JP2014074628A

JP2014074628A - 測光装置

Info

Publication number: JP2014074628A
Application number: JP2012221651A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Maruyama; 知行丸山
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-04-24

Abstract

【課題】積分球の経年劣化を低減させ、性能の経年変化を抑えた測光装置を提供する。
【解決手段】入射部開口４から入射した測定対象光源１００からの入射光７が最初に当たる積分球３の内壁面の内側に拡散反射部材６を配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般には、光パワー、波長、色、演色性などの光学特性を測定する装置に関し、特に積分球を構成に含む測光装置に関する。

従来、光学特性、例えば、光パワー、波長、色、演色性などを測定する装置に、受光センサ（例えばフォトダイオードなど）を使用した測光装置が用いられている。しかし、高パワーの光（例えば、レーザ光など）を測定する場合は、直接受光センサに光を入射すると飽和して測定ができない。その為、高パワーのレーザ光等が直接受光センサに高パワーで入射しないように、積分球を介して光パワーを減衰してから受光センサに入射する。本願添付の図１（ａ）に示す様に、特許文献１の測光装置１は、積分球３と受光センサ２とを備え、受光センサ２がフォトダイオードを含み、フォトダイオードの感度特性とほぼ逆の波長特性を有する積分球を組み合わせることによって被測定光の光学特性を測定することができる。また、特許文献１では、光ファイバＦからの光を積分球３に入れているが、直接、レーザ光を積分球３に入射することもある。積分球３に入射した高パワーのレーザ光は、積分球３にて減衰され、受光センサに入射する。その後、受光センサの出力電流値と受光感度特性から光パワーを表示する。この様に、積分球３によって受光センサ２に入射する光の強度は減衰される。

上記の様に、積分球３を介することで積分球により減光できるため、より大きい光パワーの光を測定することができる。

特開２００３−３２２５６３号公報

一方、一般に積分球３は、図１（ｂ）に示す様にアルミニウム製の中空の基材３ａに硫酸バリウム３ｂをバインダに混合して塗布して構成されている。

このように、金属製（例えばアルミニウムなど）の中空球殻である基材３ａに硫酸バリウム３ｂを塗布した積分球３では、レーザ光などの高エネルギーの光が照射された場合、照射された部分が劣化してしまうことが分かった。これは、硫酸バリウム３ｂを塗布する際に用いられる有機系のバインダが高エネルギーの光によって、又はその光エネルギーによって発生する熱等によって、変質、変色してしまい、この劣化が、積分球３の均一な反射を妨げる原因になるものと思われる。

つまり、上記のように、通常の積分球３である金属３ａに硫酸バリウム３ｂを塗布する方法で製造された積分球３は、高エネルギーの光が直接照射されることによって劣化していく。そのため、積分球３を含んだ測光装置１としては、経年劣化が進むという問題がある。

本発明の目的は、積分球を用いた測光装置において、積分球の経年劣化を低減させ、性能の経年変化を抑えた測光装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る測光装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、拡散光学系としての積分球を備え、
前記積分球は、測定対象光源からの光が入射する入射部開口と、前記積分球の内壁面で拡散された拡散光を出射する検出部開口とを有し、
前記検出部開口に近接して、前記積分球からの拡散光を検出する光検出部を備え、測定対象光源の特性を測定する測光装置において、
前記入射部開口から入射した前記測定対象光源からの入射光が最初に当たる前記積分球の内壁面の内側に拡散反射部材を配置することを特徴とする測光装置である。

第１の本発明の一実施態様によると、前記拡散反射部材は拡散透過部を有する。

第１の本発明の他の実施態様によると、前記拡散反射部材の前記被測定光が最初に入射する表面が平面である。

第１の本発明の他の実施態様によると、前記表面が平面である拡散反射部材を被測定光の入射角が０度よりも大きく、９０度よりも小さい範囲となるように配置する。

第１の本発明の他の実施態様によると、前記拡散反射部材の前記被測定光が最初に入射する表面が曲面又は球面である。

第２の本発明は、拡散光学系としての積分球を備え、
前記積分球は、測定対象光源からの光が入射する入射部開口と、前記積分球の内壁面で拡散された拡散光を出射する検出部開口とを有し、
前記検出部開口に近接して、前記積分球からの拡散光を検出する光検出部を備え、測定対象光源の特性を測定する測光装置において、
前記入射部開口から入射した前記測定対象光源からの入射光が最初に当たる前記積分球の内壁面と、前記入射部開口との間の前記入射光が通過する位置に拡散透過部材を配置することを特徴とする測光装置である。

