０６は、単レンズにより構成されてもよい。走査レンズ２０６は、面光源１０１に対して対向して配置されている。
【０１１３】
走査レンズ２０６は、計測の目的に照らして、面光源１０１の各部（中央部や外周部）からの光を所定の射影方式で射出するレンズにより構成されている。例えば、以下のとおりである。
【０１１４】
ｙ＝ｆ・ｔａｎθで表される中心射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角の差を小さくできる。
【０１１５】
ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）で表される立体射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角及び測定角の差を小さくできる。
【０１１６】
ｙ＝ｆ・θで表される等距離射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における測定面積の差を小さくできる。
【０１１７】
なお、ｙは、測定面（面光源１０１）における走査レンズ２０６の光軸ＬＡと測定位置との距離（物高）、ｆは走査レンズ２０６の焦点距離、θは空間分割装置２０３へ入射する（走査レンズ２０６から射出された）光束が光軸ＬＡと成す角（走査角）である。
【０１１８】
走査レンズ２０６を透過した面光源１０１からの光は、空間分割装置２０３を介して一定の方向（集光レンズ２１の方向）へ偏向される。偏向された光は集光レンズ２１に入射し、集光レンズ２１により結像される。視野絞り部材２３は、第１の実施形態と同様に、面光源１０１の共役点に配置される。たたし、第２の実施形態では、視野絞り部材２３は、走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系を介した面光源１０１の共役点に配置される。
【０１１９】
開口絞り部材１９は、集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置されている。換言すれば、図１４に示すように、開口絞り部材１９の像２１９は、集光レンズ２１の前側焦点に位置している。従って、面光源１０１から集光レンズ２１に入射する光の立体角は、開口絞り１９ａによって規定される。すなわち、第２の実施形態においても、第１の実施形態のように、集光レンズ２１の前側焦点に開口絞り部材１９を配置したのと同様の効果が得られる。
【０１２０】
リレーレンズは、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を有している。第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、例えば、第１の実施形態と同様に、アフォーカル系を構成している。すなわち、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、第１リレーレンズ２２５の後側焦点に第２リレーレンズ２２６の前側焦点が位置するように配置されており、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６の焦点距離ｆ４及びｆ５（図１４参照）の比によって決定される倍率で物体を結像する。
【０１２１】
また、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、例えば、第１リレーレンズ２２５の前側焦点が走査レンズ２０６から集光レンズ２１までの光学系の像面に位置するように配置され、第２リレーレンズ２２６の後側焦点に像を結ぶ。なお、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、それぞれ、レンズ群により構成されていてもよいし、単レンズにより構成されていてもよい。
【０１２２】
開口絞り部材１９は、例えば、第１リレーレンズ２２５の後側焦点（第２リレーレンズ２２６の前側焦点）に配置されており、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６とともにテレセントリック光学系を形成している。
【０１２３】
検出器７の入射部２７（図１３及び図１４では図示省略）は、第１の実施形態と同様に、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を介した、視野絞り部材２３の共役点からずれた位置に配置されている。
【０１２４】
光計測装置２０１は、走査レンズ２０６、空間分割装置２０３及び集光レンズ２１を保持する第１保持部２３３と、視野絞り部材２３、第１リレーレンズ２２５、開口絞り部材１９、第２リレーレンズ２２６及び検出器７（若しくは検出器７のうち入射部２７）を保持する第２保持部２３５と、第１保持部２３３及び第２保持部２３５を集光レンズ２１の光軸方向（図１の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース２３７とを有している。
【０１２５】
第１保持部２３３、第２保持部２３５及びベース２３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部２３３及び第２保持部２３５の相対移動は、第１保持部２３３及び第２保持部２３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部２３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。
【０１２６】
第１保持部２３３に対して第２保持部２３５を移動させることにより、視野絞り部材２３を走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系の像面に位置させることができる。この際、第１リレーレンズ２２５、開口絞り部材１９及び第２リレーレンズ２２６は、テレセントリック光学系を形成していることから、第１保持部２３３に対して第２保持部２３５を光軸方向へ移動させても、開口絞り１９ａの像２１９ａ（図１４）の大きさは変化しない。
【０１２７】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、光計測装置２０１は、測定対象としての面光源１０１からの光を投影する走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系と、当該光学系を介して面光源１０１の共役点に配置される視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した面光源１０１からの光を投影する第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を含む光学系と、当該光学系により投影された光が入射する複数の入射面３１ａが当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置された入射部２７を有し、前記複数の入射面３１ａに入射した光に応じた信号を出力する検出器７とを有し、複数の入射面３１ａは、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を介した視野絞り部材２３の共役点から第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６の光軸方向へずれた位置に配置されていることから、図７（ｂ）を参照して説明したように、入射部２７の構成に起因するケラレを抑制することができる。
【０１２８】
なお、以上の第２の実施形態において、走査レンズ２０６及び集光レンズ２１は本発明の第１光学系の一例であり、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は本発明の第２光学系の一例であり、第２保持部２３５は本発明の保持部の一例である。
【０１２９】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【０１３０】
光計測装置及び計測用光学装置は、光源を走査するものに限定されない。例えば、点光源からの光を計測するものであってもよい。光計測装置及び計測用光学装置が、光源を走査するものである場合、光計測装置及び走査光学系は、２次元の走査を行うものに限定されず、一次元の走査を行うものであってもよい。また、計測対象となる面光源は、一次元の走査のみで光源全体の計測が行われることが可能な長尺状のものであってもよい。面光源は表示装置に限定されない。例えば、照明として使用されたり、表示装置のバックライトとして使用される面光源であってもよい。
【０１３１】
光学集光装置は、レンズにより構成されるものに限定されない。例えば、曲面鏡により、若しくは、レンズと曲面鏡との組み合わせにより構成されてもよい。曲面鏡を用いる場合には、反射波長の角度依存を軽減できる等のメリットがある。
【０１３２】
面光源の各部からの光を順次取り込む（面光源を走査する）動作を行う空間分割装置は、面光源の各部からの光を一定の方向へ偏向する偏向器（偏向ミラー）に限定されない。例えば、空間分割装置は、光学集光装置や検出器等を面光源に沿って移動させる移動装置であったり、光学集光装置や検出器等の面光源に対する向きを変化させる回転装置であったりしてもよい。
【０１３３】
偏向器は、ガルバノミラーに限定されない。例えば、偏向器は、ポリゴンミラーを含んで構成されてよい。検出器は、分光器に限定されない。例えば、光を分光しないものであってもよい。検出器の検出する光に係る量は、物理量でも心理物理量でもよく、また、輝度や色度以外の量であってもよい。
【０１３４】
視野絞り部材は、第１光学系（第１の実施形態では集光レンズ２１、第２の実施形態では走査レンズ２０６及び集光レンズ２１）を介した面光源の共役点に配置されればよいから、第１光学系の像面位置ではなく、像面位置の共役点に配置されてもよい。
【０１３５】
