JP2023019759A - 光学特性測定装置 - Google Patents

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淳 洗井
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秀樹 三ツ峰
Hideki Mitsumine
俊枝 三須
Toshie Misu
寛史 盛岡
Hirofumi Morioka
太一 杉之下
Taichi Suginoshita
康太 ▲高▼橋
Kota Takahashi
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Abstract

【課題】光量の損失を抑制し、測定対象の光学特性を高精度に測定する。【解決手段】測定対象１１の反射特性を測定する反射光測定装置１－１は、測定対象１１を照射する照明光源１３と、測定対象１１にて複数の方向へ反射した光を屈折させる光学レンズ１４と、光学レンズ１４により屈折した光を受光する受光素子１５と、を備える。測定対象１１は、受光素子１５の前側焦点位置に配置される。光学レンズ１４は、正の焦点距離を有する。受光素子１５は、光学レンズ１４に対して、測定対象１１の反対側に、光学レンズ１４の光軸に直交する平面に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置に関する。
従来、測定対象の光学特性として、照明光源に対する反射成分については双方向反射率分布関数、照明光源に対する透過成分については双方向透過率分布関数、測定対象が自発光体である場合は自発光体からの配光分布が知られている。
このような光学特性を測定するために、照明光源により測定対象を照明し、測定対象で反射した光、測定対象で透過した光、及び測定対象自体が発する光を測定することで、測定対象の光学特性を測定する装置が知られている。
このような光学特性を測定する手法として、楕円鏡及び半透鏡を用いることで、測定対象で反射した光の特性を測定する装置が提案されている（例えば非特許文献１を参照）。
図１２（１）は、楕円鏡及び半透鏡を用いる従来の反射光測定装置の構成例を示す概略図である。この反射光測定装置１００は、測定対象１０１で反射した光の特性を測定する装置であり、楕円鏡１０２、プロジェクター１０３、カメラ１０４、半透鏡１０５及びイメージプレーン１０６を備えて構成される。
反射光測定装置１００には、楕円鏡１０２における２つの焦点のうち一方の焦点位置に測定対象１０１が配置され、もう一方の焦点位置に照明光源であるプロジェクター１０３及びカメラ１０４が配置される。イメージプレーン１０６は、プロジェクター１０３からの光の照射に応じてパターンを形成する。
ただし、物理的に同一の位置にプロジェクター１０３及びカメラ１０４を配置することはできないため、光路の途中に半透鏡１０５を配置することで、光路を分岐するようにしている。これにより、光学的に同一の位置にプロジェクター１０３及びカメラ１０４が配置されることとなる。
このような構成とすることで、測定対象１０１から複数の角度方向へ反射した光の輝度分布を測定することが可能となる。具体的には、イメージプレーン１０６のパターンに応じて角度θi，θrを定めることで、光源方向（θi，φi）からの入射光照度に対する視点方向（θr，φr）への反射輝度の比率を表す双方向反射率分布関数が測定される。
また、光学特性を測定する手法として、楕円透過鏡ドーム及び鏡面反射板を用いることで、測定対象で反射した光の特性を測定する装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
図１２（２）は、楕円透過鏡ドーム及び鏡面反射板を用いる従来の反射光測定装置の構成例を示す概略図である。この反射光測定装置１１０は、測定対象１１１で反射した光の特性を測定する装置であり、楕円透過鏡ドーム１１２、鏡面反射板１１３、照明光源１１４及びカメラ１１５を備えて構成される。楕円透過鏡ドーム１１２及びカメラ１１５は、筒状部材１１６に収納される。
この反射光測定装置１１０では、楕円透過鏡ドーム１１２における２つの焦点のうち一方の焦点位置に測定対象１１１が配置され、照明光源１１４を用いて、矢印の方向１１８へ楕円透過鏡ドーム１１２及び鏡面反射板１１３の開口部１１７を介して測定対象１１１を照明する。
測定対象１１１で反射した光は、鏡面反射板１１３にてさらに反射させ、カメラ１１５に入力される。ここで、カメラ１１５は、楕円透過鏡ドーム１１２における２つの焦点のうちもう一方の焦点位置に対して鏡面対象の位置に配置される。
このような構成とすることで、図１２（１）と同様に、複数の角度方向へ反射した光の輝度分布を測定することが可能となる。
特許第６６７８９０１号公報
角野、向川、八木、"楕円鏡を用いた双方向反射率分布関数の高速計測"、電子情報通信学会論文誌．Ｄ、Vol.J90-D、No.8、pp.1930-1937、2007
図１２（１）に示した楕円鏡１０２及び半透鏡１０５を用いる従来の反射光測定装置１００では、楕円鏡１０２で反射した光に対して、半透鏡１０５によりカメラ１０４の方向へ光を反射させる。
しかしながら、一部の光が半透鏡１０５で透過するため、カメラ１０４の方向へ進行せず、測定すべき光の光量に損失が生じてしまう。光量に損失が生じると、信号対雑音比が劣化し、測定精度の低下要因となるという課題がある。
また、図１２（２）に示した楕円透過鏡ドーム１１２及び鏡面反射板１１３を用いる反射光測定装置１１０では、楕円透過鏡ドーム１１２を介して測定対象１１１を照明する。
しかしながら、光が楕円透過鏡ドーム１１２を透過する際に、不要な散乱光が生じる可能性があり、測定精度の低下要因となるという課題がある。
また、鏡面反射板１１３で反射した光は、楕円透過鏡ドーム１１２を透過して、カメラ１１５へ入力される。しかし、一部の光が楕円透過鏡ドーム１１２で反射し、カメラ１１５の方向へ進行せず、測定すべき光の光量に損失が生じてしまう。光量に損失が生じると、信号対雑音比が劣化し、測定精度の低下要因となるという課題がある。
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光量の損失を抑制し、測定対象の光学特性を高精度に測定可能な光学特性測定装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、請求項１の光学特性測定装置は、測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、前記測定対象を照射する照明光源と、前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を屈折させる光学レンズと、前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、前記測定対象が、前記光学レンズの前側焦点位置に配置され、前記光学レンズが、正の焦点距離を有し、前記受光素子が、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする。
また、請求項２の光学特性測定装置は、請求項１に記載の光学特性測定装置において、前記光学レンズが、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を屈折させる、ことを特徴とする。
また、請求項３の光学特性測定装置は、請求項１または２に記載の光学特性測定装置において、さらに、前記光学レンズと前記受光素子との間に、前記光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、前記集光レンズアレイが、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、前記受光素子が、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする。
また、請求項４の光学特性測定装置は、測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、前記測定対象を照射する照明光源と、前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を反射させる第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡により反射した光を反射させる第２の放物面鏡と、前記第２の放物面鏡により反射した光を屈折させる光学レンズと、前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、前記測定対象が、前記第１の放物面鏡の焦点位置に配置され、前記第１の放物面鏡が、前記第２の放物面鏡により反射した光が前記光学レンズへ向けて通過するための輪状の開口部を備え、前記第２の放物面鏡及び前記光学レンズが、前記第２の放物面鏡の焦点位置と前記光学レンズの前側焦点位置とが一致するように配置され、前記光学レンズが、負の焦点距離を有し、前記受光素子が、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする。
また、請求項５の光学特性測定装置は、請求項４に記載の光学特性測定装置において、前記第１の放物面鏡が、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を反射させる、ことを特徴とする。
また、請求項６の光学特性測定装置は、請求項４または５に記載の光学特性測定装置において、さらに、前記光学レンズと前記受光素子との間に、前記光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、前記集光レンズアレイが、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、前記受光素子が、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする。
