JP2009053154A

JP2009053154A - 測光装置

Info

Publication number: JP2009053154A
Application number: JP2007222465A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ichikawa; 晋市川
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】より小さい測定視野角で、低輝度の被測定体の狭い領域の色彩輝度等を測定するときに、対物レンズのピント調整のズレが発生しても、測定精度への影響の少ない光学系を持つ測光装置を提供する。
【解決手段】色彩輝度計１は、被測定体Ｓから入射された光束を結像させる対物レンズ１１１と、対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配設され、対物レンズ１１１から入射された光束のうち、被測定体Ｓからの光束を通過させる開口１２ａと被測定体Ｓ外の光束を反射させファインダ光学系１４に入射させる反射面１２ｂとを有するアパーチャミラー１２とポリクロメータ４とを備える。対物レンズ１１１の結像面に投影したときの開口１２ａの半径Ｒａ、被測定体Ｓの最小測定半径Ｒｍｉｎで表すとき、０．９Ｒａ≦２^1/2・Ｒｍｉｎ≦１．１Ｒａの関係を満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源からの光や照明された試料からの反射光および透過光などの被測定光の特性を求める測光装置に関し、特に可視光の色彩輝度値等を測定する色彩輝度計に関する。

被測定体の色彩輝度値を測定する色彩輝度計では、対物レンズに入射した被測定光を測定光学系とファインダ光学系とに分岐し、分岐した光束をそれぞれ色彩測定と被写体観察に利用している。測定者は、色彩輝度値の測定を開始する前に被測定体を観察するファインダの視度調整を行い、その後、被測定体のピントを合わせて、色彩輝度値を測定する。通常、視度調整は、測定者がファインダを覗いて所定の照準円がはっきりと観察されるように、ファインダ光学系が目視で調整される。被測定体のピント合わせは、ファインダにより被測定体のピント状態を観察しながら、対物レンズを光軸方向に移動させて行われる。一般に、ファインダ光学系の深度が大きいために、被測定体のピント合わせのときに、ファインダの視度調整の誤差と対物レンズのピント調整のズレとにより、測定するたびに対物レンズの光軸方向の位置がばらつくために、被測定体の色彩輝度等を測定する精度に影響するおそれがあった。

例えば、特許文献１では、色彩輝度計は、被測定光が入射される対物レンズと、対物レンズから入射された光束のうち、被測定体からの光束を通過させる開口を有するアパーチャミラーと、アパーチャミラーの開口を通過した被測定光をポリクロメータへ入射させる導光光学系と、アパーチャミラーによって反射された開口外の光束を入射させるファインダ光学系とを備える。さらに、この色彩輝度計は、導光光学系から出射された被測定光をグレーティングによって分光され、この分光像を受光センサ上に結像させるポリクロメータと、受光センサ上の受光強度に基づいた被測定光の分光強度とその色彩輝度を演算処理する制御部とを備えて構成されている。

ここで、アパーチャミラーは対物レンズの光軸に対して傾斜して配設され、アパーチャミラーに配置された開口がファインダの視度調整用の照準円として形成される。しかし、ファインダ光学系の光軸と照準円を形成したアパーチャミラーとが垂直に配置されていないので、視度調整するときに、測定者が傾斜した照準円を観察することになり、照準円の位置、例えば照準円の上側を見て調整するのか、または下側を見て調整するのかにより、視度調整量が異なり、視度調整の誤差が発生する。

従来、色彩輝度計の測定視野角は、１度程度のものが主流であったが、近年、より低輝度の被測定物を、より小さい測定視野角（すなわち微小な測定範囲）で、高速に測定することが要求されてきている。例えば、測定視野角が０．１度以下（被測定体径が略０．１〜０．０１ｍｍ）の小さい範囲を測定する場合、同じ対物レンズであれば、アパーチャの開口を小さくすることになり、ピント合わせ時のピント位置ズレが同じ程度でも、測定精度への影響が大きくなる。また、アパーチャ開口径が小さくなることへの対応で対物レンズのＦ値を小さくする（明るくする）と、ピント合わせが一層難しくなり、ピント調整のズレがさらに大きくなる。ピント調整のズレにより、対物レンズの結像位置が結像すべき所定位置から光軸方向にずれると、被測定光がアパーチャミラーにより遮断されるケラレが発生すると同時に開口を通過する余分な光によるフレアが発生し、色彩輝度等の測定精度が低下することになる。図１〜図３を用いて詳しく説明する。

