JP2021015017A - Band spectrophotometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、帯域分光光量子計に関し、特に、太陽光や屋内照明光などの広域波長による光の照射を受ける場合において、その光に含まれる特定波長帯域ごとの光量子束密度を計測するための装置に関するものである。 The present invention relates to a band spectrophotonometer, and is a device for measuring the photon flux density for each specific wavelength band contained in the light, particularly when it is irradiated with light having a wide wavelength such as sunlight or indoor illumination light. It is about.
植物の栽培に関する分野においては、光の照射は重要であるが、その際に照射される光の波長(色彩)に着目されることがある。すなわち、紫外光(特にA波)は、植物の背を低くするなど植物の形状を正常にし、また葉を厚くする効果がある。青色光は、光合成作用に効果的であり、緑色光は、病害に対する抵抗性を向上させる効果があり、赤色光は、光合成および日長作用に有効的である。また、赤外光は光合成の効率を上昇させる効果がある。このような特定の波長帯域における光の効果を利用して、照射光の波長を制御することにより植物の生長を促進させることが報告されている。例えば、赤色光と青色光とを交互に照射する方法がある(特許文献1参照)。このような栽培方法の場合には所望の波長帯域で発光するLED等を使用することができるが、太陽光を照射して栽培する場合には、どの波長帯域の光がどの程度の光量子束密度をもって照射されているのかを判別することは容易でなかった。 Irradiation of light is important in the field of plant cultivation, but the wavelength (color) of the light emitted at that time may be focused on. That is, ultraviolet light (particularly A wave) has the effect of normalizing the shape of the plant, such as shortening the height of the plant, and thickening the leaves. Blue light is effective for photosynthesis, green light is effective for improving resistance to diseases, and red light is effective for photosynthesis and photosynthesis. Infrared light also has the effect of increasing the efficiency of photosynthesis. It has been reported that the growth of plants is promoted by controlling the wavelength of irradiation light by utilizing the effect of light in such a specific wavelength band. For example, there is a method of alternately irradiating red light and blue light (see Patent Document 1). In the case of such a cultivation method, an LED or the like that emits light in a desired wavelength band can be used, but in the case of cultivating by irradiating sunlight, the light in which wavelength band has a photon flux density of what degree. It was not easy to determine whether the light was irradiated with.
また、他の分野にあっては、例えば、齲蝕菌の検出において蛍光のスペクトルを測定することがある(特許文献2参照)。このような口内細菌の検出には、特定の波長帯域における光を正確に分光し、光強度・量を測定することが要請されるものであった。 Further, in other fields, for example, the fluorescence spectrum may be measured in the detection of caries bacteria (see Patent Document 2). In order to detect such oral bacteria, it has been required to accurately disperse light in a specific wavelength band and measure the light intensity and amount.
上述のように、農業分野において、照射される特定の波長帯域における光量子束密度の程度を知ることは重要であるにもかかわらず、広域波長による光について、特定の波長帯域ごとに分光しつつ光量子束密度を計測することは容易でなかった。そこで、本願発明者らは、簡易な方法により分光しつつ光量子束密度を測定し得る装置を開発した(非特許文献1参照)。 As mentioned above, in the field of agriculture, although it is important to know the degree of photon flux density in a specific wavelength band to be irradiated, photons in a wide range of wavelengths are separated into specific wavelength bands. It was not easy to measure the bundle density. Therefore, the inventors of the present application have developed an apparatus capable of measuring the photon flux density while performing spectroscopy by a simple method (see Non-Patent Document 1).
この装置は、複数の光電セルを測定すべき特定波長帯域の光ごとに区分し、各区分に応じた波長帯域の光を受光できるように光学バンドパスフィルタを設けたものである。光学バンドパスフィルタによって、照射光のうち特定波長帯域の光のみを光電セルに受光させ、その光電セルによって強度・量を計測することにより、最終的な光量子束密度を算出するものであった。 In this device, a plurality of photoelectric cells are classified for each light in a specific wavelength band to be measured, and an optical bandpass filter is provided so that light in a wavelength band corresponding to each classification can be received. The final photon flux density was calculated by causing the photoelectric cell to receive only the light in a specific wavelength band of the irradiation light by the optical bandpass filter and measuring the intensity and amount by the photoelectric cell.
ところが、光電セルに到達する光は、必ずしも光学バンドパスフィルタの全てを通過したものに限定されず、光学バンドパスフィルタの途中から入射する光も到達することがある。これは、例えば、照射光の入射方向が傾斜しているような場合や、他の部材に反射して斜め方向の光が入射するような場合、これらの入射方向の角度により、光学バンドパスフィルタを経由せずに光電セルに到達することがあり得るものであった。その結果として、光学バンドパスフィルタを経由しない光の入射によって、当該特定波長帯域における光電セルの値が上昇するため、正確な光量子束密度を測定することができないという不具合が生じていた。 However, the light that reaches the photoelectric cell is not necessarily limited to the light that has passed through all of the optical bandpass filters, and the light that enters from the middle of the optical bandpass filter may also reach. This is because, for example, when the incident direction of the irradiation light is inclined, or when the light in the oblique direction is reflected by other members and incident, the optical bandpass filter depends on the angle of these incident directions. It was possible to reach the photoelectric cell without passing through. As a result, the incident of light that does not pass through the optical bandpass filter raises the value of the photoelectric cell in the specific wavelength band, so that there is a problem that accurate photon flux density cannot be measured.
