JP2012026915A

JP2012026915A - 測光装置

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Publication number: JP2012026915A
Application number: JP2010167057A
Authority: JP
Inventors: Fumio Narisawa; 二三男成沢; Tomoyuki Maruyama; 知行丸山; Takeaki Miyazawa; 健明宮沢; Junichi Iwai; 淳一岩井; Atsushi Koyama; 小山　　敦史; Masakazu Ikeda; 正和池田
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】発光強度が周期的に変化する発光体の光の強度を短時間で安定して精度良く測定することのできる測光装置を提供する。
【解決手段】分光装置１は、入射光Ｌの強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオード３_１〜３_ｉと、フォトダイオード３_１〜３_ｉから出力される電荷を蓄積してその蓄積した電荷の量を電圧値に変換して出力する積分回路４_１〜４_ｉと、積分回路４_１〜４_ｉが電荷を蓄積する積分時間及び積分回路が電荷を蓄積する測定回数を制御する測定制御手段と、積分回路４_１〜４_ｉから出力される電圧値、積分時間、及び測定回数に基づいて入射光Ｌの強度を演算する演算手段とを備える測光装置１であって、所定周期で強度が変化する発光体の光を入射光Ｌとするときに、測定制御手段が、所定周期に基づいて積分時間及び測定回数を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光体の発光する光を測光する測光装置に関するものである。

蛍光灯、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明灯、ＬＥＤ素子、電球などの発光体の製造検査ラインでは、発光体が所期のスペクトルや強度で発光することを確認するために、分光装置や光強度測定装置などの測光装置によって発光体の光測定が行われている。

例えば特許文献１には、測光装置の一例である多波長分光光度計が開示されている。この多波長分光光度計は、マルチチャンネル光検出器を用いた分光光度計であり、測定すべきスペクトルに対する光検出器の各素子（受光素子）の出力を、入射光の強度の小さい素子ほど長い積分時間で積分（測定）し、入射光の強度の大きい素子ほど短い積分時間で測定する。入射光の強度は、積分値及び積分時間から算出する。このように積分時間を可変することでＳ／Ｎ比や感度が向上し、測定のダイナミックレンジを広くすることができる。また、光強度測定装置においても、同様に受光素子の出力の積分時間を可変することで、測定のダイナミックレンジを広くすることができる。

また、測定のダイナミックレンジを適正な範囲とするために、積分時間を手動で任意の値に設定することが行われている。

特開平６−３０７９３３号公報

近年、ＬＥＤ照明灯が多く使用されるようになってきている。ＬＥＤ照明灯に使用されるＬＥＤには、直流電源で駆動されるタイプと交流電源で駆動されるタイプがある。直流電源で駆動されるタイプは、発光強度が常に一定であり、測光装置の積分時間を可変しても測定値は安定している。一方、交流電源で駆動されるタイプは、通常、交流電源の周波数の２倍の周波数に同期して発光強度が周期的に変化している。このため、測光装置の積分時間を可変した場合、発光強度の周期的な変化により積分時間を充分に長くして強度を平均化しなければ測定値が安定しないという課題がある。特に積分時間を交流の１周期よりも短くしたときには測定値が安定せず測定精度が悪くなる。交流で駆動される蛍光灯の光の強度を測定するときにも同様の課題がある。

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、発光強度が周期的に変化する発光体の光の強度を短時間で安定して精度良く測定することのできる測光装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された測光装置は、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子から出力される電荷を蓄積してその蓄積した電荷の量を電圧値に変換して出力する積分回路と、該積分回路が該電荷を蓄積する積分時間及び該積分回路が該電荷を蓄積する測定回数を制御する測定制御手段と、該積分回路から出力される電圧値、該積分時間、及び該測定回数に基づいて入射光の強度を演算する演算手段とを備える測光装置であって、所定周期で強度が変化する発光体の光を該入射光とするときに、該測定制御手段が、該所定周期に基づいて該積分時間及び該測定回数を制御することを特徴とする。

請求項２に記載された測光装置は、請求項１に記載されたもので、前記測定制御手段が、前記所定周期のｍ周期分（ｍは１以上の整数）の前記積分時間で前記測定回数を少なくとも１回、又は前記所定周期のｐ周期分（ｐは１以上の整数）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の前記積分時間で各積分時間を総合したときに該ｐ周期分の期間にちょうど対応するようなタイミングで該測定回数をｎ回に前記積分回路を制御することを特徴とする。

請求項３に記載された測光装置は、請求項２に記載されたもので、前記測定制御手段が、前記積分回路に蓄積した前記電荷を放電するための放電時間を制御可能であり、前記積分時間を前記所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、ｎを３以上の奇数とし、該積分時間と該放電時間とを等しい長さの時間で交互に繰り返すように制御することを特徴とする。

請求項４に記載された測光装置は、請求項２に記載されたもので、前記測定制御手段が、前記積分回路に蓄積した前記電荷を放電するための放電時間を制御可能であり、前記積分時間を前記所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、該放電時間を該所定周期のｐ周期分の時間とし、該積分時間と該放電時間とを交互に繰り返すように制御することを特徴とする。