図１は、色彩輝度計における対物レンズの結像位置が所定位置Ｆにあり、ピントが合っている状態を示す概略図であり、図２は、対物レンズが結像面側に位置し、その結像位置が所定位置Ｆから前側にずれている状態を示す概略図である。図３は、対物レンズが被測定体側に位置し、その結像位置が所定位置Ｆから後側にずれている状態（図３上の破線で示す位置Ｓ１に被測定体が位置し、所定位置Ｆに結像することと等価である状態）を示す概略図である。尚、図１〜図３において、被測定体Ｓと所定位置Ｆとの距離は一定である。

図１に示すように、被測定体Ｓからの被測定光が対物レンズ１１１に入射する。入射した被測定光は、絞り１１２により光束の大きさを規制され、所定位置Ｆであるアパーチャミラー１２の開口１２ａの位置に結像する。開口１２ａは対物レンズ１１１の光軸Ｌを中心とした円形の穴である。ここで、被測定体Ｓの被測定領域が開口１２ａの領域に投影されるように、対物レンズ１１１の倍率が設定され、被測定光は開口１２ａによる光束が遮断されること（ケラレ）がなく、また、開口１２ａを余分な光（フレア）が通過することがない。尚、図１では、アパーチャミラー１２は、光軸Ｌに垂直に配置して説明したが、後述する図４の色彩輝度計に搭載された状態では、本来アパーチャミラー１２は対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置される。図２及び図３も、図１と同様に、説明上アパーチャミラー１２が光軸Ｌに垂直に配置されている。

図２に示すように、対物レンズ１１１のピント合わせにズレが発生して、対物レンズ１１１が図１に示す位置からアパーチャミラー１２（結像面）側に位置すると、対物レンズ１１１の結像位置Ｆ１が所定位置Ｆから前側にずれる。尚、図２は縮小光学系を前提にしており、拡大光学系では後側にずれる。この状態では、結像位置Ｆ１から開口１２ａに向かう被測定光の中で被測定体Ｓの外周の被測定光は、図２上の破線で示す光束Ｌ１がアパーチャミラー１２で遮断される。図２に示す光束Ｌ１は開口１２ａの外周輪帯上に一様に遮断されるが、色彩輝度計ではアパーチャミラー１２が対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置されるために、開口１２ａの外周上の位置より遮断される光束の大きさが異なる。このように光量が減少し、しかも光量が均一でない光束が、ポリクロメータに入射すると、色彩輝度等の測定精度が低下する。

また、対物レンズ１１１のＦナンバーが小さくなると、光束の広がり角θが大きくなるので、図２上のアパーチャミラー１２で遮断される光束Ｌ１の幅が大きくなり、ポリクロメータへの入射光量が一層減少することになる。

一方、対物レンズ１１１のピント合わせにズレが発生して、対物レンズ１１１が図１に示す位置から被測定体Ｓ側に位置すると、結像位置が所定位置Ｆから後側にずれる。結像位置が所定位置Ｆから後側にずれることは、図３上の破線で示す位置Ｓ１に被測定体が位置し、アパーチャミラー１２の開口１２ａにある所定位置Ｆに結像することと等価である。尚、図３は拡大光学系を前提にしており、縮小光学系では前側にずれる。この状態では、被測定体Ｓの外周近傍の被測定光が絞り１１２に規制されて、図３上のハッチングで示す光束が開口１２ａの上端部１２ｃに至るが、この光束の中には、被測定体Ｓからの被測定光以外に図３上の破線で示す光束Ｌ２も含まれていて、この光束Ｌ２がフレアになる。図３に示すフレア（光束Ｌ２）は開口１２ａの外周輪帯上に一様に発生するが、色彩輝度計ではアパーチャミラー１２が対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置されるために、開口１２ａの外周上の位置より発生するフレア量が異なる。このようなフレアを含んだ光がポリクロメータに入射すると、色彩輝度等の測定精度が低下する。