また、請求項７の光学特性測定装置は、測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、前記測定対象を照射する照明光源と、前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を反射させる第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡により反射した光を反射させる第２の放物面鏡と、前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を屈折させる第１の光学レンズ及び第２の光学レンズと、前記第２の放物面鏡により反射した光を屈折させる第３の光学レンズと、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズのそれぞれにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、前記測定対象が、前記第１の放物面鏡の焦点位置に配置され、前記第１の放物面鏡が、前記第２の放物面鏡により反射した光が前記第３の光学レンズへ向けて通過すると共に、前記測定対象にて反射した光が前記第２の光学レンズへ向けて通過するための輪状の開口部を備え、前記第２の放物面鏡及び前記第３の光学レンズが、前記第２の放物面鏡の焦点位置と前記第３の光学レンズの前側焦点位置とが一致するように配置され、前記第１の光学レンズが、正の焦点距離を有し、前記測定対象と前記受光素子とが光学的共役関係となるように配置され、前記第２の光学レンズが、正の焦点距離を有し、前記第２の光学レンズの前側焦点位置と前記測定対象の位置とが一致するように配置され、前記第３の光学レンズが、負の焦点距離を有し、前記受光素子が、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする。
また、請求項８の光学特性測定装置は、請求項７に記載の光学特性測定装置において、前記第１の放物面鏡が、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を反射させ、前記第１の光学レンズ及び前記第２の光学レンズが、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を屈折させる、ことを特徴とする。
また、請求項９の光学特性測定装置は、請求項７または８に記載の光学特性測定装置において、さらに、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズと前記受光素子との間に、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、前記集光レンズアレイが、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、前記受光素子が、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記第１の光学レンズにより屈折した光を受光すると共に、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする。
また、請求項１０の光学特性測定装置は、測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、前記測定対象を自発光体とし、前記測定対象にて複数の方向へ発光した光を屈折させる光学レンズと、前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、前記測定対象が、前記光学レンズの前側焦点位置に配置され、前記光学レンズが、正の焦点距離を有し、前記受光素子が、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、光量の損失を抑制し、測定対象の光学特性を高精度に測定することができる。
（１）は、実施例１における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。（２）は、実施例１の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。 （１）は、実施例２における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。（２）は、実施例２の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例３における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例３の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例４における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例４の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例５における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例５の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例６における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。 実施例６の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。 （１）は、実施例３，４及びそれらの変形例における遮蔽部材の第１設置例を示す概略図である。（２）は、実施例３，４及びそれらの変形例における遮蔽部材の第２設置例を示す概略図である。（３）は、実施例５，６及びそれらの変形例における遮蔽部材の第１設置例を示す概略図である。（４）は、実施例５，６及びそれらの変形例における遮蔽部材の第２設置例を示す概略図である。 （１）は、楕円鏡及び半透鏡を用いる従来の反射光測定装置の構成例を示す概略図である。（２）は、楕円透過鏡ドーム及び鏡面反射板を用いる従来の反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。実施例１，３，５の光学特性測定装置は、照明光源により測定対象を照明し、測定対象で反射した光を測定することにより、測定対象の反射特性を測定する反射光測定装置である。また、実施例２，４，６の光学特性測定装置は、照明光源により測定対象を照明し、測定対象を透過する光を測定することにより、測定対象の透過特性を測定する透過光測定装置である。
〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。図１（１）は、実施例１における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。この図は、反射光測定装置を横から見た断面を示している。後述する図１（２）、図３、図４、図７及び図８についても同様である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置１－１は、測定対象１１を設置する測定対象設置部１２、測定対象１１を照明する照明光源１３、測定対象１１にて複数の方向へ反射した光を屈折させる光学レンズ１４、及び、光学レンズ１４にて屈折した光を受光する受光素子１５を備えている。
また、図１（１）には、光学レンズ１４に入射する光の範囲を表す立体角１６ａが示されている。測定対象１１は、光学特性が測定される対象物である。
照明光源１３は、測定対象１１を照明することが可能な位置であって、測定対象１１にて反射した光を遮蔽しない位置に配置されている。光学レンズ１４は正の焦点距離を有し、光学レンズ１４の前側（測定対象１１側）焦点位置に測定対象１１が配置されている。受光素子１５は、光学レンズ１４に対して（を基準として）測定対象１１の反対側に、光学レンズ１４の光軸に直交する平面に配置されている。受光素子１５は、光量に応じて電気信号を出力する素子であり、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサー等が用いられるが、ＣＭＯＳイメージセンサーに限定されるものではない。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて反射した光のうち、光学レンズ１４の方向へ進行する光が、光学レンズ１４により屈折作用を受けた後、受光素子１５にて受光される。
測定対象１１では、立体角１６ａの範囲内で、様々な方向へ光が反射されるが、測定対象１１が光学レンズ１４の前側焦点位置に配置されているため、光学レンズ１４により屈折作用を受けた光は、平行光となって受光素子１５へ到達する。例えば図１（１）において、測定対象１１から光学レンズ１４の方向１６ｂへ反射した光は、光学レンズ１４の屈折作用により平行光となり、受光素子１５の位置１５ａで受光される。
このような構成により、反射光測定装置１－１は、測定対象１１にて複数の方向に反射した光の反射角（θ，φ）（θは鉛直方向の光の反射角、φは水平方向の光の反射角）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、反射光測定装置１－１は、反射角（θ，φ）の方向へ反射する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、反射光測定装置１－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の出力値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、反射光測定装置１－１は、測定対象１１の反射光特性を表す双方向反射率分布関数を算出するようにしてもよい。測定対象１１の双方向反射率分布関数を算出するためには、双方向反射率分布関数が既知である基準物体を準備しておく。この基準物体の双方向反射率分布関数は、鉛直方向の光の反射角θ及び水平方向の光の反射角φの関数ｆstd（θ，φ）として定義される。
