JP4126848B2 - 測光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照度計、赤外線強度計、紫外線強度計、光パワーメータ、輝度計などにおける可視光、赤外線や紫外線などの特性や、物体からの反射光や透過光などの特性を測定する測光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような測光装置として、測定光を波長ごとに分散し、この分散された各波長の光を受光する光電変換素子により分散光を同時測定するポリクロメータが知られている。このポリクロメータは、回折格子とレンズや凹面鏡とを組み合わせたものや、この組み合わせたものと同一機能を果たす凹面回折格子により、測定光を波長ごとに分散するとともに、分散された光の像を光電変換素子上に結像させて、各波長の強度を同時測定するように構成されている。このような、特に時間的に変化する入射光の分光解析に有効なポリクロメータを始めとして、上記のような測光装置は広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の測光装置に用いられる光電変換素子として、10ビット程度のダイナミックレンジ（飽和電荷量に対応する信号レベルとノイズレベルの比）を有するものでは、測光装置として十分とは言えない。これは、10ビットの分解能を備えていても、光電変換素子の飽和レベルに近い受光信号を生ずる測定光に対しては当該分解能が確保されても、それ以下のレベル、例えば飽和レベルの1／4程度の受光信号を生ずる測定光に対しては、高々8ビット相当の分解能しか得られないことになるからである。
【０００４】
例えば、測定光の特性の時間変化を測定する場合であって、その測定光の強度変化が比較的大きい場合には、測定光が最大強度になったときでも光電変換素子から出力される受光信号が飽和レベルに達しないように、絞りや露光時間を設定する必要がある。従って、測定光の強度が小さい場合には、10ビットより遥かに低い分解能しか得ることができない。
【０００５】
特に、測定光の分光特性を測定する場合には、
▲１▼測光装置を構成する受光光学系や回折格子（反射特性または透過特性測定装置の場合には光源も）がそれぞれ波長依存性を有するため、光電変換素子への入射光量が波長により異なる；
▲２▼光電変換素子の感度に波長依存性がある；
▲３▼測定対象自身が波長依存性を有する。すなわち、被測定物である光源の放射輝度や、被測定物の反射特性または透過特性が波長依存性を有する；
などの理由から、光電変換素子から出力される受光信号のレベルは波長ごとに大きく異なる。
【０００６】
しかし、上述したように、絞りや露光時間などは、最大レベルの受光信号を出力する光電変換素子が飽和しないように設定する必要があるため、入射光量や感度が低い波長に対応する光電変換素子では、10ビットより遥かに低い分解能しか得ることができない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するもので、測定光の強度変化が比較的大きい場合でも、光電変換素子を用いて高分解能で光強度が測定可能な測光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、測定光の強度が波長ごとに比較的大きく異なる場合でも、光電変換素子を用いて高分解能で分光特性が測定可能な測光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が少なくとも１列に配列されてなり、各光電変換素子が上記輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光をそれぞれ受光するように配置された撮像手段と、上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、測定光はスリット形状となるように規制されるとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出され、異なる強度の測定光が、少なくとも１列に配列された複数の光電変換素子にそれぞれ受光される。そして、撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子が抽出され、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理が行われることにより、測定光の所定の特性が求められる。
【００１１】
ここで、測定光の光量が小さい場合には、輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光のうちで、大きい強度の光を受光した光電変換素子が抽出され、測定光の光量が大きい場合には、輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光のうちで、小さい強度の光を受光した光電変換素子が抽出される。
【００１２】
これによって、測定光の光量レベル変化が比較的大きい場合であっても、その光量に応じて抽出する光電変換素子が変更されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定が行われる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の測光装置において、上記撮像手段の上記列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、撮像手段の列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、光電変換素子から出力される受光信号のうちで所定レベルのものを出力する光電変換素子が、複数の光電変換素子のうちでいずれの光電変換素子であっても、同一の精度で測定を行うことが可能になる。
【００１５】
また、請求項３の発明は、測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、上記光線規制手段によりスリット形状とされ、上記輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光を上記長さ方向に直交する幅方向に波長ごとに分離する波長分散手段と、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が上記長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段と、上記光線規制手段の開口の像を波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像する結像光学系と、上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、測定光はスリット形状とされるとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が異なるようにされた光が長さ方向に直交する幅方向に波長ごとに分離され、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段の受光面に、光線規制手段の開口の像が波長ごとに結像される。そして、撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子が抽出され、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理が行われることにより、測定光の所定の特性が求められる。
【００１７】
撮像手段では、長さ方向に配列された各光電変換素子により、輝度分布発生手段によって分布する異なる強度の光がそれぞれ受光され、幅方向に配列された各光電変換素子により、波長分散手段により分離された各波長の光がそれぞれ受光されることとなる。
【００１８】
ここで、測定光の光強度が小さい波長の場合には、同一波長で異なる強度の測定光を受光する長さ方向の各光電変換素子のうちで、大きい強度の光を受光した光電変換素子が抽出され、測定光の光強度が大きい波長の場合には、同一波長で異なる強度の測定光を受光する長さ方向の各光電変換素子のうちで、小さい強度の光を受光した光電変換素子が抽出される。
【００１９】
これによって、波長により光強度が比較的大きく異なる測定光であっても、波長ごとに適正な光電変換素子が抽出されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定が行われる。
【００２０】
また、請求項４の発明は、請求項３記載の測光装置において、上記撮像手段の上記長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、撮像手段の長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、例えば所定の光源からの照明光により照明される物体の分光反射特性または分光透過特性を測定する場合のように、物体の反射光または透過光と光源の参照光との比を測定値とする場合には、各波長において抽出される光電変換素子が変化しても、波長ごとに、得られる測定結果の精度が維持されることとなる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、請求項４記載の測光装置において、上記記憶手段には、さらに、上記撮像手段の上記幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データが格納されており、上記演算処理手段は、上記補正データおよび上記第２補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００２３】
この構成によれば、撮像手段の幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データと上記補正データとを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、例えば光源の分光輝度特性を測定する場合であって、波長ごとに輝度が大きく異なることにより、各波長において抽出される光電変換素子が変化した場合でも、波長ごとに、得られる測定結果の精度が維持されることとなる。
【００２４】
また、請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載の測光装置において、結像レンズをさらに備え、上記光線規制手段は、上記輝度分布発生手段と上記波長分散手段との間に配置され、上記結像レンズは、上記輝度分布発生手段と上記光線規制手段との間に配置され、上記輝度分布発生手段による強度分布を有する測定光を上記光線規制手段の開口に縮小して結像するものであることを特徴としている。
【００２５】
この構成によれば、輝度分布発生手段により、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出され、結像レンズにより、この強度分布を有する測定光が光線規制手段の開口に縮小して結像される。これによって、輝度分布発生手段のサイズを光線規制手段の開口に比べて大きくすることが可能になり、輝度分布発生手段の製作が容易になる。
【００２６】
また、請求項７の発明は、請求項３〜６のいずれかに記載の測光装置において、複数の測定光が各開口にそれぞれ入射する複数の上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された複数の上記輝度分布発生手段とを備え、上記波長分散手段は、上記複数の光線規制手段によりスリット形状とされ、上記複数の輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、上記結像光学系は、上記複数の光線規制手段の開口の像をそれぞれ波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴としている。
【００２７】
この構成によれば、複数の測定光が複数の光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とされ、複数の測定光の光強度が各開口に対応してそれぞれ配設された複数の輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が異なるようにされた光が波長ごとに分離され、撮像手段の受光面に光線規制手段の開口の像が波長ごとに結像される。これによって、複数の測定光、例えば光源によって照明される物体の反射光または透過光からなる測定光と光源の参照光からなる測定光とについて、高分解能で同時測定が行えることとなる。
【００２８】
また、請求項８の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載の測光装置において、２つの測定光が各開口にそれぞれ入射する２つの上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された２つの上記輝度分布発生手段とを備え、上記各輝度分布発生手段は、それぞれ入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に単調減少するように分布させて射出するもので、上記波長分散手段は、上記２つの光線規制手段によりスリット形状とされ、上記２つの輝度分布発生手段により強度分布が単調減少するようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、上記結像光学系は、上記２つの光線規制手段の開口の像をそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴としている。
【００２９】
この構成によれば、２つの測定光が２つの光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とされ、２つの測定光の光強度が各開口に対応してそれぞれ配設された２つの輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に単調減少するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が単調減少するようにされた光がそれぞれ波長ごとに分離され、撮像手段の受光面に２つの光線規制手段の開口の像がそれぞれ波長ごとに結像される。ここで、２つの開口の像がそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように結像するので、撮像手段上で生じる一方の測定光と他方の測定光とのクロストークが低減され、これによって測定精度の低下が防止されることとなる。
【００３０】
また、請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、拡散板からなるものである。この構成によれば、輝度分布が簡易な構成で容易に発生することとなる。
【００３１】