また、対物レンズ１１１のＦナンバーが小さくなると、光束の広がり角θが大きくなるので、一層フレア（光束Ｌ２）を多く含んだ光がポリクロメータに入射することになる。

このように、被測定径が小さくなると、対物レンズ１１１のピント合わせが困難となるとともに、結象位置のずれが大きくなり、また、低輝度の被測定体に対応するために対物レンズ１１１を明るく（Ｆナンバーを小さく）すると、光束のケラレ、フレアが大きくなり、色彩輝度等の測定精度が低下するという問題があった。
特開２００６−１８９２９１号公報（段落［００２２］−[００３２]、図２）

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、より小さい測定視野角で、低輝度の被測定体の狭い領域の色彩輝度等を測定するときに、対物レンズのピント調整のズレが発生しても、測定精度への影響の少ない光学系を持つ測光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、入射された光束を結像させる対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して傾斜して配設され、前記対物レンズから入射された光束のうち、被測定体からの光束を通過させる開口と被測定体外の光束を反射させファインダ光学系に入射させる反射面とを有するアパーチャミラーと、前記開口を通過した被測定体の光束を分光して受光するセンサ部とを備え、前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を前記開口に結像させる測光装置において、前記アパーチャミラーの開口を、前記対物レンズの光軸と垂直方向である平面に投影したときの半径をＲａ、前記対物レンズが移動して結像可能である、被測定体の最小測定半径をＲｍｉｎとしたときに、
０．９Ｒａ≦２^1/2・Ｒｍｉｎ≦１．１Ｒａ
の関係を満たすことを特徴としている。

この構成によれば、部品製作の誤差、部品組立の誤差、対物レンズの各種収差等が発生しても、被測定体の最小測定半径Ｒｍｉｎの余裕度が略１０パーセントの範囲において、ピント調整のズレによるフレアの発生が抑制されて、開口半径Ｒａと被測定体の最小測定半径Ｒｍｉｎが設定される。

上記目的を達成するために本発明は、入射された光束を結像させる対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に対して傾斜して配設され、前記対物レンズから入射された光束のうち、被測定体からの光束を通過させる開口と被測定体外の光束を反射させファインダ光学系に入射させる反射面とを有するアパーチャミラーと、前記開口を通過した被測定体の光束を分光させ、該分光像を受光面に結像させるポリクロメータとを備え、前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を前記開口に結像させる測光装置において、前記対物レンズの光軸と垂直方向である平面に投影したときの前記開口の半径をＲａ、被測定体の最小測定半径をＲｍｉｎ、被測定体の最大測定半径をＲｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎの余裕度をｘ、最大測定半径Ｒｍａｘの余裕度をｙで表すとき、
２／Ｒａ²＝ｘ／Ｒｍｉｎ²＋ｙ／Ｒｍａｘ²の関係式において、
０．８１≦ｘ≦１．２１、
０．８１≦ｙ≦１．２１の関係を満たすことを特徴とする測光装置。

この構成によれば、部品製作の誤差、部品組立の誤差、対物レンズの各種収差等が発生しても、被測定体の最大測定半径Ｒｍａｘの余裕度ｘ、及び最小測定半径Ｒｍｉｎの余裕度ｙが略１０パーセントの範囲において、ピント調整のズレによるフレアの発生が抑制されて、開口半径Ｒａと被測定体の最大測定半径Ｒｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎが設定される。

また、本発明は、上記の構成の測光装置において、被測定体と前記対物レンズとの間の光軸に着脱自在な補助レンズを備え、被測定体の測定半径が小さいときに、前記補助レンズが装着され、前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を結像させることを特徴としている。この構成によれば、補助レンズの像面が対物レンズの物面になる構成であるために、倍率の異なる種々の補助レンズを装着して、幅広い倍率範囲において、小さい被測定体を測定しても、ピント調整のズレによる測定誤差を小さくすることができる。

また、本発明は、上記の構成の測光装置において、被測定体と前記対物レンズとの間の光軸に着脱自在な補助レンズを備え、被測定体の測定半径が小さいときに、前記補助レンズが装着され、前記対物レンズが前記補助レンズとともに光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を結像させることを特徴としている。この構成によれば、補助レンズが対物レンズに装着された光学系は、対物レンズのみによる測定より、高倍率で、より小さい被測定体を測定することができる。