請求項５に記載された測光装置は、請求項１に記載されたもので、前記測定制御手段が、前記発光体に電力供給される商用交流電源の交流の周期を前記所定周期として制御することを特徴とする。

請求項６に記載された測光装置は、請求項１に記載されたもので、前記積分回路が、前記電荷を蓄積する可変容量部を有しており、前記測定制御手段が、該可変容量部の容量値を可変設定可能であり、前記演算手段は、前記電圧値、該可変容量部の容量値、前記積分時間、及び前記測定回数に基づいて前記入射光の強度を演算することを特徴とする。

請求項７に記載された測光装置は、請求項６に記載されたもので、前記所定周期に対応する前記積分時間、前記測定回数、及び前記容量値を規定する複数の測定条件が予め記憶された記憶部と、測定者によって操作されて該記憶部に記憶された該複数の測定条件の中の一つを選択可能な選択手段とを更に備え、該測定制御手段は、該選択手段で選択された該測定条件で前記積分回路を制御することを特徴とする。

請求項８に記載された測光装置は、請求項１〜７のいずれかに記載されたもので、前記受光素子及び前記積分回路の対を複数備えると共に分光器を備え、該分光器によって分光された前記入射光を、各々受光する波長域が異なるように複数の該受光素子が受光する分光装置であることを特徴とする。

本発明の測光装置によれば、所定周期で強度が変化する発光体の光を入射光としてその強度を測定するときに、測定制御手段が、所定周期に基づいて積分回路の積分時間及び測定回数を制御することで、入射光の強度を短時間で安定して精度良く測定することができる

また、測定制御手段が、所定周期のｍ周期分（ｍは１以上の整数）の積分時間で測定回数を少なくとも１回、又は所定周期のｐ周期分（ｐは１以上の整数）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の積分時間で各積分時間を総合したときにｐ周期分の期間にちょうど対応するようなタイミングで測定回数をｎ回に制御する場合には、この条件で積分時間を長くしたり、又は積分時間を短くしたりして光検出感度を可変できるので、入射光の強度の強弱に対応して測定を行うことができる。

また、測定制御手段が、積分時間を所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、ｎを３以上の奇数とし、積分時間と放電時間とを等しい長さの時間で交互に繰り返すように制御する場合には、一層短時間で測定を行うことができる。

また、測定制御手段が、積分時間を前記所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、放電時間を該所定周期のｐ周期分の時間とし、積分時間と放電時間とを交互に繰り返すように制御する場合には、ｎが偶数であっても奇数であっても測定が可能であるので積分時間の設定の自由度を大きくすることができる。

また、前記測定制御手段が、商用交流電源の交流の周期を所定周期として設定する場合には、商用交流電源の交流の周期の１／２で発光強度が変化する入射光の強度を測定することができる。

また、積分回路が、可変容量部を備える場合には、光測定感度を可変することができる。また、所定周期に対応する積分時間、測定回数、及び容量値を規定する複数の測定条件を予め記憶部に設定し、測定者が選択手段によって測定条件を選択する場合には、簡便かつ迅速に測定条件を設定することができる。

受光素子及び積分回路の対を複数備えると共に分光器を備えた分光装置とすることで、所定周期で周期的に変化する光のスペクトル強度を短時間で安定して精度良く測定することができる。

本発明を適用する測光装置の一例である分光装置のブロック図である。図１の分光装置に使用する積分回路のブロック図である。（ａ）は商用交流の電源波形、（ｂ）は発光体の駆動電源波形、（ｃ）は発光体から出る所定周期で変化する光強度波形である。所定周期の２周期分を積分時間とする測定の概要を説明する光強度波形である。所定周期のｐ周期分の１／ｎを積分時間として、ｎを３以上の奇数とし、積分時間と放電時間とを等しい長さの時間とする測定の概要を説明する光強度波形である。所定周期のｐ周期分の１／ｎを積分時間として、放電時間を所定周期のｐ周期分とする測定の概要を説明する光強度波形である。ＡＣ（交流）測定モード設定画面を示す概要図である。ＡＣ（交流）測定モード設定画面の他の例を示す概要図である。記憶部に記憶された測定条件を示す説明図である。ＤＣ（直流）測定モード設定画面を示す概要図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の測光装置の一例である分光装置１を図１に示す。分光装置１は、光フィルタ２_１〜２_ｉ（ｉは２以上の整数）、フォトダイオード３_１〜３_ｉ、積分回路４_１〜４_ｉ、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６、記憶部７、表示部８、操作部９、及びタイマ１０を備え、入射光Ｌの光のスペクトル強度を測定可能に構成されている。

光フィルタ２_１〜２_ｉ（以下、特に区別しないときには光フィルタ２ともいう）は、本発明における分光器の一例であって、各々異なる波長域を通過させて入射光Ｌをスペクトルに分光する光バンドパスフィルタである。光フィルタ２_１〜２_ｉは、分光した入射光Ｌがフォトダイオード３_１〜３_ｉによって受光される位置に配置されている。なお、光フィルタ２_１〜２_ｉに換えて、分光器として、プリズム、回折格子を用いてもよい。

