JP2010281808A - 照明装置およびそれを用いる反射特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分光反射特性の測定のために試料面を照明する際に、光束の利用効率を高める。
【解決手段】測定域の中心１ｄを通る法線１ｎ上に配置された光源２にＬＥＤなどの面光源を用いてそれによる配光２ｃにランベルト特性（コサイン特性）を持たせ、その光束２ａを、法線１ｎからの距離Ｌ１１が、試料面１と面光源２との距離Ｈ１の半分に等しい反射面３３ａを内部に複数有する筒状の多面体鏡３３で反射して試料面１を照明する。したがって、試料面１は、等価的に面光源２を中心とし、距離が前記距離Ｈ１に等しいランベルト特性の光源像２’よって、多方位から照明される。これによって、試料面１を法線１ｎから４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線１ｎ方向から受光する、４５°ｃ：０°ジオメトリを実現し、光源２と試料面１との距離変動に対する照度変化を小さくできるとともに、多方位の放射光束を試料面１に集め、光束の利用効率を高められる。
【選択図】図４

Description

本発明は、色サンプルの反射特性を測定する装置、特に、カラープリンタなどに内蔵され、印刷色の校正を行うために、複数の色サンプルの配列を走査して反射特性を連続測定する反射特性測定装置などで好適に用いられ、前記色サンプルなどを照明する装置およびそれを用いる前記反射特性測定装置に関する。

インクジェットプリンタなどにおける印刷色の校正は、所定の入力情報に基づいて用紙に印刷した色調や濃度の異なる多数（数百）の色サンプルの配列（カラーパッチ）をスキャナでスキャンして、可視域（４００−７００ｎｍ）における分光反射特性を測定し、それらの反射特性測定値と、それらが本来あるべき基準値との差異を無くすように行われる。そして、前記分光反射特性の測定には、試料面をその法線から４５°の方向から照明し、試料面反射光を法線方向から受光する、いわゆる４５°：０°ジオメトリの照明受光系が使用される。一方、このような多数のサンプルの配列を通常のスポット測定用の反射特性測定器で測定すると、時間がかかりすぎるので、通常、１次元的に配列した２０から４０程度の色サンプルを、手動あるいは自動的に走査して測定が行われる。そのような反射特性測定は、たとえば本件発明者が特許文献１で提案している。

しかしながら、走査に伴う測定器と試料面との距離の変動によって、照明光による試料面の照度が変化し、結果的に測定値に誤差が生じる。こうした距離変動による照度変化を抑制するために、距離変動に強い照明系が検討され、特許文献２および特許文献３が提案されている。それらの従来技術は、コサインエミッタやランベルトエミッタと称される光源を用いるもので、図１４に示すように、ランベルト特性（コサイン特性）の配光をもつ光源Ｓ、すなわち面光源を、その配光の主軸Ｘが試料面法線Ｎと平行、すなわち光源Ｓと試料面とを平行に配置し、前記法線Ｎと主軸Ｘとの距離Ｄ１が、光源Ｓと試料面を含む面との距離Ｄ２に等しくなるように配置している。これによって、試料面は面の法線Ｎからの角度ａ＝４５°方向の成分によって照明され、前記４５°：０°ジオメトリを実現する。

ここで、光源Ｓと試料面を含む面との距離がＤ２からＤ２＋ｄに変化して、光源Ｓと試料面における測定域の中心Ｏとの距離ＬがＬ’に、角度ａがａ’に変化したときの試料面照度の変化を考える。光源Ｓと前記中心Ｏとの距離Ｌは、Ｄ１／ｓｉｎ（ａ）であり、光束密度は距離Ｌの二乗に反比例するので、結局、ｓｉｎ^２（ａ）に比例することになる。一方、ランベルト特性の光源Ｓが射出角ａに射出する光束密度はｃｏｓ（ａ）に比例し、試料面に入射角ａで入射する光束密度もｃｏｓ（ａ）に比例する。したがって、ランベルト特性の光源Ｓから前記中心Ｏに入射する光束密度は、ｓｉｎ^２（ａ）・ｃｏｓ^２（ａ）に比例し、結局、ｓｉｎ^２（２・ａ）に比例する。ｓｉｎ^２（２・ａ）はａ＝４５°で極大となり、微係数が０となるので、ａ＝４５°近辺でのａの変化に対する試料面照度の変化率は最小となる。これは、ａ＝４５°近辺での光源Ｓと試料面を含む面との距離Ｄ２の変化に対する試料面照度の変化率が最小となることを意味する。

図１５は、図１４のジオメトリで、光源Ｓがランベルト特性の配光をもつ場合（◇）と、４５°近傍で角度ａに依存せず、一様な配光をもつ場合（□）との、光源Ｓと試料面を含む面との距離変動に伴う照度変動を示すグラフである。ｘ軸は距離変化率を、ｙ軸は照度変化率を表している。この図１５から理解されるように、ランベルト特性の光源では、照度変動が大幅に抑えられている。たとえば、Ｄ２＝Ｄ１＝８ｍｍで、２％の距離変動（０．１６ｍｍ）があったとき、前記ランベルト特性でない場合は、照度は１％変動し、反射特性測定値にも１％程度の誤差を生じるが、ランベルト特性である場合の誤差は、０．０４％にすぎない。