請求項１に記載の発明によれば、部品製作の誤差、部品組立の誤差、対物レンズの各種収差等が発生しても、またピント合わせ時に対物レンズの繰出し誤差が発生しても、フレアの発生を小さくすることができるために、低輝度の小さい被測定体の色彩輝度等を測定しても、測定精度のばらつきを小さくすることができる。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。本発明の実施形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態に係る色彩輝度計を示す概略図である。色彩輝度計１は、対物レンズ部１１、アパーチャミラー１２、導光部材１３、ポリクロメータ４、ファインダ光学系１４等で構成される。

対物レンズ部１１は、対物レンズ１１１と絞り１１２を備え、後段の導光部材１３とともに所定の被測定体Ｓから発せられる被測定光を、ポリクロメータ４の入射スリット４０に導くものである。なお、被測定光としては、被測定体Ｓによって反射された反射光、被測定体Ｓを透過した透過光、あるいは光源としての被測定体Ｓから放射される放射光等がある。また、対物レンズ部１１は、後段のアパーチャミラー１２とともに被測定体Ｓの外側から発せられる光を、ファインダ光学系１４に導くものである。

対物レンズ１１１は、その光軸Ｌ上にある被測定体Ｓを後段のアパーチャミラー１２の近傍に結像させるものである。測定者が対物レンズ１１１を光軸Ｌ方向に移動させると、対物レンズ１１１の結像位置がアパーチャミラー１２の近傍で光軸Ｌ方向に変化するが、ピントが合っていると、被測定体Ｓは所定位置Ｆに結像する。被測定体Ｓが所定位置Ｆに結像すると、被測定体Ｓの被測定領域が後述するアパーチャミラー１２の開口１２ａの領域に投影されるように、対物レンズ１１１の倍率は設定されている。

絞り１１２は、対物レンズ１１１を通過する光束の大きさを規制し、結像位置における光束の広がり角θを形成するものであり、そのレンズの明るさ（Ｆナンバー）を決める。

アパーチャミラー１２は、光軸Ｌに対して傾斜して対物レンズ部１１の後段に配置され、光軸Ｌ近傍に形成された開口１２ａと、開口１２ａの外側に配置されたミラー面１２ｂ等を備える。

開口１２ａは、対物レンズ１１１の光軸Ｌを中心とした楕円形の穴である。その開口１２ａと光軸Ｌとの交点に所定位置Ｆが光軸Ｌと垂直な方向に形成される。開口１２ａは、所定位置Ｆで結像した被測定体Ｓの被測定光を、後段に配置されたポリクロメータ４に向けて通過させる。

ミラー面１２ｂは、アパーチャミラー１２の表面にアルミニウム等がコートされた反射面であり、対物レンズ１１１から出射した被測定体Ｓの外側の光束を反射させ、ファインダ光学系１４に入射させる。

ファインダ光学系１４は、反射ミラー１４１、正レンズ１４２、接眼レンズ１４３で構成され、アパーチャミラー１２の反射面１２ｂによって反射された光束を測定者の瞳に導く光学系である。このファインダ光学系１４では、反射ミラー１４１により反射された被測定体Ｓの外側の光束が正レンズ１４２及び接眼レンズ１４３によりファインダ像として観察される。また、被測定体Ｓからの光束が反射ミラー１４１では反射せずに開口１２ａを通過するので、開口１２ａの部分のファインダ像は、黒抜きされた状態となり、視度調整用の照準として用いられる。この構成により、測定者がファンダ光学系１４を覗いて、被測定体Ｓの外側のファインダ像を観察しながら、照準をはっきりと観察することができる位置に、接眼レンズ１４３を移動させて、視度調整が行われる。

導光部材１３は、正レンズ等から構成され、アパーチャミラー１２の開口１２ａを通過した被測定体Ｓの被測定光を、ポリクロメータ４の入射スリット４０へ入射させる光学系である。

ポリクロメータ４は、分光光学系を構成するもので、入射スリット４０、結像光学系としてのコリメートレンズ４１及び結像レンズ４４、波長分光手段としてのグレーティング４２、及び複数の受光面からなる受光センサ４３を備えてセンサ部として構成される。

入射スリット４０は、ポリクロメータ４の側壁に設けられたスリットである。この入射スリット４０を介して被測定光がポリクロメータ４の内部へ導入されると、コリメートレンズ４１は、被測定光を平行光にしてグレーティング４２へ導く。グレーティング４２は被測定光を波長に応じて分光・反射させ、結像レンズ４４はグレーティング４２によって分光された像を受光センサ４３の受光面に結像させる。