フォトダイオード３_１〜３_ｉ（以下、特に区別しないときにはフォトダイオード３ともいう）は、本発明における受光素子の一例であって、分光された入射光Ｌの強度に応じた量の電荷を発生する。フォトダイオード３_１〜３_ｉとして全て同種のものを用いてもよいし、例えば、広い波長域の入射光Ｌを測定対象とする場合には、入射光Ｌの波長域、つまり光フィルタ２_１〜２_ｉの通過帯域に対応させて各々の検出波長域が異なっているものを用いてもよい。フォトダイオード３_１〜３_ｉは、アノードが基準電位となるグランド電位に接続され、カソードが積分回路４_１〜４_ｉの入力端子に接続されている。

積分回路４_１〜４_ｉ（以下、特に区別しないときには積分回路４ともいう）は、対応するフォトダイオード３_１〜３_ｉから入力する電荷を蓄積してその蓄積した電荷の量を電圧値に変換して出力する。図２に、積分回路４の一例を示す。

同図に示す積分回路４は、演算増幅器１１及び可変容量部１２を有し、演算増幅器１１の入出力間に可変容量部１２が接続されている。演算増幅器１１は、その反転入力端子が同図に示すように入力端子となり、非反転入力端子が基準電位となるグランド電位に接続されている。可変容量部１２は、コンデンサ１３_１，１３_２、及び容量用スイッチ１４_０〜１４_２を有している。この可変容量部１２は、容量用スイッチ１４_０、直列接続されたコンデンサ１３_１及び容量用スイッチ１４_１、並びに直列接続されたコンデンサ１３_２及び容量用スイッチ１４_２同士が並列接続されて構成されている。容量用スイッチ１４_０〜１４_２は、ＣＰＵ６による開閉制御により開閉動作する。容量用スイッチ１４_０〜１４_２は、所望する応答速度で開閉動作し、漏れ電流の少ないものであることが好ましい。

可変容量部１２は、容量用スイッチ１４_１、１４_２の各々の開閉状態により容量値が可変設定される。また、可変容量部１２は、容量用スイッチ１４_０を閉状態にすると、それまで可変容量部１２に蓄積されていた電荷が放電される。

コンデンサ１３_１、１３_２の容量値は、フォトダイオード３の検出感度や受光する光の強度、所望する測定時間等に基づいて適宜定める。一例としてコンデンサ１３_１の容量値を１００ｐＦ、コンデンサ１３_２の容量値を１０００ｐＦとする。容量用スイッチ１４_１のみが閉に制御されると可変容量部１２の容量値は１００ｐＦになり、容量用スイッチ１４_２のみが閉に制御されると可変容量部１２の容量値は１０００ｐＦになる。

積分回路４は、可変容量部１２で可変設定された容量値をＣとして、そこに蓄積された電荷の量をＱとすると、Ｑ／Ｃに応じた電圧値Ｖを出力する。このため、容量値Ｃを小さく設定したほうが、同じ光強度でも大きな電圧値Ｖが出力される。したがって、入射光強度が弱く光検出感度を高くしたいときには容量値Ｃを小さく設定し、入射光強度が強く光検出感度を低くしたいときには、容量値Ｃを大きく設定する。また、電荷を蓄積する積分時間Ｓを長くしたほうが、同じ光強度でも大きな電圧値Ｖが出力され、光検出感度を大きくできる。

可変容量部１２の容量Ｃ、積分回路４の出力電圧Ｖ，積分時間Ｓから入射光の強度は次式で求められる。
入射光の強度＝Ｋ×Ｃ×Ｖ／Ｓ
ここでＫは、フォトダイオード３の感度で決まる値である。

積分時間Ｓで測定を複数回行って、入射光の強度を平均化する場合、測定回数をａとし、各測定における電圧値をＶ_１、Ｖ_２・・・Ｖ_ａとすると、平均化した入射光の強度は次式で求められる。
平均化した入射光の強度＝Ｋ×Ｃ×（Ｖ_１＋Ｖ_２＋・・・＋Ｖ_ａ）／（ａ×Ｓ）

なお、同図では、２つのコンデンサで容量値を可変する構成を例示したが、容量可変幅をさらに大きくしたり、設定の変化幅をより細かく可変したりするために、並列接続するコンデンサ及びスイッチの数を２つよりもさらに多く設けてもよい。また、容量を可変する必要がなければ、可変容量部１２に換えて、１つのコンデンサ及び放電用の容量用スイッチ１４_０を並列接続したものを備えて、容量値を固定してもよい。

図１に示すように、積分回路４_１〜４_ｉの出力端子は、各々Ａ／Ｄ変換器５に接続されている。Ａ／Ｄ変換器５は、積分回路４_１〜４_ｉから各々入力されるアナログ信号の電圧値を、デジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器５の出力端子は、ＣＰＵ６に接続されている。