特開２００８−２９８５７９号公報 米国特許第７３６５８４３号明細書 米国特許第７４３３０４１号明細書

上述のように、特許文献２および特許文献３の方法は、光源Ｓと試料面を含む面、つまり照明装置と試料面との距離変動に伴う照度変動を大幅に押さえ込むことが可能であるが、ＬＥＤなどから成る面光源Ｓが半空間に放射するランベルト特性（コサイン特性）の配光の、主軸からの角度４５°近傍の成分のさらに１方位近傍の成分のみが試料面を照明するので、極めて照明効率が悪いという問題がある。

本発明の目的は、試料面との距離の変動に伴う照度変動が小さいだけでなく、照明効率の良い照明装置およびそれを用いる反射特性測定装置を提供することである。

本発明の照明装置は、被測定試料面を照明する装置において、前記試料面における測定域の中心を通る法線上に配置される面光源と、前記試料面と面光源との間に配置され、前記法線を軸とし、前記試料面と面光源との間の距離に等しい内径を有し、前記面光源が放射する光束を内周面で反射して、前記試料面を照明する円筒面鏡とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、分光反射特性などの測定が行われる試料面を照明する装置において、光源をＬＥＤなどの面光源としてランベルト特性（コサイン特性）の配光を持たせるようにし、その面光源が放射する光束を、前記試料面と前記面光源との間に配置した前記試料面と面光源との間の距離に等しい内径を有する円筒面鏡で反射して、前記試料面を照明する。これによって、前記試料面を、その法線から４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線方向から受光することでいわゆる４５°：０°ジオメトリを実現するが、さらに試料面は、等価的に、前記面光源を中心とし、半径が前記試料面と面光源との距離に等しい円周上の無数のランベルト特性の光源像よって照明されることになる。

したがって、前記円周上の無数の光源像は、試料面を含む面との距離と試料面法線からの距離とが等しいランベルト光源であり、特許文献２および３の照明光学系と同様に、光源と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくすることができる。そして、それらの従来技術と同様に、ランベルト特性を持つ配光の主軸からの角度４５°近傍の成分だけを利用することになるが、面光源から全方位に放射された光束を総て試料面に集めることができ、１方位近傍の成分しか到達しない特許文献２および３の照明光学系に比べて、はるかに光束の利用効率を高めることができる。また、１方位近傍の成分で照明する前記特許文献２の４５°：０°ジオメトリに対して、全方位から照明することで、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくいという４５°ａ：０°ジオメトリ（ａ：ａｎｎｕｌａｒ）の特長も併せ持たせることができる。

また、本発明の照明装置は、被測定試料面を照明する装置において、前記試料面における測定域の中心を通る法線上に配置される面光源と、前記試料面と面光源との間に配置され、前記法線に平行で、該法線からの距離が前記試料面と面光源との間の距離の半分に等しく、前記面光源が放射する光束を反射して、前記試料面を照明する複数の反射面とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、分光反射特性などの測定が行われる試料面を照明する装置において、光源をＬＥＤなどの面光源としてランベルト特性（コサイン特性）の配光を持たせるようにし、その面光源が放射する光束を、前記試料面と前記面光源との間に配置した複数の反射面で反射して、前記試料面を照明する。前記複数の反射面は、筒体の内側に反射鏡を貼付けて成る多面体鏡などで実現され、前記筒体の必ずしも全面が反射面となっていなくてもよい。そして、複数の各反射面は、試料面における測定域の中心を通る法線からの距離が前記試料面と面光源との間の距離の半分に等しい位置にそれぞれ配置される。これによって、前記試料面を、その法線から４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線方向から受光することでいわゆる４５°：０°ジオメトリを実現するが、さらに試料面は、等価的に、前記面光源を中心とし、半径が前記試料面と面光源との距離に等しい円周上の多数のランベルト特性の光源像よって照明されることになる。

したがって、前記多数の光源像は、試料面を含む面との距離と試料面法線からの距離とが等しいランベルト光源であり、特許文献２および３の照明光学系と同様に、光源と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくすることができる。そして、それらの従来技術と同様に、ランベルト特性を持つ配光の主軸からの角度４５°近傍の成分だけを利用することになるが、面光源から全方位に放射された光束の大部分を試料面に集めることができ、１方位近傍の成分しか到達しない特許文献２および３の照明光学系に比べて、はるかに光束の利用効率を高めることができる。

また、距離の二乗則は光源と照射面との間に屈折作用がないことを前提とするが、前記円筒面鏡の場合、円筒面鏡の部分的な屈折（収束）作用のために二乗則は成立せず、主軸からの角度４５°近傍での試料面の照度は距離のｎ乗（ｎ＜２）に比例する。したがって、距離変動に対する試料面の照度変化を特許文献２および３と同等には抑えられないが、多面体鏡の場合は屈折作用がないので、厳密に距離の二乗則が成立し、距離変動に対する試料面の照度変化を特許文献２および３と同等に抑えることができる。また、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくい４５°ｃ：０°ジオメトリ（ｃ：ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の特徴を併せ持たせることができる。

さらにまた、本発明の照明装置では、前記面光源を補完する分光強度分布を有する１または複数の副次光源をさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記面光源を補完する分光強度分布を有する副次光源をさらに備えることができ、たとえば面光源を白色ＬＥＤとした場合、副次光源を白色ＬＥＤが強度を持たない短波長域に強度を持つ紫ＬＥＤとして、可視域全体をカバーすることができる。また、紫外ＬＥＤを副次光源とすることで、主として照明光の紫外成分を可視光に波長変換して放射する蛍光増白材を含む試料面の測定も可能になる。