光計測装置及び走査光学系には、使用目的や測定対象の種類等の具体的事情に応じて、視感度補正フィルタ、色フィルタ、拡散透過板等の光学要素が適宜な位置に配置されてよい。第１光学系や第２光学系の光軸はミラーにより適宜に屈曲されてよい。
【０１３６】
第１の実施形態及び第２の実施形態は、適宜に組み合わされてよい。例えば、第１の実施形態において、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置してもよい。換言すれば、走査レンズ２０６が設けられない構成と、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【０１３７】
また、例えば、第２の実施形態において、第１の実施形態のように、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に配置してもよい。換言すれば、走査レンズ２０６を設ける構成と、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光計測装置の概略構成を示す簡略図。
【図２】図１の光計測装置における空間分割装置の構成及び他の装置の配置における作用を説明する図。
【図３】図１の光計測装置の光学集光装置及び検出器の要部を示す斜視図。
【図４】図３の光学集光装置及び検出器における光路図。
【図５】図３の光学集光装置の作用を説明する図。
【図６】図１の光計測装置において置換型の逆投影を行ったときの光路図。
【図７】図３の光学集光装置及び検出器の位置関係の作用を説明する図。
【図８】図１の光計測装置の逆投影装置の構成を説明する斜視図。
【図９】図８の逆投影装置を説明する光路図。
【図１０】図９の光路図の逆投影装置付近の拡大図。
【図１１】図１の光計測装置におけるフォーカス調整の事前調整の手順を示すフローチャート。
【図１２】図１の光計測装置におけるフォーカス調整の計測時調整の手順を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る光計測装置の概略構成を示す簡略図。
【図１４】図１３の光計測装置における光路図。
【符号の説明】
【０１３９】
１…光計測装置、７…検出器、２１…集光レンズ（第１光学系）、２３…視野絞り部材、２５…リレーレンズ（第２光学系）、２７…入射部、３１ａ…入射面、１０１…面光源（被測定光源）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源における輝度や色度等の光に係る量を計測する光計測装置及び当該光計測装置のフォーカス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源の輝度や色度等の物理量若しくは心理物理量を計測する技術が知られている。特許文献１では、紙等のウェブの光学情報を収集する収集装置として、ウェブの各部からの光を順次偏向することによりウェブを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーにより偏向された光を透過させる２つのスリットと、２つのスリットを透過した光を分光する分光器とを有する装置が開示されている。また、複数の光ファイバ（多芯ファイバ）により構成された入射部を有し、多芯ファイバに入射した光を分光する分光器が知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−９３３２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光源の光を多芯ファイバに入射させるときに、光源と多芯ファイバとの間に光学系を配置し、光源の像を多芯ファイバの入射面に結像させることが考えられる。しかし、多芯ファイバの入射面は、複数の光ファイバの入射面の集合であることから、複数の光ファイバ間の隙間においては、光が取り込まれない。すなわち、測定領域の局所的な光が検出器に取り込まれ、ケラレが生じることになる。この場合、測定領域全体における光を精度よく計測しているとはいえない。
【０００４】
本発明の目的は、検出器の構成に起因するケラレを抑制できる光計測装置及び光計測装置のフォーカス調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光計測装置は、測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系と、前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材と、前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系と、前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部を有し、前記複数の入射面に入射した光に応じた信号を出力する検出器と、を有し、前記複数の入射面は、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点から前記第２光学系の光軸方向へずれた位置に配置されている。
【０００６】
本発明の光計測装置のフォーカス調整方法は、測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系、前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材、前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系、前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部と、当該入射部により導光された光を受光して、受光した光に応じた信号を出力する本体部とを有する検出器の、前記入射部、並びに、前記本体部に代えて前記入射部に接続され、前記複数の入射面から光を出射可能な置換型逆投影用光源、を配置し、その配置された、前記第１光学系、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部の少なくとも一つを移動させ、前記視野絞り部材及び前記複数の入射面の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させ、その合焦の後、前記入射部を移動させ、前記被測定光源の配置位置における前記複数の入射面の像をデフォーカスし、そのデフォーカスの後、前記置換型逆投影用光源に代えて前記本体部を前記入射部に接続する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、検出器の構成に起因するケラレを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
（光計測装置の概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係る光計測装置１の概略構成を示す簡略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。
【０００９】
光計測装置１は、測定対象である面光源１０１の輝度分布や色度分布等の光に係る量の分布を計測する装置として構成されている。面光源１０１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の、複数の画素毎に輝度を調整して表示を行う表示装置である。面光源１０１の平面形状（図１の紙面右側から見た形状）は、適宜に設定されてよいが、例えば、所定方向（本実施形態の例では水平方向、図１（ａ）の紙面上下方向、図１（ｂ）の紙面貫通方向）を長手方向とする矩形である。なお、一般的な表示装置では、アスペクト比（長手方向の長さ：短手方向の長さ）＝１６：９である。
【００１０】
光計測装置１は、面光源１０１の各部（測定領域Ａ）の光を順次取り込む動作を行う空間分割装置３と、空間分割装置３により取り込まれた光を集光する光学集光装置５と、光学集光装置５により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する検出器７と、空間分割装置３の制御や検出器７の検出結果に基づく処理を行う演算装置９（図１（ａ））と、光学集光装置５のフォーカス調整を行うための逆投影装置１１（図１（ｂ））とを有している。
【００１１】
（空間分割装置及び他の装置の配置）
空間分割装置３は、例えば、一のガルバノミラー１３と、ガルバノミラー１３を駆動する第１モータ１５及び第２モータ１７とを有している。
【００１２】
ガルバノミラー１３は、面光源１０１の各部からの光を順次一定の方向（光学集光装置５の方向、矢印ａｗ１で示す。）へ偏向するためのものである。ガルバノミラー１３は、例えば、金属コートや多層膜コート等の表面処理がなされている。ガルバノミラー１３は、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２回りに（２軸回りに）回転可能に軸支されている。第１軸ＡＸ１は、例えば、面光源１０１の短手方向（図１（ａ）の紙面貫通方向、図１（ｂ）の紙面上下方向）に延びる軸であり、第２軸ＡＸ２は、例えば、面光源１０１の長手方向（図１（ａ）の紙面上下方向、図１（ｂ）の紙面貫通方向）に延びる軸である。
【００１３】
ガルバノミラー１３が第１軸ＡＸ１回りに回転することにより、面光源１０１のうち、光学集光装置５及び検出器７に光が取り込まれる部分（測定領域Ａ）が、面光源１０１の長手方向に移動する。すなわち、面光源１０１は、長手方向に走査される。同様に、ガルバノミラー１３が第２軸ＡＸ２回りに回転することにより、測定領域Ａが面光源１０１の短手方向に移動し、面光源１０１は、短手方向に走査される。
【００１４】
第１モータ１５は、ガルバノミラー１３を第１軸ＡＸ１回りに駆動する。第２モータ１７は、ガルバノミラー１３を第２軸ＡＸ２回りに駆動する。第１モータ１５及び第２モータ１７の動作は、例えば、演算装置９により制御される。なお、空間分割装置３は、ガルバノミラー１３の支持機構、及び、第１モータ１５及び第２モータ１７の回転をガルバノミラー１３に伝達する伝達機構を有するが、図示は省略する。