ＣＰＵ６には、Ａ／Ｄ変換器５の他に、記憶部７、表示部８、操作部９、タイマ１０、及び積分回路４_１〜４_ｉが接続されており、分光装置１の動作を統括的に制御する。記憶部７は、ＣＰＵ６の動作用プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、各種設定値や測定条件などを記憶するフラッシュＲＯＭ、及び測定値や演算値などを記録するＲＡＭ（Random Access Memory）を有している（何れも不図示）。表示部８は、一例として液晶ディスプレイで構成されて、測定値を表示したり、各種設定画面などを表示したりする。操作部９は、一例として操作ボタンなどで構成されて、測定者によって操作されて数値入力されたり、各種動作モードを選択操作されたりする。タイマ１０は、経過時間を計測可能なものであり、後述する積分時間や放電時間などの時間の経過を別個に計測する。

ＣＰＵ６は、動作用プログラムによって動作し、測定制御手段として、積分回路４_１〜４_ｉが電荷を蓄積する積分時間及び積分回路４_１〜４_ｉが電荷を蓄積する測定回数を制御し、所定周期で強度が変化する光を入射光Ｌとするときに、この所定周期に基づいて積分時間及び測定回数を制御する。好ましくは、ＣＰＵ６は、測定制御手段として、所定周期のｍ周期分（ｍは１以上の整数）の積分時間で測定回数を少なくとも１回、又は所定周期のｐ周期（ｐは１以上の整数）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の積分時間で各積分時間を総合するとｐ周期分の期間にちょうど対応するようなタイミングで測定回数をｎ回に制御する。また、ＣＰＵ６は、各可変容量部１２の容量値を別個に可変設定する。また、ＣＰＵ６は、演算手段として、積分回路４の出力する電圧値、その積分回路４の可変容量部１２の容量値Ｃ_Ｔ、積分時間、及び測定回数に基づいて入射光の強度を演算する。なお、積分回路４が可変容量部１２を備えず固定容量であるときには、演算手段として、積分回路４の出力する電圧値、積分時間、及び測定回数に基づいて入射光の強度を演算してもよい。

この分光装置１は、発光強度が周期的に変化するＬＥＤ照明灯（不図示）のような発光体の光を安定して精度よく測定することのできるものである。このような分光装置１の動作原理について説明する。

周期的に発光強度が変化するＬＥＤ照明灯から出る光について先ず説明しておく。図３（ａ）に商用交流１００Ｖ電源の電源波形を示す。商用交流電源の周波数が５０Ｈｚのときには周期Ｔは１／５０ｍｓｅｃ（２０ｍｓｅｃ）であり、周波数が６０Ｈｚのときには周期Ｔは１／６０ｍｓｅｃ（１６．６６・・ｍｓｅｃ）である。このような商用交流電源でＬＥＤ照明灯を駆動するときには、一般的に、商用交流電源の周波数をダイオードブリッジ回路等の公知の回路で図３（ｂ）に示すような２倍の周波数にして駆動する。したがって、ＬＥＤ照明灯からは、図３（ｃ）に示すように、商用交流電源の２倍の周波数に同期して発光強度が周期的に変化した光が出る。つまり、ＬＥＤ照明灯は、Ｔ／２の所定周期で発光強度が周期的に変化する。このような光が入射光Ｌとして、光フィルタ２を介してフォトダイオード３で受光される（図１参照）。

各積分回路４（図１、２参照）の積分時間をこの所定周期以上にするときには、ＣＰＵ６（図１参照）は、測定制御手段を起動して、積分時間を、所定周期のちょうどｍ周期分（ｍは１以上の整数）、つまり所定周期のｍ倍で制御する。この積分時間は、予め記憶部７に記憶された値で制御する。一例として図４に積分時間を所定周期の２倍にした例を示す。

同図中にＲで示した期間は、ＣＰＵ６が各積分回路４の容量用スイッチ１４_０〜１４_２（図２参照）を全て閉状態に維持して可変容量部１２（図２参照）を放電状態にしている放電時間（放電期間）である。また、同図中にＳで示した期間は、積分回路４が受光素子３から出力される電荷を蓄積する積分時間（積分期間）である。この積分時間Ｓの間、ＣＰＵ６は各積分回路４の容量用スイッチ１４_０を開状態に維持すると共に、可変容量部１２の容量値が記憶部７に予め設定された容量値となるように容量用スイッチ１４_１、１４_２のいずれかを閉状態に維持する。このようにＣＰＵ６が制御することで、同図中に斜線で示すように、所定周期で強度が変化する入射光Ｌのちょうど２周期分の間に受光素子３で発生する電荷を積分回路４が積分する。