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、特定波長帯域ごとの光量子束密度測定の正確性を向上させる分光光量子計を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a spectrophotonometer that improves the accuracy of photon flux density measurement for each specific wavelength band.
そこで、本発明は、基部に複数のバンドパス光電素子が埋設され、各バンドパス光電素子による所定の波長帯域に区分しつつ光量子束密度を計測する分光光量子計であって、前記バンドパス光電素子は、光反応素子と、測定すべき光の波長帯域に応じて任意に選択された光学バンドパスフィルタとを備え、該光学バンドパスフィルタは、該光学バンドパスフィルタを透過した光のみが前記光反応素子に照射されるように、該光反応素子の受光面側に設置されるものであり、前記基部は、個々のバンドパス光電素子を個別に収容する複数の埋設領域を備え、該埋設領域は、前記バンドパス光電素子の最上面の適宜面積を除き、該バンドパス光電素子の全体を光不透過の状態で包囲するものであることを特徴とする。 Therefore, the present invention is a spectrophotonometer in which a plurality of bandpass photoelectric elements are embedded in a base and the optical quantum flux density is measured while dividing into a predetermined wavelength band by each bandpass photoelectric element. Is provided with an optical reaction element and an optical bandpass filter arbitrarily selected according to the wavelength band of light to be measured, and the optical bandpass filter is such that only the light transmitted through the optical bandpass filter is the light. It is installed on the light receiving surface side of the photoreactive element so as to irradiate the reaction element, and the base portion includes a plurality of embedded regions individually accommodating individual bandpass photoelectric elements, and the embedded region is provided. Is characterized in that the entire bandpass photoelectric element is surrounded in a light-impermeable state except for an appropriate area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element.
上記構成によれば、第1に、所定の波長帯域に区分された複数のバンドパス光電素子がそれぞれ個別に埋設領域に埋設されていることから、埋設領域に対して照射される光のうち、所望の波長帯域を他の波長帯域から区分しつつ各バンドパス光電素子によって計測することが可能となる。さらに、第2に、埋設領域はバンドパス光電素子の最上面の所定面積を除きバンドパス光電素子の全体を光不透過の状態で包囲する構成であることから、当該所定面積部分を通過する場合を除き、埋設部材の内部に対する照射光の侵入を皆無に等しい程度まで低減させることができる。これにより、バンドパス光電素子の最上面を通過しない照射光が光反応素子に到達することによる測定値誤差の発生を回避することができる。 According to the above configuration, first, since a plurality of bandpass photoelectric elements divided into a predetermined wavelength band are individually embedded in the buried region, among the light emitted to the buried region, It is possible to measure by each bandpass photoelectric element while separating a desired wavelength band from other wavelength bands. Secondly, since the embedded region has a configuration in which the entire bandpass photoelectric element is surrounded in a light-impermeable state except for a predetermined area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, the case where the embedded region passes through the predetermined area portion. Except for the above, the intrusion of irradiation light into the inside of the buried member can be reduced to almost none. As a result, it is possible to avoid the occurrence of measurement value error due to the irradiation light not passing through the uppermost surface of the bandpass photoelectric element reaching the photoreactive element.
ここで、埋設領域によって包囲する部分を光不透過の状態とするためには、基部全体を光不透過材料で構成することにより、埋設領域に対する光の透過率を減殺させる場合のほか、埋設領域の内側表面(例えば、底面、内壁面など)に対し不透過処理を施す場合などがあり得る。さらには、基部を光不透過材料によって構成したうえで、埋設領域の内側表面に光不透過処理を施す構成としてもよい。この場合には、基本的には、基部の材料(光不透過材料)による光の透過を低減させ、副次的または予備的に、光不透過処理による光の透過を低減させ、より好適な状況を得ることができる。 Here, in order to make the portion surrounded by the buried area light opaque, in addition to the case where the entire base is made of a light opaque material, the light transmittance to the buried area is reduced, the buried area is used. The inner surface of the light (for example, the bottom surface, the inner wall surface, etc.) may be subjected to an impermeable treatment. Further, the base may be made of a light-impermeable material, and then the inner surface of the buried region may be subjected to a light-impermeable treatment. In this case, basically, the transmission of light by the base material (light opaque material) is reduced, and the light transmission by the light opaque treatment is reduced as a secondary or preliminary, which is more preferable. You can get the situation.