【００１５】
ガルバノミラー１３により偏向された光が入射する光学系（例えば、光学集光装置５。ただし、光学集光装置５のうちガルバノミラー１３側の一部の光学系でもよい。例えば、後述する、開口絞り部材１９及び集光レンズ２１でもよい。）は、例えば、ガルバノミラー１３に対して面光源１０１側に配置されている。
【００１６】
ただし、光学集光装置５は、面光源１０１からガルバノミラー１３に向かう光を遮らないように、面光源１０１からガルバノミラー１３への光路外に配置されている。具体的には、光学集光装置５は、図１（ｂ）に示すように、面光源１０１の短手方向において、面光源１０１の短手方向の端部からガルバノミラー１３への光路よりも、面光源１０１の外側に配置されている。ただし、光学集光装置５は、図１（ａ）に示すように、面光源１０１の長手方向においては、面光源１０１の長手方向の端部からガルバノミラー１３への光路よりも面光源中央側に配置されている。好適には、光学集光装置５は、面光源１０１の長手方向において、面光源１０１の中央に配置されている。
【００１７】
図２は、本実施形態の空間分割装置の構成及び他の装置の配置における作用を説明する図であり、図２（ａ）は、入射角度の定義を示す断面図であり、図２（ｂ）は、入射角度が反射率に及ぼす影響を光の波長毎に示す図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、入射角度は、反射面（ガルバノミラー１３）に直交する線（法線）に対する光の角度によって定義される。図２（ｂ）に示すように、入射角度が大きくなると、反射率は低下する。すなわち、反射率は角度依存性を有する。また、反射率及びその角度依存性は、波長毎に相違する。なお、このような角度依存性や波長依存性は、例えば、金属コートや多層膜コート等により生じる。
【００１９】
一般に、光計測装置においては、面光源の外周側の光を取り込むときほど、面光源からの光のガルバノミラーへの入射角度は大きくなる。従って、面光源の中央側を計測するときと、面光源の外側を計測するときとでは、ガルバノミラーの反射率が変化し、ひいては、測定誤差が生じることになる。入射角度による反射率の変化に起因して生じる誤差の補正は、入射角度の変化だけでなく、反射率の波長依存性も考慮しなければない。また、複数のガルバノミラーを用いて変更すると、補正はさらに複雑化する。
【００２０】
ここで、入射角度による反射率の変化は、入射角度が大きくなるほど、変化率が大きくなる。例えば、キセノンランプの輝度の実測値について、入射角度２３度のときと４５度度のときとを比較すると誤差は０．２％程度であり、入射角度４５度のときと６８度のときとを比較すると誤差は２．０％程度である。
【００２１】
本実施形態では、光学集光装置５はガルバノミラー１３に対して面光源１０１側に配置されている。従って、例えば、図１（ｂ）において光学集光装置５がガルバノミラー１３の直下に配置されたような場合に比較して、ガルバノミラー１３への入射角度を小さくすることができる。さらに、光学集光装置５は、面光源１０１からの光を遮らないように、面光源１０１の短手方向において、面光源１０１の短手方向端部からガルバノミラー１３への光路よりも、面光源１０１の外部側へ配置されている。従って、これとは逆に、光学集光装置５が面光源１０１の長手方向において面光源１０１の外側に配置された場合に比較して、一層、ガルバノミラー１３への入射角度を小さくすることができる。その結果、反射率の入射角度による変化を抑制し、測定誤差を縮小することができる。
【００２２】
なお、ガルバノミラー１３への入射角度の最大値は、図１（ａ）に示す角度β若しくは図１（ｂ）に示す角度γである。角度βは、面光源１０１の長手方向端部からガルバノミラー１３への光路と、ガルバノミラー１３から光学集光装置５への光路との成す角である。角度γは、面光源１０１の、光学集光装置５とは反対側の、短手方向端部からガルバノミラー１３への光路と、ガルバノミラー１３から光学集光装置５への光路との成す角である。光学集光装置５は、角度β及びγが４５度以下になるように配置されることが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態では、面光源１０１を２次元走査する空間分割装置３は、２軸回りに回転可能な一のガルバノミラー１３を含んで構成されている。従って、１軸回りに回転可能なガルバノミラーを２つ組み合わせて２次元走査可能な空間分割装置が構成された場合に比較して、反射回数が減るから、反射率の変化が抑制される。また、反射率を考慮した測定結果の補正も容易化される。
【００２４】
（光学集光装置及び検出器）
図３は、光学集光装置５及び検出器７の要部を示す斜視図である。図４は、光学集光装置５及び検出器７における光路図である。なお、図４では、理解を容易にするために、空間分割装置３を省略して面光源１０１の正面に光学集光装置５及び検出器７を図示している。
【００２５】
光学集光装置５は、空間分割装置３により偏向された光が入射する開口絞り部材１９と、開口絞り部材１９を透過した光が入射する集光レンズ２１と、集光レンズ２１を透過した光が入射する視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した光が入射するリレーレンズ２５とを有している。
【００２６】
また、検出器７は、リレーレンズ２５を透過した光が入射する入射部２７と、入射部２７により導光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する本体部２９とを有している。
【００２７】
開口絞り部材１９は、例えば、集光レンズ２１の前側焦点に配置されている。開口絞り部材１９には、空間分割装置３からの光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる開口絞り１９ａが形成されている。なお、開口絞り部材１９は、開口絞り１９ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００２８】
集光レンズ２１は、開口絞り１９ａを透過した光を集光することにより、面光源１０１からの光を結像させる。集光レンズ２１は、単レンズにより構成されていてもよいし、レンズ群により構成されていてもよい。なお、集光レンズ２１の径は、開口絞り１９ａからの光が全て入射可能な大きさに設定されている。
【００２９】
視野絞り部材２３は、例えば、集光レンズ２１の像面に配置されている。視野絞り部材２３には、集光レンズ２１により集光された光を、その径（断面）を規定しつつ透過させる視野絞り２３ａが形成されている。視野絞り２３ａは、例えば、０．３〜３ｍｍの開口である。視野絞り２３ａの形状は適宜な形状でよいが、例えば、円形や矩形である。なお、視野絞り部材２３は、視野絞り２３ａの径が固定のものでも可変のものでもよい。
【００３０】
リレーレンズ２５は、集光レンズ２１の結像した像を転送するレンズである。なお、上述のように、集光レンズ２１の像面には視野絞り部材２３が配置されているから、リレーレンズ２５は、視野絞り部材２３により径が規定された像を転送する。リレーレンズ２５は、適宜に構成されてよく、リレーレンズ２５の構成に応じて適宜な位置に配置されてよい。例えば、リレーレンズ２５は、アフォーカル系の光学系により構成され、前側焦点距離ｆ２及び後側焦点距離ｆ３（図４）の比によって決定される倍率で物体を結像する。また、この場合、例えば、リレーレンズ２５は、前側焦点が視野絞り部材２３に位置するように配置され、視野絞り部材２３により規定された面光源１０１の像を後側焦点に結ぶ。
【００３１】
検出器７の入射部２７は、例えば、複数の光ファイバ３１（図７（ａ）参照）の束を有して構成されている。入射部２７の入射面２７ａは、光ファイバ３１の端面により構成された入射面３１ａ（図７（ａ）参照）が複数集合することにより構成されている。入射面２７ａは、リレーレンズ２５を介した視野絞り部材２３の共役点Ｐ１（図４）付近且つ共役点Ｐ１からリレーレンズ２５の光軸方向にずれた位置に配置されている。換言すれば、入射面２７ａは、光学集光装置５を介した面光源１０１の共役点Ｐ１（図４）付近且つ共役点Ｐ１から光学集光装置５の光軸方向にずれた位置に配置されている。なお、入射面２７ａは、共役点Ｐ１に対して、リレーレンズ２５側及びその反対側のいずれ側にずれていてもよい。
【００３２】
検出器７の本体部２９は、例えば、分光器により構成されている。なお、検出器７全体が分光器として捉えられてもよい。本体部２９は、光ファイバ３１により導光された光を受光し、受光した光を分光して光のスペクトルを求め、そのスペクトルのデータを、若しくは、そのスペクトルから算出された輝度や色度を、電気信号として出力する。検出器７は、例えば、特に図示しないが、モノクロメータ等のいわゆる狭義の分光器と、狭義の分光器により分光された光を受光して、受光した光の光量に応じた電気信号を出力するＣＣＤ等の光電変換器とを有している。
【００３３】
光計測装置１は、図３に示すように、開口絞り部材１９及び集光レンズ２１を保持する第１保持部３３と、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７を保持する第２保持部３５と、第１保持部３３及び第２保持部３５を集光レンズ２１の光軸方向（図３の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース３７とを有している。従って、光計測装置１は、第１保持部３３及び第２保持部３５の相対移動により、集光レンズ２１の像面に視野絞り部材２３を位置させること（合焦）が可能である。
【００３４】
なお、第１保持部３３、第２保持部３５及びベース３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部３３及び第２保持部３５の相対移動は、第１保持部３３及び第２保持部３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。検出器７の本体部２９は、第２保持部３５に保持されていてもいなくてもよい。