また、請求項１０の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、上記測定光の入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、上記測定光の光軸に対して上記入射面の法線が傾斜して配置された光導体からなり、この光導体は、上記入射面側が上記測定光の入射領域を除いて反射部材で覆われ、上記射出面側が光の一部を透過し一部を反射する半透過面とされていることを特徴としている。
【００３２】
この構成によれば、光導体に入射した測定光が射出面側の半透過面と入射面側の反射部材との間で多重反射するため、半透過面から射出される光は、反射回数が多くなるに従って光強度が低下する。ここで、光導体は入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、測定光の光軸に対して入射面の法線が傾斜して配置されているので、反射回数に応じて順次異なる位置から光が射出されることから、異なる光強度の分布が得られることとなる。
【００３３】
このとき、四角柱形状の光導体から洩れる光量は少ないので、強度分布を発生させる際に光の利用効率を向上することができる。また、半透過面から射出される強度分布を有する光は、入射光の配光が維持されているので、波長分散手段などの光学系と効率良く結合されることとなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図１２を用いて、本発明に係る測光装置の第１実施形態であるポリクロメータの構成について説明する。
【００３５】
図１は同ポリクロメータの要部を模式的に示す構成図、図２は同ポリクロメータの被測定物近傍を示す構成図、図３(ａ)(ｂ)はそれぞれ入射側絞り板および射出側絞り板の正面図、図４は入射側絞り板、輝度分布発生部、射出側絞り板の配置を示す側面断面図である。
【００３６】
図１において、このポリクロメータ１は、被測定光３の分光特性を測定するもので、被測定光３の上流側から順に、受光光学系１０、入射側絞り板２０、輝度分布発生部３０、射出側絞り板４０、凹面回折格子５０が受光光学系１０の光軸Ｌ１上に配置されて構成されている。また、ポリクロメータ１は、さらに、凹面回折格子５０からの光を撮像する撮像部６０および撮像部６０に電気的に接続された画像処理部７０を備えている。
【００３７】
図２に示すように、このポリクロメータ１は、光源を被測定物４とするもので、ポリクロメータ１に設けられた測定用開口５の直ぐ内側に配設され、被測定物４である光源から出力される光を平行光にする集束光学系６によって、被測定光３が形成されている。
【００３８】
図１に戻り、受光光学系１０は、被測定光３を集束して入射側絞り板２０に導くものである。入射側絞り板２０には、図３(ａ)に示すように円形状の開口２１が穿設され、射出側絞り板４０には、図３(ｂ)に示すようにスリット形状の開口４１が穿設されている。また、輝度分布発生部３０は、図１に示すように入射側絞り板２０と射出側絞り板４０とに挟まれて配置され、直方体形状で、例えば乳白ガラスからなる拡散板により構成されている。
【００３９】
そして、図４に示すように、入射側絞り板２０の開口２１の中心と、射出側絞り板４０の開口４１の下端に近い部分とが、受光光学系１０の光軸Ｌ１に一致するように配置されている。また、輝度分布発生部３０は、開口２１，４１を覆う大きさに設定されている。
【００４０】
図１に戻り、凹面回折格子５０は、射出側絞り板４０の開口４１を通過した光を波長ごとに分散する波長分散部としての機能と、撮像部６０の受光面に開口４１の像を結像する結像光学系としての機能とを併せ持っている。この凹面回折格子５０は、図１中、縦方向の溝が例えば600本／mmのピッチで横方向に並んで形成されており、射出側絞り板４０の開口４１を通過した測定光を波長ごとに分散して反射し、撮像部６０上に結像するものである。
【００４１】
撮像部６０は、複数の光電変換素子（以下「画素」ともいう。）６１，６１，…が２次元的に配置されてなるエリアセンサ（例えばフォトダイオード、ＣＣＤやＭＯＳなど）からなり、この撮像部（エリアセンサ）６０の領域６２に、開口４１の像が横方向に並んで結像する。すなわち、結像域６２は、縦方向に開口４１の像を受光し、横方向に波長ごとに分散された光を受光する。
【００４２】
画像処理部７０は、各波長ごとに、結像域６２の縦方向に並んだ各画素のうちで、出力する受光信号が所定レベルのものを抽出し、抽出した画素からの受光信号を用いて各波長の光強度（分光特性）を求めるものである。
【００４３】
この画像処理部７０は、メモリ７１を備え、例えばＣＰＵを備えている。メモリ７１はＲＡＭやＲＯＭなどからなる。このメモリ７１には、波長ごとにおける光電変換素子間の感度比（図１中、横方向に並ぶ画素間の感度比）と、同一波長における光電変換素子間の感度比（図１中、縦方向に並ぶ画素間の感度比）とが補正データとして格納されている。この補正データは、後述する校正手順によって予め求められる。
【００４４】
そして、画像処理部７０は、受光信号をこれらの感度比に基づき補正し、各波長ごとの感度が基準化された分光特性を求める。
【００４５】
次に、図１、図５〜図７を用いてポリクロメータの作用について説明する。図５(ａ)は輝度分布発生部３０の作用を示す側面断面図、(ｂ)は輝度分布発生部３０による輝度分布を示す図、図６は撮像部（エリアセンサ）６０上での照度分布を説明する図、図７(ａ)(ｂ)は画素から出力される受光信号レベルを説明する図である。
【００４６】
図１において、被測定域２からの測定光３は、受光光学系１０により集束されて、入射側絞り板２０の開口２１に入射し、この開口２１を通過して輝度分布発生部３０に入射する。
【００４７】
拡散板からなる輝度分布発生部３０に入射した光は、図５(ａ)に示すように拡散して、射出側絞り板４０の開口４１から射出される。この開口４１から射出される光の輝度分布は、図５(ｂ)に示すように、開口２１の対向領域である開口４１の下端部分が最も高く、開口４１の上方に行くに従って輝度分布発生部３０内を通過する光路長が長くなるため次第に減衰し、開口４１の上端部分が最も低くなるような分布となる。
【００４８】
開口４１から射出された光は、凹面回折格子５０により、波長ごとに分散されて反射され、図６に示すように、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２上に波長ごとの開口４１の像４１ａ，４１ａ，…が結像する。このとき、同図に示すように、像４１ａ，４１ａ，…の照度分布は、輝度分布発生部３０によって生じる開口４１の輝度分布に応じて、下方に向かって減衰する分布になっている。
【００４９】
撮像部（エリアセンサ）６０の露光時間は、通常、低照度領域の画素からでも所定レベル以上の受光信号が出力されるように設定されるため、高照度領域の画素から出力される受光信号のレベルは飽和してしまう虞がある。
【００５０】
例えば測定光３が、図７(ａ)に示すように短波長（波長λ＝λ１）側で低く、長波長（波長λ＝λ２＞λ１）側で高い輝度を有する場合には、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２のうちで、高輝度の長波長域に対応する右上領域６３（図中、斜線で示す）の画素群から出力される受光信号は飽和することとなり、低輝度の短波長域に対応する左下領域６４（図中、斜線で示す）の画素群から出力される受光信号は所定レベル以下となる。
【００５１】
そこで、画像処理部７０は、これらの領域に挟まれ、受光信号のレベルが所定値となる領域６５（図中、クロスハッチングで示す）の画素を抽出し、この領域６５内の画素の受光信号を用いる。これによって、各波長において、高分解能の測定結果が得られることとなる。
【００５２】
なお、輝度分布発生部３０の開口２１，４１に対向する領域以外の部分、すなわち入射側絞り板２０に密着する部分、射出側絞り板４０に密着する部分（図５(ｂ)中、斜線部分）、側面、上面および下面に、例えば金属膜を蒸着することにより反射面を形成するようにしてもよい。これによって、光が洩れるのを確実に防止することができ、測定光の利用効率を向上することができる。
【００５３】
次に、図８〜図１１を用いて校正手順の一例について説明する。図８は校正データを取得する際の各画素の受光信号レベルを示す図、図９〜図１１は校正手順を示すフローチャートである。
【００５４】
ここで、測定光の波長成分は、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２の横方向に分散するが、結像域６２における画素の列数は、画素列６２(ｉ)＝（６２０，…，６２ｉ，…，６２ｍ）の(ｍ＋１)個とし、各列６２(ｉ)の対応波長Ｗ(ｉ)＝（Ｗ０，…，Ｗｉ，…，Ｗｍ）は公知の技術で与えられているものとする。
【００５５】
校正において使用する基準光源には、Ａ光源などの相対分光放射強度が既知の光源が用いられるので、各画素列６２(ｉ)に入射するエネルギー分布Ｐ(ｉ)＝（Ｐ０，…，Ｐｉ，…，Ｐｍ）を求めることができる。
【００５６】
また、結像域６２の画素の縦方向の行数は、６２(ｊ)＝（６２０，…，６２ｊ，…，６２ｎ）の(ｎ＋１)個の画素が並んでいるものとする。
【００５７】
また、本実施形態では、同一列内では行番号の小さい画素ほど照度が高いものとし、撮像部（エリアセンサ）６０から出力される受光信号は、画像処理部７０におけるＡ／Ｄ変換により10ビット(0〜1023）のディジタルデータに変換されるものとする。
【００５８】
なお、図８(ａ)〜(ｄ)において、各画素の受光信号レベルＩは、それぞれ、空白の画素が0≦Ｉ＜750を示し、斜線で示す画素は750≦Ｉ＜1000を示し、クロスハッチングで示す画素は1000≦Ｉを示している。
【００５９】
図９において、まず、＃１０において、ポリクロメータ１の被測定物４（図２）として基準光源をセットし、いずれの画素も飽和しない程度の露光時間Ｔ０で測定が行われる。この測定結果において、全画素中で最大値の受光信号を出力する画素の測定値をＩmaxとする。
【００６０】
次いで、＃２０において、露光時間Ｔ１＝Ｔ０・900／Ｉmaxで基準光源の測定が行われ、下記数１に示すような結像域６２の全画素の測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６１】
【数１】
【００６２】
次いで、＃３０において、露光時間を1.2倍として測定が行われ、結像域６２の全画素の測定値Ｉpがメモリ７１に格納される。
【００６３】
次いで、＃４０において、全画素の測定値が750以上か否かが判別され、全画素の測定値が750以上になるまで、＃３０が繰り返される。
【００６４】
例えば図８(ａ)に示すように、＃２０の測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)では、右上隅の３画素のみが750以上である。次の＃３０の測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)では、図８(ｂ)に示すように、右上隅の１画素が1000以上、すなわちほぼ飽和しており、その周囲の１０画素が750以上になっている。さらに、(ｋ−１)回目の＃３０の測定値Ｉk-1(ｉ，ｊ)では、図８(ｃ)に示すように、左下隅の６画素のみが750未満になっている。そして、ｋ回目の＃３０の測定値Ｉk(ｉ，ｊ)では、図８(ｄ)に示すように、全画素が750以上になっている。
【００６５】
以上の＃１０〜＃４０により、校正のための測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)〜Ｉk(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６６】
次いで、＃５０において、ポリクロメータ１に光が入射しないようにした状態で、測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）を得たときとそれぞれ同一露光時間で測定が行われ、得られたオフセット値Ｄp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００６７】
次いで、＃６０において、測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）の各画素(ｉ，ｊ)の値から、オフセット値Ｄp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）の対応する画素(ｉ，ｊ)の値を減算して得られる新たな測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）がメモリ７１に格納される。以上の＃５０，＃６０によりオフセット校正が行われる。
【００６８】
次いで、図１０の＃７０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)において、750以上かつ1000未満の測定値を有する画素を対象画素とし、この対象画素が複数ある列について、対象画素(ｉ，ｊ)の値を画素(ｉ，０)の値で相対化し、対象画素以外の画素を０とした相対値Ｒ(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６９】
上記数１の例では、相対値Ｒ(ｉ，ｊ)は下記数２のようになる。
【００７０】
【数２】
【００７１】
次いで、＃８０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)において、上記対象画素が複数ある列について、対象画素以外の画素を０とした計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。例えば図８(ｂ)の場合には、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)は下記数３のようになる。
【００７２】
【数３】
【００７３】
次いで、＃９０において、メモリ７１に格納されている全ての測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）について、＃８０と同様の操作を行い、得られた計算値Ｒp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００７４】
次いで、＃１００において、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)について、各列ごとに、列内の対象画素の値を画素(ｉ，０)の値で相対化して新たに相対値Ｒ(ｉ，ｊ)が求められる。このとき、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)について相対値Ｒ(ｉ，ｊ)と重複する対象画素を用いて相対化する。上記数２、数３の場合には、画素(ｍ，１)が重複しているので、これを用いることにより下記数４が得られる。
【００７５】
【数４】
【００７６】
次いで、＃１１０において、＃１００と同様の操作を計算値Ｒk(ｉ，ｊ)まで繰り返すことにより、各列ごとに、全画素を(ｉ，０)で相対化した相対値Ｒ(ｉ，ｊ)が得られる。これを補正行列としてメモリ７１に格納される。以上の＃７０〜＃１１０により、各列（同一波長）ごとの画素間における感度比が求められる。