また、本発明の照明装置では、前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、かつ前記第１の面光源に対して前記試料とは反対側に配置され、前記多面体鏡は、前記法線からの距離が、前記試料面と前記第１の面光源との距離の半分と等しい第１反射面と、前記試料面と前記第２の面光源との距離の半分と等しい第２反射面とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記面光源を主光源となる第１の面光源とするとき、それに対して、上述のように分光強度分布を補完する副次光源をさらに設けるにあたって、その副次光源も同様に第２の面光源として、前記第１の面光源に対して前記試料とは反対（遠い）側に配置し、これに対応して、前記多面体鏡を、前記法線からの距離が、前記試料面と前記第１の面光源との距離の半分と等しい第１反射面と、前記試料面と前記第２の面光源との距離の半分と等しい第２反射面とを備えて構成する。複数の前記第１反射面と第２反射面とが、交互に多面体鏡の内面を構成してもよい。

このように構成することで、副次光源からの光束も、主光源からの光束と同様に、多面体鏡で反射されて試料面の複数の方位から４５°の角度で入射することになり、主光源と同様に、副次光源についても、照明装置と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくしつつ、光利用効率を高めることができる。

さらにまた、本発明の照明装置では、前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、かつ前記試料面からの距離が前記第１の面光源と同一で、前記試料面における測定域の中心を通る法線からずれて配置されることを特徴とする。

上記の構成によれば、第１の面光源から成る前記面光源を主光源とし、その主光源の分光強度分布を補完する副次光源として第２の主光源をさらに設けるにあたって、その第２の面光源を、前記試料面における測定域の中心を通る法線上に配置される前記第１の面光源と同じ距離（高さ）で、前記第１の面光源、すなわち法線からオフセット配置する。

このように構成することで、副次光源からの光束は多方位に亘って利用できないものの、大きな構造上の追加なく、分光強度分布を補完する副次光源を併設することができる。

また、本発明の照明装置では、前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、前記多面体鏡と第１の面光源との間には、ダイクロイック鏡または半透過鏡が配置され、前記第２の面光源は、それらの鏡に対して前記第１の面光源とは対称位置に配置されることを特徴とする。

上記の構成によれば、第１の面光源から成る前記面光源を主光源とし、その主光源の分光強度分布を補完する副次光源として第２の主光源をさらに設けるにあたって、前記多面体鏡と第１の面光源との間にダイクロイック鏡または半透過鏡を配置するとともに、前記第２の面光源を、それらの鏡に対して前記第１の面光源と対称な位置に配置する。

このように構成することで、主光源からの光束は、ダイクロイック鏡または半透過鏡を通過した後に、前述のように多面体鏡で反射されて試料面に多方位から４５°の角度で入射し、副次光源からの光束は、ダイクロイック鏡または半透過鏡で反射された後に、さらに多面体鏡で反射されて試料面に多方位から４５°の角度で入射することになり、主光源と同様に、副次光源についても、照明装置と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくしつつ、光束の利用効率を高めることができるとともに、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくい４５°ｃ：０°ジオメトリの特長を併せ持たせることもできる。

さらにまた、本発明の反射特性測定装置は、前記の照明装置を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、照明装置と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくしつつ、高い光束の利用効率をもつ反射特性測定装置を実現することができる。

本発明の照明装置およびそれを用いる反射特性測定装置は、以上のように、分光反射特性の測定などに際して試料面を照明するにあたって、測定域の中心を通る試料面法線上に配置された光源をＬＥＤなどの面光源としてランベルト特性（コサイン特性）の配光を持たせ、その面光源が放射する光束を、前記試料面と前記面光源との間に配置した前記法線を軸とし、前記試料面と前記面光源との距離に等しい内径を有する円筒面鏡で反射して、前記試料面を照明する。

それゆえ、前記試料面を、その法線から４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線方向から受光する、いわゆる４５°：０°ジオメトリの照明装置を実現するとともに、試料面は、等価的に、前記面光源を中心とし、半径が前記試料面と面光源との距離に等しい円周上の無数のランベルト特性の光源像よって照明されることになり、光源と試料面との距離変動に対する照度変化を小さくすることができるとともに、面光源から、配光の主軸からの角度４５°近傍で全方位に放射される光束を総て試料面に集めることができ、光束の利用効率を高めることができる。また、全方位から照明することで、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくいという４５°ａ：０°ジオメトリの特長も併せ持たせることができる。

また、本発明の照明装置およびそれを用いる反射特性測定装置は、以上のように、分光反射特性の測定などに際して試料面を照明するにあたって、測定域の中心を通る試料面法線上に配置された光源をＬＥＤなどの面光源としてランベルト特性（コサイン特性）の配光を持たせ、その面光源が放射する光束を、前記試料面と前記面光源との間に配置した前記法線に平行で、その法線からの距離が前記試料面と前記面光源との距離の半分に等しい複数の反射面で反射して、前記試料面を照明する。

それゆえ、前記試料面を、その法線から４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線方向から受光することでいわゆる４５°：０°ジオメトリを実現するが、さらに試料面は、等価的に、前記面光源を中心とし、半径が前記試料面と面光源との距離に等しい円周上の多数のランベルト特性の光源像よって照明されることになり、光源と試料面との距離変動に対する試料面の照度変化を小さくすることができるとともに、面光源から全方位に放射された光束の大部分を試料面に集めることができ、光束の利用効率を高めることができる。また、複数の反射面で多方位から照明することで、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくいという４５°ｃ：０°ジオメトリの特長も併せ持たせることができる。