また、バンドパス光電素子の最上面の適宜面積を除き、バンドパス光電素子の全体を光不透過の状態で包囲する場合、その適宜面積としては、当該バンドパス光電素子の最上面の少なくとも一部であればよく、円形または矩形の領域とすることができる。適宜面積を設ける位置としては、光が確実にバンドパス光電素子の最上面を通過するように、当該バンドパス光電素子の最上面の中心付近に定めることが望ましい。このときの面積は任意であり、極端に小さいピンホールのようなものであってもよい。 Further, when the entire bandpass photoelectric element is surrounded in a light-impermeable state except for an appropriate area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, the appropriate area is at least a part of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element. However, it can be a circular or rectangular area. It is desirable that the appropriate area is provided near the center of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element so that the light surely passes through the uppermost surface of the bandpass photoelectric element. The area at this time is arbitrary, and may be something like an extremely small pinhole.
なお、光不透過材料とは、光の透過率を減殺させるような材料であり、例えば、白色、有色もしくは光学的に不透明な合成樹脂または光学的に不透明なセラミックスもしくは金属などを使用することができ、有色とする場合の着色は、計測対象の波長帯域全体の光の透過を低減するためには、黒色もしくは限りなく黒色に近似する色彩によって光を吸収させるか、または白色もしくは限りなく白色に近似する色彩によって光を散乱させることによるものであるが、これらに限定されるものではない。セラミックスまたは金属により散乱または反射させる構成としてもよく、これらと同等の機能を有する材料を使用することができる。なお、金属等の導電性を有する材料を使用する場合は、光反応素子が有する端子等との導電を遮断すべき絶縁処理を施す必要がある。 The light-impermeable material is a material that reduces the light transmittance. For example, a white, colored or optically opaque synthetic resin or optically opaque ceramics or metal may be used. In order to reduce the transmission of light over the entire wavelength band to be measured, the coloring when it is colored can be done by absorbing light with a color that is black or close to black, or by making it white or infinitely white. This is due to the scattering of light by similar colors, but is not limited to these. It may be configured to be scattered or reflected by ceramics or metal, and a material having a function equivalent to these can be used. When a conductive material such as metal is used, it is necessary to perform an insulating treatment that should block the conductivity with the terminals and the like of the photoreactive element.
また、光不透過処理とは、照射される光の透過率を減殺させるものであって、白色、有色もしくは光学的に不透明な樹脂による薄板もしくは薄膜を表面に積層することにより照射光を吸収もしくは散乱させ、表面に微細な凹凸を形成することにより照射光を散乱させ、または反射能を有する材料を表面に積層もしくは成膜することにより反射させるものの中から選択される1以上の構成によるものである。そのため、例えば、着色された合成樹脂の薄膜が表面に積層されるようなものを想定することができるほか、反射させることで側部からの光の侵入を低減させることなどが想定され得る。その他、ショットブラスト等による表面処理を施すことにより、微細な凹凸を表面に形成することにより散乱させてもよい。なお、「積層する」とは、膜状または板状に構成した特定材料(単層または複数層のいずれでもよい)を表面に付着させることを意味し、「成膜する」とは、例えば、蒸着し、メッキし、塗料を塗布し、または塗料をスプレーするなどの方法によって、表面に膜を形成させることを意味する。 In addition, the light opaque treatment reduces the transmittance of the irradiated light, and absorbs the irradiation light by laminating a thin plate or thin film made of white, colored or optically opaque resin on the surface. It has one or more configurations selected from those that scatter and scatter the irradiation light by forming fine irregularities on the surface, or reflect by laminating or forming a film of a reflective material on the surface. is there. Therefore, for example, it can be assumed that a thin film of colored synthetic resin is laminated on the surface, and that light intrusion from the side portion can be reduced by reflecting the thin film. In addition, it may be scattered by forming fine irregularities on the surface by performing surface treatment such as shot blasting. In addition, "laminating" means adhering a specific material (either a single layer or a plurality of layers) formed in a film shape or a plate shape to the surface, and "forming a film" means, for example, It means forming a film on the surface by means of vapor deposition, plating, painting, or spraying paint.
また、上記発明における光学バンドパスフィルタは、各バンドパス光電素子相互において異なる波長帯域を単位として、測定すべき光の波長帯域に応じて選択的に前記光反応素子に積層されるものであり、各光反応素子は、それぞれの該光学バンドパスフィルタを通過した特定波長帯域の通過光のみを受光するものとすることができる。さらに、その波長帯域は、紫外光から赤外光に至る範囲の波長を複数の帯域に区分したものとすることができる。例えば、300〜400nm、400〜500nm、500〜600nm、600〜700nmおよび700〜800nmの5種類の波長帯域を特定波長帯域とすることができる。さらに800〜900nmの波長帯域を含めて6種類の波長帯域を特定波長帯域としてもよく、または全波長帯域(すなわち紫外光から赤外光に至る全ての波長を含む帯域)を1つの区分に含めてもよい。 Further, the optical bandpass filter in the above invention is selectively laminated on the optical reaction element according to the wavelength band of light to be measured, with different wavelength bands of each bandpass photoelectric element as a unit. Each photoreactive element may receive only the passing light of a specific wavelength band that has passed through the respective optical bandpass filter. Further, the wavelength band can be defined by dividing the wavelength in the range from ultraviolet light to infrared light into a plurality of bands. For example, five types of wavelength bands of 300 to 400 nm, 400 to 500 nm, 500 to 600 nm, 600 to 700 nm, and 700 to 800 nm can be set as specific wavelength bands. Further, six kinds of wavelength bands including a wavelength band of 800 to 900 nm may be set as a specific wavelength band, or all wavelength bands (that is, a band including all wavelengths from ultraviolet light to infrared light) may be included in one category. You may.