色彩輝度計１を用いた色彩輝度値の測定について説明する。図４に示すように、色彩輝度計１が被測定光を発生する被測定体Ｓに対向配置される。測定者がファンダ光学系１４を覗いて、被測定体Ｓ近傍のファインダ像を観察しながら、照準をはっきりと観察することができる位置に、接眼レンズ１４３を移動させて、視度調整を行う。視度調整が完了すると、測定者がファインダ光学系１４を観察しながら、対物レンズ１１１を光軸Ｌ方向に移動させ、ピント合わせを行う。ピントが合うと、被測定体Ｓが所定位置Ｆに結像する。

次に、不図示の操作部で測定開始の指示が与えられると、ポリクロメータ４の前段に配置されたシャッタ（不図示）が開き、所定位置Ｆに結像した被測定光がポリクロメータ４の入射スリット４０に入射する。入射された被測定光がグレーティング４２により波長に応じて分光・反射され、結像光学系１４２、１４３により、波長ごとに分光された像が受光センサ４３のそれぞれの受光面に結像する。受光強度に応じた電気信号が受光センサ４３から出力され、それらの信号が処理回路及び演算制御部によって処理され、被測定光の分光強度に基づく色彩輝度値が測定される。

ここで、図２及び図３で説明したように、ファインダを観察しながら行う対物レンズ１１１のピント合わせにズレが発生すると、被測定体Ｓの結像位置が所定位置Ｆの前後にずれることになる。被測定体Ｓの結像位置が所定位置Ｆの前側にずれると、被測定光の一部がアパーチャミラー１２の開口１２ａの端面で遮断され、ケラレが発生することになり、ポリクロメータ４に入射する光量が減少する。また、被測定体Ｓの結像位置が所定位置Ｆの後側にずれると、測定体Ｓからの被測定光以外光束が開口１２ａを通過してフレアとなり、フレアがポリクロメータ４に入射する。これらのケラレまたはフレアが発生すると、色彩輝度等の測定精度が低下する。

そこで、本実施形態では、上述のようにピント合わせのズレによるフレアがアパーチャミラー１２の開口１２ａで発生することを抑制するために、被測定体Ｓの大きさと開口１２ａの大きさとを所定の範囲の関係で構成する。

図５、図６を用いて詳細に説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る対物レンズ１１１の結像関係を示す概略図であり、図５（ａ）は被測定体Ｓが所定位置Ｆに結像していることを示す図であり、図５（ｂ）は対物レンズ１１１に繰出し誤差（ピント調整のズレ）が発生したことを示す図である。尚、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、アパーチャミラー１２が光軸Ｌに垂直に配置された状態を示すものであり、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて以降の説明を行うが、図４に示すように色彩輝度計１に搭載された状態では、本来アパーチャミラー１２は対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置される。図６は、本発明の第１実施形態に係る対物レンズ１１１における横倍率の関係を示す図である。

図５（ａ）、図５（ｂ）を用いて、被測定体Ｓにおける所望の測定半径の範囲に対して、対物レンズ１１１の繰出し誤差Δによるフレアを最小にする横倍率等の光学パラメータ
を説明する。

図５（ａ）において、対物レンズ１１１の焦点距離をｆ、被測定体Ｓから対物レンズ１１１の物側主点までの距離をＳｏ（符号は、主点より図５（ａ）上の左側が−、主点より図５（ａ）上の右側が＋である）、対物レンズ１１１の像側主点から結像位置であるアパーチャミラー１２の所定位置Ｆまでの距離をＳ１とすると、
１／Ｓ１−１／Ｓｏ＝１／ｆ・・・・式（１）
の結像式の関係にある。

ここで、図５（ｂ）に示すように、対物レンズ１１１にピント合わせによる繰出し誤差Δが発生すると、対物レンズ１１１の像側主点から結像位置Ｆ１までの距離をＳ１´で表
すとき、
１／Ｓ１´−１／（Ｓｏ−Δ）＝１／ｆ・・・・式（２）
の結像式の関係にある。

図５（ｂ）の状態における所定位置Ｆから結像位置Ｆ１まで距離（ピントずれ）は、式（１）及び式（２）から、
Ｓ１´−（Ｓ１−Δ）・・・・式（３）
となり、

式(３)のピントずれを横倍率βで示すと、式（１）及び式（２）から、Ｓ１´−Ｓ１＝−β²Δとなり、この式と式(３)から、ピントずれは、
（１−β²）Δ・・・・式（４）
となる。