本発明の実施の第１の形態に係る照明装置を備える反射特性測定装置の光学系の構成を示す図である。 本発明の実施の第２の形態に係る照明装置を備える反射特性測定装置の光学系の構成を示す図である。 図２で示す反射特性測定装置における多面体鏡の機能を説明するための図である。 本発明の実施の第３の形態に係る照明装置を備える反射特性測定装置の光学系の構成を示す図である。 白色ＬＥＤ、紫ＬＥＤおよび紫外ＬＥＤの分光強度分布の一例を示すグラフである。 本発明の実施の第４の形態に係る照明装置を備える反射特性測定装置の光学系の構成を示す図である。 図６で示す照明装置における多面体鏡の平面図である。 本発明の実施の第５の形態に係る照明装置を備える反射特性測定装置の光学系の構成を示す図である。 図８の平面図である。 ランベルト光源が中心軸上にない場合の照明光学系の概念図である。 図１０の照明光学系による測定距離変動による照度の変化を示すグラフである。 前記多面体鏡に、成型時の抜き勾配を持たせた場合における測定距離変動による照度の変化を示すグラフである。 本発明の実施の第６の形態に係る照明装置の光学系の構成を示す図である。 従来のランベルト特性の光源を用いた照明光学系の概念図である。 図１４の照明光学系による測定距離変動による照度の変化を示すグラフである。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る照明装置１０を備える反射特性測定装置２０の光学系の構成を示す図である。この反射特性測定装置２０は、たとえばインクジェットカラープリンタに内蔵され、所定の入力情報に基づいて被測定試料面１である用紙に印刷されたカラーパッチをスキャンして、分光反射特性を測定するために使用される。その後、反射特性測定値と、それらが本来あるべき基準値との差異を無くすように、前記カラープリンタの校正が行われる。このカラープリンタは、たとえば本印刷前の印刷原稿を試し刷りして、色校正を行うために使用される。

そして、前記分光反射特性の測定のために、この光学系は、照明装置１０で前記試料面１をその測定域１ｆの中心１ｄを通る法線１ｎからａ＝４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線１ｎ方向から受光することで、いわゆる４５°：０°ジオメトリを構成する。このため、先ず照明装置１０は、前記法線１ｎ上に配置される第１の面光源２と、その第１の面光源２を発光駆動する駆動回路２ｄと、前記試料面１と前記第１の面光源２との間に配置され、前記法線１ｎを軸とし、前記試料面１と第１の面光源２との間の距離（高さ）Ｈ１に等しい内径Ｌ１を有し、前記第１の面光源２が放射する光束を内周面で反射して、前記試料面１を照明する円筒面鏡３とを備えて構成される。

前記第１の面光源２は、白色ＬＥＤから成り、図１に示すように、ランベルト特性（コサイン特性）の配光２ｃを有する。したがって、面光源２から、法線１ｎからの角度が４５°近傍で放射され、円筒面鏡３で反射された光束が全ての方位から試料面１を照明し、該試料面１での反射光の法線１ｎ方向の成分１ａが、前記法線１ｎ上に配置される反射鏡４によって光路を変え、対物レンズ５を介して分光器６に入射して、分光分布が測定される。前記照明装置１０に、これらの反射鏡４、対物レンズ５および分光器６を備えて、前記反射特性測定装置２０が構成される。

上述のように構成される反射特性測定装置２０において、円筒面鏡３の紙面上左側の反射面３ａを考えると、試料面１は、この反射面３ａに関して第１の面光源２と対称な位置の、やはりランベルト特性を有する光源像２’（すなわち第１の面光源２の虚像）によって照明されることになり、円筒面鏡３の全体を考えると、試料面１は、法線１ｎを中心とし、光源像２’を含む円周上の無数のランベルト特性の光源像よって照明されることになる。したがって、照明光の入射角をａとすると、図１４および図１５に示す従来のランベルト特性の光源を用いた特許文献２および３の照明光学系と同様に、第１の面光源２と試料面１との距離変動（図１では、試料面１の高さ変動を、仮想線１ｂ，１ｃで示している）に伴う入射角ａの変動に対し、試料面１の照度は、ｓｉｎ^２（２ａ）に比例して変化するので、距離変動による照度変化率は、ａ＝４５°近辺で０に近くなる。一方、ランベルト特性を有する第１の面光源２の配光の主軸（前記試料面１の法線１ｎ）から４５°近傍の放射光束の、全方位の成分が試料面１に到達するので、１方位近傍の成分しか到達しない特許文献２の照明光学系に比べてはるかに光の利用効率が高い。また、１方位近傍の成分で照明する特許文献３の４５°：０°ジオメトリに対し、全方位から照明することで、試料面１の傾きや異方性の影響を受けにくい４５°ａ：０°ジオメトリの特長も併せ持たせることができる。

ここで、特許文献３は、本実施の形態における円筒面鏡３に代えて、その円周上の位置に多数の光源を分散配置して成るようなもので、試料面１での光量を、配置された光源の数に応じてアップすることができるが、配光の主軸からの角度４５°近傍の成分で、１方位近傍の成分しか利用できない点は特許文献２と同様であり、照明効率が極めて低い点は変わらない。本実施の形態は、前記配光の主軸からの角度４５°近傍の成分しか利用できない点はこれらの特許文献２および３と同様であるけれども、方位に関しては、特許文献２および３が１方位近傍の成分しか利用できないのに対して、全周方位の成分を利用できるので、光束の利用効率を１０〜２０倍程度に高めることができる。

