CN112424575A - 测光装置 - Google Patents

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Abstract

测光装置(1)具备光射入侧端面(2a)以及光射出侧端面(2b)为多边形状的多棱柱或多棱锥台的导光部件(2)、物镜光学***(3)、以及受光部(5)。物镜光学***(3)将被测定光源(LS)的像形成于导光部件(2)的光射入侧端面(2a)。受光部(5)对从被测定光源(LS)经由物镜光学***(3)向导光部件(2)射入并从导光部件(2)的光射出侧端面(2a)射出的光进行受光。受光部(5)具有特性不同的多个传感器(51)，并配置在导光部件(2)的光射出侧端面(2b)的紧后，或者，以导光部件(2)的光射出侧端面(2b)与受光部(5)的受光面(5a)共轭的方式，与导光部件(2)的光射出侧端面(2b)之间隔着中继光学***(4)被配置。

Description

测光装置
技术领域
本发明涉及对被测定光源的特性进行测定的测光装置，尤其涉及对从被测定光源射出的光的亮度或色度进行测定的色彩亮度计等测光装置。
背景技术
在色彩亮度计等测光装置中，为了测定颜色，将测定光分割成3路并由各传感器受光。作为将测定光分割成3路的机构，例如在专利文献1中，提出了将多根光纤成束而得的导光体。该导光体构成为，测定光的射入侧被汇集成1根纤维束，射出侧被分割成3根纤维束。从上述3根纤维束的端面射出的光分别经由具有使红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的光透射这一特性的滤光片向受光元件射入。
上述多根光纤，以在测定光的射入侧的端面上成像而得的像形成光束的成像位置关系为伪随机的方式被成束而形成。据此，从光射出侧的3根纤维束的端面射出并向各受光元件射入的像形成光束伪随机地被混合，因此像形成光束的光量不均被减轻。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-2255号公报(参照权利要求1、4、段落[0001]、[0023]～[0028]、图1～图3等)
发明内容
发明所要解决的课题
可是，测光装置对颜色的测定是通过使测定对象物(被测定光源)的被测定面与测光装置接触，或者靠近但不接触，经测光装置对从被测定面的规定的区域以规定的角度范围被射出了的光进行受光来进行的。此时，如果被测定面的发光强度(发光亮度)存在发光位置以及发光角度引起的不均(位置不均、角度不均)，则测光装置侧也会受其影响。并且，如果在测光装置侧，受上述影响，测定灵敏度的位置不均以及角度不均变大，则因测定的位置以及测定的角度的差异导致测定值的差(测定误差)变大。另外，测定灵敏度的位置不均是指，针对从被测定光源的被测定面的不同位置向相同方向(例如与上述面垂直的方向)射出的各光，测定灵敏度不同。另外，测定灵敏度的角度不均是指，针对从被测定光源的被测定面的相同位置向不同方向射出的各光，测定灵敏度不同。因此，在颜色的测定中，为了使测定的位置以及测定的角度的差异引起的测定误差变小，需要不易受到被测定光源的发光强度的位置不均以及角度不均的影响，降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均。
在上述专利文献1中，虽然要使用将多根纤维成束而得的导光体来对测定光进行导光，但是为了使光量不均减小并且使测定误差变小，需要将各纤维随机地编入，成本较高。另外，由于纤维的填充情况、弯曲的状态、应力的状态等较难控制，因此不易受到被测定光源的发光强度的位置不均以及角度不均的影响的导光体的设计是困难的，因此，降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均变得困难。
本发明是为了解决上述问题点而提出的，其目的在于，提供测光装置，能够以利用了低成本的导光部件的结构，不易受到被测定光源的发光强度的位置不均以及角度不均的影响，从而能够降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面所涉及的测光装置，具备：多棱柱或多棱锥台的导光部件，光射入侧端面以及光射出侧端面为多边形状；物镜光学***，将被测定光源的像形成于所述导光部件的所述光射入侧端面；以及受光部，对从所述被测定光源经由所述物镜光学***向所述导光部件射入并从所述导光部件的所述光射出侧端面射出的光进行受光，所述受光部具有特性不同的多个传感器，并配置在所述导光部件的所述光射出侧端面的紧后，或者，以所述导光部件的所述光射出侧端面与所述受光部的受光面共轭的方式，与所述导光部件的所述光射出侧端面之间隔着中继光学***被配置。
发明效果
在将从被测定光源射出的光经由物镜光学***与导光部件(根据需要，还与中继光学***)向受光部进行导入的结构中，因为导光部件是纯粹的多棱柱或多棱锥台的形状，所以与将多根纤维进行随机地编入并导光的以往的导光体相比，结构简单，成本低。另外，向多棱柱或多棱锥台的形状的导光部件射入的来自被测定光源的光以与向导光部件的射入角度相应的次数，在导光部件的侧面(光射入侧端面以及光射出侧端面以外的面)上被全反射而被导光，向受光部射入。因此，受光部的各传感器变为，对将从被测定光源的被测定面的各个位置射出了的光以及从被测定面以各个角度射出了的光进行混合而得的光进行受光。其结果是，即使被测定光源的被测定面的发光强度(发光亮度)存在位置不均以及角度不均，受光部侧也能够不易受到其影响，因此，能够降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均。
附图说明
图1是表示本发明的实施的一个方式以及实施例1的测光装置的概略的结构的说明图。