第１及び第２の他の実施態様によると、前記被測定光の前記入射部開口に入射角度制限構造を有する。

第１及び第２の他の実施態様によると、前記入射角度制限構造は前記入射部開口に設けられた筒状構造である。

第１及び第２の他の実施態様によると、前記入射角度制限構造は前記入射部開口に設けられた穴又は隙間を開けた板状部材を被測定光の光源から穴又は隙間を通って直進する光が進路を妨げられない位置に２つ以上並べた構造である。

第１及び第２の他の実施態様によると、前記入射角度制限構造は筒状構造内に穴を開けた板状部材を被測定光の光源から穴を通って直進する光が進路を妨げられない位置に２つ以上並べた構造である。

本発明によれば、積分球の経年劣化を低減させ、性能の経年変化を抑えることができる。

図１（ａ）は、従来の測光装置の概略断面図であり、図１（ｂ）は、測光装置に用いられる積分球の概略断面図である。図２（ａ）は、本発明に係る測光装置の実施例１を示した概略断面図であり、図２（ｂ）、は拡散反射部材の概略断面図である。本発明に係る測光装置の実施例２を示した概略断面図である。図４（ａ）は、本発明に係る測光装置の実施例３の概略断面図であり、図４（ｂ）は、入射角度制限構造の概略斜視図であり、図４（ｃ）は、拡散透過部材を用いた場合の測光装置の概略断面図である。図５（ａ）は、本発明に係る測光装置の実施例４を示す概略断面図であり、図５（ｂ）は、表面がかまぼこ型に成形された拡散反射部材の概略斜視図であり、図５（ｃ）は、表面が半球状に成形された拡散反射部材の概略斜視図であり、図５（ｄ）は、平板状の表面を持つ拡散反射部材を用いた場合の測定装置の概略断面図である。本発明に係る測定装置の実施例５を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る測光装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図２に本発明に係る測光装置１の一実施例の概略構成を示す。

本実施例によると、測光装置１は、測定対象光源１００の特性を測定することができ、拡散光学系としての積分球３を備えている。積分球３は内部が球面状の中空３０とされる。一例としてアルミニウムなどとされる金属製の基材３ａと、基材３ａの球面（内面）に、拡散反射コーティングされた拡散反射フィルム又は拡散反射層３ｂを有している。フィルム或いは反射層３ｂは、有機系のバインダ等と混合された硫酸バリウム（反射材）などとされるコーティング剤を充填するか、又はスプレーし、塗布して形成される。

本実施例では、積分球３は、測定対象光源１００からの光が入射する入射部開口４と、積分球３の内壁面である拡散反射層３ｂで拡散された拡散光が光検出部９０へと出射する検出部開口９とを有する。検出部開口９は直径ｄ₁の開口部である。

また、本発明の特徴部を構成するものであるが、本実施例では、積分球３の入射部開口４から直進した測定対象光源１００からの被測定光７である入射光が入射する、積分球３の入射部開口４の対向面（照射面）５の位置に耐光性の高い拡散反射部材６が設けられている。

上述のように、積分球３の検出部開口９に近接して外側に光検出部９０が配置される。光検出部９０は、不図示の光センサ（即ち、光検出器）を備え、光検出部９０で検出された受光信号は、制御部５０に送信され、測定結果が表示又は記録される。