【００７７】
次いで、図１１の＃１２０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)の第０行について、750以上かつ1000未満の値を持つ要素を対象要素とし、各対象要素(ｉ，０)の値を画素(ｍ，０)の値で相対化し、対象要素以外の要素を０とした行データＳ(ｉ)が求められてメモリ７１に格納される。ここでは、長波長ほど測定値が大きいとしている。
【００７８】
例えば、Ｓ(ｉ)は、
Ｓ(ｉ)＝(０，…，０，Ｓm-2，Ｓm-1，１)
で与えられる。
【００７９】
次いで、＃１３０において、格納されている測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)の第０行について、上記対象要素以外の要素を０とした行データＳ1(ｉ)が格納される。
【００８０】
例えば、Ｓ1(ｉ)は、
Ｓ1(ｉ)＝(０，…，０，(Ｉ1)m-4,0，(Ｉ1)m-3,0，(Ｉ1)m-2,0，０，０)
で与えられる。
【００８１】
次いで、＃１４０において、格納されている全ての測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）について、＃１３０が繰り返され、行データＳp(ｉ)（ｐ＝２〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００８２】
次いで、＃１５０において、相対化行データＳ(ｉ)と行データＳ1(ｉ)について、重複対象要素の値（上記の例ではＳm-2と(Ｉ1)m-2,0）を用いて全対象要素の値を画素(ｍ，０)のデータで相対化し、新たな相対化行データＳ(ｉ)を求めてメモリ７１に格納する。上記の例では、新たな相対化行データＳ(ｉ)は、
Ｓ(ｉ)＝(０，…，０，Ｓm-4，Ｓm-3，Ｓm-2，Ｓm-1，１)
で与えられる。
【００８３】
次いで、＃１６０において、＃１５０の操作がＳk(ｉ)まで繰り返され、行内の全要素が画素(ｍ，０)で相対化された相対化行データＳ(ｉ)が得られ、メモリ７１に格納される。
【００８４】
次いで、＃１７０において、相対化行データＳ(ｉ)の各要素が基準光源のエネルギー分布Ｐ(ｉ)の各要素で除算されて、新たな相対化行データＳ(ｉ)が得られ、メモリ７１に格納される。
【００８５】
次いで、＃１８０において、相対化行データＳ(ｉ)の各要素を補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する列ｉの全要素に乗算し、新たな補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)が求められ、メモリ７１に格納される。
【００８６】
次に、図１２のフローチャートを用いて、ポリクロメータ１による測定動作手順について説明する。
【００８７】
まず、＃２１０において、ポリクロメータ１の測定用開口５を被測定物４に向けて測定が行われ、例えば下記数５に示すような測定値Ｍ(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００８８】
【数５】
【００８９】
次いで、＃２２０において、測定値Ｍ(ｉ，ｊ)の各列ごとに、所定レベル（例えば1000未満で最大）の値を持つ画素(ｉ，ｊmax)が抽出され、次いで、＃２３０において、抽出された画素(ｉ，ｊ)の値Ｍ(ｉ，ｊmax)に、補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する要素(ｉ，ｊmax)の値Ｒ(ｉ，ｊmax)が乗算されて、補正された行データＭ(ｉ)が求められ、メモリ７１に格納される。次いで、＃２４０において、補正された行データＭ(ｉ)と、各列の対応波長データＷ(ｉ)とから、補間など既知の手法で分光放射強度Ｍ(λ)が算出される。
【００９０】
このように、第１実施形態によれば、輝度分布発生部３０により測定光３に異なる強度分布を発生させ、この異なる強度分布の光を撮像部６０の結像域６２の複数の光電変換素子６１，６１，…によりそれぞれ受光し、画像処理部７０により所定レベルの受光信号を出力する光電変換素子６１を抽出し、抽出された光電変換素子６１から出力される受光信号を用いて分光強度を求めるようにしたので、波長ごとに光強度が大きく異なる場合でも、常に所定レベルの受光信号を用いることから、常に高分解能で測定結果を得ることができる。
【００９１】
次に、図１３〜図１６を用いて、本発明に係る測光装置の第２実施形態について説明する。
【００９２】
第２実施形態のポリクロメータは、測定試料を照明する照明部を備え、照明された測定試料からの反射光または透過光に基づき、その反射特性または透過特性を測定するものである。このポリクロメータは、照明部からの照明光を参照光として測定し、上記反射光または透過光からなる試料光の測定値と参照光の測定値との比に基づき反射特性または透過特性を求めるようにしている。
【００９３】
図１３(ａ)(ｂ)(ｃ)は第２実施形態のポリクロメータにおける被測定物４を照明する照明部の種々の構成例を示す図である。
【００９４】
図１３(ａ)は被測定物４の反射特性を測定する45／0ジオメトリの構成例を示している。被測定物４を45°照明する光源１０１およびトロイダルミラー１０２からなる照明部１００と、被測定物４からの法線方向の反射光を試料光として一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導く試料光用光ファイバ１１１と、照明部１００からの照明光を他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導く参照光用光ファイバ１１２とを備えている。
【００９５】
図１３(ｂ)は被測定物４の反射特性を測定するd／0ジオメトリの構成例を示している。光源１０１からの光は、高拡散率、高反射率の材質で塗装された積分球１０３の内壁１０３ａで多重反射され、拡散光となって被測定物４を照明する。そして、被測定物４からの法線方向の反射光が集光用レンズ１０４により集光されて、試料光として試料光用光ファイバ１１１により一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。また、被測定物４の近傍の光が参照光として参照光用光ファイバ１１２により他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。
【００９６】
図１３(ｃ)は被測定物４の透過特性を測定する構成例を示している。光源１０１からの光は、高拡散率、高反射率の材質で塗装された積分球１０３の内壁１０３ａで多重反射され、拡散光となって被測定物４を照明する。そして、被測定物４の透過光が集光用レンズ１０４により集光されて、試料光として試料光用光ファイバ１１１により一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。また、被測定物４の近傍の光が参照光として参照光用光ファイバ１１２により他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。
【００９７】
以上の図１３(ａ)(ｂ)(ｃ)に示すいずれの構成であっても、第２実施形態のポリクロメータとして適用することができる。
【００９８】
図１４は第２実施形態におけるポリクロメータの輝度分布発生部近傍の構成を示す側面断面図、図１５は同ポリクロメータの要部を示す構成図、図１６は撮像部における照度分布を説明する図である。なお、各図において第１実施形態と同一物には同一符号を付しており、図１５では入射側絞り板および射出側絞り板の図示を省略している。
【００９９】
図１４に示すように、第２実施形態のポリクロメータ１は、２つの輝度分布発生部３０を備え、試料光と参照光の２つの測定光を測定するもので、入射側絞り板２０には２つの円形状の開口２１，２２が設けられ、射出側絞り板４０には２つのスリット形状の開口４１，４２が設けられている。輝度分布発生部３０，３０は、それぞれ開口２１，４１および開口２２，４２を覆う大きさに設定されている。
【０１００】
そして、入射側絞り板２０の開口２１には、試料光を導く試料光用光ファイバ１１１の射出端が対向配置され、開口２１の中心と射出側絞り板４０の開口４１の上端に近い部分とが、試料光用光ファイバ１１１の中心に一致するように配置されている。また、入射側絞り板２０の開口２２には、参照光を導く参照光用光ファイバ１１２の射出端が対向配置され、開口２２の中心と射出側絞り板４０の開口４２の下端に近い部分とが、試料光用光ファイバ１１２の中心に一致するように配置されている。
【０１０１】
このような配置により、射出側絞り板４０の開口４１および開口４２における相対輝度は、図１４に示すように、互いに隣接する側が最小レベルで、離れた側が最大レベルになっている。
【０１０２】
図１５に示すように、撮像部（エリアセンサ）６０は、試料光を受光する領域６２Ｓと参照光を受光する領域６２Ｒとをカバーし、凹面回折格子５０は、波長ごとに分散した開口４１，４２（図１４）の像を領域６２Ｓ，６２Ｒにそれぞれ結像する。このとき、凹面回折格子５０の作用によって、図１６に示すように、結像域６２Ｓ，６２Ｒ上の照度分布は、互いに隣接する側が最小レベルで、離れた側が最大レベルになっている。
【０１０３】
そして、画像処理部７０は、結像域６２Ｓ，６２Ｒの全画素データを取り込み、第１実施形態と同様に、結像域６２Ｓ，６２Ｒのそれぞれについて、波長ごとに所定レベル（例えば1000未満で最大）の値を持つ画素を抽出し、この抽出された画素の受光信号に基づき反射特性または透過特性を求める機能を有する。
【０１０４】
例えば図１６に示す例では、斜線で示す領域６６Ｓ，６６Ｒの画素が波長ごとに抽出されており、この抽出された画素の受光信号に基づき反射特性または透過特性が求められる。
【０１０５】
このように、第２実施形態によれば、２つの輝度分布発生部３０，３０と、２つのスリット形状の開口４１，４２とを備え、凹面回折格子５０により開口４１，４２の像を撮像部６０の結像域６２Ｓ，６２Ｒに結像するようにしたので、試料光と参照光の２つの測定光を、第１実施形態と同様に測定することができる。
【０１０６】
また、凹面回折格子５０により、結像域６２Ｓ，６２Ｒ上で互いに低照度側が隣接するように結像しているので、互いのクロストークによる誤差を低減することができる。
【０１０７】
なお、第２実施形態では、試料光の測定値と参照光の測定値との比から反射率または透過率を求めているので、結像域６２Ｓ，６２Ｒにおいて、波長間の感度比の校正を行う必要はなく、試料光と参照光とのそれぞれについて結像域６２Ｓ，６２Ｒの列内（同一波長）の各画素間における感度比の校正を行うようにすればよい。従って、メモリ７１には、列内の各画素間における感度比のみ格納しておけばよい。この場合、列内の各画素間における感度比の校正において使用する基準光源は、相対分光放射強度が既知の光源である必要はなく、所要の光量を有する校正用光源を用いればよい。
【０１０８】
また、第２実施形態では、公知の分光反射（透過）特性測定装置と同様に、試料の測定を行う前に、基準白色板または基準透明試料を測定することにより白色校正を行う必要がある。従って、列内の各画素間における感度比を白色校正を行う度に求めることができるため、光学系や撮像部の経時変化による測定誤差の増大を抑制することができる。
【０１０９】
なお、本発明は、上記各実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【０１１０】
（１）上記第１、第２実施形態では、測定光を波長ごとに分離して分光特性を測定するポリクロメータに適用した例を用いて説明しているが、これに限られない。測定光を分光しない場合、例えば輝度や照度を計測する場合でも、測定光に強度分布を発生させることにより、撮像部６０の各光電変換素子のうちで所定レベルの画素の受光信号を用いることで、測定光の光強度が時間的に比較的大きく変化した場合でも、高分解能の測定を行うことができる。
【０１１１】
なお、この場合には、撮像部６０として、複数の光電変換素子が２次元的に配置されたエリアセンサに代えて、１列に配列されたラインセンサを用いるようにしてもよい。
【０１１２】
また、メモリ７１には、列内の各画素間における感度比のみ格納しておけばよい。この場合、列内の各画素間における感度比の校正において使用する基準光源は、相対分光放射強度が既知の光源である必要はなく、所要の光量を有する校正用光源を用いればよい。
【０１１３】
（２）上記第１、第２実施形態では、各列ごとに１つの最適画素を選択しているが、例えば、各列ごとに1000未満で最大の値を持つ画素と、それに続く一定数ｕの画素群Ｍ(ｉ，ｊmax)〜Ｍ(ｉ，ｊmax+u-1)を抽出し、各々に補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する要素Ｒ(ｉ，ｊmax)〜Ｒ(ｉ，ｊmax+u-1)を乗算し、それらの積算値を要素とする行データＭ(ｉ)を求めるようにしてもよい。なお、抽出する画素群の数ｕは、全ての列で同一数でもよいが、列ごとに異なっていてもよい。
【０１１４】
（３）上記第１、第２実施形態では、輝度分布発生部３０を拡散板で構成しているが、これに限られない。図１７(ａ)は異なる輝度分布発生部の斜視図、(ｂ)は輝度分布発生部に入射した光の光路を説明する側面断面図、(ｃ)は輝度分布発生部の平面断面図である。
【０１１５】
図１７(ａ)に示す輝度分布発生部３０は、ガラスやプラスチックなどの光導体で構成されている。この輝度分布発生部３０は、本変形形態では、例えば厚さｄ１＝0.5mm、幅ｄ２＝2mm、長さｄ３＝3mmの直方体形状で、屈折率1.49のアクリル樹脂により形成されている。
【０１１６】
輝度分布発生部３０の入射絞り板２０側の入射面３１は、入射絞り板２０の開口２１に対向する部分３１ａを除いて、金属の蒸着などによる反射膜３１ｂ（図中、実線斜線で示す）により被覆されている。輝度分布発生部３０の射出絞り板４０側の射出面３２は、50％反射の半透過膜により被覆されている。
【０１１７】
また、輝度分布発生部３０の天面３３および底面３４は、不要な反射を防止すべく光吸収物質により被膜されている。なお、輝度分布発生部３０の側面３５，３６（図１７(ｃ)参照）は、構造上、入射光がほぼ全反射するので、特に被覆は施されていない。
【０１１８】
この輝度分布発生部３０は、図１７(ｂ)に示すように、入射面３１の法線３１ｎが入射光Ｉ０の光軸Ｌ１に対してθ≒10°だけ傾斜して配置されている。
【０１１９】
この構成により、入射光Ｉ０は、輝度分布発生部３０に入射して屈折し、射出面３２で50％が反射されて反射光Ｒ１となり、残りの50％は再び屈折して入射光と平行な光線Ｉ１となって輝度分布発生部３０から射出される。
【０１２０】
反射光Ｒ１は入射面３１で反射された後、再び射出面３２で50％が反射されて反射光Ｒ２となり、残りの50％が入射光と平行な光線Ｉ２となって輝度分布発生部３０から射出される。以下同様の過程が繰り返されて、光線Ｉ３，Ｉ４が輝度分布発生部３０から射出される。
【０１２１】