图2A是表示上述测光装置的导光部件的一结构例的斜视图。
图2B是表示上述导光部件的其他的结构例的斜视图。
图2C是表示上述导光部件的另一个其他的结构例的斜视图。
图2D是表示上述导光部件的另一个其他的结构例的斜视图。
图3是示意性地表示对图2A的导光部件的光射入侧端面从测定范围限制光阑侧进行观察时的状态的平面图。
图4是表示上述测光装置的受光部的结构的平面图。
图5是表示上述受光部的结构的截面图。
图6是示意性地表示在上述导光部件的内部被导光的光线的光路的说明图。
图7是对在图2D的导光部件的内部被导光的光线的光路展开来进行表示的说明图。
图8是示意性地表示对图2B的导光部件的光射入侧端面从测定范围限制光阑侧进行观察时的状态的平面图。
图9是示意性地表示在使用了图2B的导光部件的情况下的受光部的平面形状的平面图。
图10是示意性地表示对图2C的导光部件的光射入侧端面从测定范围限制光阑侧进行观察时的状态的平面图。
图11是示意性地表示在使用了图2C的导光部件的情况下的受光部的平面形状的平面图。
图12是示意性地表示实施例2的测光装置的概略的结构的说明图。
图13是示意性地表示实施例3的测光装置的概略的结构的说明图。
图14是示意性地表示实施例4的测光装置的概略的结构的说明图。
图15是示意性地表示实施例5的测光装置的概略的结构的说明图。
图16是示意性地表示实施例6的测光装置的概略的结构的说明图。
图17是示意性地表示实施例7的测光装置的概略的结构的说明图。
图18是示意性地表示实施例8的测光装置的概略的结构的说明图。
图19是示意性地表示实施例9的测光装置的概略的结构的说明图。
图20是示意性地表示比较例1的测光装置的概略的结构的说明图。
图21是示意性地表示测定灵敏度的空间分布以及角度分布的模拟结果的一例的说明图。
图22是示意性地表示被测定光源的坐标系的说明图。
图23是表示对作为比较例1的4个传感器中之一的传感器A’的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图24是表示对作为比较例1的4个传感器中之一的传感器B’的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图25是表示对作为比较例1的4个传感器中之一的传感器C’的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图26是表示对作为比较例1的4个传感器中之一的传感器D’的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图27是表示对作为实施例1的4个传感器中之一的传感器A的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图28是表示对作为实施例1的4个传感器中之一的传感器B的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图29是表示对作为实施例1的4个传感器中之一的传感器C的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图30是表示对作为实施例1的4个传感器中之一的传感器D的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图31是表示对实施例2的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图32是表示对实施例3的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图33是表示对实施例4的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图34是表示对实施例5的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图35是表示对实施例6的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图36是表示对实施例7的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图37是表示对实施例8的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
图38是表示对实施例9的任意的传感器的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果的说明图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的实施的一个方式。图1是表示本实施方式(实施例1)的测光装置1的概略的结构的说明图。测光装置1构成为具有导光部件2、物镜光学***3、中继光学***4、以及受光部5。在上述测光装置1的结构中，将从被测定光源LS的被测定面LS0射出了的光经由物镜光学***3向导光部件2导入，在导光部件2的内部导光后，经由中继光学***4向受光部5导入。以下，说明构成测光装置1的各部件。
(导光部件)
图2A是表示导光部件2的一结构例的斜视图。导光部件2是具有光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b，对从光射入侧端面2a向内部射入的光进行导光并从光射出侧端面2b将该光射出的光学元件，在本实施方式中，由玻璃制的实心(内部被填满的)棒构成。在本实施方式中，导光部件2是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为相同大小的四边形(例如正方形)的四棱柱的形状，但是并不限于该形状。