同図では、光強度がちょうどゼロになった位置から電荷の蓄積（測定）を開始しているが、どのようなタイミングで測定を開始したとしても、光強度の変化は周期的に変化するので、積分回路４が蓄積する電荷量は等しくなる。したがって、積分値が安定するので、光の強度を安定して精度よく測定することができる。積分時間Ｓが終了したときに、ＣＰＵ６は、積分回路４の出力電圧をＡ／Ｄ変換器５から読み込んで、演算手段を起動して、その電圧値Ｖ、積分時間Ｓ、及び可変容量部の容量値Ｃから光の強度を演算する。なお、同図では測定回数が１回の場合を示したが、放電期間を挟んで複数回同様に測定を行い、それら測定値を測定回数で平均化してもよい。また、積分時間は、所定周期（Ｔ／２）のｍ周期分であれば入射光Ｌの強度等に応じて適宜設定すればよいが、積分時間を商用交流電源の交流の周期Ｔの整数倍（ｍを偶数）に設定すると、例えばダイオードブリッジ回路の平衡性が悪く所定周期ごとの発光強度に若干差が生じるような場合であっても、その差によらず測定値を安定して測定することができるので好ましい。なお、このように積分時間を商用交流電源の交流の周期Ｔの整数倍（ｍを偶数）に設定するということは、発光体の光強度が変化する所定周期を周期Ｔとするということと等価であるので、所定周期を周期Ｔに設定してもよい。

一方、各積分回路４の積分時間を所定周期よりも短くするときには、ＣＰＵ６（図１参照）は、積分時間を、所定周期のｐ周期（ｐは１以上の整数）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）に制御する。さらに、ＣＰＵ４は、積分回路４にその積分時間で測定をｎ回行わせるが、各積分時間（積分期間）を総合するとｐ周期分の期間にちょうど対応するようなタイミングでｎ回の各測定を開始させる。この場合、ＣＰＵ６は、ｎを３以上の奇数とし、積分時間と放電時間とを等しい長さの時間で、測定をｎ回行うまで交互に繰り返すように制御すると、短時間で測定できるので好ましい。

具体的には、図５（ａ）に、積分時間を、所定周期（Ｔ／２）の２周期分の１／５、つまり商用交流電源の周期Ｔの１／５に制御する例を示す。この例は、ｐ＝２、ｎ＝５の場合である。一例として、商用交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合、積分時間Ｓは４ｍｓｅｃになる。同図では、積分時間のＳに、積分する順番を示す１〜５の添え字で付して表している。ＣＰＵ６が積分時間Ｓと放電時間ＲとをＴ／５の時間として交互に繰り返して制御することで、同図に斜線で示した部分によって発生した電荷が積分回路４で積分される。積分時間Ｓ_４の斜線部分を積分時間Ｓ_１、Ｓ_２の斜線部分の間に移動し、積分時間Ｓ_５の斜線部分を積分時間Ｓ_２、Ｓ_３の斜線部分の間に移動したとして考えると、ちょうど周期Ｔと一致して、等価的に周期Ｔ分を測定したことが理解できる。ＣＰＵ６は、各積分時間Ｓ_１〜Ｓ_５が終了したときに直ちに積分回路４の出力電圧をＡ／Ｄ変換器５から読み込んで電圧値Ｖ_１〜Ｖ_５を記憶部７に記憶させ、それらの電圧値Ｖ_１〜Ｖ_５、積分時間Ｓ、容量値Ｃ、測定回数ｎの値から光強度を演算する。

同図では、光強度がちょうどゼロになった位置から測定を開始しているが、どのようなタイミングで測定を開始したとしても、光強度の変化は周期的であるので、各積分時間Ｓ_１〜Ｓ_５の間に積分回路４が蓄積する電荷の総量は等しくなる。したがって、光の強度を短時間で安定して精度よく測定することができる。

図５（ｂ）に、積分時間を、所定周期（Ｔ／２）の２周期分の１／３、つまり商用交流電源の周期Ｔの１／３に制御すると共に、積分時間Ｓと放電時間ＲとをＴ／３の時間に制御する例を示す。この例は、ｐ＝２、ｎ＝３の場合である。この場合も、積分時間Ｓ_１〜Ｓ_３の斜線部分を合わせるとちょうど周期Ｔと一致する。

図５（ｃ）に、積分時間を、所定周期（Ｔ／２）の４周期分の１／３、つまり商用交流電源の２倍の周期２Ｔの１／３に制御すると共に、積分時間Ｓと放電時間Ｒとを２Ｔ／３の時間に制御する例を示す。この例は、ｐ＝４、ｎ＝３の場合である。この場合には、積分時間は所定周期よりも長くなり、測定時間も長くなるが、積分時間Ｓ_１〜Ｓ_３の斜線部分を合わせるとちょうど周期２Ｔと一致するため、光の強度を安定して精度よく測定することができる。なお、図５（ａ）（ｂ）のように、積分時間を所定周期よりも短く設定すると、総合の測定時間を短くできるので好ましい。

図５（ｄ）に、積分時間を、所定周期（Ｔ／２）の１周期分の１／３に制御すると共に、積分時間Ｓと放電時間ＲとをＴ／６の時間に制御する例を示す。この例は、Ｐ＝１、ｎ＝３の場合である。この場合、積分時間Ｓ_１〜Ｓ_３の斜線部分を合わせるとちょうど所定周期Ｔ／２と一致するため、光の強度を短時間で安定して精度よく測定することができる。同図のように、積分時間を所定周期の１周期の１／ｎとすることで、総合の測定時間を一層短くすることができる。