【００３５】
光学集光装置５の作用の説明に先立って、測定距離、測定面積、測定角、立体角及び取込光量について説明する。
【００３６】
測定距離（図５（ｂ）のＬを参照）は、面光源１０１と光学集光装置５との距離である。なお、光学集光装置５における、測定距離の基準となる位置は、適宜に選択されてよいが、例えば、集光レンズ２１の配置位置である。
【００３７】
測定面積（図５（ｂ）のＳｍを参照）は、面光源１０１上の面積であって、走査の各時点において計測対象となる測定領域Ａ（図１参照）の面積である。すなわち、光学集光装置５が一時点において検出器７へ出力する光の、光源の面積である。
【００３８】
測定角（図５（ｂ）の２αを参照）は、光学集光装置５から測定領域Ａを見込む角度である。すなわち、測定角は、測定領域Ａの大きさを光学集光装置５の光軸に対する角度で示す。なお、測定面積は、測定角及び測定距離の関数となる。
【００３９】
立体角（単位：ステラジアン）は、一般に、Ｓ／ｒ２で定義される。ｒは、球の半径であり、Ｓは、その球の表面の所定部分の面積である。本実施形態では、立体角は、面光源１０１上の各点から出射された光線により形成される錐体において定義される。なお、立体角は、図５（ｂ）の頂角ωに相関するから、頂角ωを立体角とみなして考察してもよい。
【００４０】
取込光量は、測定領域Ａから出射され、且つ、光学集光装置５により取り込まれて検出器７へ出力される単位時間当たりの光の量である。
【００４１】
光学集光装置５の作用について説明する。
【００４２】
開口絞り部材１９は、集光レンズ２１の前側に配置されているから、集光レンズ２１に入射する光の径を規定できる。すなわち、開口絞り部材１９は、開口絞り１９ａにより、光学集光装置５に取り込まれる光の立体角を規定できる。なお、開口絞り部材１９が、開口絞り１９ａの大きさを可変のものである場合には、開口絞り１９ａの大きさの調整により、立体角を調整できる。
【００４３】
集光レンズ２１は、面光源１０１の像を結び、視野絞り部材２３は、集光レンズ２１の像面に配置されている。すなわち、面光源１０１と視野絞り部材２３とは共役となっている。従って、視野絞り２３ａの面積により、測定面積等を規定できる。なお、視野絞り部材２３が、視野絞り２３ａの大きさを可変のものである場合には、視野絞り２３ａの大きさの調整により、測定面積等を調整できる。
【００４４】
上述のように、集光レンズ２１は、前側焦点が開口絞り部材１９に位置するように配置されている。その結果、測定距離によらず、取込光量が一定になるという作用を奏する。具体的には、以下のとおりである。
【００４５】
図５（ａ）は、測定角２αを説明する図である。
【００４６】
物高ｈ（測定領域Ａの半分の高さ）と、像高ｈ′（視野絞り２３ａの半分の高さ）とが常に結像関係にある場合、次の式が成り立つ。
ｈ／ｈ′ ＝ ｘ／ｆ
ｈ／ｘ ＝ ｈ′／ｆ
ここで、焦点距離ｆと視野絞り２３ａの半径であるｈ′は不変であるためｈ／ｘも常に一定となることが分かる。
【００４７】
一方、測定角２αをｘとｈとで作る三角形で構成すれば、
２α ＝ ２ｔａｎ−１（ｈ／ｘ）
となる。
【００４８】
以上のように、測定角２αの基準は、集光レンズ２１の前側焦点となる。また、測定距離Ｌ（図５（ａ）ではｘ）が変化しても、測定角２αは変化しない。測定角２αを変えるためには、視野絞り２３ａの径（ｈ′）を変化させなければならない。
【００４９】
図５（ｂ）は、取込光量が一定になる作用を説明する図である。
【００５０】
測定面積Ｓｍは、測定角２α及び測定距離Ｌにより決定される。例えば、視野絞り２３ａの形状、換言すれば、測定領域Ａの形状が円形であるとすると、その半径は、（Ｌ−ｆ１）ｔａｎαとなるから、Ｓｍ＝π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２となる。
【００５１】
また、測定領域Ａ内の点光源がもつエネルギーをＰと考えると、入射瞳（開口絞り１９ａ）の位置における光束密度は、エネルギーＰを、Ｌ−ｆ１を半径とする球の表面積で割った値となるから、Ｐ／（４π（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５２】
このとき光源からみて入射瞳に取り込まれる光線の円錐頂角ωによって取込の立体角が規定される。入射瞳径が２Ｒとすると、点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量は、上述の入射瞳の位置における光束密度に入射瞳の面積πＲ２を乗じて、Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）となる。
【００５３】
取込光量は、測定面積ד点光源から発した光線のうち立体角によって制限された取込光量”の関係で決定されるので
π（（Ｌ−ｆ１）ｔａｎα）２ × Ｐ・Ｒ２／（４（Ｌ−ｆ１）２）
＝（Ｐ・πＲ２・ｔａｎα）／４
となり距離の関数ではなくなり、計測器としての取込光量は測定角α，瞳径Ｒと光源のエネルギーＰによって決定される。これは測定距離の変化による測定面積の変化量を、同様に測定距離によって変化する立体角の変化によって相殺していることを意味している。
【００５４】
すなわち、光学集光装置５においては、測定距離Ｌを変化させても、面光源１０１の一定の位置（例えば、面光源１０１の中央位置）からの取込光量は変化しない。また、このような作用が生じる結果、測定領域Ａが面光源１０１の中央に位置するときの取込光量と、測定領域Ａが面光源１０１の外周部に位置するときの取込光量とは、測定距離Ｌによらず、一定の関係（一定の比）を保つことになる。その結果、例えば、輝度の絶対値を測定することが可能になる。また、シェーディング補正等を行うときに、測定距離に応じて異なる処理を行う必要がなくなる。
【００５５】
測定距離Ｌが変化すると、集光レンズ２１の像面の位置は変化する。しかし、光計測装置５は、第１保持部３３に対して第２保持部３５を光軸方向へ移動可能であるから、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に位置させたまま、集光レンズ２１の像面に視野絞り部材２３を位置させるように調整すること（フォーカス調整、ピント合わせ）が可能である。
【００５６】
光学集光装置５では、開口絞りの径を変化させることにより、立体角を変化させて取込光量を調整することができる。当該調整は、ＮＤフィルタによる取込光量の調整のように、波長毎の減光率の相違を考慮した補正を行う必要がない。すなわち、ＮＤフィルタは、波長毎に減光率が異なるから、ＮＤフィルタを用いて取込光量を調整した場合には、測定誤差を縮小するために検出値の補正が必要となるが、本実施形態では、その必要がない。
【００５７】
なお、開口絞り部材は、撮像装置のシャッタのように、複数の絞り羽根により構成され、複数の絞り羽根の相対移動により開口絞りの径を変化させるものであってもよい。また、例えば、開口絞り部材は、回転可能に軸支され、円周方向に沿って複数の絞りが形成されており、回転移動により光路に挿入される絞りが切り換えられることにより、開口絞りの径を変化させるターレットであってもよい。光学集光装置５は、開口絞りの径が互いに異なる複数の開口絞り部材が着脱可能であってもよい。
【００５８】
光学集光装置５は、上述の特許文献１に開示された２つのスリットによりガルバノミラーからの光を透過させる技術（２アイリス方式）に比較すると、取込光量を大きくしつつ測定精度を高く保つことができる。すなわち、特許文献１の技術では、２つめのスリットが小さければ小さいほど計測精度は向上するが、２つめのスリットが小さすぎると光量が少なくなってしまうことから、計測精度と光量を大きくすることとを両立することが難しい。しかし、本実施形態では、測定精度を高くするために開口絞り１９ａ及び視野絞り２３ａを小さくする必要がない。その結果、特許文献１のスリットに比較して大きい開口絞り１９ａ及び視野絞り２３ａにより光を取り込むことができる。
【００５９】
検出器７の入射部２７の入射面２７ａが、共役点Ｐ１からずれていることによる作用を説明する。当該作用については、理解を容易にするために、入射面２７ａから光を出射したときに、光学集光装置５により面光源１０１に投影される像を参照して説明する。
【００６０】
図６は、検出器７の本体部２９に代えて置換型逆投影用光源３９を入射部２７に接続した状態における光計測装置１の光路図である。
【００６１】
置換型逆投影用光源３９の生成した光は、入射面２７ａから出射され、光学集光装置５を介して面光源１０１に投影される。なお、面光源１０１の位置に、面光源１０１に代えて適宜なスクリーンが配置されていてもよい。
【００６２】
図７（ａ）は、入射部２７の入射面２７ａを示す図である。
【００６３】
入射面２７ａは、上述のように、複数の入射面３１ａを有している。複数の入射面３１ａは、光ファイバ３１の断面が円形であることなどから、当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置されている。従って、仮に、入射面２７ａが、面光源１０１の共役点Ｐ１（図４）に配置されたと仮定すると、面光源１０１においては、図７（ａ）に示す入射面２７ａの像が結ばれることになる。すなわち、面光源１０１においては、各光ファイバ３１に対応した輝度の高い部分と、複数の光ファイバ３１間の隙間に対応した輝度の低い部分とが生じることになる。
【００６４】
これは、面光源１０１からの光を入射面２７ａに入射させ、面光源１０１の光を検出器７により計測する場合においては、面光源１０１の測定領域Ａの光が、局所的に検出器７に取り込まれ、ケラレが生じることに相当する。この場合、測定領域Ａ全体の光を精度よく検出しているとは言い難い。
【００６５】