图2B是表示导光部件2的其他的结构例的斜视图。另外，图2C是表示导光部件2的另一个其他的结构例的斜视图。如这些图所示，导光部件2也可以是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为相同大小的三角形(例如正三角形)的三棱柱的形状、或者光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为相同大小的六边形(例如正六边形)的六棱柱的形状等。即，导光部件2也可以是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为相同大小的多边形的多棱柱的形状。
另外，图2D是表示导光部件2的另一个其他的结构例的斜视图。如同图所示，导光部件2也可以是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为不同大小的四边形的四棱锥台的形状。另外，虽然未图示，但也可以是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为不同大小的三角形的三棱锥台的形状、光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为不同大小的六边形的六棱锥台的形状。即，导光部件2也可以是光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b为不同大小的多边形的多棱锥台的形状。
通过导光部件2为上述多棱柱或多棱锥台形状，向导光部件2的内部经由光射入侧端面2a射入了的光，以与相对于光射入侧端面2a的射入角度相应的次数，在导光部件2的侧面2c(导光部件2的与空气的界面)上被全反射而被导光，从光射出侧端面2b射出。另外，侧面2c是将光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b连接的面，与构成光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b的多边形的顶点(或边)的数量相应地被设置。
另外，例如，关于以与光射入侧端面2a的中心(光射入侧端面2a与物镜光学***3的光轴的交点)垂直或接近垂直的角度射入的光，向导光部件2的内部经由光射入侧端面2a射入后，在侧面2c上未被全反射而被导光并从光射出侧端面2b射出。因此，上述“与射入角度相应的次数”也包含0次。
另外，导光部件2也可以由例如截面为多边形的中空的管(光导管)构成。在该情况下，通过在管的内面形成由金属构成的反射膜，能够使向导光部件2射入了的光在其内面(反射膜)上反射而导光。另外，构成导光部件2的材料，不限于玻璃，也可以是丙烯酸等透明树脂。
(物镜光学***)
物镜光学***3是将被测定光源LS的像缩小形成于导光部件2的光射入侧端面2a的光学***。该物镜光学***3构成为，具有位于被测定光源LS侧的前侧镜头***31、位于导光部件2侧的后侧镜头***32、对从被测定光源LS的1点射出的光的扩散角进行限制的光阑AP1(测定角限制光阑)、以及对被测定光源LS的测定范围进行限制的光阑AP2(测定范围限制光阑、视野光阑)。
通过物镜***3的配置，被测定光源LS的被测定面LS0与导光部件2的光射入侧端面2a成为共轭的关系。也就是说，从被测定光源LS的被测定面LS0上的某点射出了的光，向导光部件2的光射入侧端面2a的某点集光。在本实施方式中，虽然前侧镜头***31由2片透镜构成，后侧镜头***32由3片透镜构成，但是只要是能够实现上述共轭的关系的结构，前侧镜头***31以及后侧镜头***32的透镜的片数没有特别限定。
光阑AP1被配置在前侧镜头***31的后侧焦点位置。光阑AP1(开口部)的面内的各点，与在被测定光源LS的被测定面LS0上的光的射出角度相对应。通过光阑AP1的配置，能够对从被测定面LS0射出的光的测定角度(射出角度)进行不多不少适当地限制，仅对想要测定的角度范围的光进行测定。另外，在本实施方式中，虽然光阑AP1的开口部的形状是圆形，但可以是矩形、也可以是其他的形状。
光阑AP2被配置在导光部件2的光射入侧端面2a的紧前。光阑AP2(开口部)的面内的各点，与被测定光源LS的被测定面LS0上的各点相对应。通过光阑AP2的配置，能够对被测定光源LS的测定范围(测定区域)进行不多不少适当地限制，仅对想要测定的范围的光进行测定。
图3示意性地表示对图2A的导光部件2的光射入侧端面2a从光阑AP2侧进行观察时的状态。在本实施方式中，光阑AP2的开口部AP2a是圆形，其直径设定为，比导光部件2的光射入侧端面2a的内切圆的直径稍小。另外，光阑AP2的开口部AP2a可以是矩形，也可以是其他的形状。另外，也能够省略光阑AP2的配置。在该情况下，被测定光源LS的被测定面LS0的测定范围变为与导光部件2的光射入侧端面2a的形状相似。
(中继光学***)
中继光学***4是以导光部件2的光射出侧端面2b与受光部5的受光面5a共轭的方式，将从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光向受光部5进行导入的光学***。即，通过中继光学***4的配置，从导光部件2的光射出侧端面2b上的某点射出了的光向受光部5的受光面5a的某点集光，导光部件2的光射出侧端面2b的像被放大成像于受光部5的受光面5a。在本实施方式中，虽然中继光学***4由4片透镜构成，但是只要是能够实现上述共轭关系的结构，中继光学***4的透镜的片数没有特别限定。
(受光部)