このような構成とすることにより、特定色の光について光量子束密度を測定することが可能となる。すなわち、上記の例示のように100nmを単位として区分するときには、300〜900nmの波長を100nmごとに6種類に区分する場合は、紫外光、青色光、緑色光、赤色光、遠赤色光、赤外光の6種類の光を区分して測定することができる。また、300nm〜800nmの波長を100nmごとに5種類とし、これとは別に全波長帯域の1種類に区分される場合には、300〜800nmに波長帯域との差分を求めることにより、赤外光に代えて300〜800nm以外の波長の残る部分を算出することができる。いずれの態様においても、このような各色光による光量子束密度の測定は、温室における植物の生育に必要な特定波長域における照射状態を分析することに利用することができる。 With such a configuration, it is possible to measure the photon flux density for light of a specific color. That is, when classifying in units of 100 nm as in the above example, when classifying wavelengths of 300 to 900 nm into 6 types for each 100 nm, ultraviolet light, blue light, green light, red light, far red light, and red Six types of external light can be classified and measured. Further, when the wavelengths of 300 nm to 800 nm are set to 5 types for each 100 nm and separately classified into one type of all wavelength bands, infrared light is obtained by obtaining the difference from the wavelength band at 300 to 800 nm. Instead, the remaining portion of the wavelength other than 300 to 800 nm can be calculated. In any aspect, such measurement of the photon flux density by each color light can be used to analyze the irradiation state in a specific wavelength range necessary for the growth of plants in a greenhouse.
上記各構成の発明において、前記埋設領域は、内部に収容される前記バンドパス光電素子の最上面において前記適宜面積に相当する開口部を有し、該バンドパス光電素子は、該埋設領域の内部に収容されるとき、該バンドパス光電素子の最上面を該埋設領域の開口部に到達させるものであり、該埋設領域の開口部において該開口部の周縁と前記バンドパス光電素子の最上面の周縁を含む所定範囲を同時に被覆する被覆部材を備えるものとすることができる。 In the invention of each of the above configurations, the embedded region has an opening corresponding to the appropriate area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element accommodated therein, and the bandpass photoelectric element is inside the embedded region. When housed in the bandpass photoelectric element, the uppermost surface of the bandpass photoelectric element reaches the opening of the embedded region, and at the opening of the embedded region, the peripheral edge of the opening and the uppermost surface of the bandpass photoelectric element A covering member that simultaneously covers a predetermined range including a peripheral edge may be provided.
上記構成の場合には、埋設領域に収容されるバンドパス光電素子の最上面が、埋設領域の開口部に到達しており、この状態において、当該開口部の周縁および当該バンドパス光電素子の最上面の周縁を含む範囲が被覆されるものであることから、両者の周縁に間隙が形成される場合であっても、当該間隙から光がバンドパス光電素子に侵入させることを防ぐことができる。また、バンドパス光電素子の最上面の位置と、基部の表面の位置とが僅かに異なることにより段差が形成されるような状態であっても、被覆部材によって両者の周縁を被覆することにより、いずれか一方の周縁が外部に露出することがなく、破損等の原因を予め解消させることができる。上記構成の開口部は、バンドパス光電素子の最上面の適宜面積において照射光を通過させるものであり、従って、通過させる光の進路を限定するものである。そのため、開口部における開口面積(すなわち適宜面積)は、当該バンドパス光電素子の最上面の一部でよく、しかも、その開口部の形状は任意であり、円形または矩形とすることができる。なお、開口部の開口面積により光反応素子が受光し得る光の強度・量を制限する目的・機能を兼ねることもでき、光電素子の受光面よりも小さいサイズにし、所望の信号出力の大きさを得るためのサイズに調整したものでもよく、極端に小さいピンホールのようなものであってもよい。 In the case of the above configuration, the uppermost surface of the bandpass photoelectric element accommodated in the buried region reaches the opening of the buried region, and in this state, the peripheral edge of the opening and the outermost bandpass photoelectric element of the bandpass photoelectric element. Since the range including the peripheral edge of the upper surface is covered, it is possible to prevent light from entering the bandpass photoelectric element through the gap even when a gap is formed between the two peripheral edges. Further, even in a state where a step is formed due to a slight difference between the position of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element and the position of the surface of the base portion, the peripheral edges of both can be covered with a covering member. The peripheral edge of either one is not exposed to the outside, and the cause of damage or the like can be eliminated in advance. The opening having the above configuration allows the irradiation light to pass through an appropriate area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, and therefore limits the path of the passing light. Therefore, the opening area (that is, an appropriate area) in the opening may be a part of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, and the shape of the opening may be arbitrary and may be circular or rectangular. It should be noted that the opening area of the opening can also have the purpose and function of limiting the intensity and amount of light that can be received by the photoreactive element, and the size should be smaller than the light receiving surface of the photoelectric element to obtain the desired signal output size. It may be sized to obtain, or it may be something like an extremely small pinhole.