そこで、入射面２７ａにおいて、面光源１０１からのデフォーカスされた像を取り込むことが考えられる。これは、図６に示す逆投影を行った場合においては、図７（ｃ）に示すデフォーカスされた像が、面光源１０１に投影されることに相当する。図７（ｃ）では、複数の光ファイバ３１の像は結像せず、光が均一に面光源１０１に投影されている。従って、面光源１０１からの光を入射面２７ａに入射させる場合においては、ケラレが抑制される。
【００６６】
しかし、図７（ｃ）に示すように、像の輪郭がぼけていることは、面光源１０１からの光を検出器７により検出する場合においては、測定領域Ａ（測定面積Ｓｍ）が正確に定まっていないことに相当する。さらに、デフォーカスの仕方によっては、上述した取込光量一定となる位置関係が成立しなくなり、取込光量が一定とならない。以上のとおり、デフォーカスの仕方次第では、誤差が拡大することになる。また、作業者は、どの程度デフォーカスしてよいか判断できない。
【００６７】
本実施形態では、図４を参照して説明したように、入射面２７ａを共役点Ｐ１からずらすことにより、デフォーカスしている。その結果、図６に示す逆投影を行った場合においては、図７（ｂ）に示す、輪郭ははっきりしており、内部がぼけた像が面光源１０１に結ばれる。これは、面光源１０１からの光を検出器７により検出する場合においては、測定領域Ａが正確に定まるとともに、取込光量一定となる位置関係が保たれ、且つ、測定領域Ａ全体の光をケラレなく取り込めていることに相当する。
【００６８】
入射面２７ａを共役点Ｐ１からずらすことにより、図７（ｂ）に示す像が得られるのは、視野絞り部材２３の位置において入射面２７ａの像はぼけるが、視野絞り部材２３の位置にある像は、面光源１０１において合焦することからである。
【００６９】
そして、本実施形態では、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７は、第２保持部３５に保持されて、第１保持部３３（集光レンズ２１）に対して、集光レンズ２１の光軸方向へ移動可能であるから、入射面２７ａの共役点Ｐ１からのずれ量ｔ（図４）を一定に保ったまま、測定距離Ｌの変化に応じて視野絞り部材２３を集光レンズ２１の像面に位置させる（フォーカス調整する）ことができる。その結果、作業者においては、光計測装置１の製造者において設定したデフォーカス量、または、自らが事前に設定した適切なデフォーカス量を保つことができる。すなわち、測定距離Ｌに応じてデフォーカス量を判断する必要がない。
【００７０】
なお、入射面２７ａの共役点Ｐ１からのずれ量ｔについては、計測に要求される精度、検出器７の測定精度、測定距離Ｌ等の種々の事情に応じて適宜に設定されてよい。
【００７１】
例えば、ずれ量ｔは、光学集光装置５により面光源１０１からの光を集光したことによる、光学集光装置５を設けない場合（例えば、２アイリス方式）に比較した、取込光量の増大の効果等が失われないように設定される。例えば、ずれ量ｔは、リレーレンズ２５の後側焦点距離ｆ３よりも小さく設定される。
【００７２】
また、例えば、ずれ量ｔは、図６に示す逆投影を行ったときに、面光源１０１を適宜な位置から視認した作業者によって、面光源１０１の位置に投影された複数の入射面３１ａの像がぼけていると認識されるときの値以上に設定される。
【００７３】
より好適には、ずれ量ｔは、図６に示す逆投影を行ったときに、面光源１０１を適宜な位置から視認した作業者によって、図７（ｂ）に示す像が視認される（像の内部において輝度のムラが認識されない、複数の入射面３１ａの像が認識されない）ときの値、若しくは、当該値以上に設定される。
【００７４】
なお、輝度のムラの認識、ひいては、ぼけているか否かの判断、及び、図７（ｂ）に示す像であるか否かの判断には、個人差があり、また、空間周波数等の条件にも影響される。しかし、当該判断は、光計測装置１を用いて複数の被験者を対象に実験することにより可能である。
【００７５】
また、このような判断に資することができる評価方法も種々提案されており、そのような評価方法を適宜に利用して判断してもよい。
【００７６】
例えば、「印刷物微小濃淡むらの高精度検出法に関する研究」（山下他、三菱重工技報 Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．３ 第２０２〜２０５頁）では、撮像画像に基づいて輝度ムラの有無を判定する評価値を算出する手法が開示されている。当該評価値は、人間の濃淡に対する知覚が空間周波数毎に異なることを考慮して算出されている。具体的には、以下のとおりである。
【００７７】
まず、視認対象を撮像し、その撮像画像を２次元フーリエ変換して、空間周波数（ｆ）毎のパワースペクトルを算出する。次に、そのパワースペクトルに空間周波数毎に設定された重み係数Ｈ（ｆ）を乗じる。重み係数は下記式により表わされる。
Ｈ（ｆ） ＝ ０．３１＋０．６９ｆｅ−０．２９ｆ
その乗算結果を逆フーリエ変換して変換画像を得る。そして、その変換画像の標準偏差（輝度レベルの標準偏差）を評価値として算出する。
【００７８】
上記の研究結果では、被験者２０人を対象として、被験者のムラの知覚と、評価値との比較を行っている。その比較結果によれば、評価値が０．６付近において、被験者の一部によりムラが知覚され、評価値が０．８を超えると、被験者のほぼ全員によりムラが知覚されている。そして、上記の研究報告は、閾値を０．６に設定して評価値を用いることにより、人が感じるムラを検出することが可能であると結んでいる。
【００７９】
従って、上記の研究報告によれば、図６に示す逆投影を行い、適宜な位置から面光源１０１の位置における像を撮像し、上記の順により得られた評価値が、０．６未満であれば、図７（ｂ）に示す像が得られることになる。なお、面光源１０１を撮像する位置については、本実施形態において測定角や立体角の基準となっている集光レンズ２１の位置と等価な位置又はその近辺など、適宜に選択されてよい。
【００８０】
光学集光装置５における各種設定事項の数値の一例を示すと、距離（Ｌ−ｆ１）は３００ｍｍ〜∞、測定角２αは２度、入射部２７の入射面２７ａの直径は１ｍｍ、入射部２７のＮＡ（開口数）は０．２、集光レンズ２１の焦点距離ｆ１は８０ｎｍ、リレーレンズ２５の前側焦点距離ｆ２は１００ｍｍ、リレーレンズ２５の後側焦点距離ｆ３は３０ｍｍ、開口絞り１９ａの直径は１０ｍｍ、視野絞り２３ａの直径は２．７８ｍｍ、集光レンズ２１と視野絞り部材２３との距離Ｌ３は７６〜９７ｍｍである。なお、光学集光装置５の出射側のＮＡは、入射部２７のＮＡよりも小さくなるように設定されている。
【００８１】
（逆投影装置）
図８は、逆投影装置１１の構成を説明する斜視図である。図９は、逆投影装置１１を説明する光路図である。
【００８２】
上述のように、光計測装置１では、測定距離Ｌの変化に応じて第２保持部３５（図３）を集光レンズ２１に対して移動させ、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置するようにフォーカス調整を行う必要がある。逆投影装置１１は、このフォーカス調整における、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置したか否か（合焦されたか否か）の判断を容易化させるためのものである。
【００８３】
逆投影装置１１は、反射型逆投影用光源４１と、反射型逆投影用光源４１から出射された光を反射してリレーレンズ２５に入射させる挿入ミラー４３とを有している。
【００８４】
反射型逆投影用光源４１は、出射面４１ａから所定の断面形状の光を出射する。図８では、出射面４１ａの例を３つ拡大して示している。第１例の出射面４１ａ＿Ａは、断面が複数の矩形に分割された光を出射可能である。第２例の出射面４１ａ＿Ｂは、断面が複数の円形に分割された光を出射可能である。第３例の出射面４１ａ＿Ｃは、断面の輪郭の一部が内側へ突出する光を出射可能である。
【００８５】
第１の例の出射面４１ａ＿Ａ及び第３の例の出射面４１ａ＿Ｃは、例えば、遮光性の薄膜フィルム等により形成されたマスク４１ｂを出射面に配置することにより実現される。また、第２の例の出射面４１ａ＿Ｂは、例えば、反射型逆投影用光源４１の出射部を、入射部２７と同様に、複数の光ファイバ４１ｃの束（多芯ファイバ）を含んで構成することによって実現される。なお、第２の例の出射面４１ａ＿Ｂは、マスク４１ｂによっても実現可能である。
【００８６】
挿入ミラー４３は、リレーレンズ２５と入射部２７との間の光路に対して挿入及び退避可能である。なお、挿入ミラー４３は、スライド機構や回転機構により挿入及び退避可能であってもよいし、第２保持部３５に対して着脱可能であることにより挿入及び退避可能であってもよい。
【００８７】
図１０は、図９の逆投影装置１１付近の拡大図である。
【００８８】
反射型逆投影用光源４１は、リレーレンズ２５と出射面４１ａとの距離Ｄｂが、リレーレンズ２５と共役点Ｐ１との距離Ｄａに等しくなる位置に配置されている。換言すれば、挿入ミラー４３は、共役点Ｐ１を検出器７の方向とは異なる方向へ移動させ（当該移動された共役点を共役点Ｐ１′とする。）、出射面４１ａは、その移動された共役点Ｐ１′に配置されている。
【００８９】
従って、出射面４１ａの像が、光学集光装置５を介して、面光源１０１又は面光源１０１の位置に配置されたスクリーンにおいて結像したときには、面光源１０１の位置と視野絞り部材２３とは共役になっていることになる。すなわち、視野絞り部材２３が集光レンズ２１の像面に位置したことになる。その結果、作業者は、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に結像させるように第１保持部３３に対して第２保持部３５を移動させることにより、視野絞り部材２３を集光レンズ２１の像面に位置させることができる。
【００９０】
この際、出射面４１ａは、断面が複数に分割された光、若しくは、断面の輪郭が内側に突出した光を出射することから、光の断面形状が円形や矩形の場合に比較して、面光源１０１の位置において結像したか否かを判断しやすい。
【００９１】