光線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，…の強度は、射出面３２での反射ごとに50％に減衰するとともに、開口２１からの光路が長くなるに従って光線が広がることによっても減衰する。なお、光線の幅方向は輝度分布発生部３０の幅で規制されるので、光線は主に高さ方向に広がることになるため、光線の広がりによる減衰は、ほぼ光路長に比例することとなる。
【０１２２】
また、光線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，…と進むにつれて光線が広がるので、これらの間には互いに交じり合った中間の輝度が形成される。従って、図１７(ｂ)に示す輝度分布は、これらが含まれたものによって形成されている。
【０１２３】
このように、多重反射する光導体により輝度分布発生部３０を構成することによっても、輝度分布を好適に形成することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、開口２１の幅方向に広がった光線は、輝度分布発生部３０の側面３５，３６により全反射されるため、光線が輝度分布発生部３０から外部に洩れることがなく、さらに、輝度分布発生部３０において拡散光とならずに射出光線の配光が入射光線の配光と同一に維持される。従って、この形態によれば入射光の利用効率を高いものとすることができる。
【０１２５】
なお、光の利用効率をさらに高めるためには、輝度分布発生部３０の幅は、開口４１の幅と同一か、僅かに大きい程度が好ましい。
【０１２６】
（４）図１８は上記第１実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。なお、輝度分布発生部３０は、上記変形形態（３）で説明した光導体で構成している。
【０１２７】
この形態は、輝度分布発生部３０と射出側絞り板４０との間に配設されたリレーレンズ８０を備えている。このリレーレンズ８０は、輝度分布発生部３０の射出面３２上における輝度分布を射出側絞り板４０のスリット状開口４１上に1／2に縮小して結像するものである。
【０１２８】
撮像部（エリアセンサ）６０のサイズは小さくなる傾向にあるが、例えば幅が6mmのエリアセンサに波長350nm〜750nmの光線を10nmピッチで収めようとすると、開口４１の幅は約0.15mmとなる。
【０１２９】
上記第１実施形態の構成では、この開口４１のサイズに見合う輝度分布発生部３０の幅は0.25mmとなり、非常に小さいのでその製作が困難である。これに対して、この変形形態の構成では、輝度分布の像をリレーレンズ８０により縮小しているので、輝度分布発生部３０の幅を２倍の0.5mmと拡大できることから、比較的容易に製作することができる。
【０１３０】
また、受光面積の小さい撮像部（エリアセンサ）６０と組み合わせて必要な入射光量を得るためには、凹面回折格子５０などの光学系に小さいＦナンバーのものが必要となるが、一般に受光光学系１０のＦナンバーが大きいため、これと結合する上でもリレーレンズ８０は有効である。
【０１３１】
（５）図１９は上記第２実施形態の異なる構成例を示す側面断面図である。なお、入射側絞り板２０の図示は省略している。この形態は、図１８と同様のリレーレンズ８０に加えて、レンズ８１，８２を備えている。
【０１３２】
リレーレンズ８０は、図１８と同様に、輝度分布発生部３０，３０の射出面上の輝度分布を射出側絞り板４０の開口４１，４２上に1／2に縮小して結像するものである。
【０１３３】
レンズ８１は、輝度分布発生部３０，３０の直ぐ射出側に配置されている。レンズ８１の焦点距離は、レンズ８１とリレーレンズ８０との距離に等しく設定されており、輝度分布発生部３０，３０から射出された光線は、有効にリレーレンズ８０に入射することとなる。
【０１３４】
レンズ８２は、射出側絞り板４０の直ぐ入射側に配置されており、リレーレンズ８０の像を凹面回折格子５０上に結像するもので、このレンズ８２により、リレーレンズ８０を透過した輝度分布発生部３０，３０からの光線を無駄なく凹面回折格子５０に導くことができる。
【０１３５】
この形態によれば、レンズ８１，８２を備えることにより、測定光３のうちで撮像部６０に入射する光量の割合を可能な限り増大することができるので、より一層高分解能で測定を行うことができる。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、測定光がスリット形状となるように規制するとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するようにして、異なる強度の測定光を少なくとも１列に配列された複数の光電変換素子によりそれぞれ受光させ、各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行って測定光の所定の特性を求めるようにしたので、測定光の光量レベル変化が比較的大きい場合であっても、その光量に応じて抽出する光電変換素子が変更されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定を行うことができる。
【０１３７】
また、請求項２の発明によれば、撮像手段の列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、光電変換素子から出力される受光信号のうちで所定レベルの受光信号を出力する光電変換素子が、複数の光電変換素子のうちでいずれの光電変換素子であっても、同一の精度で測定を行うことができる。
【０１３８】
また、請求項３の発明によれば、測定光をスリット形状の開口に入射させ、測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するようにして、この強度分布が異なるようにされた光を幅方向に波長ごとに分離し、複数の光電変換素子が長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段の受光面に、光線規制手段の開口の像を波長ごとに結像し、各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、測定光の所定の特性を求めるようにしたので、波長により光強度が比較的大きく異なる測定光であっても、波長ごとに適正な光電変換素子が抽出されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定を行うことができる。
【０１３９】
また、請求項４の発明によれば、撮像手段の長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、例えば物体の分光反射特性または分光透過特性を測定する場合のように、物体の反射光または透過光と光源の参照光との比を測定値とする場合には、各波長において抽出される光電変換素子が変化しても、波長ごとに、得られる測定結果の精度を維持することができる。
【０１４０】
また、請求項５の発明によれば、撮像手段の幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データを用いて、受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、例えば光源の分光輝度特性を測定する場合であって、波長ごとに輝度が大きく異なることにより、各波長において抽出される光電変換素子が変化した場合でも、波長ごとに、得られる測定結果の精度を維持することができる。
【０１４１】
また、請求項６の発明によれば、輝度分布発生手段により、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度を変更して射出し、結像レンズにより、この強度分布を有する測定光を光線規制手段の開口に縮小して結像するようにしたので、輝度分布発生手段のサイズを光線規制手段の開口に比べて大きくすることが可能になり、輝度分布発生手段の製作を容易に行うことができる。
【０１４２】
また、請求項７の発明によれば、複数の測定光を複数の光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とし、複数の測定光の光強度を各開口に対応してそれぞれ配設された複数の輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度を変更して射出し、この強度分布が異なるようにされた光を波長ごとに分離して、撮像手段の受光面に光線規制手段の開口の像を波長ごとに結像するようにしたので、複数の測定光について高分解能で同時測定を行うことができる。
【０１４３】
また、請求項８の発明によれば、２つの測定光を２つの光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とし、２つの測定光の光強度を各開口に対応してそれぞれ配設された２つの輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に単調減少するように光強度を変更して射出し、この強度分布が単調減少するようにされた光をそれぞれ波長ごとに分離し、撮像手段の受光面に２つの光線規制手段の開口の像をそれぞれ波長ごとに結像させ、その際に、２つの開口の像をそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように結像するようにしたので、撮像手段上で生じる一方の測定光と他方の測定光とのクロストークが低減され、これによって測定精度の低下を防止することができる。
【０１４４】
また、請求項９の発明によれば、輝度分布発生手段を拡散板で構成するようにしたので、輝度分布を簡易な構成で容易に発生することができる。
【０１４５】
また、請求項１０の発明によれば、光導体に入射した測定光を射出面側の半透過面と入射面側の反射部材との間で多重反射させることから、半透過面から射出される光は、反射回数が多くなるに従って光強度が低下するが、光導体を入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、測定光の光軸に対して入射面の法線が傾斜して配置するようにしたので、反射回数に応じて順次異なる位置から光が射出されることから、異なる光強度の分布を好適に得ることができる。このとき、四角柱形状の光導体から洩れる光量は少ないので、強度分布を発生させる際に光の利用効率を向上することができる。また、半透過面から射出される強度分布を有する光は、入射光の配光が維持されているので、波長分散手段などの光学系と効率良く結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測光装置の第１実施形態であるポリクロメータの要部を模式的に示す構成図である。
【図２】同ポリクロメータの被測定物近傍を示す構成図である。
【図３】 (ａ)(ｂ)はそれぞれ入射側絞り板および射出側絞り板の正面図である。
【図４】入射側絞り板、輝度分布発生部、射出側絞り板の配置を示す側面断面図である。
【図５】 (ａ)は輝度分布発生部の作用を示す側面断面図、(ｂ)は輝度分布発生部による輝度分布を示す図である。
【図６】撮像部上での照度分布を説明する図である。
【図７】 (ａ)(ｂ)は画素から出力される受光信号レベルを説明する図である。
【図８】校正データを取得する際の各画素の受光信号レベルを示す図である。
【図９】校正手順を示すフローチャートである。
【図１０】校正手順を示すフローチャートである。
【図１１】校正手順を示すフローチャートである。
【図１２】測定動作手順を示すフローチャートである。
【図１３】 (ａ)(ｂ)(ｃ)は第２実施形態のポリクロメータにおける被測定物を照明する照明部の種々の構成例を示す図である。
【図１４】第２実施形態におけるポリクロメータの輝度分布発生部近傍の構成を示す側面断面図である。
【図１５】同ポリクロメータの要部を示す構成図である。
【図１６】撮像部における照度分布を説明する図である。
【図１７】 (ａ)は異なる輝度分布発生部の斜視図、(ｂ)は輝度分布発生部に入射した光の光路を説明する側面断面図、(ｃ)は輝度分布発生部の平面断面図である。
【図１８】第１実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。
【図１９】第２実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。
【符号の説明】
１ ポリクロメータ
２ 被測定域
３ 測定光
１０ 受光光学系
２０ 入射側絞り板
３０ 輝度分布発生部
４０ 射出側絞り板（光線規制手段）
４１，４２ 開口
５０ 凹面回折格子（波長分散手段、結像光学系）
６０ 撮像部
６１ 光電変換素子
７０ 画像処理部（演算処理手段）
７１ メモリ（記憶手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、照度計、赤外線強度計、紫外線強度計、光パワーメータ、輝度計などにおける可視光、赤外線や紫外線などの特性や、物体からの反射光や透過光などの特性を測定する測光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような測光装置として、測定光を波長ごとに分散し、この分散された各波長の光を受光する光電変換素子により分散光を同時測定するポリクロメータが知られている。このポリクロメータは、回折格子とレンズや凹面鏡とを組み合わせたものや、この組み合わせたものと同一機能を果たす凹面回折格子により、測定光を波長ごとに分散するとともに、分散された光の像を光電変換素子上に結像させて、各波長の強度を同時測定するように構成されている。このような、特に時間的に変化する入射光の分光解析に有効なポリクロメータを始めとして、上記のような測光装置は広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の測光装置に用いられる光電変換素子として、10ビット程度のダイナミックレンジ（飽和電荷量に対応する信号レベルとノイズレベルの比）を有するものでは、測光装置として十分とは言えない。これは、10ビットの分解能を備えていても、光電変換素子の飽和レベルに近い受光信号を生ずる測定光に対しては当該分解能が確保されても、それ以下のレベル、例えば飽和レベルの1／4程度の受光信号を生ずる測定光に対しては、高々8ビット相当の分解能しか得られないことになるからである。
【０００４】
例えば、測定光の特性の時間変化を測定する場合であって、その測定光の強度変化が比較的大きい場合には、測定光が最大強度になったときでも光電変換素子から出力される受光信号が飽和レベルに達しないように、絞りや露光時間を設定する必要がある。従って、測定光の強度が小さい場合には、10ビットより遥かに低い分解能しか得ることができない。
【０００５】
特に、測定光の分光特性を測定する場合には、
▲１▼測光装置を構成する受光光学系や回折格子（反射特性または透過特性測定装置の場合には光源も）がそれぞれ波長依存性を有するため、光電変換素子への入射光量が波長により異なる；
▲２▼光電変換素子の感度に波長依存性がある；
▲３▼測定対象自身が波長依存性を有する。すなわち、被測定物である光源の放射輝度や、被測定物の反射特性または透過特性が波長依存性を有する；