反射光測定装置１－１に備えた演算部（図１（１）には示していない）は、事前に準備した基準物体について、図１（１）の構成にて、反射光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）を測定しておく。そして、演算部は、測定対象１１について、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定する。
演算部は、基準物体の予め設定された双方向反射率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された反射光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、以下の式にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。
［数１］
ｆobj(θ,φ)＝(Ｌobj(θ,φ)／Ｌstd(θ,φ))・ｆstd(θ,φ) ・・・（１）
これにより、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を得ることができる。
以上のように、実施例１の反射光測定装置１－１によれば、図１（１）に示した構成において光学レンズ１４を用いることで、測定対象１１の反射光を受光素子１５へ導くようにした。
前述のとおり、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法では、半透鏡１０５を一部の光が透過したり、楕円透過鏡ドーム１１２にて不要な散乱光が生じると共に、一部の光が反射したりすることで、測定するカメラ１０４，１１５での受光量に損失が生じ、測定精度が低下してしまうという問題があった。
これに対し、実施例１では、従来の手法におけるカメラ１０４，１１５内のレンズに相当する光学レンズ１４を備えているが、受光量の損失の原因となる半透鏡１０５、楕円透過鏡ドーム１１２等を備えていない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
〔実施例１の変形例〕
次に、実施例１の変形例について説明する。図１（２）は、実施例１の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置１－２は、測定対象設置部１２、照明光源１３、光学レンズ１４、受光素子１５、及び、光学レンズ１４と受光素子１５との間に集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａを備えて構成され、受光素子１５と平行となるように配置されている。また、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
反射光測定装置１－２は、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、反射光測定装置１－１と相違する。その他の構成は同じである。図１（２）において、図１（１）と共通する部分には図１（１）と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
また、図１（２）には、光学レンズ１４に入射する光のうち、集光レンズアレイ１７を構成する光学レンズ１７ａに入射する光の範囲を示す立体角１６ｃが示されている。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて反射した光のうち、光学レンズ１４の方向へ進行する光が、光学レンズ１４により屈折作用を受けた後、平行光となって集光レンズアレイ１７の方向へ進行する。
そして、測定対象１１にて反射した光学レンズ１４の方向へ進行する光のうち、方向１６ｂを中心とした立体角１６ｃを有する光が、光学レンズ１４を介して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５の位置１５ｂで受光される。
このような構成により、反射光測定装置１－２は、反射光測定装置１－１と同様に、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例１の変形例の反射光測定装置１－２によれば、反射光測定装置１－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１では、集光レンズアレイ１７を備えていないため、受光素子１５を構成する全ての画素が、測定対象１１にて複数の方向に反射する光の反射角（θ，φ）に対応付けられている。このため、高い角度分解能で反射特性を測定することができる利点があるが、反射光の輝度が低い場合は、信号対雑音比が低下し、輝度の測定が困難となる場合が想定される。
これに対し、実施例１の変形例の反射光測定装置１－２では、方向１６ｂを中心とした立体角１６ｃを有する光を光学レンズ１７ａで集光し、受光素子１５の位置１５ｂで受光する。これにより、反射光の輝度が低い場合であっても、信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。図２（１）は、実施例２における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。この図は、透過光測定装置を横から見た断面を示している。後述する図２（２）、図５、図６、図９及び図１０についても同様である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置２－１は、測定対象１１を設置する測定対象設置部１８、照明光源１３、光学レンズ１４及び受光素子１５を備えている。測定対象設置部１８は、照明光源１３により測定対象１１を照射するための開口部３０を備えている。照明光源１３は、測定対象１１を照明することが可能な位置であって、測定対象１１を透過した光を遮蔽しない位置に配置されている。
図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１とこの透過光測定装置２－１とを比較すると、反射光測定装置１－１及び透過光測定装置２－１は、光学レンズ１４及び受光素子１５を備えている点で共通する。一方、透過光測定装置２－１は、測定対象１１を照明する方向が反射光測定装置１－１とは異なる照明光源１３、及び開口部３０を備えた測定対象設置部１８を備えている点で、反射光測定装置１－１と相違する。
具体的には、反射光測定装置１－１に備えた照明光源１３は、光学レンズ１４が設けられた側から測定対象１１を照明する位置に配置されている。これに対し、透過光測定装置２－１に備えた照明光源１３は、測定対象１１を基準として光学レンズ１４が設けられていない側から測定対象設置部１８の開口部３０を介して、測定対象１１を照明する位置に配置されている。図２（１）において、図１（１）と共通する部分には図１（１）と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象設置部１８の開口部３０を介して測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて透過した光のうち、光学レンズ１４の方向へ進行する光が、光学レンズ１４により屈折作用を受けた後、受光素子１５にて受光される。
測定対象１１では、立体角１６ａの範囲内で、様々な方向へ光が透過するが、図１（１）と同様に、測定対象１１が光学レンズ１４の前側焦点位置に配置されているため、光学レンズ１４により屈折作用を受けた光は、平行光となって受光素子１５へ到達する。
受光素子１５にて受光した光が測定対象１１にて反射した光ではなく、測定対象１１を透過した光である点を除き、その光路は、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１の場合と同じである。
このような構成により、透過光測定装置２－１は、複数の方向に透過した光の透過角（θ，φ）（θは鉛直方向の光の透過角、φは水平方向の光の透過角）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、透過光測定装置２－１は、透過角（θ，φ）の方向へ透過する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、透過光測定装置２－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の測定値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、透過光測定装置２－１は、測定対象１１の透過光特性を表す双方向透過率分布関数を算出するようにしてもよい。測定対象１１の双方向透過率分布関数を算出するためには、双方向透過率分布関数が既知である基準物体を準備しておく。この基準物体の双方向透過率分布関数は、鉛直方向の光の透過角θ及び水平方向の光の透過角φの関数ｆstd（θ，φ）として定義される。
透過光測定装置２－１に備えた演算部（図２（１）には示していない）は、事前に準備した基準物体について、図２（１）の構成にて、透過光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）を測定しておく。そして、演算部は、測定対象１１について、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定する。
演算部は、基準物体の予め設定された双方向透過率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された透過光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。これにより、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を得ることができる。
以上のように、実施例２の透過光測定装置２－１によれば、図２（１）に示した構成において光学レンズ１４を用いることで、測定対象１１の透過光を受光素子１５へ導くようにした。