また、多数のＬＥＤを必要とする特許文献３に対して、本実施の形態は、１つの白色ＬＥＤしか用いないので、コストおよび消費電力を大幅に削減することができる。また、特許文献３に開示されているように、白色ＬＥＤを定電流駆動し、そのときの順電圧を検出して発光強度をモニターする場合、本実施の形態では、１つのＬＥＤの順電圧のみを検出すればよいので、構成が単純になり、コストも抑えることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の第２の形態に係る照明装置１０ａを備える反射特性測定装置２０ａの光学系の構成を示す図である。この反射特性測定装置２０ａにおいて、前述の反射特性測定装置２０に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この反射特性測定装置２０ａの照明装置１０ａでは、前述の照明装置１０における円筒面鏡３に代えて、多面体鏡３３が用いられることである。

図３（ａ）は、前記多面体鏡３３の一例を示す平面図である。この多面体鏡３３は、筒体３３ｂの内側に平板の反射鏡を貼付けるなどして構成される複数（図２の例では１６）の反射面３３ａを備えて成る。そして、複数の各反射面３３ａは、試料面１における測定域の中心１ｄを通る法線１ｎからの距離Ｌ１１が前記試料面１と第１の面光源２との間の距離Ｈ１の半分に等しい位置にそれぞれ配置される。

これによって、前記試料面１を、その法線１ｎから４５度の方向から照明し、試料面反射光を法線１ｎ方向から受光することでいわゆる４５°：０°ジオメトリを実現するが、さらに試料面１は、等価的に、前記第１の面光源２を中心とし、半径が前記試料面１と第１の面光源２との距離Ｈ１に等しい多数（図２の例では１６）のランベルト特性の光源像２''よって照明されることになる。

したがって、前記多数の光源像２''は、試料面１を含む面との距離Ｈ１と試料面法線１ｎからの距離とが等しいランベルト光源であり、特許文献２および３の照明光学系と同様に、第１の面光源２と試料面１との距離変動に対する試料面１の照度変化を小さくすることができる。そして、それらの従来技術と同様に、ランベルト特性を持つ配光の主軸（前記試料面１の法線１ｎ）からの角度４５°近傍の成分だけを利用することになるが、第１の面光源２から全方位に放射された光束の大部分を試料面１に集めることができ、１方位近傍の成分しか到達しない特許文献２および３の照明光学系に比べて、１６方位近傍の成分を利用できるので、光束の利用効率を１０倍程度に高めることができる。また、１方位近傍の成分で照明する前記特許文献２の４５°：０°ジオメトリに対して、多方位から照明することで、試料面１の傾きや異方性の影響を受けにくいという４５°ｃ：０°ジオメトリの特長も併せ持たせることができる。

さらにまた、距離の二乗則は光源と照射面との間に屈折作用がないことを前提とするが、前記円筒面鏡３の場合、該円筒面鏡３の部分的な屈折（収束）作用のために二乗則は成立せず、主軸からの角度４５°近傍での試料面１の照度は距離のｎ乗（ｎ＜２）に比例する。したがって、距離変動に対する試料面１の照度変化を充分に抑えられない。これに対して、本実施の形態の多面体鏡３３の場合は、屈折作用がないので、厳密に距離の二乗則が成立し、距離変動に対する試料面の照度変化を充分に抑えることができる。

ここで、前述のように、照度変化率が入射角ａ＝４５°近辺で０に近くなるのは、光束密度が距離Ｈ１の二乗に反比例することが前提であり、これが成り立つためには、第１の面光源２の光束が遮られることなく試料面１に到達しなければならず、多面体鏡３３の反射面３３ａは、光束を遮らない大きさを持つ必要がある。この場合、反射面３３ａは、法線１ｎに平行な高さＨ１方向には充分な長さを持つように形成できるので、図３（ｃ）に示すように、前記高さＨ１方向に直交する幅Ｗが、光源像２''から試料面１の測定域１ｆへの光束を遮らないことが要件となる。一方、多面体鏡３３の面数が多いほど、多数の光源像２''を持つことになり、光束の利用効率は高くなる。このため、本実施の形態では、各反射面３３ａに余裕を持って必要な幅Ｗを与えるために、分割数を上述のように１６としている。

また、前記筒体３３ｂの内側は、必ずしも全面が反射面となっていなくてもよい。すなわち、図３（ｂ）で示すように、前記法線１ｎからの半径を前記Ｌ１１とする仮想の内接円Ｒに接するように、前記反射面３３ａを有する複数の反射鏡３３ｍを、周方向に等間隔に配置すればよい。各反射鏡３３ｍは、筒体に限らず、枠体などの任意の連結部材で連結されて、前記法線１ｎ方向の位置および該法線１ｎに対する偏心が生じないように保持されていればよい。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の第３の形態に係る照明装置１０ｂを備える反射特性測定装置２０ｂの光学系の構成を示す図である。この反射特性測定装置２０ｂにおいて、前述の反射特性測定装置２０，２０ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この反射特性測定装置２０ｂは、照明装置１０ｂが前述の照明装置１０，１０ａと異なるだけで、前述の反射特性測定装置２０ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。ここで、これらの反射特性測定装置２０，２０ａは、前述のように、インクジェットカラープリンタに内蔵される。そのため、メンテナンスを極力不要にする必要があることから、可視光域を測定するにあたって、前記第１の面光源２として、長寿命で、断線や劣化の虞の少ない前記白色ＬＥＤが用いられる。