また、図６に示すように、積分時間を、所定周期のｐ周期の１／ｎとして、放電時間を所定周期のｐ周期分として、測定をｎ回行うまで交互に繰り返すように制御してもよい。図６（ａ）では、一例として、積分時間を、所定周期（Ｔ／２）の２周期分の１／２、つまり商用交流電源の周期Ｔの１／２に制御すると共に、放電時間Ｒを周期Ｔに制御する例を示す。この例は、ｐ＝２、ｎ＝２の場合である。図６（ｂ）には、ｐ＝２、ｎ＝３の例を示す。このように放電時間を所定周期のｐ周期分とすることで、ｎを偶数、奇数どちらにも設定することができ、積分時間の設定の自由度を大きくすることができるので好ましい。総合の測定時間は長くなるが、放電時間を、所定周期のｐ周期分の更に整数倍としてもよい。また、総合の測定時間を短くするために放電時間を所定周期分としてもよい。放電時間は、放電に必要な時間により決定する。

なお、図５，６に示すように、積分時間を、所定周期のｐ周期分の１／ｎにする場合、所定周期のｐ周期が商用交流電源の周期Ｔの整数倍（ｐを偶数）となるように設定することが好ましい。特にｐ＝２の場合には、ｐ＝４，６・・・の場合よりも測定時間が短くなるので好ましい。この場合、所定周期を周期Ｔとするということと等価であるので、所定周期を周期Ｔとして設定してもよい。

また、図５，６に示す測定を複数回行って、それら測定値を平均化してもよい。また、放電時間が無視できるような極めて短い時間で完了する場合であれば、例えば周期Ｔ（所定周期のｐ周期）の間に、ｎ回の積分を行い、測定を完了してもよい。

このように分光装置１を動作させるために、測定者は、測定を行う前に積分時間や所定周期、測定回数を予め設定する。以下に、その設定動作の一例について説明する。

測定者は、操作部９を操作し、発光体が交流電源で駆動されて所定周期で発光強度が変わる場合にはＡＣ（交流）測定モードに設定し、発光体が直流電源で駆動される場合にはＤＣ（直流）測定モードに設定する。ＣＰＵ６は、操作部９が操作されてＡＣ測定モードに設定されたときには、一例として表示部８に図７に示すＡＣ測定モード設定画面３１を表示させる。ＡＣ測定モード設定画面３１には、周波数表示窓３２、積分時間表示窓３３、及び平均化回数表示窓３４が表示されている。

測定者は、先ず操作部９を操作して、発光体の発光強度が変わる所定周期を一例として周波数で設定する。例えば、ＣＰＵ６は、図７の周波数設定窓３２ａに示すように、周波数の選択候補を表示させる。測定者は、操作部９を操作して、この選択候補の中から周波数を選択する。ＣＰＵ６は、選択された周波数を記憶部７に記憶させると共に周波数表示窓３２に表示する。同図では、一例として、周波数が５０Ｈｚに選択された例を示す。ここで選択して設定する周期は、積分時間を決めるための周期であり、発光体の発光強度が変わる所定周期はＴ／２であるが、図４及び図５（ａ）、（ｂ）で説明したように、商用交流電源の周期Ｔで積分時間を決める場合には、商用交流電源の周波数である５０Ｈｚや６０Ｈｚを選択する。前述したように商用交流電源の周期Ｔで測定したほうが好ましいので、例えば周波数設定窓３２ｂに示すように、商用交流電源の周波数だけを選択候補として表示させてもよい。なお、所定周期は、例えば２０ｍｓｅｃのように時間で設定してもよい。

図５（ｄ）のように所定周期（Ｔ／２）で測定を行う場合には、対応する周波数の１００Ｈｚや１２０Ｈｚを選択する。なお、図５（ｃ）のように、積分時間を周期２Ｔの１／３として測定を行う必要があるときは、周期２Ｔの周波数である２５Ｈｚや３０Ｈｚを選択（不図示）又は入力できるようにする。

次に、測定者は、操作部９を操作して積分時間を設定する。例えば、ＣＰＵ６は、積分時間設定窓３３ａを表示して、積分時間の選択候補を表示させる。一例として、積分時間の選択候補は、周波数設定窓３２ａに表示させる各周波数の選択候補ごとに記憶部７に予め記憶させておき、設定された周波数に対応させてＣＰＵ６がその値を読み込んで表示させる。

積分時間として、所定周期のｍ倍、及び所定周期のｐ倍の１／ｎとなるものは無数にあるが、一例として測定時に使用する可能性のある積分時間を記憶部７に記憶させておく。なお、ｎの値も各積分時間に対応させて記憶部７に予め記憶させておく。この積分時間設定窓３３ａに示した例は、周期Ｔ（２０ｍｓｅｃ）よりも短い積分時間では、ｎを３以上の奇数（ｎ＝３，５，７，９，１１）とした場合の例である。ただしｎで割り切れない値は、四捨五入して表示させている。なお、積分時間設定窓３３ｂに示すように、ｍやｎの値を選択候補として表示させてもよい。