などの理由から、光電変換素子から出力される受光信号のレベルは波長ごとに大きく異なる。
【０００６】
しかし、上述したように、絞りや露光時間などは、最大レベルの受光信号を出力する光電変換素子が飽和しないように設定する必要があるため、入射光量や感度が低い波長に対応する光電変換素子では、10ビットより遥かに低い分解能しか得ることができない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するもので、測定光の強度変化が比較的大きい場合でも、光電変換素子を用いて高分解能で光強度が測定可能な測光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、測定光の強度が波長ごとに比較的大きく異なる場合でも、光電変換素子を用いて高分解能で分光特性が測定可能な測光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が少なくとも１列に配列されてなり、各光電変換素子が上記輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光をそれぞれ受光するように配置された撮像手段と、上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、測定光はスリット形状となるように規制されるとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出され、異なる強度の測定光が、少なくとも１列に配列された複数の光電変換素子にそれぞれ受光される。そして、撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子が抽出され、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理が行われることにより、測定光の所定の特性が求められる。
【００１１】
ここで、測定光の光量が小さい場合には、輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光のうちで、大きい強度の光を受光した光電変換素子が抽出され、測定光の光量が大きい場合には、輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光のうちで、小さい強度の光を受光した光電変換素子が抽出される。
【００１２】
これによって、測定光の光量レベル変化が比較的大きい場合であっても、その光量に応じて抽出する光電変換素子が変更されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定が行われる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の測光装置において、上記撮像手段の上記列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、撮像手段の列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、光電変換素子から出力される受光信号のうちで所定レベルのものを出力する光電変換素子が、複数の光電変換素子のうちでいずれの光電変換素子であっても、同一の精度で測定を行うことが可能になる。
【００１５】
また、請求項３の発明は、測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、上記光線規制手段によりスリット形状とされ、上記輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光を上記長さ方向に直交する幅方向に波長ごとに分離する波長分散手段と、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が上記長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段と、上記光線規制手段の開口の像を波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像する結像光学系と、上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、測定光はスリット形状とされるとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が異なるようにされた光が長さ方向に直交する幅方向に波長ごとに分離され、受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段の受光面に、光線規制手段の開口の像が波長ごとに結像される。そして、撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子が抽出され、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理が行われることにより、測定光の所定の特性が求められる。
【００１７】
撮像手段では、長さ方向に配列された各光電変換素子により、輝度分布発生手段によって分布する異なる強度の光がそれぞれ受光され、幅方向に配列された各光電変換素子により、波長分散手段により分離された各波長の光がそれぞれ受光されることとなる。
【００１８】
ここで、測定光の光強度が小さい波長の場合には、同一波長で異なる強度の測定光を受光する長さ方向の各光電変換素子のうちで、大きい強度の光を受光した光電変換素子が抽出され、測定光の光強度が大きい波長の場合には、同一波長で異なる強度の測定光を受光する長さ方向の各光電変換素子のうちで、小さい強度の光を受光した光電変換素子が抽出される。
【００１９】
これによって、波長により光強度が比較的大きく異なる測定光であっても、波長ごとに適正な光電変換素子が抽出されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定が行われる。
【００２０】
また、請求項４の発明は、請求項３記載の測光装置において、上記撮像手段の上記長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、撮像手段の長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、例えば所定の光源からの照明光により照明される物体の分光反射特性または分光透過特性を測定する場合のように、物体の反射光または透過光と光源の参照光との比を測定値とする場合には、各波長において抽出される光電変換素子が変化しても、波長ごとに、得られる測定結果の精度が維持されることとなる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、請求項４記載の測光装置において、上記記憶手段には、さらに、上記撮像手段の上記幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データが格納されており、上記演算処理手段は、上記補正データおよび上記第２補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴としている。
【００２３】
この構成によれば、撮像手段の幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データと上記補正データとを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理が行われる。これによって、例えば光源の分光輝度特性を測定する場合であって、波長ごとに輝度が大きく異なることにより、各波長において抽出される光電変換素子が変化した場合でも、波長ごとに、得られる測定結果の精度が維持されることとなる。
【００２４】
また、請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載の測光装置において、結像レンズをさらに備え、上記光線規制手段は、上記輝度分布発生手段と上記波長分散手段との間に配置され、上記結像レンズは、上記輝度分布発生手段と上記光線規制手段との間に配置され、上記輝度分布発生手段による強度分布を有する測定光を上記光線規制手段の開口に縮小して結像するものであることを特徴としている。
【００２５】
この構成によれば、輝度分布発生手段により、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出され、結像レンズにより、この強度分布を有する測定光が光線規制手段の開口に縮小して結像される。これによって、輝度分布発生手段のサイズを光線規制手段の開口に比べて大きくすることが可能になり、輝度分布発生手段の製作が容易になる。
【００２６】
また、請求項７の発明は、請求項３〜６のいずれかに記載の測光装置において、複数の測定光が各開口にそれぞれ入射する複数の上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された複数の上記輝度分布発生手段とを備え、上記波長分散手段は、上記複数の光線規制手段によりスリット形状とされ、上記複数の輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、上記結像光学系は、上記複数の光線規制手段の開口の像をそれぞれ波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴としている。
【００２７】
この構成によれば、複数の測定光が複数の光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とされ、複数の測定光の光強度が各開口に対応してそれぞれ配設された複数の輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が異なるようにされた光が波長ごとに分離され、撮像手段の受光面に光線規制手段の開口の像が波長ごとに結像される。これによって、複数の測定光、例えば光源によって照明される物体の反射光または透過光からなる測定光と光源の参照光からなる測定光とについて、高分解能で同時測定が行えることとなる。
【００２８】
また、請求項８の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載の測光装置において、２つの測定光が各開口にそれぞれ入射する２つの上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された２つの上記輝度分布発生手段とを備え、上記各輝度分布発生手段は、それぞれ入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に単調減少するように分布させて射出するもので、上記波長分散手段は、上記２つの光線規制手段によりスリット形状とされ、上記２つの輝度分布発生手段により強度分布が単調減少するようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、上記結像光学系は、上記２つの光線規制手段の開口の像をそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴としている。
【００２９】
この構成によれば、２つの測定光が２つの光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とされ、２つの測定光の光強度が各開口に対応してそれぞれ配設された２つの輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に単調減少するように光強度が変更されて射出される。この強度分布が単調減少するようにされた光がそれぞれ波長ごとに分離され、撮像手段の受光面に２つの光線規制手段の開口の像がそれぞれ波長ごとに結像される。ここで、２つの開口の像がそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように結像するので、撮像手段上で生じる一方の測定光と他方の測定光とのクロストークが低減され、これによって測定精度の低下が防止されることとなる。
【００３０】
また、請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、拡散板からなるものである。この構成によれば、輝度分布が簡易な構成で容易に発生することとなる。
【００３１】
また、請求項１０の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、上記測定光の入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、上記測定光の光軸に対して上記入射面の法線が傾斜して配置された光導体からなり、この光導体は、上記入射面側が上記測定光の入射領域を除いて反射部材で覆われ、上記射出面側が光の一部を透過し一部を反射する半透過面とされていることを特徴としている。
【００３２】
この構成によれば、光導体に入射した測定光が射出面側の半透過面と入射面側の反射部材との間で多重反射するため、半透過面から射出される光は、反射回数が多くなるに従って光強度が低下する。ここで、光導体は入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、測定光の光軸に対して入射面の法線が傾斜して配置されているので、反射回数に応じて順次異なる位置から光が射出されることから、異なる光強度の分布が得られることとなる。
【００３３】
このとき、四角柱形状の光導体から洩れる光量は少ないので、強度分布を発生させる際に光の利用効率を向上することができる。また、半透過面から射出される強度分布を有する光は、入射光の配光が維持されているので、波長分散手段などの光学系と効率良く結合されることとなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図１２を用いて、本発明に係る測光装置の第１実施形態であるポリクロメータの構成について説明する。
【００３５】
図１は同ポリクロメータの要部を模式的に示す構成図、図２は同ポリクロメータの被測定物近傍を示す構成図、図３(ａ)(ｂ)はそれぞれ入射側絞り板および射出側絞り板の正面図、図４は入射側絞り板、輝度分布発生部、射出側絞り板の配置を示す側面断面図である。
【００３６】
図１において、このポリクロメータ１は、被測定光３の分光特性を測定するもので、被測定光３の上流側から順に、受光光学系１０、入射側絞り板２０、輝度分布発生部３０、射出側絞り板４０、凹面回折格子５０が受光光学系１０の光軸Ｌ１上に配置されて構成されている。また、ポリクロメータ１は、さらに、凹面回折格子５０からの光を撮像する撮像部６０および撮像部６０に電気的に接続された画像処理部７０を備えている。
【００３７】
図２に示すように、このポリクロメータ１は、光源を被測定物４とするもので、ポリクロメータ１に設けられた測定用開口５の直ぐ内側に配設され、被測定物４である光源から出力される光を平行光にする集束光学系６によって、被測定光３が形成されている。
【００３８】