受光部5对从被测定光源LS经由物镜光学***3向导光部件2射入并从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光进行受光。该受光部5由特性不同的多个传感器51构成。在本实施方式中，受光部5的多个传感器51分别具有与配色函数X、Y、Z相对应的测定灵敏度。以下，详细说明受光部5的结构。
图4是表示受光部5的结构的平面图，图5是表示受光部5的结构的截面图。受光部5具有4个传感器51(51a～51d)。各传感器51由受光元件52、以及光学滤光片53构成。各受光元件52由例如硅光电二极管构成，与光的受光量相应的电信号向后级的电路(未图示)输出。各受光元件52的受光面5a是正方形或长方形，分别位于1个四边形的四角。因此，能够说受光部5的多个传感器51具有分别位于1个四边形的四角的四边形的受光面5a。另外，各受光面5a可以是四边形以外的多边形(例如三角形)、也可以是圆形。
各传感器51的光学滤光片53具有使规定的波段的光透射这一光学特性，形成为比受光元件52还大的尺寸，被配置在受光元件52的光射入侧。在本实施方式中，4个传感器51中的3个传感器51(例如传感器51a～51c)的光学滤光片53分别由使与配色函数X、Y、Z相对应的波段的光透射的光学滤光片53X、53Y、53Z构成。据此，上述3个传感器51变为分别具有与配色函数X、Y、Z相对应的测定灵敏度。分别透射了上述3个传感器51的光学滤光片53X、53Y、53Z的光被相对应的受光元件52受光。通过将从各受光元件52输出的电信号经电路进行处理，能够对颜色或亮度进行测定。
即，通过受光部5的多个传感器51分别具有与配色函数X、Y、Z相对应的测定灵敏度，能够基于从各传感器51(各受光元件52)输出的电信号(与XYZ的3刺激值相对应)，通过电路求出红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)各颜色之比，或者求出亮度(例如(R+G+B)/3)。据此，能够实现求出颜色或亮度的色彩亮度计(测色计)。
另外，上述4个传感器51中剩余的传感器51(例如传感器51d)的光学滤光片53，由使与配色函数Y相对应的波段的光透射的光学滤光片53Y构成。对透射了上述光学滤光片53Y的光进行受光的受光元件52与例如闪烁检测用的电路连接。据此，能够基于从上述受光元件52输出的电信号，对闪烁进行检测。
另外，2片光学滤光片53Y中的一方也可以由例如使红外线透射的光学滤光片构成。在该情况下，因为配置有4种光学滤光片53，所以能够对4种光学特性同时进行测定。
在本实施方式中，虽然4片光学滤光片53中的3片光学滤光片53X、53Y、53Z的光学特性彼此不同，但是只要至少2片光学滤光片53的特性彼此不同即可(并非多个光学滤光片53的特性都相同即可)。受光部5的多个传感器51分别包含受光面5a为正方形或长方形的受光元件52、以及在受光元件52的光射入侧配置的光学滤光片53，光学滤光片53中的至少2片特性彼此不同，据此，如图4所示，能够对多个特性的传感器51进行简易地统一配置。
各传感器51以光学滤光片53的位置比受光元件52更靠光射入侧，并且受光元件52以及光学滤光片53隔着间隙被配置的方式，被收纳并保持于保持部件54的凹部54a。凹部54a是从光学滤光片53的配置侧朝向受光元件52的配置侧，开口径逐阶地变窄的阶梯状的形状，因此能够将光学滤光片53以及受光元件52以成为上述位置关系的方式收纳在凹部54a内。
上述保持部件54兼作对相邻位置的传感器51进行界定的挡光壁。即，在相邻的2个传感器51之间存在保持部件54作为挡光壁，因此能够防止通过了相邻的一方的传感器51的光学滤光片53的光向相邻的另一方的传感器51的受光元件52射入，从而降低测定误差。
另外，如本实施方式这样，在对多个传感器51(光学滤光片53以及受光元件52)进行排列并通过保持部件54进行保持的结构中，多个传感器51的配置区域扩大。但是，通过中继光学***4，导光部件2的光射出侧端面2b的像被放大成像于受光面5a，因此即使是将多个传感器51通过保持部件54进行保持的结构，也能够针对各传感器51确保足够大的照明范围。
另外，如图4所示，从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光照射受光部5时的照射范围R包含受光部5的多个传感器51的各受光范围，即，所有各受光元件52的受光面5a。据此，即使因光学***装配时的误差(各部品的位置、倾斜的偏移)、环境变化(温度变化、湿度变化、振动、冲击等)引起的光学***的变化等，相对于各受光面5a，照射范围R(导光部件2的光射出侧端面2b的像的成像范围)的位置偏移，由于受光量(测定值)的变化变小，也能够进行稳定的测定。
尤其，在本实施方式中，导光部件2的光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b是四边形(参照图2A)，受光部5的多个传感器51具有分别位于1个四边形的四角的四边形的受光面5a。据此，能够将从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光向受光部5的所需范围(各受光面5a)高效地进行导入。因此，因为光的利用效率提高(因为能够对照明光的大部分进行受光)，所以能够进行较高S/N(Signal-to-Noise，信噪)比的测定。
另外，作为上述的光学滤光片53，能够使用在玻璃电路板上形成了干涉膜的干涉膜滤光片。在使用了干涉膜滤光片的情况下，虽然光线相对于干涉膜的射入角引起分光透射率变化，但是在本实施方式中，通过中继光学***4，导光部件2的光射出侧端面2b的像被放大成像于受光面5a，因此光线向各传感器51的射入角变小。据此，能够降低在干涉膜滤光片上的光线射入角引起的分光透射率的变化。