図５（ｂ）に示すように、対物レンズ１１１からの出射光は結像面Ｆ１に収束するので、このピントずれにより、所定位置Ｆ上では広がりを有する光束が通過することになり、その光束の半径Ｙ１は、
Ｙ１＝｜（１−β²）Δ／２Ｎ｜・・・・式（５）
となる。尚、Ｎは対物レンズ１１１のＦナンバーであり、ピントずれが所定位置Ｆから後側に発生しても、この光束の広がりが発生して、式（５）が満たされる。

ここで、ピントずれ光束の広がりが小さくなると、結像位置Ｆ１が所定位置Ｆに近くなるので、フレアが発生しにくくなる。また、開口１２ａの面積が大きくなると、フレアが発生しにくくなることにより、ピントずれによる所定位置Ｆ上の光束面積と開口１２ａの面積の比が０に近づけば、フレアの発生が抑えられることになる。つまり、所定位置Ｆ上におけるピントずれ光束の面積をＳＹ１、開口１２ａの光軸Ｌに垂直方向に投影したときの面積ＳＲａとすると、
Ａ²＝ＳＹ１／ＳＲａ・・・・式（６）
この式（６）が０に近づけば、フレアの発生が抑えられるのであるが、各面積ＳＹ１、ＳＲａを求めて、展開すると、開口１２ａを光軸Ｌに垂直方向に投影したときの半径をＲａで表すときに、式(６)は、
Ａ²＝ＳＹ１／ＳＲａ＝π（Ｙ１）²／π（Ｒａ）²＝（Ｙ１／Ｒａ）²・・・・式（７）
となる。

式（７）は、ピントずれ光束の半径Ｙ１と開口１２ａの半径Ｒａとの比に展開される。ピントずれ光束の半径Ｙ１は、式（５）で表されるので、式（７）は、
Ａ＝｜（１−β²）Δ／２Ｎ｜／Ｒａ・・・・式（８）
となる。

通常、開口１２ａの光量は開口面積と照度に比例する。開口面積はその半径Ｒａの２乗に比例し、また照度はＦナンバーＮの２乗に反比例するので、光量一定の条件では半径ＲａとＦナンバーＮは比例することになる。ここで、比例定数をｋとすると、ＦナンバーＮ＝ｋＲａとなるので、式（８）は、
Ａ＝｜（１−β²）Δ｜／２ｋＲａ²・・・・式（９）
となる。

被測定体Ｓが開口１２ａにある所定位置Ｆに結像する関係にあると、被測定体Ｓの半径をＲｓで表したとき、被測定体Ｓの半径Ｒｓと開口１２ａの半径Ｒａで横倍率βの関係で示すと、横倍率βは、
β＝Ｒａ／Ｒｓ
となる。この式から、式（９）を展開すると、
Ａ＝｜（１／Ｒａ²−１／Ｒｓ²）Δ｜／２ｋ・・・・式（１０）
となる。

よって、フレアの発生を抑制するには、式（１０）において、対物レンズ１１１の繰出し誤差Δに対して｜１／Ｒａ²−１／Ｒｓ²｜（式（１１））が小さくなるようにすれば
よい。つまり、被測定体Ｓにおける測定半径Ｒｓの範囲の中で、式（１１）の最大値を０に近づければよい。図６を用いて説明する。

図６の横軸は繰出し誤差Δに伴う横倍率βの逆数を示し、縦軸は横倍率βの変化に伴う
｜１−β²｜を示す。図６上の横倍率βの変化する範囲が区間ａであり、区間ａの横倍率βの変化に伴う｜１−β²｜の範囲が区間ｂである。式（１１）の最大値を０に近づけるには、｜１−β²｜が最大になる値を最も小さくするとよい。被測定体Ｓの半径Ｒｓの最大測定半径をＲｍａｘ、最小測定半径をＲｍｉｎとし、この最大になる値を最も小さくする開口半径Ｒａは、Ｒｍｉｎ＜Ｒａ＜Ｒｍａｘである場合に、
｜１／Ｒａ²−１／Ｒｍａｘ²｜＝｜１／Ｒａ²−１／Ｒｍｉｎ²｜・・・・式（１２）
で求められる。式（１２）を変形すると、
２／Ｒａ²＝１／Ｒｍｉｎ²＋１／Ｒｍａｘ²・・・・式（１３）
となる。