図１に戻り、受光光学系１０は、被測定光３を集束して入射側絞り板２０に導くものである。入射側絞り板２０には、図３(ａ)に示すように円形状の開口２１が穿設され、射出側絞り板４０には、図３(ｂ)に示すようにスリット形状の開口４１が穿設されている。また、輝度分布発生部３０は、図１に示すように入射側絞り板２０と射出側絞り板４０とに挟まれて配置され、直方体形状で、例えば乳白ガラスからなる拡散板により構成されている。
【００３９】
そして、図４に示すように、入射側絞り板２０の開口２１の中心と、射出側絞り板４０の開口４１の下端に近い部分とが、受光光学系１０の光軸Ｌ１に一致するように配置されている。また、輝度分布発生部３０は、開口２１，４１を覆う大きさに設定されている。
【００４０】
図１に戻り、凹面回折格子５０は、射出側絞り板４０の開口４１を通過した光を波長ごとに分散する波長分散部としての機能と、撮像部６０の受光面に開口４１の像を結像する結像光学系としての機能とを併せ持っている。この凹面回折格子５０は、図１中、縦方向の溝が例えば600本／mmのピッチで横方向に並んで形成されており、射出側絞り板４０の開口４１を通過した測定光を波長ごとに分散して反射し、撮像部６０上に結像するものである。
【００４１】
撮像部６０は、複数の光電変換素子（以下「画素」ともいう。）６１，６１，…が２次元的に配置されてなるエリアセンサ（例えばフォトダイオード、ＣＣＤやＭＯＳなど）からなり、この撮像部（エリアセンサ）６０の領域６２に、開口４１の像が横方向に並んで結像する。すなわち、結像域６２は、縦方向に開口４１の像を受光し、横方向に波長ごとに分散された光を受光する。
【００４２】
画像処理部７０は、各波長ごとに、結像域６２の縦方向に並んだ各画素のうちで、出力する受光信号が所定レベルのものを抽出し、抽出した画素からの受光信号を用いて各波長の光強度（分光特性）を求めるものである。
【００４３】
この画像処理部７０は、メモリ７１を備え、例えばＣＰＵを備えている。メモリ７１はＲＡＭやＲＯＭなどからなる。このメモリ７１には、波長ごとにおける光電変換素子間の感度比（図１中、横方向に並ぶ画素間の感度比）と、同一波長における光電変換素子間の感度比（図１中、縦方向に並ぶ画素間の感度比）とが補正データとして格納されている。この補正データは、後述する校正手順によって予め求められる。
【００４４】
そして、画像処理部７０は、受光信号をこれらの感度比に基づき補正し、各波長ごとの感度が基準化された分光特性を求める。
【００４５】
次に、図１、図５〜図７を用いてポリクロメータの作用について説明する。図５(ａ)は輝度分布発生部３０の作用を示す側面断面図、(ｂ)は輝度分布発生部３０による輝度分布を示す図、図６は撮像部（エリアセンサ）６０上での照度分布を説明する図、図７(ａ)(ｂ)は画素から出力される受光信号レベルを説明する図である。
【００４６】
図１において、被測定域２からの測定光３は、受光光学系１０により集束されて、入射側絞り板２０の開口２１に入射し、この開口２１を通過して輝度分布発生部３０に入射する。
【００４７】
拡散板からなる輝度分布発生部３０に入射した光は、図５(ａ)に示すように拡散して、射出側絞り板４０の開口４１から射出される。この開口４１から射出される光の輝度分布は、図５(ｂ)に示すように、開口２１の対向領域である開口４１の下端部分が最も高く、開口４１の上方に行くに従って輝度分布発生部３０内を通過する光路長が長くなるため次第に減衰し、開口４１の上端部分が最も低くなるような分布となる。
【００４８】
開口４１から射出された光は、凹面回折格子５０により、波長ごとに分散されて反射され、図６に示すように、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２上に波長ごとの開口４１の像４１ａ，４１ａ，…が結像する。このとき、同図に示すように、像４１ａ，４１ａ，…の照度分布は、輝度分布発生部３０によって生じる開口４１の輝度分布に応じて、下方に向かって減衰する分布になっている。
【００４９】
撮像部（エリアセンサ）６０の露光時間は、通常、低照度領域の画素からでも所定レベル以上の受光信号が出力されるように設定されるため、高照度領域の画素から出力される受光信号のレベルは飽和してしまう虞がある。
【００５０】
例えば測定光３が、図７(ａ)に示すように短波長（波長λ＝λ１）側で低く、長波長（波長λ＝λ２＞λ１）側で高い輝度を有する場合には、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２のうちで、高輝度の長波長域に対応する右上領域６３（図中、斜線で示す）の画素群から出力される受光信号は飽和することとなり、低輝度の短波長域に対応する左下領域６４（図中、斜線で示す）の画素群から出力される受光信号は所定レベル以下となる。
【００５１】
そこで、画像処理部７０は、これらの領域に挟まれ、受光信号のレベルが所定値となる領域６５（図中、クロスハッチングで示す）の画素を抽出し、この領域６５内の画素の受光信号を用いる。これによって、各波長において、高分解能の測定結果が得られることとなる。
【００５２】
なお、輝度分布発生部３０の開口２１，４１に対向する領域以外の部分、すなわち入射側絞り板２０に密着する部分、射出側絞り板４０に密着する部分（図５(ｂ)中、斜線部分）、側面、上面および下面に、例えば金属膜を蒸着することにより反射面を形成するようにしてもよい。これによって、光が洩れるのを確実に防止することができ、測定光の利用効率を向上することができる。
【００５３】
次に、図８〜図１１を用いて校正手順の一例について説明する。図８は校正データを取得する際の各画素の受光信号レベルを示す図、図９〜図１１は校正手順を示すフローチャートである。
【００５４】
ここで、測定光の波長成分は、撮像部（エリアセンサ）６０の結像域６２の横方向に分散するが、結像域６２における画素の列数は、画素列６２(ｉ)＝（６２０，…，６２ｉ，…，６２ｍ）の(ｍ＋１)個とし、各列６２(ｉ)の対応波長Ｗ(ｉ)＝（Ｗ０，…，Ｗｉ，…，Ｗｍ）は公知の技術で与えられているものとする。
【００５５】
校正において使用する基準光源には、Ａ光源などの相対分光放射強度が既知の光源が用いられるので、各画素列６２(ｉ)に入射するエネルギー分布Ｐ(ｉ)＝（Ｐ０，…，Ｐｉ，…，Ｐｍ）を求めることができる。
【００５６】
また、結像域６２の画素の縦方向の行数は、６２(ｊ)＝（６２０，…，６２ｊ，…，６２ｎ）の(ｎ＋１)個の画素が並んでいるものとする。
【００５７】
また、本実施形態では、同一列内では行番号の小さい画素ほど照度が高いものとし、撮像部（エリアセンサ）６０から出力される受光信号は、画像処理部７０におけるＡ／Ｄ変換により10ビット(0〜1023）のディジタルデータに変換されるものとする。
【００５８】
なお、図８(ａ)〜(ｄ)において、各画素の受光信号レベルＩは、それぞれ、空白の画素が0≦Ｉ＜750を示し、斜線で示す画素は750≦Ｉ＜1000を示し、クロスハッチングで示す画素は1000≦Ｉを示している。
【００５９】
図９において、まず、＃１０において、ポリクロメータ１の被測定物４（図２）として基準光源をセットし、いずれの画素も飽和しない程度の露光時間Ｔ０で測定が行われる。この測定結果において、全画素中で最大値の受光信号を出力する画素の測定値をＩmaxとする。
【００６０】
次いで、＃２０において、露光時間Ｔ１＝Ｔ０・900／Ｉmaxで基準光源の測定が行われ、下記数１に示すような結像域６２の全画素の測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６１】
【数１】
次いで、＃３０において、露光時間を1.2倍として測定が行われ、結像域６２の全画素の測定値Ｉpがメモリ７１に格納される。
【００６３】
次いで、＃４０において、全画素の測定値が750以上か否かが判別され、全画素の測定値が750以上になるまで、＃３０が繰り返される。
【００６４】
例えば図８(ａ)に示すように、＃２０の測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)では、右上隅の３画素のみが750以上である。次の＃３０の測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)では、図８(ｂ)に示すように、右上隅の１画素が1000以上、すなわちほぼ飽和しており、その周囲の１０画素が750以上になっている。さらに、(ｋ−１)回目の＃３０の測定値Ｉk-1(ｉ，ｊ)では、図８(ｃ)に示すように、左下隅の６画素のみが750未満になっている。そして、ｋ回目の＃３０の測定値Ｉk(ｉ，ｊ)では、図８(ｄ)に示すように、全画素が750以上になっている。
【００６５】
以上の＃１０〜＃４０により、校正のための測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)〜Ｉk(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６６】
次いで、＃５０において、ポリクロメータ１に光が入射しないようにした状態で、測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）を得たときとそれぞれ同一露光時間で測定が行われ、得られたオフセット値Ｄp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００６７】
次いで、＃６０において、測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）の各画素(ｉ，ｊ)の値から、オフセット値Ｄp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）の対応する画素(ｉ，ｊ)の値を減算して得られる新たな測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝０〜ｋ）がメモリ７１に格納される。以上の＃５０，＃６０によりオフセット校正が行われる。
【００６８】
次いで、図１０の＃７０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)において、750以上かつ1000未満の測定値を有する画素を対象画素とし、この対象画素が複数ある列について、対象画素(ｉ，ｊ)の値を画素(ｉ，０)の値で相対化し、対象画素以外の画素を０とした相対値Ｒ(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００６９】
上記数１の例では、相対値Ｒ(ｉ，ｊ)は下記数２のようになる。
【００７０】
【数２】
次いで、＃８０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)において、上記対象画素が複数ある列について、対象画素以外の画素を０とした計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。例えば図８(ｂ)の場合には、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)は下記数３のようになる。
【００７２】
【数３】
次いで、＃９０において、メモリ７１に格納されている全ての測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）について、＃８０と同様の操作を行い、得られた計算値Ｒp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００７４】
次いで、＃１００において、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)について、各列ごとに、列内の対象画素の値を画素(ｉ，０)の値で相対化して新たに相対値Ｒ(ｉ，ｊ)が求められる。このとき、計算値Ｒ1(ｉ，ｊ)について相対値Ｒ(ｉ，ｊ)と重複する対象画素を用いて相対化する。上記数２、数３の場合には、画素(ｍ，１)が重複しているので、これを用いることにより下記数４が得られる。
【００７５】
【数４】
次いで、＃１１０において、＃１００と同様の操作を計算値Ｒk(ｉ，ｊ)まで繰り返すことにより、各列ごとに、全画素を(ｉ，０)で相対化した相対値Ｒ(ｉ，ｊ)が得られる。これを補正行列としてメモリ７１に格納される。以上の＃７０〜＃１１０により、各列（同一波長）ごとの画素間における感度比が求められる。
【００７７】
次いで、図１１の＃１２０において、メモリ７１に格納されている測定値Ｉ0(ｉ，ｊ)の第０行について、750以上かつ1000未満の値を持つ要素を対象要素とし、各対象要素(ｉ，０)の値を画素(ｍ，０)の値で相対化し、対象要素以外の要素を０とした行データＳ(ｉ)が求められてメモリ７１に格納される。ここでは、長波長ほど測定値が大きいとしている。
【００７８】
例えば、Ｓ(ｉ)は、
Ｓ(ｉ)＝(０，…，０，Ｓm-2，Ｓm-1，１)
で与えられる。
【００７９】
次いで、＃１３０において、格納されている測定値Ｉ1(ｉ，ｊ)の第０行について、上記対象要素以外の要素を０とした行データＳ1(ｉ)が格納される。
【００８０】
例えば、Ｓ1(ｉ)は、
Ｓ1(ｉ)＝(０，…，０，(Ｉ1)m-4,0，(Ｉ1)m-3,0，(Ｉ1)m-2,0，０，０)
で与えられる。
【００８１】
次いで、＃１４０において、格納されている全ての測定値Ｉp(ｉ，ｊ)（ｐ＝２〜ｋ）について、＃１３０が繰り返され、行データＳp(ｉ)（ｐ＝２〜ｋ）がメモリ７１に格納される。
【００８２】
次いで、＃１５０において、相対化行データＳ(ｉ)と行データＳ1(ｉ)について、重複対象要素の値（上記の例ではＳm-2と(Ｉ1)m-2,0）を用いて全対象要素の値を画素(ｍ，０)のデータで相対化し、新たな相対化行データＳ(ｉ)を求めてメモリ７１に格納する。上記の例では、新たな相対化行データＳ(ｉ)は、
Ｓ(ｉ)＝(０，…，０，Ｓm-4，Ｓm-3，Ｓm-2，Ｓm-1，１)
で与えられる。
【００８３】
次いで、＃１６０において、＃１５０の操作がＳk(ｉ)まで繰り返され、行内の全要素が画素(ｍ，０)で相対化された相対化行データＳ(ｉ)が得られ、メモリ７１に格納される。
【００８４】
次いで、＃１７０において、相対化行データＳ(ｉ)の各要素が基準光源のエネルギー分布Ｐ(ｉ)の各要素で除算されて、新たな相対化行データＳ(ｉ)が得られ、メモリ７１に格納される。
【００８５】
次いで、＃１８０において、相対化行データＳ(ｉ)の各要素を補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する列ｉの全要素に乗算し、新たな補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)が求められ、メモリ７１に格納される。
【００８６】
次に、図１２のフローチャートを用いて、ポリクロメータ１による測定動作手順について説明する。
【００８７】
まず、＃２１０において、ポリクロメータ１の測定用開口５を被測定物４に向けて測定が行われ、例えば下記数５に示すような測定値Ｍ(ｉ，ｊ)がメモリ７１に格納される。
【００８８】
【数５】