另外，作为光学滤光片53，也能够使用对特定的波段的光进行吸收的有色玻璃滤光片、使宽波段的光减光的ND(Neutral Density，中性密度)滤光片、直线偏光板、波长板等。另外，可以在1个受光元件52的光射入侧，配置多个光学滤光片53。
另外，光学滤光片53也可以全部由相同的滤光片构成。但是，在该情况下，为了在多个传感器51使特性不同，需要使用不同的传感器作为受光元件52。例如，通过对可见光用的硅光电二极管、以及红外光用的InGaAs光电二极管进行组合并使用，或者对能够进行高灵敏度测定的受光元件、以及能够进行高速测定的受光元件进行组合并使用，能够一边使用相同光学滤光片53，一边同时对多样的光学特性进行测定。
另外，构成受光部5的传感器51的数量不限于本实施方式的4个。例如，通过使用9个传感器51以3行3列进行配置，或者使用16个以4行4列进行配置等使用更多的传感器51来进行适当地配置，也能够对更多的光学特性同时进行测定。
(关于导光部件对测定灵敏度的位置不均以及角度不均的降低效果)
接着，说明通过使用本实施方式的导光部件2能够降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均的效果。
如本实施方式这样，在使用了多棱柱或多棱锥台的形状的导光部件2的结构中，如上所述，从被测定光源LS射出并向导光部件2的内部射入了的光，以与光射入侧端面2a上的射入角度相应的次数，在导光部件2的侧面2c上反复进行全反射，并从光射出侧端面2b射出。在该结构中，如果考虑光射出侧端面2b的某1点，则上述1点成为被来自导光部件2的光射入侧端面2a的各个点的光照明。另外，因为被测定光源LS的被测定面LS0与导光部件2的光射入侧端面2a通过物镜光学***3共轭，导光部件2的光射出侧端面2b与受光部5的受光面5a通过中继光学***4共轭，所以最终，来自被测定光源LS的各个点的光经由导光部件2对受光部5的各传感器51进行照明。也就是说，即使被测定光源LS的被测定面LS0的发光强度(亮度)存在位置不均，各传感器51通过对由导光部件2混合被测定面LS0的各个位置的光而得的光进行受光，也不易受到被测定面LS0处位置不均的影响。据此，在各传感器51中，能够降低测定灵敏度的位置不均，能够进行稳定的测定。
另外，在使用了多棱柱或多棱锥台的形状的导光部件2的结构中，与从被测定光源LS射出的光的射出角度相应地，向导光部件2的光射入侧端面2a射入的角度发生变化。经由光射入侧端面2a向导光部件2的内部射入了的光，以与其角度相应的次数，在导光部件2的侧面2c上反复进行全反射，到达光射出侧端面2b的各个位置(与向导光部件2的射入角度相应的位置)。因此，与上述同样地，如果考虑光射出侧端面2b的某1点，则上述1点成为被各个角度的光照明。因为来自被测定光源LS的光的射出角度与在导光部件2的光射入侧端面2a上的光的射入角度相对应，导光部件2的光射出侧端面2b与受光部5的受光面5a共轭，所以最终，从被测定光源LS以各个角度射出了的光会经由导光部件2对受光部5的各传感器51进行照明。也就是说，即使被测定光源LS的被测定面LS0的发光强度(亮度)存在角度不均，各传感器51通过对由导光部件2混合从被测定面LS0射出了的各个角度的光而得的光进行受光，也不易受到被测定面LS0处角度不均的影响。据此，在各传感器51中，能够降低测定灵敏度的角度不均，能够进行稳定的测定。
而且，因为导光部件2是纯粹的多棱柱或多棱锥台的形状(参照图2A～图2D)，与对多根纤维进行随机地编入并导光的以往的导光体相比，结构简单，成本低。因此，能够以使用了成本低的导光部件2的简单的结构得到降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均这一效果。尤其，在本实施方式中，如上所述，通过受光部5具有特性不同的多个传感器51，能够对颜色或亮度进行测定，因此能够在对这样的颜色或亮度进行测定的色彩亮度计中得到上述效果。
另外，图6是示意性地表示在导光部件2的内部被导光的光线的光路的说明图。通过物镜光学***3(参照图1)使被测定光源LS的被测定面LS0的像缩小成像于导光部件2的光射入侧端面2a，因此能够使用细的导光部件2(光射入侧端面2a的内切圆的直径D1以及光射出侧端面2b的内切圆的直径D2较小的导光部件)，并且，与从被测定光源LS射出的光的射出角度相比，在导光部件2的光射入侧端面2a上的光的射入角度θ变大(因此，导光部件2的内部的折射角θP也变大)。根据图6可知，在光射入侧端面2a上的光的射入角度θ越大(折射角θP越大)，或者，直径D1以及D2越小，向导光部件2的内部射入了的光在侧面2c上的反射次数越增加。
在本实施方式中，为D1＝D2，从被测定光源LS射出并向导光部件2的光射入侧端面2a射入的光线中的与光轴AX所成的角度θ为最大的光线LT在导光部件2的侧面2c上反射的大概次数由(LtanθP)/D1或(LtanθP)/D2表现。其中，当nP设为导光部件2的折射率时，折射角θP是满足nPsinθP＝sinθ的角度。另外，上述光轴AX是将导光部件2的光射入侧端面2a的内切圆的中心与光射出侧端面2b的内切圆的中心连结而得的轴，与物镜光学***3以及中继光学***4的光轴同轴。
如前所述，在本实施方式的结构中，当考虑了导光部件2的光射出侧端面2a的某1点时，上述1点变为被从被测定光源LS射出了的各个角度的光照明，能够降低被测定光源LS的角度不均的影响。如果在导光部件2的内部光线被反射，则光线的角度翻转，因此如果光线的反射次数增多，则上述1点成为被更多各个角度的光照明。因此，能够更有效地降低被测定光源LS的角度不均的影响，降低测定灵敏度的角度不均，能够进行更稳定的测定。