上記構成の発明において、前記光学バンドパスフィルタは、光学的に透明な材料によるスペーサが選択的に積層されることを許容するものであり、個々のバンドパス光電素子を構成する光学バンドパスフィルタごとに選択的に積層される前記スペーサにより、全てのバンドパス光電素子の最上面を前記埋設領域の開口部に到達させる構成とすることができる。 In the invention having the above configuration, the optical bandpass filter allows spacers made of an optically transparent material to be selectively laminated, and is used for each optical bandpass filter constituting each bandpass photoelectric element. The spacers selectively laminated in the above can be configured so that the uppermost surfaces of all the bandpass photoelectric elements reach the opening of the embedded region.
上記構成によれば、所望の特定波長帯域に応じて個々のバンドパス光電素子は、それぞれ異なる光学バンドパスフィルタを有するものであるが、光学バンドパスフィルタが異なることにより、その全体の肉厚が相違することがあるため、光学的に透明な材料によるスペーサを光学バンドパスフィルタに積層することにより、バンドパス光電素子全体の肉厚をほぼ均等な状態とすることができる。このように、複数に区分された個々のバンドパス光電素子全体の肉厚が均等な状態となることにより、複数設けられる埋設領域の深さを全て同じものとした場合でも、光反応素子の位置およびバンドパス光電素子の最上面の位置を同じ程度に設置することができる。 According to the above configuration, each bandpass photoelectric element has a different optical bandpass filter according to a desired specific wavelength band, but the overall wall thickness is increased due to the difference in the optical bandpass filter. Since there may be differences, the wall thickness of the entire bandpass photoelectric element can be made substantially uniform by laminating a spacer made of an optically transparent material on the optical bandpass filter. In this way, by making the wall thickness of the entire bandpass photoelectric element divided into a plurality of pieces uniform, the position of the photoreactive element even when the depths of the plurality of buried areas provided are all the same. And the position of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element can be installed to the same extent.
また、上記構成の各発明において、前記バンドパス光電素子によって計測される計測値を処理する回路と、前記バンドパス光電素子の最上面よりも外層に配置され、光の透過率を減衰させる材料によって構成された減光部材とを備えるものであり、前記光反射素子は、光電変換機能を有する素子であり、前記回路は、前記光反応素子によって光電変換される電気的出力値に基づき、略短絡電流値の変化量により計測される光の強度・量を光量子束密度に換算するものであり、前記減光部材は、前記光反応素子による光電変換能力に応じて、受光する光の強度・量の変化と略短絡電流値の変化との相関関係が直線性を示す範囲となるように調整するものと構成することができる。 Further, in each of the above-described inventions, a circuit for processing the measured value measured by the bandpass photoelectric element and a material arranged on an outer layer from the uppermost surface of the bandpass photoelectric element and attenuating the light transmission rate are used. It is provided with a configured dimming member, the light reflecting element is an element having a photoelectric conversion function, and the circuit is substantially short-circuited based on an electrical output value photoelectrically converted by the photoreactive element. The intensity / amount of light measured by the amount of change in the current value is converted into the photon flux density, and the dimming member converts the intensity / amount of light received by the photoreactive element according to the photoelectric conversion ability. It can be configured to adjust so that the correlation between the change in the light and the change in the substantially short-circuit current value is within the range showing linearity.
このような構成の場合には、電気的な出力としては略短絡電流の値としており、その変化量により光の強度・量(これを換算した光量子束密度)を求めることができる。略短絡電流とは、光反応素子の両極を短絡させることにより得られる電流(短絡電流)と同じ程度の電流を意味するものである。電流計測装置(電流計)で測定する場合のほか、電圧の値で出力される場合は、光反応素子の両端に抵抗を接続し、その抵抗の値(合成抵抗の値)を著しく小さくすることにより、電圧の値からオームの法則に基づいて略短絡電流値を得ることができる。この略短絡電流の値は光反応素子の短絡電流の値とみなすことができる。なお、電圧で読み取る場合には、電圧増幅器を介するものとし、電流で読み取る場合には、電流増幅器を介するものとして、読み取りやすい値に変換することが好ましい。また、これらの電気的な値を出力とする場合には、当該電気信号について、ノイズフィルタを介するものとすることができる。 In the case of such a configuration, the electrical output is substantially the value of the short-circuit current, and the intensity and amount of light (photon flux density converted from this) can be obtained from the amount of change. The substantially short-circuit current means a current of the same degree as the current (short-circuit current) obtained by short-circuiting both electrodes of the photoreactive element. In addition to measuring with a current measuring device (ammeter), when outputting as a voltage value, connect resistors to both ends of the photoreactive element and significantly reduce the resistance value (combined resistance value). Therefore, a substantially short-circuit current value can be obtained from the voltage value based on Ohm's law. The value of this substantially short-circuit current can be regarded as the value of the short-circuit current of the photoreactive element. When reading by voltage, it is preferable to use a voltage amplifier, and when reading by current, it is preferable to use a current amplifier to convert the value into an easy-to-read value. Further, when these electrical values are used as outputs, the electrical signal can be passed through a noise filter.