このような逆投影は、面光源１０１の測定位置と、空間分割装置３の動作量との対応関係の把握にも効果的である。例えば、逆投影を行わずに、共役点Ｐ１（又はＰ１′）において接眼レンズを介して作業者が面光源１０１からの光を視認して、上記の対応関係を把握することは、視野が狭いことから難しい。しかし、逆投影では、面光源１０１を直接視認することから、上記の対応関係を把握すること、例えば、面光源１０１の端部に測定領域Ａが位置していることを把握することが容易である。
【００９２】
なお、逆投影は、図６に示した方法でも可能である。しかし、逆投影装置１１が設けられると、本体部２９に代えて置換型逆投影用光源３９を接続するために頻繁に入射部２７と本体部２９とを着脱することが抑制され、ひいては、入射部２７等が破損することが抑制される。また、図６に示した方法では、せっかく入射面２７ａと共役点Ｐ１とのずれ量ｔを適切に設定しても、その後、測定距離Ｌが変化すると、入射面２７ａを共役点Ｐ１に位置させて合焦を行い、再度、ずれ量ｔを設定しなければならない。しかし、逆投影装置１１が設けられることにより、その必要性がなくなり、ずれ量ｔが維持される。
【００９３】
（フォーカス調整の手順）
フォーカス調整は、事前調整と、事前調整の後に行われる測定時調整とを含む。具体的には以下のとおりである。
【００９４】
図１１は、事前調整の手順を示すフローチャートである。事前調整は、光計測装置１の製造者又は使用者（光計測の作業者）により行われる。なお、図１１に示す手順の一部は自動化されてもよい。
【００９５】
ステップＳＴ１では、図６を参照して説明したように、検出器７の本体部２９に代えて、置換型逆投影用光源３９を入射部２７に接続し、逆投影を行う。
【００９６】
ステップＳＴ２では、図７（ａ）に示す入射面２７ａの像が得られるように、集光レンズ２１、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７の少なくともいずれか一つを光軸方向へ移動させる。すなわち、面光源１０１の位置に投影される像の、輪郭及び内部の双方を合焦させる。このときは、第２保持部３５の第１保持部３３に対する移動だけなく、視野絞り部材２３、リレーレンズ２５、及び、入射部２７を相互に移動させてもよい。ただし、開口絞り１９は、集光レンズ２１の前側焦点に配置されている。
【００９７】
ステップＳＴ３では、入射部２７の位置を光軸方向にずらす。すなわち、図７（ｂ）の示す像が得られるように、ずれ量ｔを適切に設定する。
【００９８】
ステップＳＴ４では、図８〜図１０を参照して説明したように、挿入ミラー４３をリレーレンズ２５と入射部２７との間に配置する。
【００９９】
ステップＳＴ５では、反射型逆投影用光源４１から光を出射して、挿入ミラー４３を介した逆投影を行う。
【０１００】
ステップＳＴ６では、面光源１０１の位置に投影される出射面４１ａの像を視認しつつ、反射型逆投影用光源４１の位置を調整し、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に合焦させる。なお、視野絞り部材２３は、ステップＳＴ２において、既に面光源１０１の共役点に配置されているから、ステップＳＴ６は、反射型逆投影用光源４１により面光源１０１に投影される像の内部を合焦させる調整となる。
【０１０１】
ステップＳＴ７では、挿入ミラー４３をリレーレンズ２５から入射部２７への光路から退避させる。
【０１０２】
図１２は、測定時調整の手順を示すフローチャートである。光計測装置１の使用者により行われる。なお、図１２に示す手順の一部は自動化されてもよい。測定時調整は、事前調整が行われた後、測定距離Ｌが変化するなど、測定条件が変化したときに行われる。
【０１０３】
ステップＳＴ１１及びステップＳＴ１２は、ステップＳＴ５及びＳＴ６と同様であり、図８〜図１０を参照して説明したように、挿入ミラー４３を介した逆投影を行う。
【０１０４】
ステップＳＴ１３では、面光源１０１の位置に投影される出射面４１ａの像を視認しつつ、第２保持部３５を第１保持部３３に対して移動させて、出射面４１ａの像を面光源１０１の位置に合焦させる。なお、ステップＳＴ１３は、反射型逆投影用光源４１による逆投影の観点においては、面光源１０１に投影される像の輪郭及び内部を合焦させる調整となる。すなわち、作業者は、像の輪郭及び内部を合焦させるように調整を行う。一方、面光源１０１からの光を検出器７により検出する観点においては、入射面２７ａは、共役点Ｐ１からずれた位置に配置されているから、ステップＳＴ１３は、図７（ｂ）を参照して説明したように、像の輪郭を合焦させる一方で、像の内部をぼかす調整となる。
【０１０５】
ステップＳＴ１４は、ステップＳＴ７と同様であり、挿入ミラー４３を光路から退避させる。
【０１０６】
事前調整及び計測時調整を有するフォーカス調整が行われることにより、事前調整によって得られた視野絞り部材２３と入射部２７との位置関係などの、複数の光学部品間の一部の位置関係は、測定距離Ｌ等が変化しても、計測時調整においては変更されず、基本的には維持される。その結果、例えば、上述のように、ずれ量ｔは、好適な量に維持され、作業者がどの程度ぼかしたらよいか判断に困ることがない。また、例えば、置換型逆投影用光源３９を頻繁に入射部２７に接続する必要性がなくなり、入射部２７の破損が抑制される。
【０１０７】
なお、以上の第１の実施形態において、面光源１０１は、本発明における被測定光源の一例であり、集光レンズ２１は本発明の第１光学系の一例であり、リレーレンズ２５は本発明の第２光学系の一例であり、第２保持部３５は本発明の保持部の一例であり、ガルバノミラー１３は本発明の偏向ミラーの一例である。
【０１０８】
（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る光計測装置２０１の概略構成を示す平面図である。図１４は、光計測装置２０１における光路図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、図１４では、図４と同様に、理解を容易にするために、空間分割装置を省略して、各光学部品を同軸上に配置して図示している。
【０１０９】
第２の実施形態の光計測装置２０１は、空間分割装置及び光学集光装置の構成が第１の実施形態の光計測装置１と相違する。具体的には、以下のとおりである。
【０１１０】
第２の実施形態の空間分割装置２０３は、互いに異なる軸（例えば互いに直交する軸）回りに回転可能な２枚のガルバノミラー２１３及び２１４を有している。ガルバノミラー２１３及び２１４は、それぞれ、第１モータ１５及び第２モータ１７により駆動され、面光源１０１を２次元走査する。
【０１１１】
第２の実施形態の光学集光装置２０５は、走査レンズ２０６を有している点、開口絞り部材１９が、集光レンズ２１の前側焦点ではなく、集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置されている点、リレーレンズの構成等が第１の実施形態と相違する。
【０１１２】
走査レンズ２０６は、例えば、レンズ群により構成されている。ただし、走査レンズ２０６は、単レンズにより構成されてもよい。走査レンズ２０６は、面光源１０１に対して対向して配置されている。
【０１１３】
走査レンズ２０６は、計測の目的に照らして、面光源１０１の各部（中央部や外周部）からの光を所定の射影方式で射出するレンズにより構成されている。例えば、以下のとおりである。
【０１１４】
ｙ＝ｆ・ｔａｎθで表される中心射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角の差を小さくできる。
【０１１５】
ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）で表される立体射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における立体角及び測定角の差を小さくできる。
【０１１６】
ｙ＝ｆ・θで表される等距離射影レンズにより走査レンズ２０６を構成すれば、面光源１０１の中央部と外周部との間における測定面積の差を小さくできる。
【０１１７】
なお、ｙは、測定面（面光源１０１）における走査レンズ２０６の光軸ＬＡと測定位置との距離（物高）、ｆは走査レンズ２０６の焦点距離、θは空間分割装置２０３へ入射する（走査レンズ２０６から射出された）光束が光軸ＬＡと成す角（走査角）である。
【０１１８】
走査レンズ２０６を透過した面光源１０１からの光は、空間分割装置２０３を介して一定の方向（集光レンズ２１の方向）へ偏向される。偏向された光は集光レンズ２１に入射し、集光レンズ２１により結像される。視野絞り部材２３は、第１の実施形態と同様に、面光源１０１の共役点に配置される。たたし、第２の実施形態では、視野絞り部材２３は、走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系を介した面光源１０１の共役点に配置される。
【０１１９】
開口絞り部材１９は、集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置されている。換言すれば、図１４に示すように、開口絞り部材１９の像２１９は、集光レンズ２１の前側焦点に位置している。従って、面光源１０１から集光レンズ２１に入射する光の立体角は、開口絞り１９ａによって規定される。すなわち、第２の実施形態においても、第１の実施形態のように、集光レンズ２１の前側焦点に開口絞り部材１９を配置したのと同様の効果が得られる。
【０１２０】
リレーレンズは、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を有している。第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、例えば、第１の実施形態と同様に、アフォーカル系を構成している。すなわち、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、第１リレーレンズ２２５の後側焦点に第２リレーレンズ２２６の前側焦点が位置するように配置されており、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６の焦点距離ｆ４及びｆ５（図１４参照）の比によって決定される倍率で物体を結像する。