測定者は、操作部９を操作して、この選択候補の中から積分時間を選択する。ＣＰＵ６は、選択された積分時間を記憶部７に記憶させる。同図では、一例として、積分時間が４ｍｓｅｃに選択された例を示す。ｎを３以上の奇数としたときには、図５に示したように積分時間と放電時間とを等しい長さの時間として測定を行うことができる。また、所定時間以上の積分時間を選択したときには、図４に示したようにして測定を行うことができる。

積分時間設定窓３３ｃには、周期Ｔ（２０ｍｓｅｃ）よりも短い積分時間では、ｎを２，４，５，１０，２０の整数とした場合の例を示す。このように表示させた場合には、ｎに偶数及び奇数の値を用いているので、図６に示したように放電時間を周期Ｔとして測定を行うことができる。

積分時間は、積分回路４ごとに設定してもよく、全ての積分回路４で同じ時間に設定してもよい。

平均化回数表示窓３４には、積分時間が所定周期より短い場合には、測定回数を示すｎの数が表示され、所定周期より長い時間では測定回数の１が表示される。さらにこのような測定を複数回行う設定（不図示）をしたときには、その複数回の数を測定回数に乗じた数を平均化回数として表示する。

なお、測定者が、操作部９を操作して、積分時間を数値入力する構成としてもよい。この場合、ＣＰＵ６は、積分時間として数値入力された値が、周波数で設定された所定周期以上のときに、数値入力された値に最も近い所定周期のｍ倍の値を積分時間として算出し、積分時間表示窓３３に表示させると共に記憶部７に記憶させる。また、ＣＰＵ６は、数値入力された値が所定周期よりも短いときに、数値入力された値に最も近い所定周期の１／ｎの値を積分時間として算出し、積分時間表示窓３３に表示させると共にｎの値と共に記憶部７に記憶させる。この場合には、一例として図４、又は図６に示したようにして測定を行う。

次に、測定者は、操作部９を操作して、積分回路４の可変容量部１２の容量値を設定する。可変容量部１２の容量値は、積分回路４ごとに設定してもよく、全ての積分回路で同じ容量値に設定してもよい。ＣＰＵ６は、設定された容量値を記憶部７に記憶させる。

なお、図８に示すように、ＣＰＵ６は、表示部８にＡＣ測定モード設定画面３５を表示させ、測定者が、予め設定した測定条件を選択することで、積分時間及び可変容量部１２の容量値を同時に設定できるようにしてもよい。このＡＣ測定モード設定画面３５には、周波数表示窓３２、測定条件表示窓３６、及び平均化回数表示窓３４が表示されている。周波数表示窓３２、及び平均化回数表示窓３４は、図７で説明したＡＣ測定モード設定画面３１と同様であるので詳細な説明を省略する。

測定者は、先ず操作部９を操作して所定周期を一例として周波数で設定する。所定周期が設定されると、ＣＰＵ６は、周波数表示窓３２に設定された周波数を表示する。この場合、５０Ｈｚが設定された例を示す。次に、測定者は、操作部９を操作して測定条件を選択して設定する。例えば、ＣＰＵ６は、選択手段である測定条件設定窓３６ａを表示して、測定条件の選択候補を表示させ、測定者がその選択候補を選択して設定する。

測定条件は、周波数（所定周期）ごとに予め記憶部７に記憶されており、その一例を図９に示す。同図に示すように、周波数５０Ｈｚのときの測定条件１〜３として、可変容量部１２の容量値、積分時間、及び測定回数の値が各々予め規定されている。

例えば、測定条件１では、容量値が大きな値（１０００ｐＦ）に規定され、積分時間が短い時間（２ｍｓｅｃ）に規定されている。このため、測定条件１は光強度が強い場合に対応する測定条件である。積分時間が所定周期よりも短いので、測定回数、つまりｎの値は、積分時間に対応して１０回に規定されている。この例では、測定条件１から３の順番で、強い光強度から弱い光強度に対応するような測定条件に設定されている。ここで、同じ強度の光をフォトダイオード３が受光したときに積分回路４の出力する電圧値Ｖの比は、測定条件１：測定条件２：測定条件３で１：１０：１００になる。

測定者は、測定条件１〜３のいずれかを選択するだけで、光強度に応じた積分時間や容量値を簡便かつ迅速に設定することができる。

以上で、測定準備が終了する。

続いて、測定者は、所定位置に発光体をセットして発光体を発光させ、操作部９を操作して測定を開始させる。ＣＰＵ６は、積分回路４の電荷を放電させた後、図４〜６で説明したようにして発光体の光の光強度（スペクトル）の測定を行い、測定結果を表示部８に表示する。

一方、測定者がＤＣ測定モードを選択したときには、ＣＰＵ６は、表示部８に、図１０に示すＤＣ測定モード設定画面４１を表示させる。ＤＣ測定モード設定画面４１には、積分時間表示窓４２及び平均化回数表示窓４３が表示されている。