次いで、＃２２０において、測定値Ｍ(ｉ，ｊ)の各列ごとに、所定レベル（例えば1000未満で最大）の値を持つ画素(ｉ，ｊmax)が抽出され、次いで、＃２３０において、抽出された画素(ｉ，ｊ)の値Ｍ(ｉ，ｊmax)に、補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する要素(ｉ，ｊmax)の値Ｒ(ｉ，ｊmax)が乗算されて、補正された行データＭ(ｉ)が求められ、メモリ７１に格納される。次いで、＃２４０において、補正された行データＭ(ｉ)と、各列の対応波長データＷ(ｉ)とから、補間など既知の手法で分光放射強度Ｍ(λ)が算出される。
【００９０】
このように、第１実施形態によれば、輝度分布発生部３０により測定光３に異なる強度分布を発生させ、この異なる強度分布の光を撮像部６０の結像域６２の複数の光電変換素子６１，６１，…によりそれぞれ受光し、画像処理部７０により所定レベルの受光信号を出力する光電変換素子６１を抽出し、抽出された光電変換素子６１から出力される受光信号を用いて分光強度を求めるようにしたので、波長ごとに光強度が大きく異なる場合でも、常に所定レベルの受光信号を用いることから、常に高分解能で測定結果を得ることができる。
【００９１】
次に、図１３〜図１６を用いて、本発明に係る測光装置の第２実施形態について説明する。
【００９２】
第２実施形態のポリクロメータは、測定試料を照明する照明部を備え、照明された測定試料からの反射光または透過光に基づき、その反射特性または透過特性を測定するものである。このポリクロメータは、照明部からの照明光を参照光として測定し、上記反射光または透過光からなる試料光の測定値と参照光の測定値との比に基づき反射特性または透過特性を求めるようにしている。
【００９３】
図１３(ａ)(ｂ)(ｃ)は第２実施形態のポリクロメータにおける被測定物４を照明する照明部の種々の構成例を示す図である。
【００９４】
図１３(ａ)は被測定物４の反射特性を測定する45／0ジオメトリの構成例を示している。被測定物４を45°照明する光源１０１およびトロイダルミラー１０２からなる照明部１００と、被測定物４からの法線方向の反射光を試料光として一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導く試料光用光ファイバ１１１と、照明部１００からの照明光を他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導く参照光用光ファイバ１１２とを備えている。
【００９５】
図１３(ｂ)は被測定物４の反射特性を測定するd／0ジオメトリの構成例を示している。光源１０１からの光は、高拡散率、高反射率の材質で塗装された積分球１０３の内壁１０３ａで多重反射され、拡散光となって被測定物４を照明する。そして、被測定物４からの法線方向の反射光が集光用レンズ１０４により集光されて、試料光として試料光用光ファイバ１１１により一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。また、被測定物４の近傍の光が参照光として参照光用光ファイバ１１２により他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。
【００９６】
図１３(ｃ)は被測定物４の透過特性を測定する構成例を示している。光源１０１からの光は、高拡散率、高反射率の材質で塗装された積分球１０３の内壁１０３ａで多重反射され、拡散光となって被測定物４を照明する。そして、被測定物４の透過光が集光用レンズ１０４により集光されて、試料光として試料光用光ファイバ１１１により一方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。また、被測定物４の近傍の光が参照光として参照光用光ファイバ１１２により他方の輝度分布発生部３０（図１４参照）に導かれる。
【００９７】
以上の図１３(ａ)(ｂ)(ｃ)に示すいずれの構成であっても、第２実施形態のポリクロメータとして適用することができる。
【００９８】
図１４は第２実施形態におけるポリクロメータの輝度分布発生部近傍の構成を示す側面断面図、図１５は同ポリクロメータの要部を示す構成図、図１６は撮像部における照度分布を説明する図である。なお、各図において第１実施形態と同一物には同一符号を付しており、図１５では入射側絞り板および射出側絞り板の図示を省略している。
【００９９】
図１４に示すように、第２実施形態のポリクロメータ１は、２つの輝度分布発生部３０を備え、試料光と参照光の２つの測定光を測定するもので、入射側絞り板２０には２つの円形状の開口２１，２２が設けられ、射出側絞り板４０には２つのスリット形状の開口４１，４２が設けられている。輝度分布発生部３０，３０は、それぞれ開口２１，４１および開口２２，４２を覆う大きさに設定されている。
【０１００】
そして、入射側絞り板２０の開口２１には、試料光を導く試料光用光ファイバ１１１の射出端が対向配置され、開口２１の中心と射出側絞り板４０の開口４１の上端に近い部分とが、試料光用光ファイバ１１１の中心に一致するように配置されている。また、入射側絞り板２０の開口２２には、参照光を導く参照光用光ファイバ１１２の射出端が対向配置され、開口２２の中心と射出側絞り板４０の開口４２の下端に近い部分とが、試料光用光ファイバ１１２の中心に一致するように配置されている。
【０１０１】
このような配置により、射出側絞り板４０の開口４１および開口４２における相対輝度は、図１４に示すように、互いに隣接する側が最小レベルで、離れた側が最大レベルになっている。
【０１０２】
図１５に示すように、撮像部（エリアセンサ）６０は、試料光を受光する領域６２Ｓと参照光を受光する領域６２Ｒとをカバーし、凹面回折格子５０は、波長ごとに分散した開口４１，４２（図１４）の像を領域６２Ｓ，６２Ｒにそれぞれ結像する。このとき、凹面回折格子５０の作用によって、図１６に示すように、結像域６２Ｓ，６２Ｒ上の照度分布は、互いに隣接する側が最小レベルで、離れた側が最大レベルになっている。
【０１０３】
そして、画像処理部７０は、結像域６２Ｓ，６２Ｒの全画素データを取り込み、第１実施形態と同様に、結像域６２Ｓ，６２Ｒのそれぞれについて、波長ごとに所定レベル（例えば1000未満で最大）の値を持つ画素を抽出し、この抽出された画素の受光信号に基づき反射特性または透過特性を求める機能を有する。
【０１０４】
例えば図１６に示す例では、斜線で示す領域６６Ｓ，６６Ｒの画素が波長ごとに抽出されており、この抽出された画素の受光信号に基づき反射特性または透過特性が求められる。
【０１０５】
このように、第２実施形態によれば、２つの輝度分布発生部３０，３０と、２つのスリット形状の開口４１，４２とを備え、凹面回折格子５０により開口４１，４２の像を撮像部６０の結像域６２Ｓ，６２Ｒに結像するようにしたので、試料光と参照光の２つの測定光を、第１実施形態と同様に測定することができる。
【０１０６】
また、凹面回折格子５０により、結像域６２Ｓ，６２Ｒ上で互いに低照度側が隣接するように結像しているので、互いのクロストークによる誤差を低減することができる。
【０１０７】
なお、第２実施形態では、試料光の測定値と参照光の測定値との比から反射率または透過率を求めているので、結像域６２Ｓ，６２Ｒにおいて、波長間の感度比の校正を行う必要はなく、試料光と参照光とのそれぞれについて結像域６２Ｓ，６２Ｒの列内（同一波長）の各画素間における感度比の校正を行うようにすればよい。従って、メモリ７１には、列内の各画素間における感度比のみ格納しておけばよい。この場合、列内の各画素間における感度比の校正において使用する基準光源は、相対分光放射強度が既知の光源である必要はなく、所要の光量を有する校正用光源を用いればよい。
【０１０８】
また、第２実施形態では、公知の分光反射（透過）特性測定装置と同様に、試料の測定を行う前に、基準白色板または基準透明試料を測定することにより白色校正を行う必要がある。従って、列内の各画素間における感度比を白色校正を行う度に求めることができるため、光学系や撮像部の経時変化による測定誤差の増大を抑制することができる。
【０１０９】
なお、本発明は、上記各実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【０１１０】
（１）上記第１、第２実施形態では、測定光を波長ごとに分離して分光特性を測定するポリクロメータに適用した例を用いて説明しているが、これに限られない。測定光を分光しない場合、例えば輝度や照度を計測する場合でも、測定光に強度分布を発生させることにより、撮像部６０の各光電変換素子のうちで所定レベルの画素の受光信号を用いることで、測定光の光強度が時間的に比較的大きく変化した場合でも、高分解能の測定を行うことができる。
【０１１１】
なお、この場合には、撮像部６０として、複数の光電変換素子が２次元的に配置されたエリアセンサに代えて、１列に配列されたラインセンサを用いるようにしてもよい。
【０１１２】
また、メモリ７１には、列内の各画素間における感度比のみ格納しておけばよい。この場合、列内の各画素間における感度比の校正において使用する基準光源は、相対分光放射強度が既知の光源である必要はなく、所要の光量を有する校正用光源を用いればよい。
【０１１３】
（２）上記第１、第２実施形態では、各列ごとに１つの最適画素を選択しているが、例えば、各列ごとに1000未満で最大の値を持つ画素と、それに続く一定数ｕの画素群Ｍ(ｉ，ｊmax)〜Ｍ(ｉ，ｊmax+u-1)を抽出し、各々に補正行列Ｒ(ｉ，ｊ)の対応する要素Ｒ(ｉ，ｊmax)〜Ｒ(ｉ，ｊmax+u-1)を乗算し、それらの積算値を要素とする行データＭ(ｉ)を求めるようにしてもよい。なお、抽出する画素群の数ｕは、全ての列で同一数でもよいが、列ごとに異なっていてもよい。
【０１１４】
（３）上記第１、第２実施形態では、輝度分布発生部３０を拡散板で構成しているが、これに限られない。図１７(ａ)は異なる輝度分布発生部の斜視図、(ｂ)は輝度分布発生部に入射した光の光路を説明する側面断面図、(ｃ)は輝度分布発生部の平面断面図である。
【０１１５】
図１７(ａ)に示す輝度分布発生部３０は、ガラスやプラスチックなどの光導体で構成されている。この輝度分布発生部３０は、本変形形態では、例えば厚さｄ１＝0.5mm、幅ｄ２＝2mm、長さｄ３＝3mmの直方体形状で、屈折率1.49のアクリル樹脂により形成されている。
【０１１６】
輝度分布発生部３０の入射絞り板２０側の入射面３１は、入射絞り板２０の開口２１に対向する部分３１ａを除いて、金属の蒸着などによる反射膜３１ｂ（図中、実線斜線で示す）により被覆されている。輝度分布発生部３０の射出絞り板４０側の射出面３２は、50％反射の半透過膜により被覆されている。
【０１１７】
また、輝度分布発生部３０の天面３３および底面３４は、不要な反射を防止すべく光吸収物質により被膜されている。なお、輝度分布発生部３０の側面３５，３６（図１７(ｃ)参照）は、構造上、入射光がほぼ全反射するので、特に被覆は施されていない。
【０１１８】
この輝度分布発生部３０は、図１７(ｂ)に示すように、入射面３１の法線３１ｎが入射光Ｉ０の光軸Ｌ１に対してθ≒10°だけ傾斜して配置されている。
【０１１９】
この構成により、入射光Ｉ０は、輝度分布発生部３０に入射して屈折し、射出面３２で50％が反射されて反射光Ｒ１となり、残りの50％は再び屈折して入射光と平行な光線Ｉ１となって輝度分布発生部３０から射出される。
【０１２０】
反射光Ｒ１は入射面３１で反射された後、再び射出面３２で50％が反射されて反射光Ｒ２となり、残りの50％が入射光と平行な光線Ｉ２となって輝度分布発生部３０から射出される。以下同様の過程が繰り返されて、光線Ｉ３，Ｉ４が輝度分布発生部３０から射出される。
【０１２１】
光線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，…の強度は、射出面３２での反射ごとに50％に減衰するとともに、開口２１からの光路が長くなるに従って光線が広がることによっても減衰する。なお、光線の幅方向は輝度分布発生部３０の幅で規制されるので、光線は主に高さ方向に広がることになるため、光線の広がりによる減衰は、ほぼ光路長に比例することとなる。
【０１２２】
また、光線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，…と進むにつれて光線が広がるので、これらの間には互いに交じり合った中間の輝度が形成される。従って、図１７(ｂ)に示す輝度分布は、これらが含まれたものによって形成されている。
【０１２３】
このように、多重反射する光導体により輝度分布発生部３０を構成することによっても、輝度分布を好適に形成することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、開口２１の幅方向に広がった光線は、輝度分布発生部３０の側面３５，３６により全反射されるため、光線が輝度分布発生部３０から外部に洩れることがなく、さらに、輝度分布発生部３０において拡散光とならずに射出光線の配光が入射光線の配光と同一に維持される。従って、この形態によれば入射光の利用効率を高いものとすることができる。
【０１２５】
なお、光の利用効率をさらに高めるためには、輝度分布発生部３０の幅は、開口４１の幅と同一か、僅かに大きい程度が好ましい。
【０１２６】
（４）図１８は上記第１実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。なお、輝度分布発生部３０は、上記変形形態（３）で説明した光導体で構成している。
【０１２７】
この形態は、輝度分布発生部３０と射出側絞り板４０との間に配設されたリレーレンズ８０を備えている。このリレーレンズ８０は、輝度分布発生部３０の射出面３２上における輝度分布を射出側絞り板４０のスリット状開口４１上に1／2に縮小して結像するものである。
【０１２８】
撮像部（エリアセンサ）６０のサイズは小さくなる傾向にあるが、例えば幅が6mmのエリアセンサに波長350nm〜750nmの光線を10nmピッチで収めようとすると、開口４１の幅は約0.15mmとなる。
【０１２９】
上記第１実施形態の構成では、この開口４１のサイズに見合う輝度分布発生部３０の幅は0.25mmとなり、非常に小さいのでその製作が困難である。これに対して、この変形形態の構成では、輝度分布の像をリレーレンズ８０により縮小しているので、輝度分布発生部３０の幅を２倍の0.5mmと拡大できることから、比較的容易に製作することができる。
【０１３０】
また、受光面積の小さい撮像部（エリアセンサ）６０と組み合わせて必要な入射光量を得るためには、凹面回折格子５０などの光学系に小さいＦナンバーのものが必要となるが、一般に受光光学系１０のＦナンバーが大きいため、これと結合する上でもリレーレンズ８０は有効である。
【０１３１】
（５）図１９は上記第２実施形態の異なる構成例を示す側面断面図である。なお、入射側絞り板２０の図示は省略している。この形態は、図１８と同様のリレーレンズ８０に加えて、レンズ８１，８２を備えている。
【０１３２】
リレーレンズ８０は、図１８と同様に、輝度分布発生部３０，３０の射出面上の輝度分布を射出側絞り板４０の開口４１，４２上に1／2に縮小して結像するものである。