上記構成のように略短絡電流値の変化量によって光の強度・量を計測し光量子密度に換算する発明の場合、前記バンドパス光電素子の最上面よりも外層に、NDフィルタが配設されているものとすることができる。このような構成によれば、バンドパス光電素子に照射される光量を低減させる(照射光を減光させる)ことができる。これは、光反応素子として小型の太陽電池を使用する場合の日射強度・量の変化と略短絡電流値の変化との相関関係を直線性とする(正比例の関係とする)ことができる。すなわち、小型の太陽電池を使用して略短絡電流値の変化を計測する場合、当該小型太陽電池に対する日射量が過大な条件下では、日射量が減少した範囲において直線的な相関が崩れるものとなるが、減光により日射量を常時低減させた条件下においては直線的な相関が出現することとなるのである。 In the case of the invention in which the intensity and amount of light are measured by the amount of change in the substantially short-circuit current value and converted into photon density as in the above configuration, the ND filter is arranged on the outer layer from the uppermost surface of the bandpass photoelectric element. Can be assumed to be. According to such a configuration, the amount of light emitted to the bandpass photoelectric element can be reduced (the irradiation light is dimmed). For this, the correlation between the change in the intensity and amount of solar radiation and the change in the substantially short-circuit current value when a small solar cell is used as the photoreactive element can be made linear (the relationship is directly proportional). That is, when measuring a change in a substantially short-circuit current value using a small solar cell, the linear correlation is broken in the range where the amount of solar radiation is reduced under the condition that the amount of solar radiation is excessive with respect to the small solar cell. However, under the condition that the amount of solar radiation is constantly reduced by dimming, a linear correlation appears.
上記において、バンドパス光電素子の最上面よりも外層に減光部材を設ける構成の場合は、照射光の全帯域について均等に光を減衰させることにより、光量子束密度の測定に好適な光の強度・量をバンドパス光電素子に照射させることができる。このときの減光部材は、市販されている一般的なND(Neutral Density)フィルタを使用することができるほか、NDフィルタと同様の機能(全帯域について均等に光の透過率を減衰させる機能)を発揮する材料を板状またはシート状などとするものにより代替させることができる。上記機能を発揮させる材料としては、例えば、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂)、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニルまたはポリ塩化ビニルなどを白色、灰色もしくは黒色に色付けしたものがある。これらを板材またはシート材などに形成することにより、減光部材として使用することができる。 In the above, in the case of the configuration in which the dimming member is provided on the outer layer from the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, the light intensity is suitable for measuring the photon flux density by evenly attenuating the light over the entire band of the irradiation light. -The amount can be applied to the bandpass photoelectric element. As the dimming member at this time, a general commercially available ND (Neutral Density) filter can be used, and the same function as the ND filter (a function of evenly attenuating the light transmittance in the entire band). The material that exhibits the above can be replaced by a plate-shaped or sheet-shaped material. Examples of the material that exerts the above functions include ABS resin (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer synthetic resin), polypropylene, polystyrene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, vinyl chloride, polyvinyl chloride, and the like in white, gray, or black. Some are colored. By forming these on a plate material or a sheet material, it can be used as a dimming member.