另外，当导光部件2中的反射次数设为一定时，折射角θP越大，D1或D2越小，越能够使导光部件2的光轴AX方向的长度L变小。在该情况下，能够使测光装置1微型化。
(关于使用了多棱锥台的导光部件时的反射次数)
图7是表示，将当使用了图2D所示的多棱锥台形状的导光部件2作为导光部件2时的、在导光部件2的内部被导光的光线的光路展开来进行说明的说明图。在上述导光部件2中，虽然光射入侧端面2a以及光射出侧端面2b的形状是正方形，但光射出侧端面2b的面积比光射入侧端面2a的面积大。在使用了这样的多棱锥台的导光部件2的情况下，即使在导光部件2的光射出侧端面2b的紧后配置受光部5(即使不使中继光学***4介于其间)，也能够将从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光向受光部5整体导入。如此地，通过在导光部件2的光射出侧端面2b的紧后配置受光部5，省略中继光学***4的配置，能够实现低成本的测光装置1。
在此，关于当使用了多棱锥台的形状的导光部件2时在内部被导光的光的反射次数，能够如下考虑。也就是说，在使用了多棱锥台形状的导光部件2的情况下，从被测定光源LS射出并向导光部件2的光射入侧端面2a射入的光线中的与光轴AX所成的角度θ为最大的光线LT在导光部件2的侧面2c上反射的大概的次数由α/β表现。其中，在图7中，α是将点A与点O连结而得的直线与光轴AX所成的角度(°)，β是在包含光轴AX的截面上导光部件2的侧面2c与光轴AX所成的角度的2倍的角度(°)。在此，点O是指在包含光轴AX的截面上，对导光部件2的侧面2c进行延长时与光轴AX相交的点，点A是将光线LT在导光部件2的光射入侧端面2a上折射后的光线(与光轴AX所成的角是θP)进行延长而得的直线(虚线LP)与中心为点O半径为L0的圆相交的点。具体而言，α以及β是满足以下的关系式的角度。也就是说，
L0sinα＝{L-L0(1-cosα)}tanθP
tan(β/2)＝(D2-D1)/2L
L0＝D2L/(D2-D1)
nPsinθP＝sinθ
L：导光部件2的光轴AX方向的长度(mm)
θ：向导光部件2的光射入侧端面2a的中心射入的光线与光射入侧端面2a的法线所成的角度的最大值(°)
D1：导光部件2的光射入侧端面2a的内切圆的直径(mm)
D2：导光部件2的光射出侧端面2b的内切圆的直径(mm)
nP：导光部件2的折射率。
只要α/β＞1，即，只要光线LT在导光部件2的侧面2c上的反射次数至少为1次，就能够通过使光线LT在侧面2c上反射，将从被测定面LS0的各个位置射出的光、以及从被测定面LS0以各个角度射出的光在导光部件2中进行混合。因此，能够降低被测定光源LS的位置不均以及角度不均的影响，降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均。尤其，优选的是α/β＞2，这是因为，使光线LT在侧面2c上多次反射，能够可靠地降低被测定光源LS的位置不均以及角度不均的影响，可靠地降低测定灵敏度的位置不均以及角度不均。另外，在更加可靠地得到本实施方式的效果的观点中，根据后述的实施例的结果，更加优选的是α/β＞4，进一步优选的是α/β＞7，再进一步优选的是α/β＞10。
另外，在α＜＜1、β＜＜1的情况下，
α≒(L/L0)tanθP＝{(D2-D1)/D2}/tanθP
β≒(D2-D1)/L
故：α/β≒(LtanθP)/D2。即，在该情况下，α/β与在上述D1＝D2的情况下的、大概的反射次数一致。
(导光部件的其他的形状与受光部的关系)
图8示意性地表示，当使用了图2B所示的三棱柱状的导光部件2时，对其光射入侧端面2a从光阑AP2侧进行观察时的状态。如同图所示，即使在使用了三棱柱状的导光部件2的情况下，光阑AP2的圆形的开口部AP2a的大小也可以设定为比导光部件2的光射入侧端面2a的内切圆稍小。
图9示意性地表示在使用了图2B的导光部件2的情况下的受光部5的平面形状。受光部5可以配置为，在俯视下由呈圆形的3个传感器51(51a～51c)构成，各传感器51位于与1个正三角形的各顶点相对应的位置。因为导光部件2的光射出侧端面2b的形状是正三角形，所以从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光照射受光部5时的照射范围R也变为包含受光部5的所有3个传感器51的各受光范围的正三角形状。
图10示意性地表示，当使用了图2C所示的六棱柱状的导光部件2时，对其光射入侧端面2a从光阑AP2侧进行观察时的状态。如同图所示，即使在使用了六棱柱状的导光部件2的情况下，光阑AP2的圆形的开口部AP2a的大小也可以设定为，比导光部件2的光射入侧端面2a的内切圆稍小。
图11示意性地表示，在使用了图2C的导光部件2的情况下的受光部5的平面形状。受光部5可以配置为，在俯视下由呈正方形或长方形的7个传感器51(51a～51g)构成，各传感器51位于与1个正六边形的各顶点以及中心相对应的位置。因为导光部件2的光射出侧端面2b的形状是正六边形，所以从导光部件2的光射出侧端面2b射出的光照射受光部5时的照射范围R也变为包含受光部5的所有7个传感器51的各受光范围的正六边形状。
(实施例)
接着，关于本发明的具体的实施例，以实施例1～9进行说明。另外，为了与各实施例进行比较，关于比较例也一并进行说明。
图12～图19分别示意性地表示实施例2～9的测光装置1的概略的结构。另外，图20示意性地表示比较例1的测光装置1’的概略的结构。另外，实施例1的测光装置1的结构如图1所示。另外，在图1、图12～图20中，为了方便，对各测光装置的比例尺进行调整并图示(比例尺不相同)。
实施例2的测光装置1与实施例1的测光装置1相比，出瞳的位置向被测定光源LS侧偏移，除此以外，为与实施例1的测光装置1相同的结构。在此，出瞳的位置是指由光阑AP1形成的像的位置。