これにより、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法のような光量の損失が生じることがない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
〔実施例２の変形例〕
次に、実施例２の変形例について説明する。図２（２）は、実施例２の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置２－２は、測定対象設置部１８、照明光源１３、光学レンズ１４、受光素子１５及び集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、図１（２）に示した実施例１の反射光測定装置１－２に備えた集光レンズアレイ１７と同様に、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａにより構成され、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
透過光測定装置２－２は、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、透過光測定装置２－１と相違する。その他の構成は同じである。図２（２）において、図２（１）と共通する部分には図２（１）と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて透過した光のうち、光学レンズ１４の方向へ進行する光が、光学レンズ１４により屈折作用を受けた後、平行光となって集光レンズアレイ１７の方向へ進行する。
そして、測定対象１１にて透過した光学レンズ１４の方向へ進行する光のうち、方向１６ｂを中心とした立体角１６ｃを有する光が、光学レンズ１４を介して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５の位置１５ｂで受光される。
このような構成により、透過光測定装置２－２は、透過光測定装置２－１と同様に、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例２の変形例の透過光測定装置２－２によれば、透過光測定装置２－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１では、集光レンズアレイ１７を備えていないため、受光素子１５を構成する全ての画素が、測定対象１１にて複数の方向に透過する光の透過角（θ，φ）に対応付けられている。このため、高い角度分解能で透過特性を測定することができる利点があるが、透過光の輝度が低い場合は、信号対雑音比が低下し、輝度の測定が困難となる場合が想定される。
これに対し、実施例２の変形例の透過光測定装置２－２では、方向１６ｂを中心とした立体角１６ｃを有する光を光学レンズ１７ａで集光し、受光素子１５の位置１５ｂで受光する。これにより、透過光の輝度が低い場合であっても、信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。図３は、実施例３における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置３－１は、測定対象設置部１２、照明光源１３、測定対象１１にて複数の方向へ反射した光を反射させる放物面鏡１９、放物面鏡１９にて反射した光をさらに反射させる放物面鏡２０、放物面鏡２０にて反射した光の方向を屈折させる光学レンズ２１、測定対象１１にて反射した光の一部を遮蔽する遮蔽部材３１、及び、光学レンズ２１にて屈折した光を受光する受光素子１５を備えている。
また、図３には、放物面鏡１９に入射する光の範囲を表す立体角１６ａが示されている。放物面鏡１９は、中央に開口を有する放物面の形状で構成されている。放物面鏡２０は、放物面の形状で構成されている。遮蔽部材３１は、円形状の平板で構成されている。
測定対象１１は、放物面鏡１９の焦点位置に配置されている。照明光源１３は、放物面鏡１９に備えた後述する開口部２２を介して、測定対象１１を照明することが可能な位置であって、測定対象１１にて反射した光を遮蔽しない位置に配置されている。
放物面鏡１９は、放物面鏡２０にて反射した光を光学レンズ２１の方向へ通過させるための輪状の開口部２２を備えている。つまり、開口部２２は、照明光源１３が測定対象１１を照明し、かつ放物面鏡２０にて反射した光が光学レンズ２１へ向けて通過するための開口である。
放物面鏡２０及び光学レンズ２１は、放物面鏡２０の焦点位置と光学レンズ２１の前側（測定対象１１とは反対側）焦点位置とが一致する状態（一致する位置が焦点２３である。）で配置されている。光学レンズ２１は、負の焦点距離を有する。
受光素子１５は、光学レンズ２１に対して（を基準として）測定対象１１の反対側に、光学レンズ２１の光軸に直交する平面に配置されている。遮蔽部材３１は、放物面鏡１９に備えた輪状の開口部２２の中央に設けられており、測定対象１１にて反射した光が光学レンズ２１へ直接進行しないように、当該光の進行を遮蔽すると共に、当該光を反射させない材料で構成されている。
図１１（１）は、実施例３，４及びそれらの変形例における遮蔽部材３１の第１設置例を示す概略図であり、図１１（２）は、遮蔽部材３１の第２設置例を示す概略図である。
図１１（１）に示す第１設置例では、遮蔽部材３１は、当該遮蔽部材３１の中心と光学レンズ２１の中心とを固定する保持部材３３により、光学レンズ２１に保持されるように設置される。遮蔽部材３１の中心と保持部材３３の一端とは、例えば接着剤により固定され、光学レンズ２１の中心と保持部材３３の他端とは、例えば接着剤により固定される。保持部材３３は、反射光または後述する図５及び図６に示す透過光が通過しない位置に設置される。
また、図１１（２）に示す第２設置例では、遮蔽部材３１は、当該遮蔽部材３１及び放物面鏡１９の中心を通る直線上において、当該遮蔽部材３１の外縁と放物面鏡１９の内縁とを固定する２つの保持部材３４－１，３４－２により、放物面鏡１９に保持されるように設置される。遮蔽部材３１の外縁の所定箇所と保持部材３４－１の一端とは、例えば接着剤により固定され、放物面鏡１９の内縁の所定箇所と、保持部材３４－１の他端とは、例えば接着剤により固定される。同様に、遮蔽部材３１の外縁の他の箇所と保持部材３４－２の一端とは、例えば接着剤により固定され、放物面鏡１９の内縁の他の箇所と、保持部材３４－２の他端とは、例えば接着剤により固定される。
（光路）
図３に戻って、照明光源１３により測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて反射した光のうち、放物面鏡１９の方向へ進行する光が、放物面鏡１９にて反射作用を受けた後、平行光となって放物面鏡２０の方向へ進行する。そして、放物面鏡２０にて反射した光が、開口部２２を介して放物面鏡２０の焦点２３の方向へ進行するが、光学レンズ２１の屈折作用を受けた後、受光素子１５にて受光される。
測定対象１１では、立体角１６ａの範囲内で様々な方向へ光が反射し、その反射光が放物面鏡２０にて反射するが、放物面鏡２０の焦点位置と光学レンズ２１の前側焦点位置とが一致する状態で配置されているため、光学レンズ２１により屈折作用を受けた光は、平行光となって受光素子１５へ到達する。例えば図３において、測定対象１１から放物面鏡１９，２０を介して、光学レンズ２１の方向１６ｂへ反射した光は、光学レンズ２１の屈折作用により平行光となり、受光素子１５の位置１５ａで受光される。
このような構成により、反射光測定装置３－１は、測定対象１１にて複数の方向に反射した光の反射角（θ，φ）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、反射光測定装置３－１は、反射角（θ，φ）の方向へ反射する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、反射光測定装置３－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の出力値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、反射光測定装置３－１は、放物面鏡１９の開口部２２を通して、照明光源１３により測定対象１１を照明するが、放物面鏡１９と測定対象１１との間の任意の位置に照明光源１３を配置して、測定対象１１を照明するようにしてもよい。
また、反射光測定装置３－１は、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、測定対象１１の反射光特性を表す双方向反射率分布関数を算出するようにしてもよい。この場合、反射光測定装置３－１に備えた演算部（図３には示していない）は、基準物体の予め設定された双方向反射率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された反射光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。
以上のように、実施例３の反射光測定装置３－１によれば、図３に示した構成において、放物面鏡１９，２０及び光学レンズ２１を用いることで、測定対象１１の反射光を受光素子１５へ導くようにした。
これにより、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法のような光量の損失が生じることがない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１では、広範囲の反射光を測定する場合、光学レンズ１４のサイズを大きくする必要がある。これに対し、実施例３の反射光測定装置３－１では、光学レンズ１４に比べ、光学レンズ２１のサイズは小さくて済む。つまり、反射光測定装置３－１では、光学レンズ２１のサイズを大きくすることなく、広範囲の反射光を測定することができるため、コストを下げると共に、省スペース化を実現できる。
〔実施例３の変形例〕