また、最外層に保護部材を設ける構成の場合には、個々のバンドパス光電素子の最上面に保護部材が設けられることから、屋外における使用を可能にするものである。すなわち、屋外の高位に設置する場合であっても風などで舞い上がった木々の枝などの衝突等による破損の原因を除去し得るものとなる。この場合、保護部材が、単一の板状部材によって構成され、個々のバンドパス光電素子の最上面に対し、同じ一条件で設置されることにより、光反応素子における受光条件を共通にすることができる。また、当該保護部材を埋設部材に対する蓋とし、その周辺部を有する構成とすれば、雨水の浸入を防止する機能を発揮させ、防水性能を有する分光光量子計として使用することも可能となる。なお、この保護部材は、バンドパス光電素子の最上面を構成するように設けてもよいが、バンドパス光電素子の最上面の外層に設けてもよい。また、バンドパス光電素子の最上面の外層に設置する場合は、当該最上面に積層させてもよいが、分離した状態で設置してもよい。いずれの場合であっても保護部材は最も外側(最外層)に設けられるものであり、前述の減光部材を最上面の外層に設ける構成の場合には、減光部材よりも外層に設けられ、保護部材と減光部材は積層するなどにより一体化させたものを使用することもできる。さらには、保護部材が減光機能(前記のNDフィルタと同様の機能)を発揮する材料によって構成する場合には、当該保護部材によって前記減光部材を兼用させるものとしてもよい。 Further, in the case of the configuration in which the protective member is provided on the outermost layer, the protective member is provided on the uppermost surface of each bandpass photoelectric element, so that the protective member can be used outdoors. That is, even when it is installed at a high place outdoors, it is possible to eliminate the cause of damage due to a collision or the like of a branch of a tree soared by wind or the like. In this case, the protective member is composed of a single plate-shaped member and is installed on the uppermost surface of each bandpass photoelectric element under the same conditions so that the light receiving conditions in the photoreactive element are common. Can be done. Further, if the protective member is used as a lid for the buried member and has a peripheral portion thereof, it is possible to exert a function of preventing rainwater from entering and use it as a spectrophotonometer having waterproof performance. The protective member may be provided so as to form the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, but may be provided on the outer layer of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element. When it is installed on the outer layer of the uppermost surface of the bandpass photoelectric element, it may be laminated on the uppermost surface, or it may be installed in a separated state. In any case, the protective member is provided on the outermost layer (outermost layer), and in the case of the configuration in which the above-mentioned dimming member is provided on the outermost layer, it is provided on the outer layer rather than the dimming member. , The protective member and the dimming member may be integrated by laminating or the like. Further, when the protective member is made of a material that exhibits a dimming function (similar to the ND filter), the protective member may also serve as the dimming member.
なお、上記構成の各発明において、前記バンドパス光電素子における前記光反応素子は、太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電素子または光電セルのいずれかであり、300〜1000nmの波長帯域において光電変換を生じさせるものによって構成することができる。このような光反応素子を使用する場合には、所望の波長帯域における光の強度・量を電気的に変化することが可能となり、変換された当該電気的な出力に基づいて光量子束密度を計測(算定)することが可能となる。 In each of the inventions having the above configuration, the photoreactive element in the bandpass photoelectric element is any one of a solar cell, a photodiode, a phototransistor, a pyroelectric element, or a photoelectric cell, and is photoelectric in a wavelength band of 300 to 1000 nm. It can be configured by what causes the transformation. When such a photoreactive device is used, it is possible to electrically change the intensity and amount of light in a desired wavelength band, and the photon flux density is measured based on the converted electrical output. It becomes possible to (calculate).
さらに、光反応素子が光電変換機能を有する素子である場合の発明にあっては、バンドパス光電素子によって計測される計測値を処理するための回路を備えており、その回路は、前述の短絡電流値の変化量により光の強度・量を光量子束密度に換算するものであり、かつ該略短絡電流値を増幅する増幅回路および略短絡電流に含まれるノイズを除去する高周波ノイズフィルタを備えるものとすることができる。 Further, in the invention in the case where the photoreactive element is an element having a photoelectric conversion function, a circuit for processing the measured value measured by the bandpass photoelectric element is provided, and the circuit includes the short circuit described above. A device that converts the intensity and amount of light into photon flux density according to the amount of change in the current value, and is equipped with an amplifier circuit that amplifies the substantially short-circuit current value and a high-frequency noise filter that removes noise contained in the substantially short-circuit current. Can be.
上記構成の場合には、ノイズを除去しつつ、略短絡電流値を増幅できることから、減光された場合のように、照射光による電気的出力値が減殺されるような場合であっても、光量子束密度へ換算を可能にするものとなる。 In the case of the above configuration, since the short-circuit current value can be amplified while removing noise, even when the electrical output value due to the irradiation light is diminished, as in the case of dimming. It enables conversion to photon flux density.
さらに、帯域分光光量子計が、上記のような電気的に出力を得る構成であり、かつ略短絡電流値の変化によって光量子束密度を測定する構成の場合には、これらの帯域分光光量子計を単位とする複数の帯域分光光量子計によって構成されるものであって、同一構成の該帯域分光光量子計を複数備え、個々のバンドパス光電素子にバイパスダイオードが配置されるとともに、同一の特定波長帯域における光量子束密度を測定するバンドパス光電素子相互間が電気的に接続されているように構成することができる。 Further, in the case where the band spectroscopic photonometer has a configuration in which an electrical output is obtained as described above and a configuration in which the photon flux density is measured by a change in a substantially short-circuit current value, these band spectroscopic photonometers are used as a unit. It is composed of a plurality of band spectrophotonometers having the same configuration, and a bypass diode is arranged in each bandpass photoelectric element, and in the same specific wavelength band. The bandpass photoelectric elements that measure the photon flux density can be configured to be electrically connected to each other.