实施例3的测光装置1与实施例2的测光装置1相比，出瞳的位置向被测定光源LS侧偏移，除此以外，为与实施例2的测光装置1相同的结构。实施例4的测光装置1与实施例1的测光装置1相比，出瞳的位置向受光部5侧偏移，除此以外，为与实施例1的测光装置1同样的结构。
实施例5的测光装置1与实施例1的测光装置1相比，使导光部件2的光轴方向的长度增大了，使向导光部件2的内部射入的光线在侧面2c上的反射次数(α/β)增大了，除此以外，为与实施例1的测光装置1相同的结构。
实施例6的测光装置1的结构为，将实施例1的测光装置1的四棱柱状的导光部件2置换为四棱锥台的导光部件2(参照图2D)，未配置中继光学***4，而在导光部件2的光射出侧端面2b的紧后配置受光部5，除此以外，与实施例1的测光装置1相同。
实施例7的测光装置1的结构为，将实施例1的测光装置1的四棱柱状的导光部件2置换为三棱柱状的导光部件2(参照图2B)，代替具有4个四边形形状的传感器51的受光部5，使用了具有3个圆形的传感器51的受光部5(参照图9)，除此以外，与实施例1的测光装置1相同。实施例8的测光装置1的结构为，将实施例1的测光装置1的四棱柱状的导光部件2置换为六棱柱状的导光部件2(参照图2C)，代替具有4个四边形形状的传感器51的受光部5，使用了具有7个四边形形状的传感器51的受光部5(参照图11)，除此以外，与实施例1的测光装置1相同。
实施例9的测光装置1与实施例1的测光装置1相比，使导光部件2的光轴方向的长度变短了，使向导光部件2的内部射入的光线在侧面2c上的反射次数(α/β)减少了，除此以外，为与实施例1的测光装置1相同的结构。
比较例1的测光装置1’省略了实施例1的测光装置1中的导光部件2的配置，除此以外，为与实施例1的测光装置1相同的结构。
表1表示实施例1～9以及比较例1中的各参数。
[表1]
Figure BDA0002897350060000191
(评价)
为了确认各实施例1～9、比较例1的结构的效果，对受光部5的至少1个传感器51的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行了模拟。测定灵敏度的空间分布以及角度分布的模拟是，在被测定光源LS的被测定面LS0设为均匀的完全扩散面光源的情况下，对从被测定面LS0的各位置射出的光以何种程度到达受光元件，以及从被测定面LS0向各方向射出的光以何种程度到达受光元件，使用光学软件进行了的模拟。例如，图21示意性地表示，1个传感器51的测定灵敏度的空间分布以及角度分布的模拟结果的一例。在这些分布中，白色部分表现测定灵敏度相对较高，黑色部分表现测定灵敏度相对较低。
另外，图22示意性地表示被测定光源LS(被测定面LS0)的坐标系。图21所示的测定灵敏度的空间分布的水平方向(x方向)的位置以及垂直方向(y方向)的位置，分别与被测定面LS0内的水平方向(X方向)的位置以及垂直方向(Y方向)的位置相对应。另外，测定灵敏度的角度分布的水平方向的角度(θx)以及垂直方向的角度(θy)分别与射出光线相对于被测定面LS0的法线(Z方向)的水平方向(X方向)的角度(θX)以及垂直方向(Y方向)的角度(θY)相对应。
图23～图26表示对比较例1的4个传感器51(在此，称为传感器A’、传感器B’、传感器C’、传感器D’)的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果。另外，上述传感器A’、传感器B’、传感器C’、以及传感器D’分别与图4的传感器51a、传感器51b、传感器51c、以及传感器51d相对应。根据这些图可知，在比较例1中，在传感器A’～D’之间，测定灵敏度的空间分布非常不均匀。
对此，图27～图30表示对实施例1的受光部5的4个传感器51(在此，称为传感器A、传感器B、传感器C、传感器D)的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果。另外，上述传感器A、传感器B、传感器C、传感器D分别与图4的传感器51a、传感器51b、传感器51c、传感器51d相对应。根据这些图可知，在传感器A～D之间，作为测定灵敏度的空间分布能够得到相同的分布，另外，关于测定灵敏度的角度分布也能够得到相同的分布。因此可知，在实施例1中，能够在多个传感器之间，使测定灵敏度的空间分布以及角度分布同时均匀。
另外，图31～图38表示，对构成实施例2～9的受光部5的多个传感器51中的任意的传感器(在此设为传感器A)的测定灵敏度的空间分布以及角度分布进行模拟而得的结果。另外，上述传感器A与图4的传感器51a(实施例2～6、9)、图9的传感器51a(实施例7)、或图11的传感器51a(实施例8)相对应。关于实施例2～9，也与实施例1同样地，测定灵敏度的空间分布为在测定范围内几乎均匀。通过导光部件2的配置，实施例1～9的各传感器51变为对以测定灵敏度分布的权重进行平均化而得的光量进行受光，因此即使被测定光源LS的被测定面LS0的发光强度(亮度)存在位置不均，也能够在受光部5中降低上述位置不均的影响来进行稳定的测定。
另外，在实施例1～9中，关于测定灵敏度的角度分布，虽然因实施例而存在程度上的差别，但无论在哪个实施例中，都在测定范围内的宽广范围具有灵敏度分布。通过导光部件2的配置，实施例1～9的各传感器51变为对以测定灵敏度分布的权重进行平均化而得的光量进行受光，因此即使被测定光源LS的被测定面LS0的发光强度(亮度)存在角度不均，也能够在受光部5中降低上述角度不均的影响来进行稳定的测定。
从以上所示的各实施例1～9的模拟结果可知，测定灵敏度的空间分布以及角度分布根据导光部件2的长度L以及出瞳位置而变化。因此，通过对导光部件2的长度L或出瞳位置进行调整，能够设计具有所期望的测定灵敏度的均匀性的测光装置1。