次に、実施例３の変形例について説明する。図４は、実施例３の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置３－２は、測定対象設置部１２、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２１、遮蔽部材３１、受光素子１５、及び、光学レンズ２１と受光素子１５との間に集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａを備えて構成され、受光素子１５と平行となるように配置されている。また、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
反射光測定装置３－２は、図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、反射光測定装置３－１と相違する。その他の構成は同じである。図４において、図３と共通する部分には図３と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されてから、測定対象１１にて反射した光が放物面鏡１９，２０にて反射し、光学レンズ２１の屈折作用を受けた後に平行光となるまでの光路は、図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１と同様である。
測定対象１１にて反射し、放物面鏡１９，２０にて反射して開口部２２を介して光学レンズ２１の方向へ進行する光のうち、方向１６ｂを中心とした図示しない立体角（図１（２）の立体角１６ｃに相当）を有する光が、光学レンズ２１を介して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５の位置１５ｂで受光される。
このような構成により、反射光測定装置３－２は、反射光測定装置３－１と同様に、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例３の変形例の反射光測定装置３－２によれば、反射光測定装置３－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、実施例３の変形例の反射光測定装置３－２は、方向１６ｂを中心とした図示しない立体角を有する光を光学レンズ１７ａで集光し、受光素子１５の位置１５ｂで受光する。これにより、実施例１の変形例と同様に、反射光の輝度が低い場合であっても、実施例３の反射光測定装置３－１よりも信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
〔実施例４〕
次に、実施例４について説明する。図５は、実施例４における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置４－１は、測定対象１１を設置する測定対象設置部１８、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２１、遮蔽部材３１及び受光素子１５を備えている。測定対象設置部１８は、図２（１）と同様に、照明光源１３により測定対象１１を照射するための開口部３０を備えている。
図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１とこの透過光測定装置４－１とを比較すると、反射光測定装置３－１及び透過光測定装置４－１は、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２１、遮蔽部材３１及び受光素子１５を備えている点で共通する。一方、透過光測定装置４－１は、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１と同様に、測定対象１１を照明する方向が反射光測定装置３－１とは異なる照明光源１３、及び開口部３０を備えた測定対象設置部１８を備えている点で、反射光測定装置３－１と相違する。図５において、図３と共通する部分には図３と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象設置部１８の開口部３０を介して測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて透過した光のうち、放物面鏡１９の方向へ進行する光が、放物面鏡１９にて反射作用を受けた後、平行光となって放物面鏡２０の方向へ進行する。そして、図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１と同様に、放物面鏡２０にて反射した光が、放物面鏡２０の焦点２３の方向へ進行するが、光学レンズ２１の屈折作用を受けた後、受光素子１５にて受光される。
受光素子１５で受光した光が測定対象１１にて反射した光ではなく、測定対象１１を透過した光である点を除いて、その光路は、図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１と同様である。
このような構成により、透過光測定装置４－１は、複数の方向に透過した光の透過角（θ，φ）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、透過光測定装置４－１は、透過角（θ，φ）の方向へ透過する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、透過光測定装置４－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の測定値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、透過光測定装置４－１は、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１と同様に、測定対象１１の透過光特性を表す双方向透過率分布関数を算出するようにしてもよい。この場合、透過光測定装置４－１に備えた演算部（図５には示していない）は、基準物体の予め設定された双方向透過率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された透過光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。
以上のように、実施例４の透過光測定装置４－１によれば、図５に示した構成において、放物面鏡１９，２０及び光学レンズ２１を用いることで、測定対象１１の透過光を受光素子１５へ導くようにした。
これにより、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法のような光量の損失が生じることがない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１では、広範囲の透過光を測定する場合、光学レンズ１４のサイズを大きくする必要がある。これに対し、実施例４の透過光測定装置４－１では、光学レンズ１４に比べ、光学レンズ２１のサイズは小さくて済む。つまり、透過光測定装置４－１では、光学レンズ２１のサイズを大きくすることなく、広範囲の透過光を測定することができるため、コストを下げると共に、省スペース化を実現できる。
〔実施例４の変形例〕
次に、実施例４の変形例について説明する。図６は、実施例４の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置４－２は、測定対象設置部１８、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２１、受光素子１５及び集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、図２（２）に示した実施例２の変形例の透過光測定装置２－２に備えた集光レンズアレイ１７と同様に、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａにより構成され、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
透過光測定装置４－２は、図５に示した実施例４の透過光測定装置４－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、透過光測定装置４－１と相違する。その他の構成は同じである。図６において、図５と共通する部分には図５と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象設置部１８の開口部３０を介して測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて透過した光のうち、放物面鏡１９の方向へ進行する光が、図５に示した実施例４の透過光測定装置４－１と同様に、放物面鏡１９にて反射作用を受けた後、平行光となって放物面鏡２０の方向へ進行し、放物面鏡２０にて反射した光が、放物面鏡２０の焦点２３の方向へ進行するが、光学レンズ２１の屈折作用を受けた後、平行光となって集光レンズアレイ１７の方向へ進行する。
受光素子１５で受光した光が測定対象１１にて反射した光ではなく、測定対象１１を透過した光である点を除いて、その光路は、図４に示した実施例３の変形例の反射光測定装置３－２と同様である。
このような構成により、透過光測定装置４－２は、透過光測定装置４－１と同様に、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例４の変形例の透過光測定装置４－２によれば、透過光測定装置４－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、実施例４の変形例の透過光測定装置４－２では、実施例２の変形例と同様に、透過光の輝度が低い場合であっても、実施例４の透過光測定装置４－１よりも信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
また、実施例４の変形例の透過光測定装置４－２では、実施例２の変形例における光学レンズ１４に比べて、光学レンズ２１のサイズを大きくすることなく、広範囲の透過光を測定することができるため、コストを下げると共に、省スペース化を実現できる。