【０１２１】
また、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、例えば、第１リレーレンズ２２５の前側焦点が走査レンズ２０６から集光レンズ２１までの光学系の像面に位置するように配置され、第２リレーレンズ２２６の後側焦点に像を結ぶ。なお、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は、それぞれ、レンズ群により構成されていてもよいし、単レンズにより構成されていてもよい。
【０１２２】
開口絞り部材１９は、例えば、第１リレーレンズ２２５の後側焦点（第２リレーレンズ２２６の前側焦点）に配置されており、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６とともにテレセントリック光学系を形成している。
【０１２３】
検出器７の入射部２７（図１３及び図１４では図示省略）は、第１の実施形態と同様に、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を介した、視野絞り部材２３の共役点からずれた位置に配置されている。
【０１２４】
光計測装置２０１は、走査レンズ２０６、空間分割装置２０３及び集光レンズ２１を保持する第１保持部２３３と、視野絞り部材２３、第１リレーレンズ２２５、開口絞り部材１９、第２リレーレンズ２２６及び検出器７（若しくは検出器７のうち入射部２７）を保持する第２保持部２３５と、第１保持部２３３及び第２保持部２３５を集光レンズ２１の光軸方向（図１の紙面左右方向）に相対移動可能に保持するベース２３７とを有している。
【０１２５】
第１保持部２３３、第２保持部２３５及びベース２３７の材質、形状、及び、移動機構は、適宜に選択されてよい。第１保持部２３３及び第２保持部２３５の相対移動は、第１保持部２３３及び第２保持部２３５のいずれが移動することにより実現されてもよいし、双方が移動することにより実現されてもよく、また、人力で駆動されても、モータ等の駆動機器により駆動されてもよい。第１保持部２３３に保持される光学部材同士、及び、第２保持部３５に保持される光学部材同士も、光軸方向の位置を調整可能であってよい。
【０１２６】
第１保持部２３３に対して第２保持部２３５を移動させることにより、視野絞り部材２３を走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系の像面に位置させることができる。この際、第１リレーレンズ２２５、開口絞り部材１９及び第２リレーレンズ２２６は、テレセントリック光学系を形成していることから、第１保持部２３３に対して第２保持部２３５を光軸方向へ移動させても、開口絞り１９ａの像２１９ａ（図１４）の大きさは変化しない。
【０１２７】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、光計測装置２０１は、測定対象としての面光源１０１からの光を投影する走査レンズ２０６及び集光レンズ２１を含む光学系と、当該光学系を介して面光源１０１の共役点に配置される視野絞り部材２３と、視野絞り部材２３を透過した面光源１０１からの光を投影する第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を含む光学系と、当該光学系により投影された光が入射する複数の入射面３１ａが当該複数の入射面３１ａ間に隙間が生じるように配置された入射部２７を有し、前記複数の入射面３１ａに入射した光に応じた信号を出力する検出器７とを有し、複数の入射面３１ａは、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６を介した視野絞り部材２３の共役点から第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６の光軸方向へずれた位置に配置されていることから、図７（ｂ）を参照して説明したように、入射部２７の構成に起因するケラレを抑制することができる。
【０１２８】
なお、以上の第２の実施形態において、走査レンズ２０６及び集光レンズ２１は本発明の第１光学系の一例であり、第１リレーレンズ２２５及び第２リレーレンズ２２６は本発明の第２光学系の一例であり、第２保持部２３５は本発明の保持部の一例である。
【０１２９】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【０１３０】
光計測装置及び計測用光学装置は、光源を走査するものに限定されない。例えば、点光源からの光を計測するものであってもよい。光計測装置及び計測用光学装置が、光源を走査するものである場合、光計測装置及び走査光学系は、２次元の走査を行うものに限定されず、一次元の走査を行うものであってもよい。また、計測対象となる面光源は、一次元の走査のみで光源全体の計測が行われることが可能な長尺状のものであってもよい。面光源は表示装置に限定されない。例えば、照明として使用されたり、表示装置のバックライトとして使用される面光源であってもよい。
【０１３１】
光学集光装置は、レンズにより構成されるものに限定されない。例えば、曲面鏡により、若しくは、レンズと曲面鏡との組み合わせにより構成されてもよい。曲面鏡を用いる場合には、反射波長の角度依存を軽減できる等のメリットがある。
【０１３２】
面光源の各部からの光を順次取り込む（面光源を走査する）動作を行う空間分割装置は、面光源の各部からの光を一定の方向へ偏向する偏向器（偏向ミラー）に限定されない。例えば、空間分割装置は、光学集光装置や検出器等を面光源に沿って移動させる移動装置であったり、光学集光装置や検出器等の面光源に対する向きを変化させる回転装置であったりしてもよい。
【０１３３】
偏向器は、ガルバノミラーに限定されない。例えば、偏向器は、ポリゴンミラーを含んで構成されてよい。検出器は、分光器に限定されない。例えば、光を分光しないものであってもよい。検出器の検出する光に係る量は、物理量でも心理物理量でもよく、また、輝度や色度以外の量であってもよい。
【０１３４】
視野絞り部材は、第１光学系（第１の実施形態では集光レンズ２１、第２の実施形態では走査レンズ２０６及び集光レンズ２１）を介した面光源の共役点に配置されればよいから、第１光学系の像面位置ではなく、像面位置の共役点に配置されてもよい。
【０１３５】
光計測装置及び走査光学系には、使用目的や測定対象の種類等の具体的事情に応じて、視感度補正フィルタ、色フィルタ、拡散透過板等の光学要素が適宜な位置に配置されてよい。第１光学系や第２光学系の光軸はミラーにより適宜に屈曲されてよい。
【０１３６】
第１の実施形態及び第２の実施形態は、適宜に組み合わされてよい。例えば、第１の実施形態において、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置してもよい。換言すれば、走査レンズ２０６が設けられない構成と、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点の共役点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【０１３７】
また、例えば、第２の実施形態において、第１の実施形態のように、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に配置してもよい。換言すれば、走査レンズ２０６を設ける構成と、開口絞り部材１９を集光レンズ２１の前側焦点に配置する構成とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光計測装置の概略構成を示す簡略図。
【図２】図１の光計測装置における空間分割装置の構成及び他の装置の配置における作用を説明する図。
【図３】図１の光計測装置の光学集光装置及び検出器の要部を示す斜視図。
【図４】図３の光学集光装置及び検出器における光路図。
【図５】図３の光学集光装置の作用を説明する図。
【図６】図１の光計測装置において置換型の逆投影を行ったときの光路図。
【図７】図３の光学集光装置及び検出器の位置関係の作用を説明する図。
【図８】図１の光計測装置の逆投影装置の構成を説明する斜視図。
【図９】図８の逆投影装置を説明する光路図。
【図１０】図９の光路図の逆投影装置付近の拡大図。
【図１１】図１の光計測装置におけるフォーカス調整の事前調整の手順を示すフローチャート。
【図１２】図１の光計測装置におけるフォーカス調整の計測時調整の手順を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る光計測装置の概略構成を示す簡略図。
【図１４】図１３の光計測装置における光路図。
【符号の説明】
【０１３９】
１…光計測装置、７…検出器、２１…集光レンズ（第１光学系）、２３…視野絞り部材、２５…リレーレンズ（第２光学系）、２７…入射部、３１ａ…入射面、１０１…面光源（被測定光源）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系と、
前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材と、
前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系と、
前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部を有し、前記複数の入射面に入射した光に応じた信号を出力する検出器と、
を有し、
前記複数の入射面は、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点から前記第２光学系の光軸方向へずれた位置に配置されている
光計測装置。
【請求項２】
前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部を保持し、前記第１光学系に対して前記第１光学系の光軸方向へ移動可能な保持部を有する