本実施例に係る積分球３に配設された耐光性の高い拡散反射部材６について更に説明する。

拡散反射部材６は、図２（ｂ）に示す様に、オパール拡散透過板６ａと全反射ミラー６ｂの接合体とされ、被測定光７の入射側にオパール拡散透過板（拡散透過部）６ａを設け、積分球３の照射面５側にミラー（全反射部）６ｂを設置する。それにより、図２（ａ）に示す様に、入射した光は拡散反射部材で拡散反射されてからその拡散光８は積分球３内部に拡散し、更に積分球３によって拡散反射が繰り返され均一化される。均一化された光は光検出部９０で測定され、被測定光７は光学特性、例えば光パワーなどが求められる。

本実施例における拡散反射部材６の直径ｄは、被測定光７の入射部開口４の径ｄ₀と同寸法か、それよりも大きい径（ｄ≧ｄ₀）にて構成され、入射部開口４からの被測定光７が直接積分球３の内面に照射されないように構成される。ｄ／ｄ₀＜１では、被測定光７の一部が拡散反射部材６ではなく、積分球３の内面に直接照射してしまうという問題が起こる為、通常、１≦ｄ／ｄ₀とされる。

従って、本実施例によると、被測定光７が最初に当たる箇所である照射面５に耐光性のある拡散反射部材６を設置した積分球３を用いることで、積分球３内表面には入射光７が直接当たらず、拡散反射部材６で拡散され、測光装置１としての耐光性が上がる。つまり、拡散反射部材６で拡散反射された光は、散乱により減衰されているので、通常の積分球３内面には高いパワーの光が直接照射されないので積分球３の内表面は劣化しにくい。その結果、測光装置１の耐光性が上がり、経年変化を抑えることができる。

また、本実施例によれば、積分球内面の全領域の耐光性を上げるのではなく、被測定光７が最初に当たる箇所、即ち、入射口４の対面の積分球３の一部に拡散反射部材６を設け、その部分だけ耐光性を上げる。それにより、積分球３内面全面の耐光性を上げる必要はない。よって、積分球３の耐光性を上げ、測光装置１の経年変化を抑えることを低コストで実現できる。

実施例２
次に、本発明に係る測光装置１の第二の実施例について、図３を用いて説明する。本実施例の測定装置１は、その全体構成及び動作は、実施例１の測定装置と同様とされるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施例では、実施例１とは異なり、拡散透過部材６ｃを、積分球３の内壁面より中心部方向へと離間した積分球３の内方に配置している。即ち、実施例１では、積分球３の照射面５である内壁面に拡散反射部材６を配置していたが、本実施例では、拡散透過部材（例えばオパール拡散透過板）６ｃを入射光の進路に配置している。拡散透過部材６ｃは、入射口４からの拡散透過部材６ｃまでの距離（Ｌ）は、０＜Ｌ／Ｄ＜１である。Ｌが０に近い場合は拡散透過部材６ｃが入射部開口４に近い。そのため、被測定光７の測定対象光源１００が例えば高光パワーのレーザであった場合に、拡散透過部材６ｃで発生した反射光が光源へと戻ることがある。その場合、レーザに対し、ノイズが発生し、レーザの本来の出力が出ない状態で被測定光が積分球に入射することになる。この状態ではレーザの光学特性を正確に測定することができなくなってしまう。

また、Ｌ＝｛Ｄ−（拡散透過部材の厚みｔ₁）｝では、拡散透過部材６ｃが積分球３の内壁面に密着しすぎる。そのため、積分球３の照射面５に相当する拡散透過部材６ｃに被測定光７が入射するが、拡散透過部材６ｃに積分球３の内壁面が近いために、十分に光が拡散することなく、被測定光７がほぼそのまま積分球３内壁面に照射されることになる。そのため、積分球内部が劣化し、光測定装置の劣化が起こるという問題がある。

図３に示す様に、拡散透過部材６ｃに入射した被測定光７は、拡散透過光８ａとして拡散し、積分球３内面で更に拡散反射し、均一化する。均一化した光は光検出部９にて検出され、光パワーが測定される。