〔実施例５〕
次に、実施例５について説明する。図７は、実施例５における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置５－１は、測定対象設置部１２、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、測定対象１１から複数の方向へ反射する光の方向を屈折させる光学レンズ２４，２５、放物面鏡２０にて反射した光の方向を屈折させる光学レンズ２６、測定対象１１にて反射した光の一部を遮蔽する遮蔽部材３２、及び、光学レンズ２４，２５，２６にて屈折した光を受光する受光素子１５を備えている。
また、図７には、放物面鏡１９に入射する光の範囲を表す立体角１６ａ、光学レンズ２４に入射する光の範囲を表す立体角１６ｃ、及び、光学レンズ２５に入射する光の範囲を表す立体角１６ｄが示されている。放物面鏡１９，２０は、図３に示した放物面鏡１９，２０と同様の形状にて構成されている。光学レンズ２４，２５，２６は一体的に構成されている。遮蔽部材３２は、中央に開口部２７を備えたリング状の平板で構成されている。
測定対象１１は、放物面鏡１９の焦点位置に配置されている。照明光源１３は、放物面鏡１９に備えた開口部２２を介して、測定対象１１を照明することが可能な位置であって、測定対象１１にて反射した光を遮蔽しない位置に配置されている。
放物面鏡１９は、測定対象１１にて反射した光を光学レンズ２５の方向へ通過させると共に、放物面鏡２０にて反射した光を光学レンズ２６の方向へ通過させるための輪状の開口部２２を備えている。つまり、開口部２２は、照明光源１３が測定対象１１を照明し、かつ測定対象１１にて反射した光が光学レンズ２５へ向けて通過し、かつ放物面鏡２０にて反射した光が光学レンズ２６へ向けて通過するための開口である。
放物面鏡２０及び光学レンズ２６は、放物面鏡２０の焦点位置と光学レンズ２６の前側焦点位置とが一致する状態（一致する位置が焦点２３である。）で配置されている。光学レンズ２６は、負の焦点距離を有する。
光学レンズ２４は、測定対象１１及び受光素子１５が光学的共役関係となるように配置されている。光学レンズ２５は、光学レンズ２５の前側焦点位置と測定対象１１の位置とが一致する状態で配置されている。光学レンズ２４，２５は、正の焦点距離を有する。
受光素子１５は、光学レンズ２４，２５，２６に対して（を基準として）測定対象１１の反対側に、光学レンズ２４，２５，２６の光軸に直交する平面に配置されている。遮蔽部材３２は、放物面鏡１９に備えた輪状の開口部２２の中央に設けられており、測定対象１１にて反射した光が光学レンズ２６へ直接進行しないように、当該光の進行を遮蔽すると共に、当該光を反射させない材料で構成されている。
図１１（３）は、実施例５，６及びそれらの変形例における遮蔽部材３２の第１設置例を示す概略図であり、図１１（４）は、実施例５，６及びそれらの変形例における遮蔽部材３２の第２設置例を示す概略図である。
図１１（３）に示す第１設置例では、遮蔽部材３２は、当該遮蔽部材３２に備えた開口部２７に近い個所と光学レンズ２４，２６の結合した個所（または光学レンズ２４，２６のいずれかの個所）とを固定する２つの保持部材３３－１，３３－２により、光学レンズ２４，２５，２６に保持されるように設置される。保持部材３３－１，３３－２は、反射光または後述する図９及び図１０に示す透過光が通過しない位置に設置される。
また、図１１（４）に示す第２設置例では、遮蔽部材３２は、当該遮蔽部材３２及び放物面鏡１９の中心を通る直線上において、当該遮蔽部材３２の外縁と放物面鏡１９の内縁とを固定する２つの保持部材３４－１，３４－２により、放物面鏡１９に保持されるように設置される。
図１１（３）に示す第１設置例では、図１１（１）と同様に、遮蔽部材３２及び光学レンズ２４，２６と保持部材３３－１，３３－２の端とが、例えば接着剤により固定される。また、図１１（４）に示す第２設置例では、図１１（２）と同様に、遮蔽部材３２及び放物面鏡１９と保持部材３４－１，３４－２の端とが、例えば接着剤により固定される。
（光路）
図７に戻って、照明光源１３により測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて反射した光のうち、放物面鏡１９の方向へ進行する光が、放物面鏡１９にて反射作用を受けた後、平行光となって放物面鏡２０の方向へ進行する。そして、放物面鏡２０にて反射した光が、開口部２２を介して放物面鏡２０の焦点２３の方向へ進行するが、光学レンズ２６の屈折作用を受けた後、平行光となって受光素子１５にて受光される。例えば、測定対象１１にて反射した光のうち、放物面鏡１９へ進行して反射し、放物面鏡２０へ進行して反射した方向１６ｂの光が、光学レンズ２６の屈折作用を受けた後、受光素子１５の位置１５ａにて受光される。
また、測定対象１１では、立体角１６ｄの範囲内で、様々な方向へ光が反射するが、光学レンズ２５の前側焦点位置と測定対象１１の位置とが一致する状態で配置されているため、光学レンズ２５により屈折作用を受けた光は、平行光となって受光素子１５へ到達する。例えば、測定対象１１にて反射した光のうち方向１６ｅの光が、光学レンズ２５にて屈折した後、受光素子１５の位置１５ｂにて受光される。
また、測定対象１１にて反射した光のうち、遮蔽部材３２に備えた開口部２７を通過した立体角１６ｃの光が、光学レンズ２４の方向へ進行し、光学レンズ２４にて屈折作用を受けた後、受光素子１５の位置１５ｃにて受光される。
このような構成により、反射光測定装置５－１は、測定対象１１にて複数の方向に反射した光の反射角（θ，φ）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、反射光測定装置５－１は、反射角（θ，φ）の方向へ反射する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、反射光測定装置５－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の出力値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、反射光測定装置５－１は、放物面鏡１９の開口部２２を通して、照明光源１３により測定対象１１を照明するが、放物面鏡１９と測定対象１１との間の任意の位置に照明光源１３を配置して、測定対象１１を照明するようにしてもよい。
また、反射光測定装置５－１は、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、測定対象１１の反射光特性を表す双方向反射率分布関数を算出するようにしてもよい。この場合、反射光測定装置５－１に備えた演算部（図７には示していない）は、基準物体の予め設定された双方向反射率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された反射光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。
以上のように、実施例５の反射光測定装置５－１によれば、図７に示した構成において、放物面鏡１９，２０及び光学レンズ２４，２５，２６を用いることで、測定対象１１の反射光を受光素子１５へ導くようにした。
これにより、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法のような光量の損失が生じることがない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、図３に示した実施例３の反射光測定装置３－１では、遮蔽部材３１が設置されているため、角度の浅い反射光について測定することができない。これに対し、実施例５の反射光測定装置５－１では、遮蔽部材３２に開口部２７が設けられているため、角度の浅い反射光についても測定することができる。
〔実施例５の変形例〕
次に、実施例５の変形例について説明する。図８は、実施例５の変形例における反射光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この反射光測定装置５－２は、測定対象設置部１２、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２４，２５，２６、遮蔽部材３２、受光素子１５、及び、光学レンズ２４，２５，２６と受光素子１５との間に集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａを備えて構成され、受光素子１５と平行となるように配置されている。また、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
反射光測定装置５－２は、図７に示した実施例５の反射光測定装置５－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、反射光測定装置５－１と相違する。その他の構成は同じである。図８において、図７と共通する部分には図７と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されてから、測定対象１１にて反射した光が放物面鏡１９，２０にて反射し、光学レンズ２６の屈折作用を受けた後に平行光となるまでの光路、測定対象１１にて反射した光が光学レンズ２５の屈折作用を受けた後に平行光となるまでの光路、及び、測定対象１１にて反射した光が光学レンズ２４の屈折作用を受けて受光素子１５の方向へ進行する光路は、図７に示した実施例５の反射光測定装置５－１と同様である。
測定対象１１にて反射し、放物面鏡１９，２０にて反射し、開口部２２を通過して光学レンズ２６の方向へ進行する光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２６にて屈折して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５にて受光される。