(其他)
如以上说明了的本实施方式的测光装置，也可以如下表达。
本实施方式的测光装置具备：多棱柱或多棱锥台的导光部件，光射入侧端面以及光射出侧端面为多边形状；物镜光学***，将被测定光源的像形成于所述导光部件的所述光射入侧端面；以及受光部，对从所述被测定光源经由所述物镜光学***向所述导光部件射入并从所述导光部件的所述光射出侧端面射出的光进行受光，所述受光部具有特性不同的多个传感器，并配置在所述导光部件的所述光射出侧端面的紧后，或者，以所述导光部件的所述光射出侧端面与所述受光部的受光面共轭的方式，与所述导光部件的所述光射出侧端面之间隔着中继光学***被配置。
也可以是，在上述测光装置中，所述物镜光学***包含位于所述被测定光源侧的前侧镜头***、位于所述导光部件侧的后侧镜头***、以及对从所述被测定光源的1点射出的光的扩散角进行限制的光阑，所述光阑被配置在所述前侧镜头***的后侧焦点位置。
优选的是，上述测光装置满足α/β＞2。
其中，
L0sinα＝{L-L0(1-cosα)}tanθP
tan(β/2)＝(D2-D1)/2L
L0＝D2L/(D2-D1)
nPsinθP＝sinθ
L：所述导光部件的光轴方向的长度(mm)
θ：向所述导光部件的光射入侧端面的中心射入的光线与所述光射入侧端面的法线所成的角度的最大值(°)
D1：所述导光部件的光射入侧端面的内切圆的直径(mm)
D2：所述导光部件的光射出侧端面的内切圆的直径(mm)
nP：所述导光部件的折射率
在D1＝D2的情况下，
α/β＝Ltanθp/D2＞2。
也可以是，在上述测光装置中，所述受光部的所述多个传感器分别包含受光面为正方形或长方形的受光元件、在所述受光元件的光射入侧配置的光学滤光片，所述光学滤光片中的至少2片彼此特性不同。
也可以是，在上述测光装置中，从所述导光部件的所述光射出侧端面射出的光照射所述受光部时的照射范围包含所述受光部的所有所述多个传感器的各受光范围。
也可以是，在上述测光装置中，所述受光部的所述多个传感器，分别具有与配色函数X、Y、Z相对应的测定灵敏度。
也可以是，在上述测光装置中，所述导光部件的所述光射入侧端面以及所述光射出侧端面是四边形，所述受光部的多个传感器具有分别位于1个四边形的四角的四边形的受光面。
以上虽然关于本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的范围不限于此，在不脱离发明的宗旨的范围内能够添加各种变更来实施。
工业实用性
本发明能够用于例如色彩亮度计。
附图标记说明：
1 测光装置
2 导光部件
2a 光射入侧端面
2b 光射出侧端面
2c 侧面
3 物镜光学***
4 中继光学***
5 受光部
5a 受光面
31 前侧镜头***
32 后侧镜头***
51 传感器
52 受光元件
53 光学滤光片
AP1 光阑
LS 被测定光源

Claims (7)

1.一种测光装置，具备：
多棱柱或多棱锥台的导光部件，光射入侧端面以及光射出侧端面为多边形状；
物镜光学***，将被测定光源的像形成于所述导光部件的所述光射入侧端面；以及
受光部，对从所述被测定光源经由所述物镜光学***向所述导光部件射入并从所述导光部件的所述光射出侧端面射出的光进行受光，
所述受光部具有特性不同的多个传感器，并配置在所述导光部件的所述光射出侧端面的紧后，或者，以所述导光部件的所述光射出侧端面与所述受光部的受光面共轭的方式，与所述导光部件的所述光射出侧端面之间隔着中继光学***被配置。
2.如权利要求1所述的测光装置，
所述物镜光学***包含位于所述被测定光源侧的前侧镜头***、位于所述导光部件侧的后侧镜头***、以及对从所述被测定光源的1点射出的光的扩散角进行限制的光阑，
所述光阑被配置在所述前侧镜头***的后侧焦点位置。
3.如权利要求1或2所述的测光装置，
满足α/β＞2，
其中，
L0sinα＝{L-L0(1-cosα)}tanθP
tan(β/2)＝(D2-D1)/2L
L0＝D2L/(D2-D1)
nPsinθP＝sinθ
L：所述导光部件的光轴方向的长度其单位为mm
θ：向所述导光部件的光射入侧端面的中心射入的光线与所述光射入侧端面的法线所成的角度的最大值其单位为°
D1：所述导光部件的光射入侧端面的内切圆的直径其单位为mm
D2：所述导光部件的光射出侧端面的内切圆的直径其单位为mm
nP：所述导光部件的折射率
在D1＝D2的情况下，
α/β＝Ltanθp/D2＞2。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的测光装置，
所述受光部的所述多个传感器分别包含受光面为正方形或长方形的受光元件、以及在所述受光元件的光射入侧配置的光学滤光片，
所述光学滤光片中的至少2片彼此特性不同。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的测光装置，
从所述导光部件的所述光射出侧端面射出的光照射所述受光部时的照射范围包含所述受光部的所有所述多个传感器的各受光范围。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的测光装置，
所述受光部的所述多个传感器分别具有与配色函数X、Y、Z相对应的测定灵敏度。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的测光装置，
所述导光部件的所述光射入侧端面以及所述光射出侧端面是四边形，
所述受光部的多个传感器具有分别位于1个四边形的四角的四边形的受光面。
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