本実施例においては、被測定光７が積分球３内に入射し、照射面５に向かって通過する地点に、拡散透過部材６ｃを配置することによって、積分球３に入射する光７が照射面５に当たる前に散乱、拡散し、積分球３内面に直接当たる光のパワーが減衰する。それにより、積分球３内面には高いパワーの光が照射されないので、積分球３内面の反射皮膜は劣化しにくくなる。

また、積分球３内面の全領域の耐光性を上げるのではなく、被測定光７が通過する途中に拡散透過部材を配置し、積分球の耐光性を上げることで、積分球３を用いた測光装置１の経年劣化を改善することができる。

更に、本実施例では拡散透過部材６ｃを積分球の入射部開口ではなく、積分球の内部に配置することで、光源への反射光を低減でき、レーザなどの光学特性を正確に測定できる。

実施例３
次に、本発明に係る測定装置の第三の実施例について、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。本実施例の測定装置１は、その全体構成及び動作は、実施例１の測定装置と同様とされるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施例では、図４（ａ）に示す様に、積分球３の被測定光７の入射部開口４に入射角度制限構造４ａを設けている。このため、被測定光７は積分球３内への入射角度が制限される。入射角度を制限された被測定光７は、最初に入射し、光が当たる照射面５である積分球３内面の位置及び入射角度が制限される。

図４（ａ）、（ｂ）を参照し、入射角度制限構造の一実施例を示す。本実施例では、入射角度を制限する入射角度制限構造４ａは、円筒状の部材４ｂが積分球３の入射部開口４に設置される。部材４ｂ内には、穴４ｄを開けた板状部材４ｃが２枚並べて設置されている。それぞれの板状部材４ｃにあけた穴４ｄは被測定光７が直進する進路を妨げない位置になるように設置されている。

入射角度制限構造は、図４（ａ）、（ｂ）のように、円に限らず単なる筒状構造の部材４ｂや穴や隙間を開けた板状部材４ｃを平行に並べた構造及びそれらの組み合わせなどが想定される。穴４ｄを開けた板状部材４ｃを入射部開口４に図４（ｂ）のように筒状構造内に２枚ならべることによって、被測定光である入射光７は、穴４ｄによって、一定の入射角度に制限される。

入射角度制限構造４ａによって制限された入射光７は、積分球３のきわめて小さい照射面５の面積に当たる。そのため、実施例１の積分球３に比べ、入射光７が当たる照射面５に相当する面積が小さい拡散反射部材６によって光が拡散反射され、積分球３の中で拡散反射し、均一になった被測定光７は光検出部９によって、検出され、光パワーが測定される。

本実施例による測定装置もまた、実施例１と同様の作用効果を達成し得る。つまり、被測定光が最初に当たる照射面５となる箇所の耐光性を上げることで、積分球３を含む測光装置１としての耐光性が上がり、経年変化を抑えることができる。特に、入射角度を制限することで、耐光性を上げる領域が小さくなり、必要とされる拡散反射部材６が小さくなり、より安価に実現できる。

本実施例における積分球３は、拡散反射部材６を積分球３の内壁面に設置しているが、実施例２のように積分球３内部の入射光進路途中に拡散透過部材６ｃを設置しても良い（図４（ｃ））。この場合も入射角度を制限することで、耐光性のための拡散透過部材６ｃがより小さくでき、より安価に積分球３内面の耐光性を上げることができ、測光装置１の経年変化を抑えることができる。

実施例４
次に本発明に係る積分球３の第四の実施例について、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。本実施例の測定装置１は、その全体構成及び動作は、実施例１の測定装置と同様とされるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施例では、実施例１とは異なり、拡散反射部材６の入射部開口４側の表面が円弧状である。図５（ａ）に示す様に、本実施例における積分球３の被測定光の入射部開口４の対面である照射面５に設置された拡散反射部材６´の表面は入射部開口４に向かって凸となるような円弧状に形成されている。

積分球３の入射部開口４から入った被測定光７は、円弧状に形成された拡散反射部材６に入射する。それにより、入射光７は拡散反射し、積分球内で拡散反射した光は光検出部９にて検出され、光パワーが測定される。