また、測定対象１１にて反射し、開口部２２を通過した光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２５にて屈折して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５にて受光される。
また、測定対象１１にて反射し、開口部２７を通過した光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２４にて屈折して受光素子１５で受光される。
このような構成により、反射光測定装置５－２は、反射光測定装置５－１と同様に、反射光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向反射率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例５の変形例の反射光測定装置５－２によれば、反射光測定装置５－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、実施例５の変形例の反射光測定装置５－２は、実施例１の変形例と同様に、反射光の輝度が低い場合であっても、実施例５の反射光測定装置５－１よりも信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
〔実施例６〕
次に、実施例６について説明する。図９は、実施例６における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置６－１は、測定対象１１を設置する測定対象設置部１８、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２４，２５，２６、遮蔽部材３２及び受光素子１５を備えている。測定対象設置部１８は、図２（１）と同様に、照明光源１３により測定対象１１を照射するための開口部３０を備えている。
図７に示した実施例５の反射光測定装置５－１とこの透過光測定装置６－１とを比較すると、反射光測定装置５－１及び透過光測定装置６－１は、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２４，２５，２６、遮蔽部材３２及び受光素子１５を備えている点で共通する。一方、透過光測定装置６－１は、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１と同様に、測定対象１１を照明する方向が反射光測定装置５－１とは異なる照明光源１３、及び開口部３０を備えた測定対象設置部１８を備えている点で、反射光測定装置５－１と相違する。図９において、図７と共通する部分には図７と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象設置部１８の開口部３０を介して測定対象１１が照明されると、測定対象１１にて透過した光のうち、放物面鏡１９の方向へ進行する光が、放物面鏡１９にて反射作用を受けた後、平行光となって放物面鏡２０の方向へ進行する。そして、図７に示した実施例５の反射光測定装置５－１と同様に、放物面鏡２０にて反射した光が、放物面鏡２０の焦点２３の方向へ進行するが、光学レンズ２６の屈折作用を受けた後、平行光となって受光素子１５にて受光される。
また、測定対象１１にて透過した光のうち、放物面鏡１９に備えた開口部２２を介して光学レンズ２５の方向へ進行する光が、光学レンズ２５の屈折作用を受けた後、平行光となって受光素子１５にて受光される。また、測定対象１１にて透過した光のうち、遮蔽部材３２に備えた開口部２７を介して光学レンズ２４の方向へ進行する光が、光学レンズ２４の屈折作用を受けた後、受光素子１５にて受光される。
受光素子１５で受光した光が測定対象１１にて反射した光ではなく、測定対象１１を透過した光である点を除いて、その光路は、図７に示した実施例５の反射光測定装置５－１と同様である。
このような構成により、透過光測定装置６－１は、複数の方向に透過した光の透過角（θ，φ）と、受光素子１５で受光される位置とが対応付けられた形で、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができる。
尚、透過光測定装置６－１は、透過角（θ，φ）の方向へ透過する光の輝度として、受光素子１５を構成する画素毎の出力値を測定してもよい。また、透過光測定装置６－１は、受光素子１５を構成する複数の画素の測定値に対して、平均値を算出する等の統計的な処理を施すようにしてもよい。
また、透過光測定装置６－１は、図２（１）に示した実施例２の透過光測定装置２－１と同様に、測定対象１１の透過光特性を表す双方向透過率分布関数を算出するようにしてもよい。この場合、透過光測定装置６－１に備えた演算部（図９には示していない）は、基準物体の予め設定された双方向透過率分布関数ｆstd（θ，φ）、基準物体の測定された透過光の輝度分布Ｌstd（θ，φ）及び測定対象１１の測定された透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を用いて、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出する。
以上のように、実施例６の透過光測定装置６－１によれば、図９に示した構成において、放物面鏡１９，２０及び光学レンズ２４，２５，２６を用いることで、測定対象１１の透過光を受光素子１５へ導くようにした。
これにより、図１（１）に示した実施例１の反射光測定装置１－１と同様に、図１２（１）及び図１２（２）に示した従来の手法のような光量の損失が生じることがない。したがって、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、図５に示した実施例４の透過光測定装置４－１では、遮蔽部材３１が設置されているため、角度の浅い透過光について測定することができない。これに対し、実施例６の透過光測定装置６－１では、遮蔽部材３２に開口部２７が設けられているため、角度の浅い透過光についても測定することができる。
〔実施例６の変形例〕
次に、実施例６の変形例について説明する。図１０は、実施例６の変形例における透過光測定装置の構成例を示す概略図である。
（構成及び配置）
この透過光測定装置６－２は、測定対象設置部１８、照明光源１３、放物面鏡１９，２０、光学レンズ２４，２５，２６、遮蔽部材３２、受光素子１５、及び、光学レンズ２４，２５，２６と受光素子１５との間に集光レンズアレイ１７を備えている。
集光レンズアレイ１７は、正の焦点距離を有する複数の光学レンズ１７ａを備えて構成され、受光素子１５と平行となるように配置されている。また、光学レンズ１７ａの焦点距離だけ離れた位置に、受光素子１５が配置されている。
透過光測定装置６－２は、図９に示した実施例６の透過光測定装置６－１の構成に加え、集光レンズアレイ１７を備えている点で、透過光測定装置６－１と相違する。その他の構成は同じである。図１０において、図９と共通する部分には図９と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
（光路）
照明光源１３により測定対象１１が照明されてから、測定対象１１にて透過した光が放物面鏡１９，２０にて反射し、光学レンズ２６の屈折作用を受けた後に平行光となるまでの光路、測定対象１１にて透過した光が光学レンズ２５の屈折作用を受けた後に平行光となるまでの光路、及び、測定対象１１にて透過した光が光学レンズ２４の屈折作用を受けて受光素子１５の方向へ進行する光路は、図９に示した実施例６の透過光測定装置６－１と同様である。
測定対象１１にて透過し、放物面鏡１９，２０にて反射し、開口部２２を通過して光学レンズ２６の方向へ進行する光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２６にて屈折して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５にて受光される。
また、測定対象１１にて透過し、開口部２２を通過した光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２５にて屈折して光学レンズ１７ａで集光され、受光素子１５にて受光される。
また、測定対象１１にて透過し、開口部２７を通過した光のうち、図示しない立体角を有する光が、光学レンズ２４にて屈折して受光素子１５で受光される。
このような構成により、透過光測定装置６－２は、透過光測定装置６－１と同様に、透過光の輝度分布Ｌobj（θ，φ）を測定することができ、前記式（１）にて、測定対象１１の双方向透過率分布関数ｆobj（θ，φ）を算出することができる。
以上のように、実施例６の変形例の透過光測定装置６－２によれば、透過光測定装置６－１と同様に、光量の損失を抑制し、測定対象１１の光学特性を高精度に測定することができる。
また、実施例６の変形例の透過光測定装置６－２は、実施例２の変形例と同様に、透過光の輝度が低い場合であっても、実施例６の透過光測定装置６－１よりも信号対雑音比の低下を回避することができ、結果として、測定対象１１の光学特性を一層高精度に測定することができる。
以上、実施例１～６を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１～６に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、前記実施例１，３，５及びそれらの変形例では、照明光源１３により測定対象１１を照明し、測定対象１１で反射した光を測定することで、測定対象１１の反射特性を測定するようにした。また、前記実施例２，４，６及びそれらの変形例では、照明光源１３により測定対象１１を照明し、測定対象１１で透過した光を測定することで、測定対象１１の透過特性を測定するようにした。
これに対し、本発明は、測定対象１１が自発光体である場合についても適用がある。具体的には、光学特性測定装置は、照明光源１３を用いることなく、実施例１～６及びそれらの変形例の構成により、測定対象１１である自発光体の配光分布を測定することで、測定対象１１の光学特性を測定する。