ところで、図５に示すように、前記白色ＬＥＤの分光強度分布は、前記可視光域（４００−７００ｎｍ）の両端で低く、特に４３０ｎｍ以下で殆ど強度がない。一方、前記印刷色の校正には、全可視域の分光強度分布が求められるので、前記白色ＬＥＤから成る第１の面光源２を主光源とし、副次光源として短波長域をカバーする紫ＬＥＤがしばしば併用される。また、蛍光増白紙上の印刷色の校正には、蛍光増白材を励起する紫外域で強度を持つ照明光が必要であり、前記副次光源として、紫外ＬＥＤを併用することもある。こうした追加の副次光源についても、白色ＬＥＤと同様に、距離変動による照度変化の感度が小さいこと、光束の利用効率が高いことが求められる。

そこで注目すべきは、この照明装置１０ｂでは、このような分光強度分布を補完する副次光源をさらに設けるにあたって、その副次光源も前記第１の面光源２と同様にランベルト特性（コサイン特性）の配光を有する第２の面光源１２とするとともに、前記多面体鏡３３と第１の面光源２との間に、ダイクロイック鏡または半透過鏡（以下、ダイクロイック鏡とする）１３を配置し、前記第２の面光源１２を、前記ダイクロイック鏡１３に対して前記第１の面光源２と対称な位置に配置することである。前記ダイクロイック鏡１３は、たとえば４４０ｎｍをカットオフ波長とする長波長透過、短波長反射の光学多層膜から成り、白色ＬＥＤから成る第１の面光源２の放射光束を透過させ、紫ＬＥＤから成る第２の面光源１２の放射光束を反射して、多面体鏡３３に反射させて試料面１を照明する。

このように構成することで、主光源である第１の面光源２からの光束２ａは、ダイクロイック鏡１３を通過した後に、前述のように多面体鏡３３で反射されて多方位から４５°の角度で試料面１に入射し、副次光源である第２の面光源１２からの光束１２ａは、ダイクロイック鏡１３で反射された後に、さらに多面体鏡３３で反射されて多方位から４５°の角度で試料面１に入射する。これによって、実質的に図２と同じ配置となって、主光源と同様に、副次光源についても、照明装置１０ｂと試料面１との距離変動に対する試料面１の照度変化を小さくしつつ、光束の利用効率を高めることができる。さらに、試料面１の傾きや異方性の影響を受けにくい４５°ｃ：０°ジオメトリの特長を併せ持たせることもできる。さらに、２つの光束が混じり合うことで、前記試料面１を、４００−７００ｎｍをカバーする分光強度分布の照明光で照明することができる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の第４の形態に係る照明装置１０ｃを備える反射特性測定装置２０ｃの光学系の構成を示す図である。この反射特性測定装置２０ｃは、照明装置１０ｃが前述の照明装置１０，１０ａ，１０ｂと異なるだけで、前述の反射特性測定装置２０ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この反射特性測定装置２０ｃでは、前記第２の面光源１２を設けるにあたって、該第２の面光源１２が同じ法線１ｎ上の前記第１の面光源２に対して前記試料面１とは反対（遠い）側に配置されるとともに、これに対応して、図７で示すように、多面体鏡２３は、前記法線１ｎからの距離Ｌ１１が、前記試料面１と前記第１の面光源２との距離Ｈ１の半分と等しい第１反射面２３ａと、前記試料面１と前記第２の面光源１２との距離Ｈ２の半分と等しい第２反射面２３ｂとを備えて構成されることである。なお、前記面光源２，１２と多面体鏡２３との間に介在されるマスク２４は、白色ＬＥＤから成る第１の面光源２の放射光束２ａが第１反射面２３ａでのみ反射され、紫ＬＥＤから成る第２の面光源１２の放射光束１２ａが第２反射面２３ｂでのみ反射されるように、前記放射光束２ａと１２ａとを制限するためのものである。

このように構成することで、副次光源である第２の面光源１２からの光束１２ａも、主光源である第１の面光源２からの光束２ａも、多面体鏡２３で反射されて、試料面１に、法線１ｎから４５°の角度で、複数の方位から入射することになり、主光源と同様に、副次光源についても、試料面１との距離変動に対する該試料面１の照度変化を小さくしつつ、光束の利用効率を高めることができる。さらに、試料面１の傾きや異方性の影響を受けにくい４５°ｃ：０°ジオメトリの特長を併せ持たせることもできる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の第５の形態に係る照明装置１０ｄを備える反射特性測定装置２０ｄの光学系の構成を示す図である。この反射特性測定装置２０ｄは、照明装置１０ｄが前述の照明装置１０ａと異なるだけで、前述の反射特性測定装置２０ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この反射特性測定装置２０ｄでは、前記第２の面光源１２を設けるにあたって、該第２の面光源１２の前記試料面１からの距離（高さ）Ｈ１が前記第１の面光源２と同一で、前記試料面１の測定域１ｆの中心１ｄを通る法線１ｎからオフセット（図８では紙面の左右方向に）配置されることである。

この場合、紫ＬＥＤから成る第２の面光源１２から放射される光束の内、多面体鏡３３の対向する反射面３３ｅと３３ｈとで反射された成分が、試料面１の測定域１ｆに到達し、残余の光束の殆どは到達しない。つまり、図８の平面図である図９に示すように、試料面１の測定域１ｆは、等価的に、前記第２の面光源１２の反射面３３ｅと反射面３３ｈとによる光源像（虚像）１２１，１２２から放射された光束によって照明される。前述のように、距離変動による照度変化率を小さくするために、反射面３３ｅと反射面３３ｈとは、これらの照明光束を遮らない幅を有している。