【０１３３】
レンズ８１は、輝度分布発生部３０，３０の直ぐ射出側に配置されている。レンズ８１の焦点距離は、レンズ８１とリレーレンズ８０との距離に等しく設定されており、輝度分布発生部３０，３０から射出された光線は、有効にリレーレンズ８０に入射することとなる。
【０１３４】
レンズ８２は、射出側絞り板４０の直ぐ入射側に配置されており、リレーレンズ８０の像を凹面回折格子５０上に結像するもので、このレンズ８２により、リレーレンズ８０を透過した輝度分布発生部３０，３０からの光線を無駄なく凹面回折格子５０に導くことができる。
【０１３５】
この形態によれば、レンズ８１，８２を備えることにより、測定光３のうちで撮像部６０に入射する光量の割合を可能な限り増大することができるので、より一層高分解能で測定を行うことができる。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、測定光がスリット形状となるように規制するとともに、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するようにして、異なる強度の測定光を少なくとも１列に配列された複数の光電変換素子によりそれぞれ受光させ、各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行って測定光の所定の特性を求めるようにしたので、測定光の光量レベル変化が比較的大きい場合であっても、その光量に応じて抽出する光電変換素子が変更されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定を行うことができる。
【０１３７】
また、請求項２の発明によれば、撮像手段の列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、光電変換素子から出力される受光信号のうちで所定レベルの受光信号を出力する光電変換素子が、複数の光電変換素子のうちでいずれの光電変換素子であっても、同一の精度で測定を行うことができる。
【０１３８】
また、請求項３の発明によれば、測定光をスリット形状の開口に入射させ、測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するようにして、この強度分布が異なるようにされた光を幅方向に波長ごとに分離し、複数の光電変換素子が長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段の受光面に、光線規制手段の開口の像を波長ごとに結像し、各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、この抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、測定光の所定の特性を求めるようにしたので、波長により光強度が比較的大きく異なる測定光であっても、波長ごとに適正な光電変換素子が抽出されることで、常に所定レベルの受光信号が用いられることとなり、常に高分解能の測定を行うことができる。
【０１３９】
また、請求項４の発明によれば、撮像手段の長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データを用いて、光電変換素子から出力される受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、例えば物体の分光反射特性または分光透過特性を測定する場合のように、物体の反射光または透過光と光源の参照光との比を測定値とする場合には、各波長において抽出される光電変換素子が変化しても、波長ごとに、得られる測定結果の精度を維持することができる。
【０１４０】
また、請求項５の発明によれば、撮像手段の幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データを用いて、受光信号の補正演算を行った上で演算処理を行うようにしたので、例えば光源の分光輝度特性を測定する場合であって、波長ごとに輝度が大きく異なることにより、各波長において抽出される光電変換素子が変化した場合でも、波長ごとに、得られる測定結果の精度を維持することができる。
【０１４１】
また、請求項６の発明によれば、輝度分布発生手段により、入射する測定光の光強度がスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度を変更して射出し、結像レンズにより、この強度分布を有する測定光を光線規制手段の開口に縮小して結像するようにしたので、輝度分布発生手段のサイズを光線規制手段の開口に比べて大きくすることが可能になり、輝度分布発生手段の製作を容易に行うことができる。
【０１４２】
また、請求項７の発明によれば、複数の測定光を複数の光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とし、複数の測定光の光強度を各開口に対応してそれぞれ配設された複数の輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に異なる強度で分布するように光強度を変更して射出し、この強度分布が異なるようにされた光を波長ごとに分離して、撮像手段の受光面に光線規制手段の開口の像を波長ごとに結像するようにしたので、複数の測定光について高分解能で同時測定を行うことができる。
【０１４３】
また、請求項８の発明によれば、２つの測定光を２つの光線規制手段の各開口にそれぞれ入射してスリット形状とし、２つの測定光の光強度を各開口に対応してそれぞれ配設された２つの輝度分布発生手段によりそれぞれスリット状開口の長さ方向に単調減少するように光強度を変更して射出し、この強度分布が単調減少するようにされた光をそれぞれ波長ごとに分離し、撮像手段の受光面に２つの光線規制手段の開口の像をそれぞれ波長ごとに結像させ、その際に、２つの開口の像をそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように結像するようにしたので、撮像手段上で生じる一方の測定光と他方の測定光とのクロストークが低減され、これによって測定精度の低下を防止することができる。
【０１４４】
また、請求項９の発明によれば、輝度分布発生手段を拡散板で構成するようにしたので、輝度分布を簡易な構成で容易に発生することができる。
【０１４５】
また、請求項１０の発明によれば、光導体に入射した測定光を射出面側の半透過面と入射面側の反射部材との間で多重反射させることから、半透過面から射出される光は、反射回数が多くなるに従って光強度が低下するが、光導体を入射面と射出面とがほぼ平行に形成された四角柱形状で、測定光の光軸に対して入射面の法線が傾斜して配置するようにしたので、反射回数に応じて順次異なる位置から光が射出されることから、異なる光強度の分布を好適に得ることができる。このとき、四角柱形状の光導体から洩れる光量は少ないので、強度分布を発生させる際に光の利用効率を向上することができる。また、半透過面から射出される強度分布を有する光は、入射光の配光が維持されているので、波長分散手段などの光学系と効率良く結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測光装置の第１実施形態であるポリクロメータの要部を模式的に示す構成図である。
【図２】同ポリクロメータの被測定物近傍を示す構成図である。
【図３】 (ａ)(ｂ)はそれぞれ入射側絞り板および射出側絞り板の正面図である。
【図４】入射側絞り板、輝度分布発生部、射出側絞り板の配置を示す側面断面図である。
【図５】 (ａ)は輝度分布発生部の作用を示す側面断面図、(ｂ)は輝度分布発生部による輝度分布を示す図である。
【図６】撮像部上での照度分布を説明する図である。
【図７】 (ａ)(ｂ)は画素から出力される受光信号レベルを説明する図である。
【図８】校正データを取得する際の各画素の受光信号レベルを示す図である。
【図９】校正手順を示すフローチャートである。
【図１０】校正手順を示すフローチャートである。
【図１１】校正手順を示すフローチャートである。
【図１２】測定動作手順を示すフローチャートである。
【図１３】 (ａ)(ｂ)(ｃ)は第２実施形態のポリクロメータにおける被測定物を照明する照明部の種々の構成例を示す図である。
【図１４】第２実施形態におけるポリクロメータの輝度分布発生部近傍の構成を示す側面断面図である。
【図１５】同ポリクロメータの要部を示す構成図である。
【図１６】撮像部における照度分布を説明する図である。
【図１７】 (ａ)は異なる輝度分布発生部の斜視図、(ｂ)は輝度分布発生部に入射した光の光路を説明する側面断面図、(ｃ)は輝度分布発生部の平面断面図である。
【図１８】第１実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。
【図１９】第２実施形態の異なる構成例を示す平面断面図である。
【符号の説明】
１ ポリクロメータ
２ 被測定域
３ 測定光
１０ 受光光学系
２０ 入射側絞り板
３０ 輝度分布発生部
４０ 射出側絞り板（光線規制手段）
４１，４２ 開口
５０ 凹面回折格子（波長分散手段、結像光学系）
６０ 撮像部
６１ 光電変換素子
７０ 画像処理部（演算処理手段）
７１ メモリ（記憶手段）
Claims (10)
- 測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、
入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、
受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が少なくとも１列に配列されてなり、各光電変換素子が上記輝度分布発生手段によって発生する異なる強度の測定光をそれぞれ受光するように配置された撮像手段と、
上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴とする測光装置。 - 請求項１記載の測光装置において、上記撮像手段の上記列方向における各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴とする測光装置。
- 測定光が入射するスリット形状の開口を有する板状の光線規制手段と、
入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に異なる強度に分布させて射出する輝度分布発生手段と、
上記光線規制手段によりスリット形状とされ、上記輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光を上記長さ方向に直交する幅方向に波長ごとに分離する波長分散手段と、
受光した光強度に応じた受光信号を出力する複数の光電変換素子が上記長さ方向および幅方向に２次元的に配列されてなる撮像手段と、
上記光線規制手段の開口の像を波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像する結像光学系と、
上記撮像手段の各光電変換素子のうちで、光電変換素子が飽和しないレベルにある所定レベルの受光信号を出力する少なくとも１つの光電変換素子を抽出し、抽出された光電変換素子から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して所定の演算処理を行うことにより、上記測定光の所定の特性を求める演算処理手段とを備えたことを特徴とする測光装置。 - 請求項３記載の測光装置において、上記撮像手段の上記長さ方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する補正データであって、校正用光源からの測定光により予め求められた補正データが格納された記憶手段を備え、上記演算処理手段は、上記補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴とする測光装置。
- 請求項４記載の測光装置において、上記記憶手段には、さらに、上記撮像手段の上記幅方向に配列された各光電変換素子間の感度比に関する第２補正データであって、分光強度が既知の基準光源からの測定光により予め求められた第２補正データが格納されており、上記演算処理手段は、上記補正データおよび上記第２補正データを用いて上記受光信号の補正演算を行った上で上記演算処理を行うものであることを特徴とする測光装置。
- 請求項３〜５のいずれかに記載の測光装置において、結像レンズをさらに備え、
上記光線規制手段は、上記輝度分布発生手段と上記波長分散手段との間に配置され、
上記結像レンズは、上記輝度分布発生手段と上記光線規制手段との間に配置され、上記輝度分布発生手段による強度分布を有する測定光を上記光線規制手段の開口に縮小して結像するものであることを特徴とする測光装置。 - 請求項３〜６のいずれかに記載の測光装置において、複数の測定光が各開口にそれぞれ入射する複数の上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された複数の上記輝度分布発生手段とを備え、
上記波長分散手段は、上記複数の光線規制手段によりスリット形状とされ、上記複数の輝度分布発生手段により強度分布が異なるようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、
上記結像光学系は、上記複数の光線規制手段の開口の像をそれぞれ波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴とする測光装置。 - 請求項３〜６のいずれかに記載の測光装置において、２つの測定光が各開口にそれぞれ入射する２つの上記光線規制手段と、これらの光線規制手段の各開口に対応してそれぞれ配設された２つの上記輝度分布発生手段とを備え、
上記各輝度分布発生手段は、それぞれ入射する測定光の光強度を上記開口の長さ方向に単調減少するように分布させて射出するもので、
上記波長分散手段は、上記２つの光線規制手段によりスリット形状とされ、上記２つの輝度分布発生手段により強度分布が単調減少するようにされた光をそれぞれ上記幅方向に波長ごとに分離するもので、
上記結像光学系は、上記２つの光線規制手段の開口の像をそれぞれ光強度が小さい領域が互いに隣接するように波長ごとに上記撮像手段の受光面に結像するものであることを特徴とする測光装置。 - 請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、拡散板からなることを特徴とする測光装置。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の測光装置において、上記輝度分布発生手段は、上記測定光の入射面と射出面とがほぼ平行に形成され、上記測定光の光軸に対して傾斜して配置された光導体からなり、この光導体は、上記入射面側が上記測定光の入射領域を除いて反射部材で覆われ、上記射出面側が光の一部を透過し一部を反射する半透過面とされていることを特徴とする測光装置。
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