ここで、実施例１の拡散反射部材６と本実施例における拡散反射部材６´の形状の違いによる入射光７の挙動の違いについて述べる。

実施例１においては、平板状の拡散反射部材６により反射されたわずかな光が、入射した方向へと反射する。この反射光は、入射部開口４を介して被測定光源１００へと戻り、測定装置からの反射光の影響を受け易いレーザ光源などに対しは、ノイズのもととなり、不安定化させる。

これに対し、本実施例の円弧状の表面を持つ拡散反射部材６´の場合、拡散反射部材６´の円弧状の表面（曲面）により、発生する反射光も、実施例１のような、平板状の表面（平面）を持つ拡散反射部材６にくらべ、入射部開口４への戻り光を低減できる。そのため、レーザ光源へのノイズの低減を図ることができ、レーザ光源などの出力の安定化が図れ、より正確な測光が可能となる。

ここで、拡散反射部材６´の円弧状の表面について更に詳しく説明する。

拡散反射部材６´の拡散透過部材６ａ´の表面は、図５（ｂ）に示す様に、入射部開口４に向かって凸となる曲面を持つ。図５（ｂ）に示す拡散反射部材６´は、縦、横の長さともｄｍｍである底面を持つ。曲面を持つ拡散透過部材６ａ´部分は直径ｄｍｍ、高さｄｍｍの円柱を垂直に半分にし、拡散透過部材６ａ´が曲面を片側に持つ形状であり、曲面側を入射部開口４に向かうように設置された拡散反射部材６´である。

また、拡散反射部材６´は図５（ｃ）に示す様に、入射部開口４に向かって凸となる半球状であっても良い。図５（ｃ）に示す拡散反射部材６´は、直径ｄの半球状の拡散透過部材６ａ´を有する。半球状の拡散透過部材６ａ´の曲面側を入射部開口４の側に設置した拡散反射部材６´である。

以上の通り、本実施例における積分球３により、被測定光７が最初に当たる箇所の耐光性を上げることで、測光装置１としての耐光性が上がる。つまり、拡散反射部材６´で、拡散反射された光は、散乱により減衰されているので、通常の積分球３内面には高いパワーの光が照射されないので劣化しにくくなり、測光装置１の経年変化を抑えることができる。

更に、本実施例によれば、拡散反射部材６´の表面を円弧状にすることにより、光源への戻り反射光８を低減することができる。上述のように、レーザなどは測光装置１からの反射光の影響を受ける場合があるので、光源への反射光（戻り光）を低減することで被測定対象（光源）への影響を小さくできる。

また、本実施例では、積分球３内壁面に円弧状拡散反射部材６´を設置しているが、板状の拡散反射部材６を図５（ｄ）のように、被測定光７に対し、直角ではない角度θをもった、傾けた状態で積分球３内部の被測定光の進路上に設置しても良い。例えば、被測定光の進行方向に対して、板状の拡散反射部材の表面の垂線とが形成する角度αが０度よりも大きく、９０度よりも小さい角度である。この場合には、被測定光７に対し、拡散反射部材６の表面が垂直に位置しておらず、このため、被測定光７の光源への反射による戻り光８ｃは低減し、本実施例の円弧状拡散反射部材６´を設置した積分球３と同様の効果が得られる。

実施例５
次に本発明に係る積分球の第五の実施例について、図６を用いて説明する。

図６に示す様に本実施例の測光装置は実施例１の装置と同様の構成とされる。ただ、本実施例では、拡散反射部材６´は、実施例１と異なり入射部開口４の対向面位置ではなく、即ち、実施例１の拡散反射部材６の位置ではなく、図６にて、幾分上方に位置して設けられる。また、被測定光７は、拡散反射部材６の表面の垂線に対し角度（α´）をもって入射される。この構成によって入射部開口４から入射する被測定光７は、拡散反射部材６で拡散反射されてから、積分球３にて拡散反射が繰り返され、均一化される。均一化された光を光検出部９で測定して被測定光のパワーを求める。