図１０は、図８の構成を模式的に示す概念図である。試料面１を含む面と面光源２，１２の配置面との距離をＤ２、多面体鏡３３の法線Ｎ（図８等では１ｎ）からの距離をＤ１とし、第２の面光源１２の前記法線Ｎからの偏差をｃ・Ｄ１とすると、図８における反射面３３ｅ，３３ｈによる光源像１２１，１２２は、試料面１を含む面との距離Ｄ２、法線Ｎからの距離Ｄ１（１−ｃ）およびＤ１（１＋ｃ）に位置する２つの光源Ｓ１とＳ２として表され、法線１ｎ上の第１の面光源２の像は、法線Ｎからの距離がＤ１の２つの光源Ｓで表される。ここで第２の面光源１２による照明を考えると、試料面の中心Ｐは、ランベルト特性の光源Ｓ１，Ｓ２の配光の主軸Ｘ１，Ｘ２からの角度がそれぞれａ１，ａ２の光線Ｌ１，Ｌ２によって照明される。Ｄ１＝Ｄ２のとき、角度ａ１は４５°より小さく、ａ２は４５°より大きい。

光源Ｓ１，Ｓ２からの光線Ｌ１，Ｌ２による試料面の中心Ｐの照度は、それぞれｓｉｎ^２（２・ａ１）およびｓｉｎ^２（２・ａ２）に比例するが、光源Ｓ１，Ｓ２の法線Ｎからの距離Ｄ１（１−ｃ）およびＤ１（１＋ｃ）を考慮すると、２つの光線Ｌ１，Ｌ２による照度は、ｓｉｎ^２（２・ａ１）／（１−ｃ）^２＋ｓｉｎ^２（２・ａ２）／（１＋ｃ）^２に比例する。ｓｉｎ^２（２・ａ１）もｓｉｎ^２（２・ａ２）も、各々ａ１＝４５°、ａ２＝４５°で変化率が０となるが、光源Ｓ１，Ｓ２の法線Ｎからの距離Ｄ１（１−ｃ）およびＤ１（１＋ｃ）に応じて、距離Ｄ２＝Ｄ１から各々、ｄ＝−ｃ・Ｄ１およびｄ＝ｃ・Ｄ１だけ変移した位置で変化率が０となる。したがって、距離Ｄ２では各々一定の変化率を持つが、変移−ｃ・Ｄ１およびｃ・Ｄ１が距離Ｄ２を挟んで対称であるので、ｃがあまり大きくない範囲で２つの変化率は大きさがほぼ同じで異なる符号を持つ。したがって、距離Ｄ２がＤ２＋ｄに変化したときのｓｉｎ^２（２・ａ１）／（１−ｃ）^２＋ｓｉｎ^２（２・ａ２）／（１＋ｃ）^２に比例する光源Ｓ１，Ｓ２による測定域１ｆの合算照度への影響は、かなりの部分が相殺されて低く抑えられる。

図１１は、前述の図１５と同様に、図１０のジオメトリで、法線Ｎからのオフセットｃ・Ｄ１の位置の光源が、ランベルト特性の配光をもつ場合（◇）と、４５°近傍で角度ａに依存せず、一様な配光をもつ場合（□）とについて、光源と試料面１を含む面との距離Ｄ２の変化ｄによる照度変動を、ｃ＝０．１、０．２の場合について示している。図から分かるように、ランベルト特性の光源では、距離Ｄ１の２０％分オフセットして配置されても（グラフでは×−×で示す）、距離Ｄ２の２％の変動に対する照度変動は、０．５％以下であり、法線Ｎ上に置かれたランベルト特性を持たない光源における照度変動の半分以下となる。オフセットが１０％では（グラフでは＋−＋で示す）、照度変動は１／４程度となる。

このように構成することで、大きな構造上の追加なく、分光強度分布を補完する副次光源を併設することができる。通常、副次光源は、利用できる光束成分が限定され、効率は低いものの、該副次光源が受け持つ波長域は狭い範囲に限定されるので、充分な照明強度が得られる。また、正対する２方位近傍の光束で照明する４５°ｂ：０°（ｂ：ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）なので、試料面１の傾きや異方性の影響を部分的に抑制することができる。その傾きや異方性の影響をさらに抑制するには、図９に示すように、紫ＬＥＤの第２の面光源１２と直交する方位に、同じ紫ＬＥＤの第３の面光源２２を配置すればよい。

また、法線１ｎ上に配置された主光源以外に、オフセット配置される副次的な光源は、１種に限らない。たとえば、図８のように、主光源である白色ＬＥＤの第１の面光源２以外に、第１の副次的な光源として紫ＬＥＤの第２の面光源１２と、第２の副次的な光源として紫外ＬＥＤの第４の面光源４２とを、第１の面光源２の両側に配置することができる。その場合、第１の副次光源として紫ＬＥＤを用いることで可視域全体をカバーすることができ、第２の副次光源として紫外ＬＥＤを用いることで主として照明光の紫外成分を可視光に波長変換して放射する蛍光増白材を含む試料面の測定も可能になる。また、さらに多くの副次的な光源を第１の面光源２の周りに、多面体鏡３３の反射面３３ａに対応して配置してもよい。