つまり、式（１３）を満足するアパーチャミラー１２の開口半径Ｒａと被測定体Ｓの最大測定半径Ｒｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎを設定することにより、ピント合わせ時に対物レンズ１１１の繰出し誤差Δが発生しても、フレアの発生を小さくすることができる。

しかし、色彩輝度計の製造において、部品製作の誤差、部品組立の誤差、対物レンズの各種収差等が発生するが、これらの各誤差・収差を吸収することができるように被測定体Ｓの最大測定半径Ｒｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎには式（１３）に略１０パーセントの余裕を見込んで設定することが必要である。式（１３）に略１０パーセントの余裕を見込み、被測定体Ｓの最大測定半径Ｒｍａｘの余裕度をｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎの余裕度をｙで表すとき、
２／Ｒａ²＝ｘ／Ｒｍｉｎ²＋ｙ／Ｒｍａｘ²・・・・式（１４）
０．８１≦ｘ≦１．２１・・・・式（１５）
０．８１≦ｙ≦１．２１・・・・式（１６）
の関係を満たすことになる。

式（１４）を満足するアパーチャミラー１２の開口半径Ｒａと被測定体Ｓの最大測定半径Ｒｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎが設定されることにより、ピント合わせ時に対物レンズの繰出し誤差が発生しても、フレアの発生を小さくすることができるために、低輝度の小さい被測定体の色彩輝度等を測定しても、測定精度のばらつきを小さくすることができる。

ここで、被写体Ｓの最大測定半径Ｒｍａｘは、対物レンズが無限遠の位置にピント調整可能であるとすれば、この測定装置が測定可能な測定半径（すなわち最大測定半径）Ｒｍａｘは無限大となり、（ｙ／Ｒｍａｘ²）の項がゼロになる。従って式（１４）は、開口半径Ｒａと、対物レンズをピント調整可能な最近接位置に移動させたときの被測定体の最小測定半径Ｒｍｉｎの式になる。つまり、
２／Ｒａ²＝ｘ／Ｒｍｉｎ²・・・・式（１７）
同様に、余裕度ｘが式（１５）の範囲にあるとすると、式（１７）は、
０．９Ｒａ≦２^1/2・Ｒｍｉｎ≦１．１Ｒａ・・・・式（１８）
で表される。

式（１７）を満足するアパーチャミラー１２の開口半径Ｒａと被測定体Ｓの最小測定半径Ｒｍｉｎが設定されることにより、ピント合わせ時に対物レンズの繰出し誤差が発生しても、フレアの発生を小さくすることができるために、低輝度の小さい被測定体の色彩輝度等を測定しても、測定精度のばらつきを小さくすることができる。

ここで、ピント合わせ時に対物レンズ１１１の繰出し誤差Δの範囲が大きい場合には、
対物レンズ１１１に補助レンズを付加して横倍率の範囲を大きくすればよい。

図７（ａ）は、対物レンズ１１１に補助レンズ１２１を付加した光学系を示す概略図であり、図７（ｂ）は、対物レンズ１１１のピント調整を示す概略図である。尚、図７（ａ）、図７（ｂ）では、アパーチャミラー１２は光軸Ｌに垂直に配置して説明するが、色彩輝度計では、本来アパーチャミラー１２は対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置される。

図７(ａ)に示すように、補助レンズ１２１は、対物レンズ１１１の被測定体側に着脱自在に配置された正レンズである。補助レンズ１２１が対物レンズ１１１に装着された光学系は、対物レンズ１１１による被測定体の測定より、高倍率で、より小さい被測定体を測定することができる。図７(ｂ)に示すように、ピント調整を行うには、対物レンズ１１１が光軸Ｌ方向に移動させられる。補助レンズ１２１の像面が対物レンズ１１１の物面になる構成であるために、倍率の異なる種々の補助レンズ１２１を装置して、幅広い倍率範囲において測定しても、ピント調整のズレによる測定誤差を小さくすることができる。