具体的には、実施例１，２に対応する光学特性測定装置は、測定対象１１にて複数の方向へ発光した光を屈折させる光学レンズ１４及び受光素子１５を備える。また、実施例１，２の変形例に対応する光学特性測定装置は、さらに集光レンズアレイ１７を備える。
実施例３，４に対応する光学特性測定装置は、測定対象１１にて複数の方向へ発光した光を反射させる放物面鏡１９、放物面鏡２０、光学レンズ２１及び受光素子１５を備える。また、実施例３，４の変形例に対応する光学特性測定装置は、さらに集光レンズアレイ１７を備える。
実施例５，６に対応する光学特性測定装置は、測定対象１１にて複数の方向へ発光した光を反射させる放物面鏡１９、放物面鏡２０、測定対象１１にて複数の方向へ発光した光を屈折させる光学レンズ２４，２５、放物面鏡２０にて反射した光を屈折させる光学レンズ２６、及び受光素子１５を備える。また、実施例５，６の変形例に対応する光学特性測定装置は、さらに集光レンズアレイ１７を備える。
また、実施例１～６及びそれらの変形例の反射光測定装置１－１等は、照明光源１３と測定対象１１との間に任意の偏光フィルタを備えるようにしてもよいし、受光素子１５と光学レンズ１４等との間に任意の偏光フィルタを備えるようにしてもよい。測定対象１１が自発光体の場合には、自発光測定装置は、測定対象１１である自発光体と光学レンズ１４等との間に任意の偏光フィルタを備えるようにしてもよく、受光素子１５と光学レンズ１４等との間に任意の偏光フィルタを備えるようにしてもよい。
１－１，１－２，３－１，３－２，５－１，５－２，１００，１１０ 反射光測定装置
２－１，２－２，４－１，４－２，６－１，６－２ 透過光測定装置
１１，１０１，１１１ 測定対象
１２，１８ 測定対象設置部
１３，１１４ 照明光源
１４，１７ａ，２１，２４，２５，２６ 光学レンズ
１５ 受光素子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 位置
１６ａ，１６ｃ，１６ｄ 立体角
１６ｂ，１６ｅ，１１８ 方向
１７ 集光レンズアレイ
１９，２０ 放物面鏡
２２，２７，３０，１１７ 開口部
２３ 焦点
３１，３２ 遮蔽部材
３３，３３－１，３３－２，３４－１，３４－２ 保持部材
１０２ 楕円鏡
１０３ プロジェクター
１０４，１１５ カメラ
１０５ 半透鏡
１０６ イメージプレーン
１１２ 楕円透過鏡ドーム
１１３ 鏡面反射板
１１６ 筒状部材

Claims (10)

  1. 測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
    前記測定対象を照射する照明光源と、
    前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を屈折させる光学レンズと、
    前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、
    前記測定対象は、前記光学レンズの前側焦点位置に配置され、
    前記光学レンズは、正の焦点距離を有し、
    前記受光素子は、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  2. 請求項１に記載の光学特性測定装置において、
    前記光学レンズは、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を屈折させる、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  3. 請求項１または２に記載の光学特性測定装置において、
    さらに、前記光学レンズと前記受光素子との間に、前記光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、
    前記集光レンズアレイは、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、
    前記受光素子は、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  4. 測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
    前記測定対象を照射する照明光源と、
    前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を反射させる第１の放物面鏡と、
    前記第１の放物面鏡により反射した光を反射させる第２の放物面鏡と、
    前記第２の放物面鏡により反射した光を屈折させる光学レンズと、
    前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、
    前記測定対象は、前記第１の放物面鏡の焦点位置に配置され、
    前記第１の放物面鏡は、前記第２の放物面鏡により反射した光が前記光学レンズへ向けて通過するための輪状の開口部を備え、
    前記第２の放物面鏡及び前記光学レンズは、前記第２の放物面鏡の焦点位置と前記光学レンズの前側焦点位置とが一致するように配置され、
    前記光学レンズは、負の焦点距離を有し、
    前記受光素子は、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  5. 請求項４に記載の光学特性測定装置において、
    前記第１の放物面鏡は、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を反射させる、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  6. 請求項４または５に記載の光学特性測定装置において、
    さらに、前記光学レンズと前記受光素子との間に、前記光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、
    前記集光レンズアレイは、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、
    前記受光素子は、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  7. 測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
    前記測定対象を照射する照明光源と、
    前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を反射させる第１の放物面鏡と、
    前記第１の放物面鏡により反射した光を反射させる第２の放物面鏡と、
    前記測定対象にて複数の方向へ反射した光を屈折させる第１の光学レンズ及び第２の光学レンズと、
    前記第２の放物面鏡により反射した光を屈折させる第３の光学レンズと、
    前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズのそれぞれにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、
    前記測定対象は、前記第１の放物面鏡の焦点位置に配置され、
    前記第１の放物面鏡は、前記第２の放物面鏡により反射した光が前記第３の光学レンズへ向けて通過すると共に、前記測定対象にて反射した光が前記第２の光学レンズへ向けて通過するための輪状の開口部を備え、
    前記第２の放物面鏡及び前記第３の光学レンズは、前記第２の放物面鏡の焦点位置と前記第３の光学レンズの前側焦点位置とが一致するように配置され、
    前記第１の光学レンズは、正の焦点距離を有し、前記測定対象と前記受光素子とが光学的共役関係となるように配置され、
    前記第２の光学レンズは、正の焦点距離を有し、前記第２の光学レンズの前側焦点位置と前記測定対象の位置とが一致するように配置され、
    前記第３の光学レンズは、負の焦点距離を有し、
    前記受光素子は、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  8. 請求項７に記載の光学特性測定装置において、
    前記第１の放物面鏡は、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を反射させ、
    前記第１の光学レンズ及び前記第２の光学レンズは、前記測定対象にて複数の方向へ透過した光を屈折させる、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  9. 請求項７または８に記載の光学特性測定装置において、
    さらに、前記第１の光学レンズ、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズと前記受光素子との間に、前記第２の光学レンズ及び前記第３の光学レンズにより屈折した光を集光する集光レンズアレイを備え、
    前記集光レンズアレイは、正の焦点距離を有する複数のレンズを備え、前記受光素子と平行になるように配置され、
    前記受光素子は、前記複数のレンズの前記焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記第１の光学レンズにより屈折した光を受光すると共に、前記集光レンズアレイにより集光した光を受光する、ことを特徴とする光学特性測定装置。
  10. 測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
    前記測定対象を自発光体とし、
    前記測定対象にて複数の方向へ発光した光を屈折させる光学レンズと、
    前記光学レンズにより屈折した光を受光する受光素子と、を備え、
    前記測定対象は、前記光学レンズの前側焦点位置に配置され、
    前記光学レンズは、正の焦点距離を有し、
    前記受光素子は、前記光学レンズに対して前記測定対象の反対側に、前記光学レンズの光軸に直交する平面に配置される、ことを特徴とする光学特性測定装置。
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