なお、上述の各実施形態では、多面体鏡３３の形状を多角柱としているが、頂角が０°に近い多角錐台としてもよい。これによって、プラスチックの射出成型に必要な抜き勾配をつけることができ、多面体鏡３３を容易に低コストで製作することができる。図１２に前記抜き勾配を０度、±０．５度および±１度（＋は下に開いた、−は上に開いた多角錐台）としたときの、距離変動に伴う照度変化率を示す。たとえば、距離Ｄ２の±３％程度の距離変動に対する照度変化率を考えると、多面体鏡３の形状を１度の勾配で下に開いた多角錐台とした場合（＋−＋）でも０．２％程度であり、勾配０の場合（◇−◇）の０．１％程度よりは大きいが、実用上充分小さい。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の第６の形態に係る照明装置１０ｅの光学系の構成を示す図である。この照明装置１０ｅは、前述の各反射特性測定装置２０，２０ａ等に適用することができる。ここで、第１の面光源２を構成する白色ＬＥＤにおいて、前述の図５に示す分光分布を持つものは、主にこの図１３に示すように、４５０ｎｍ近傍の青色光を放射するＬＥＤチップ２１と、そのＬＥＤチップ２１上に塗布された蛍光粉末を含有するレジン層２９とを備えて構成される。前記レジン層２９には、散乱性を上げるために、酸化チタン粉末が添加されることもある。このような構成によって、ＬＥＤチップ２１から放射された青色光は、一部がレジン層２９の蛍光粉末によって、６００ｎｍ近辺を中心とする広いバンド幅の蛍光に変換され、他は蛍光粉末や酸化チタン粉末によって散乱放射される。蛍光は、蛍光粉末や酸化チタン粉末の量に関わらず、図１３において、参照符号２ｃに示すほぼランベルト特性の配光を持ち、図１等の配置によって、照明装置１０等と試料面１との距離変動による照度変化が抑制される。

一方、青色光は、前記蛍光粉末や酸化チタン粉末の量が少ない場合には、参照符号２ｃ’に示すように、ランベルト特性よりも中央に偏った配光で放射され、図１等の配置によっても、距離変動による照度変化を充分に抑制できないことがある。つまり、距離変動の影響が波長域によって異なるので、より問題の大きい色彩値（色味）誤差をもたらす可能性がある。

そこで、この照明装置１０ｅでは、球心を白色ＬＥＤの中心に置く凹面鏡９を光軸１ｎ上に追加配置し、該白色ＬＥＤの放射光の内の円筒面鏡３や多面体鏡３３に向かう光束成分より内側の光束成分２ｍを反射し、該白色ＬＥＤの像を該白色ＬＥＤ上に作って再入射させる。こうして、白色ＬＥＤに再入射した光束は、レジン層２９によって散乱反射されるが、反射は透過よりレジン層内の光路長が長いので、蛍光粉末や酸化チタン粉末による散乱も大きく、配光特性を参照符号１ｃ’で示す状態から、参照符号１ｃで示すランベルト特性に近づけることができる。これによって、前述のような距離変動に対する照度変化の抑制効果を発揮させることができる。また、強度の高い法線１ｎ近傍の光束を再利用するので、光束の利用効率も高くなる。

１ 試料面
１ｄ 被照射中心
１ｎ 法線
２ 第１の面光源
２ｄ 駆動回路
２’，２'' 光源像
２１ ＬＥＤチップ
２９ レジン層
３ 円筒面鏡
３ａ，３３ａ，３３ｅ，３３ｈ 反射面
３３ｍ 反射鏡
４ 反射鏡
５ 対物レンズ
６ 分光器
９ 凹面鏡
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 照明装置
１２ 第２の面光源
１３ ダイクロイック鏡
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 反射特性測定装置
２２ 第３の面光源
２３，３３ 多面体鏡
２３ａ 第１反射面
２３ｂ 第２反射面
２４ マスク
４２ 第４の面光源

Claims (9)

1. 被測定試料面を照明する装置において、
   前記試料面における測定域の中心を通る法線上に配置される面光源と、
   前記試料面と面光源との間に配置され、前記法線を軸とし、前記試料面と面光源との間の距離に等しい内径を有し、前記面光源が放射する光束を内周面で反射して、前記試料面を照明する円筒面鏡とを含むことを特徴とする照明装置。
2. 被測定試料面を照明する装置において、
   前記試料面における測定域の中心を通る法線上に配置される面光源と、
   前記試料面と面光源との間に配置され、前記法線に平行で、該法線からの距離が前記試料面と面光源との間の距離の半分に等しく、前記面光源が放射する光束を反射して、前記試料面を照明する複数の反射面とを含むことを特徴とする照明装置。
3. 前記複数の反射面は、筒状の多面体鏡の内面に形成されることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
4. 前記面光源は、ランベルト特性の配光を有するＬＥＤであることを特徴とする請求項２または３記載の照明装置。
5. 前記面光源を補完する分光強度分布を有する１または複数の副次光源をさらに備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、かつ前記第１の面光源に対して前記試料とは反対側に配置され、
   前記多面体鏡は、前記法線からの距離が、前記試料面と前記第１の面光源との距離の半分と等しい第１反射面と、前記試料面と前記第２の面光源との距離の半分と等しい第２反射面とを備えることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、かつ前記試料面からの距離が前記第１の面光源と同一で、前記試料面における測定域の中心を通る法線からずれて配置されることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
8. 前記面光源は、第１の面光源から成り、前記副次光源は、第２の面光源から成り、
   前記多面体鏡と第１の面光源との間には、ダイクロイック鏡または半透過鏡が配置され、
   前記第２の面光源は、それらの鏡に対して前記第１の面光源とは対称位置に配置されることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
9. 前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置を用いることを特徴とする反射特性測定装置。

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