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項３】
前記第２光学系と前記検出器との間に挿入され、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点を前記検出器の方向とは異なる方向へ配置可能な挿入ミラーと、
前記挿入ミラーにより配置された共役点に配置され、前記挿入ミラーへ光を出射可能な反射型逆投影用光源と、
を有する請求項１に記載の光計測装置。
【請求項４】
前記反射型逆投影用光源は、断面が複数に分割された光、又は、断面の輪郭の一部が内側へ突出する光を出射可能である
請求項３に記載の光計測装置。
【請求項５】
前記反射型逆投影用光源は、光の断面を整形するマスクを前記挿入ミラーにより配置された共役点に有する
請求項４に記載の光計測装置。
【請求項６】
前記反射型逆投影用光源は、光を出射する複数の出射面が、前記挿入ミラーにより配置された共役点に位置する複数の光ファイバを有する
請求項４に記載の光計測装置。
【請求項７】
前記被測定光源は、出射面が長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する面光源であり、
前記面光源の各部からの光を前記第１光学系の方向へ順次反射するように移動可能な偏向ミラーが設けられ、
前記第１光学系は、
前記偏向ミラーよりも前記面光源側の位置、
前記長手方向において、前記面光源の長手方向端部から前記偏向ミラーへの光路よりも、前記面光源の中央側の位置、且つ、
前記短手方向において、前記面光源の短手方向端部から前記偏向ミラーへの光路よりも、前記面光源の外側の位置に配置されている
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項８】
前記第１学系の前側焦点、又は、当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材を有する
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項９】
測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系、
前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材、
前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系、
前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部と、当該入射部により導光された光を受光して、受光した光に応じた信号を出力する本体部とを有する検出器の、前記入射部、並びに、
前記本体部に代えて前記入射部に接続され、前記複数の入射面から光を出射可能な置換型逆投影用光源、
を配置し、
その配置された、前記第１光学系、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部の少なくとも一つを移動させ、前記視野絞り部材及び前記複数の入射面の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させ、
その合焦の後、前記入射部を移動させ、前記被測定光源の配置位置における前記複数の入射面の像をデフォーカスし、
そのデフォーカスの後、前記置換型逆投影用光源に代えて前記本体部を前記入射部に接続する
光計測装置のフォーカス調整方法。
【請求項１０】
前記本体部を前記入射部に接続した後、前記第２光学系と前記検出器との間に挿入ミラーを挿入し、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点を前記検出器の方向とは異なる方向へ配置し、
前記挿入ミラーにより配置される共役点に配置された反射型逆投影用光源からの光を前記挿入ミラーにより反射して前記被測定光源の位置へ投影し、
前記反射型逆投影用光源の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させるように、前記第１光学系に対して、当該第１光学系の光軸方向において、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部を一体的に移動させる
請求項９に記載の光計測装置のフォーカス調整方法。
【請求項１】
測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系と、
前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材と、
前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系と、
前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部を有し、前記複数の入射面に入射した光に応じた信号を出力する検出器と、
を有し、
前記複数の入射面は、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点から前記第２光学系の光軸方向へずれた位置に配置されている
光計測装置。
【請求項２】
前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部を保持し、前記第１光学系に対して前記第１光学系の光軸方向へ移動可能な保持部を有する
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項３】
前記第２光学系と前記検出器との間に挿入され、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点を前記検出器の方向とは異なる方向へ配置可能な挿入ミラーと、
前記挿入ミラーにより配置された共役点に配置され、前記挿入ミラーへ光を出射可能な反射型逆投影用光源と、
を有する請求項１に記載の光計測装置。
【請求項４】
前記反射型逆投影用光源は、断面が複数に分割された光、又は、断面の輪郭の一部が内側へ突出する光を出射可能である
請求項３に記載の光計測装置。
【請求項５】
前記反射型逆投影用光源は、光の断面を整形するマスクを前記挿入ミラーにより配置された共役点に有する
請求項４に記載の光計測装置。
【請求項６】
前記反射型逆投影用光源は、光を出射する複数の出射面が、前記挿入ミラーにより配置された共役点に位置する複数の光ファイバを有する
請求項４に記載の光計測装置。
【請求項７】
前記被測定光源は、出射面が長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する面光源であり、
前記面光源の各部からの光を前記第１光学系の方向へ順次反射するように移動可能な偏向ミラーが設けられ、
前記第１光学系は、
前記偏向ミラーよりも前記面光源側の位置、
前記長手方向において、前記面光源の長手方向端部から前記偏向ミラーへの光路よりも、前記面光源の中央側の位置、且つ、
前記短手方向において、前記面光源の短手方向端部から前記偏向ミラーへの光路よりも、前記面光源の外側の位置に配置されている
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項８】
前記第１学系の前側焦点、又は、当該前側焦点の共役点に配置された開口絞り部材を有する
請求項１に記載の光計測装置。
【請求項９】
測定対象としての被測定光源からの光を投影する第１光学系、
前記第１光学系を介して前記被測定光源の共役点に配置される視野絞り部材、
前記視野絞り部材を透過した前記被測定光源からの光を投影する第２光学系、
前記第２光学系により投影された光が入射する複数の入射面が当該複数の入射面間に隙間が生じるように配置された入射部と、当該入射部により導光された光を受光して、受光した光に応じた信号を出力する本体部とを有する検出器の、前記入射部、並びに、
前記本体部に代えて前記入射部に接続され、前記複数の入射面から光を出射可能な置換型逆投影用光源、
を配置し、
その配置された、前記第１光学系、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部の少なくとも一つを移動させ、前記視野絞り部材及び前記複数の入射面の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させ、
その合焦の後、前記入射部を移動させ、前記被測定光源の配置位置における前記複数の入射面の像をデフォーカスし、
そのデフォーカスの後、前記置換型逆投影用光源に代えて前記本体部を前記入射部に接続する
光計測装置のフォーカス調整方法。
【請求項１０】
前記本体部を前記入射部に接続した後、前記第２光学系と前記検出器との間に挿入ミラーを挿入し、前記第２光学系を介した前記視野絞り部材の共役点を前記検出器の方向とは異なる方向へ配置し、
前記挿入ミラーにより配置される共役点に配置された反射型逆投影用光源からの光を前記挿入ミラーにより反射して前記被測定光源の位置へ投影し、
前記反射型逆投影用光源の像を前記被測定光源の配置位置に合焦させるように、前記第１光学系に対して、当該第１光学系の光軸方向において、前記視野絞り部材、前記第２光学系、及び、前記入射部を一体的に移動させる
請求項９に記載の光計測装置のフォーカス調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２８７９７９（Ｐ２００９−２８７９７９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３８６１８（Ｐ２００８−１３８６１８）
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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