（第２実施形態）
図８（ａ）は、補助レンズ１２１を備えた対物レンズ１１１の光学系を示す概略図であり、図８（ｂ）は、対物レンズ１１１のピント調整を示す概略図である。尚、図８（ａ）、図８（ｂ）では、アパーチャミラー１２は光軸Ｌに垂直に配置して説明するが、色彩輝度計では、本来アパーチャミラー１２は対物レンズ１１１の光軸Ｌに対して傾斜して配置される。

図８(ａ)に示すように、対物レンズ１１１は被測定体側に着脱自在な正の補助レンズ１２１を備える。被測定体の測定半径が小さいときには、図８(ｂ)に示すように、補助レンズ１２１を含む対物レンズ１１１が光軸Ｌ方向に移動させられ、ピント調整が行われる。

は、色彩輝度計における対物レンズが所定位置に結像する状態を示す概略図である。は、色彩輝度計における対物レンズのピントが所定位置から前側にずれている状態を示す概略図である。は、色彩輝度計における対物レンズのピントが後側にずれている状態を示す概略図である。は、本発明の第１実施形態に係る色彩輝度計を示す概略図である。は、本発明の第１実施形態に係る色彩輝度計の対物レンズにおける結像関係を示す概略図である。は、本発明の第１実施形態に係る色彩輝度計の対物レンズにおける横倍率の関係を示す図である。は、本発明の第１実施形態に係る色彩輝度計の対物レンズに補助レンズを付加した光学系を示す概略図である。は、本発明の第２実施形態に係る色彩輝度計の対物レンズに補助レンズを付加した光学系を示す概略図である。

符号の説明

１色彩輝度計
４ポリクロメータ
１２アパーチャミラー
１２ａ開口
１２ｂ反射面
１３導光部材
１４ファインダ光学系
４０入射スリット
４１コリメートレンズ
４２グレーティング
４３受光センサ
４４結像レンズ
１１１対物レンズ
１１２絞り
１２１補助レンズ
Ｆ所定位置
Ｌ光軸
Ｓ被測定体

Claims

入射された光束を結像させる対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に対して傾斜して配設され、前記対物レンズから入射された光束のうち、被測定体からの光束を通過させる開口と被測定体外の光束を反射させファインダ光学系に入射させる反射面とを有するアパーチャミラーと、
前記開口を通過した被測定体の光束を分光して受光するセンサ部とを備え、
前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を前記開口に結像させる測光装置において、
前記アパーチャミラーの開口を、前記対物レンズの光軸と垂直方向である平面に投影したときの半径をＲａ、
前記対物レンズが移動して結像可能である、被測定体の最小測定半径をＲｍｉｎとしたときに、
０．９Ｒａ≦２^1/2・Ｒｍｉｎ≦１．１Ｒａ
の関係を満たすことを特徴とする測光装置。
入射された光束を結像させる対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に対して傾斜して配設され、前記対物レンズから入射された光束のうち、被測定体からの光束を通過させる開口と被測定体外の光束を反射させファインダ光学系に入射させる反射面とを有するアパーチャミラーと、
前記開口を通過した被測定体の光束を分光して受光するセンサ部とを備え、
前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を前記開口に結像させる測光装置において、
前記対物レンズの光軸と垂直方向である平面に投影したときの前記開口の半径をＲａ、被測定体の最小測定半径をＲｍｉｎ、被測定体の最大測定半径をＲｍａｘ、最小測定半径Ｒｍｉｎの余裕度をｘ、最大測定半径Ｒｍａｘの余裕度をｙで表すとき、
２／Ｒａ²＝ｘ／Ｒｍｉｎ²＋ｙ／Ｒｍａｘ²の関係式において、
０．８１≦ｘ≦１．２１、
０．８１≦ｙ≦１．２１の関係を満たすことを特徴とする測光装置。
前記関係式において、
ｘ＝１、ｙ＝１の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の測光装置。
被測定体と前記対物レンズとの間の光軸に着脱自在な補助レンズを備え、被測定体の測定半径が小さいときに、前記補助レンズが装着され、前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を結像させることを特徴とする請求項２または３に記載の測光装置。
前記対物レンズが被測定体側に着脱自在な補助レンズを備え、被測定体の測定半径が小さいときに前記補助レンズを装着された前記対物レンズが光軸方向に移動して、被測定体から入射された光束を結像させることを特徴とする請求項２または３に記載の測光装置。