ＤＣ測定モードでは、測定者が操作部９を操作して、積分時間や測定回数（平均化回数）を、光強度に応じて各々任意の値に数値入力する。ＣＰＵ６は、数値入力された積分時間等を記憶部７に記憶させる。測定時にはＣＰＵ６は、記憶させた積分時間等に基づいて積分回路４を制御して、出力される電圧値Ｖや積分時間、測定回数等から光強度を演算する。

このようにＡＣ測定モード及びＤＣ測定モードの両方を備えることで、交流で駆動される発光体の光や直流で駆動される発光体の光を１台の測定器で測定できるので、便利である。

なお、発光体としてＬＥＤ照明灯の光を測定した例を示したが、周期的に光の強度が変化するものであれば発光体の種類は限定されず、例えば蛍光灯、ＬＥＤ素子、電球の光を測定してもよい。また、発光体の光は、光強度波形が周期的に強度変化を繰り返す波形であれば、例えば、ノコギリ波のように左右対称形状でない波形であっても測定することができる。

また、光のスペクトルを測定する分光装置１について説明したが、１つのフォトダイオード３及び１つの積分回路４の一組みだけを備えて、入射光の強度を測定する光強度測定装置に本発明を適用することもできる。また、フォトダイオード３とＡ／Ｄ変換器４との間にＣＣＤ（Charge Coupled Device）を配置するＣＣＤイメージセンサに本発明を適用してもよい。

１は分光装置、２_１〜２_ｉは光フィルタ、３_１〜３_ｉはフォトダイオード、４_１〜４_ｉは積分回路、５はアナログ／デジタル変換器、６はＣＰＵ、７は記憶部、８は表示部、９は操作部、１０はタイマ、１１は演算増幅器、１２は可変容量部、１３_１・１３_２はコンデンサ、１４_０〜１４_２は容量用スイッチ、３１はＡＣ測定モード設定画面、３２は周波数表示窓、３２ａ・３２ｂは周波数設定窓、３３は積分時間表示窓、３３ａ・３３ｂ・３３ｃは積分時間設定窓、３４は平均化回数表示窓、３５はＡＣ（交流）測定モード設定画面、３６は測定条件表示窓、３６ａは測定条件設定窓、４１はＤＣ（直流）測定モード設定画面、４２は積分時間表示窓、４３は平均化回数表示窓、Ｌは入射光、Ｔは商用交流電源の周期、Ｓ・Ｓ_１〜Ｓ_５は積分時間、Ｒは放電時間である。

Claims

入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子から出力される電荷を蓄積してその蓄積した電荷の量を電圧値に変換して出力する積分回路と、該積分回路が該電荷を蓄積する積分時間及び該積分回路が該電荷を蓄積する測定回数を制御する測定制御手段と、該積分回路から出力される電圧値、該積分時間、及び該測定回数に基づいて入射光の強度を演算する演算手段とを備える測光装置であって、
所定周期で強度が変化する発光体の光を該入射光とするときに、該測定制御手段が、該所定周期に基づいて該積分時間及び該測定回数を制御することを特徴とする測光装置。
前記測定制御手段が、前記所定周期のｍ周期分（ｍは１以上の整数）の前記積分時間で前記測定回数を少なくとも１回、又は前記所定周期のｐ周期分（ｐは１以上の整数）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の前記積分時間で各積分時間を総合したときに該ｐ周期分の期間にちょうど対応するようなタイミングで該測定回数をｎ回に前記積分回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記測定制御手段が、前記積分回路に蓄積した前記電荷を放電するための放電時間を制御可能であり、前記積分時間を前記所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、ｎを３以上の奇数とし、該積分時間と該放電時間とを等しい長さの時間で交互に繰り返すように制御することを特徴とする請求項２に記載の測光装置。
前記測定制御手段が、前記積分回路に蓄積した前記電荷を放電するための放電時間を制御可能であり、前記積分時間を前記所定周期のｐ周期分の１／ｎとするときに、該放電時間を該所定周期のｐ周期分の時間とし、該積分時間と該放電時間とを交互に繰り返すように制御することを特徴とする請求項２に記載の測光装置。
前記測定制御手段が、前記発光体に電力供給される商用交流電源の交流の周期を前記所定周期として制御することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記積分回路が、前記電荷を蓄積する可変容量部を有しており、前記測定制御手段が、該可変容量部の容量値を可変設定可能であり、前記演算手段は、前記電圧値、該可変容量部の容量値、前記積分時間、及び前記測定回数に基づいて前記入射光の強度を演算することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記所定周期に対応する前記積分時間、前記測定回数、及び前記容量値を規定する複数の測定条件が予め記憶された記憶部と、測定者によって操作されて該記憶部に記憶された該複数の測定条件の中の一つを選択可能な選択手段とを更に備え、該測定制御手段は、該選択手段で選択された該測定条件で前記積分回路を制御することを特徴とする請求項６に記載の測光装置。
前記受光素子及び前記積分回路の対を複数備えると共に分光器を備え、該分光器によって分光された前記入射光を、各々受光する波長域が異なるように複数の該受光素子が受光する分光装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の測光装置。