実施例４で前述したように拡散反射部材６でもわずかな正反射（鏡面反射）の成分が存在する。そこで、本実施例では図６のように拡散反射部材６に対して、角度α´を持たせて被測定光７を入射させることにより、正反射成分が入射部開口４へ戻らない光学配置とする。このため、入射部開口４からのレーザなどの光源へ直接戻る、戻り光は低減する。

このように、拡散反射部材６を設置し、被測定光７が最初に当たる箇所である照射面５の耐光性を上げることで、積分球３の耐光性があがり、測光装置１としての耐光性が上がる。拡散反射部材６で拡散反射された光８は、散乱により減衰されているので、通常の積分球３内面には高いパワーの光が照射されないので劣化しにくい。

又、拡散反射部材による反射光（正反射成分）８ｃが入射部開口４に戻らず、再度、積分球３内で拡散反射するため、光源１００への反射光が低減する。レーザなどは測光装置１からの反射光の影響を受ける場合があるが、本実施例の構造により、被測定対象への影響を小さくできる。

尚、被測定光７の入射角度を制限するために、実施例３で記載した入射角度を制限する構造４ａを設けても良い。その場合は、測光装置１が入射角度制限構造４ａを持たない場合よりも拡散反射部材６の面積を小さくすることができ、更にコストを抑えることができる。

本発明において、上記各実施例では拡散透過部材６ａとして、オパール拡散透過板を例に説明したが、フロストガラスなど、同様の拡散透過性をもった光学部材を用いても良い。

又、上記実施例では積分球３はアルミニウムなどの金属製を基材３ａとしたが、内側に何も塗布していないポリテトラフルオロエチレンのみで作られていても、本発明の構成を適用することにより耐光性を上げることができる。

１測光装置
３積分球
４入射部開口
４ａ入射角制限構造
５照射面
６拡散反射部材
６´ 拡散反射部材
６ａ拡散透過部
６ｂ全反射部
６ｃ拡散透過部材
７被測定光
８（８ａ、８ｃ）拡散光

Claims

拡散光学系としての積分球を備え、
前記積分球は、測定対象光源からの光が入射する入射部開口と、前記積分球の内壁面で拡散された拡散光を出射する検出部開口とを有し、
前記検出部開口に近接して、前記積分球からの拡散光を検出する光検出部を備え、測定対象光源の特性を測定する測光装置において、
前記入射部開口から入射した前記測定対象光源からの入射光が最初に当たる前記積分球の内壁面の内側に拡散反射部材を配置することを特徴とする測光装置。
前記拡散反射部材は拡散透過部と全反射部を有することを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記拡散反射部材の前記被測定光が最初に入射する表面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
前記表面が平面である拡散反射部材を被測定光の入射角が０度よりも大きく、９０度よりも小さい範囲となるように配置することを特徴とする請求項３に記載の測光装置。
前記拡散反射部材の前記被測定光が最初に入射する表面が曲面又は球面であることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
拡散光学系としての積分球を備え、
前記積分球は、測定対象光源からの光が入射する入射部開口と、前記積分球の内壁面で拡散された拡散光を出射する検出部開口とを有し、
前記検出部開口に近接して、前記積分球からの拡散光を検出する光検出部を備え、測定対象光源の特性を測定する測光装置において、
前記入射部開口から入射した前記測定対象光源からの入射光が最初に当たる前記積分球の内壁面と、前記入射部開口との間の前記入射光が通過する位置に拡散透過部材を配置することを特徴とする測光装置。
前記被測定光の前記入射部開口に入射角度制限構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の測光装置。
前記入射角度制限構造は前記入射部開口に設けられた筒状構造であることを特徴とする請求項７に記載の測光装置。
前記入射角度制限構造は前記入射部開口に設けられた穴又は隙間を開けた板状部材を被測定光の光源から穴又は隙間を通って直進する光が進路を妨げられない位置に２つ以上並べた構造であることを特徴とする請求項７に記載の測光装置。
前記入射角度制限構造は筒状構造内に穴を開けた板状部材を被測定光の光源から穴を通って直進する光が進路を妨げられない位置に２つ以上並べた構造であることを特徴とする請求項７に記載の測光装置。