上記構成によれば、複数のバンドパス光電素子は、バイパスダイオードを介して相互に接続されていることから、いずれかのバンドパス光電素子が影などの影響により光照射が遮断された場合であっても光量子束密度の測定に影響を与えないものとすることができる。すなわち、いずれかのバンドパス光電素子による出力低下が生じた場合においても、その出力低下が略短絡電流の値に影響を及ぼさないものとすることができる。 According to the above configuration, since the plurality of bandpass photoelectric elements are connected to each other via a bypass diode, there is a case where the light irradiation is blocked by the influence of a shadow or the like on one of the bandpass photoelectric elements. However, it can be assumed that it does not affect the measurement of the photon flux density. That is, even when the output reduction occurs due to any of the bandpass photoelectric elements, the output reduction does not affect the value of the short-circuit current.
上記構成の発明にあっては、前記埋設領域の底面が、前記バンドパス光電素子によって計測される計測値を処理するための回路を有する回路基板によって構成されるものであり、該回路基板によって該バンドパス光電素子の底部に対する光不透過状態を構成させることができる。 In the invention having the above configuration, the bottom surface of the embedded region is composed of a circuit board having a circuit for processing the measured value measured by the bandpass photoelectric element, and the circuit board constitutes the bottom surface. A light opaque state can be configured for the bottom of the bandpass photoelectric element.
上記構成の場合には、埋設領域を構成する底部を、バンドパス光電素子を設置する回路基板によって構成することができ、当該回路基板の設置により底部からの光の侵入を防止させることができる。 In the case of the above configuration, the bottom portion constituting the buried region can be configured by a circuit board on which the bandpass photoelectric element is installed, and the installation of the circuit board can prevent the intrusion of light from the bottom portion.
また、上記各構成の発明において、前記バンドパス光電素子による個々の波長帯域における計測値について、該計測値を表示する表示部、該計測値を外部へ送信するための送信部、および該計測値をデータとして記憶する記憶部の中から選択される少なくともいずれか1以上と、これらの中から選択されたものに対し電力を供給する電源とを備えるものとすることができる。 Further, in the invention of each of the above configurations, the display unit for displaying the measured value, the transmitting unit for transmitting the measured value to the outside, and the measured value for the measured value in each wavelength band by the bandpass photoelectric element. It is possible to include at least one or more selected from the storage units that store the data as data, and a power source that supplies power to the one selected from these.
上記構成によれば、計測値をリアルタイムに表示させ、または帯域分光光量子計もしくはホストPC等に記憶させて管理することが可能となる。この場合において、送信部を備える形態にあっては、例えば、温室内または屋外に設置された複数の帯域分光光度計によって計測される測定値を集中管理することができる。すなわち、離れた測定地点に設置した測定値を伝送させることができることから、測定地点での測定結果を得ることなく、出力値を入手できるものとなり、また、帯域分光光量子計は測定地点に継続的に設置しつつ計測値のみを得ることができる。これにより、地点ごとの気象条件の変化により、照射される太陽光の状態が異なる場合であっても、当該地点別における特定波長域ごとに光量子束密度の変化を管理することができ、植物の生育状態などに対する影響を予測することに利用できる。なお、記憶部としては、内部記憶装置(HDDなど)でもよいが、取り出し可能なポータブルメモリ(SDカードやUSBメモリなど)を用いてもよい。 According to the above configuration, it is possible to display the measured value in real time or store it in a band spectrophotonometer, a host PC, or the like for management. In this case, in the form including the transmission unit, for example, the measured values measured by a plurality of band spectrophotometers installed in a greenhouse or outdoors can be centrally managed. That is, since the measured values installed at distant measurement points can be transmitted, the output values can be obtained without obtaining the measurement results at the measurement points, and the band spectrophotonometer is continuously connected to the measurement points. Only the measured value can be obtained while installing in. This makes it possible to manage changes in the photon flux density for each specific wavelength range at each point, even if the conditions of the irradiated sunlight differ due to changes in the weather conditions at each point. It can be used to predict the effect on the growing condition. As the storage unit, an internal storage device (HDD or the like) may be used, but a removable portable memory (SD card, USB memory or the like) may be used.
上記構成の発明の場合には、前記計測値に基づいて個々の波長帯域ごとの光量子束密度を算出する演算部を備え、前記電源は、前記演算部に対しても電力を供給するものであり、前記表示部、前記送信部または前記記憶部は、前記計測値もしくは演算部による演算結果のいずれか一方または双方を表示し、送信し、または記憶するものとすることができる。 In the case of the invention having the above configuration, a calculation unit for calculating the photon flux density for each wavelength band based on the measured value is provided, and the power supply also supplies power to the calculation unit. The display unit, the transmission unit, or the storage unit may display, transmit, or store either or both of the measured value and the calculation result by the calculation unit.
このような構成によれば、演算部によって光量子密度を算出することから、例えば、略短絡電流値の変化量によって光量子密度を得る場合には、その変化量の算出が可能となり、また、設置場所の温度変化による電流値の増減を補正すること、および略短絡電流値が微小である場合の増幅も可能とすることができる。なお、演算部における演算処理のために一時的に計測値をデータとして記憶させる必要がある場合には、前記記憶部を使用することができるほか、これとは異なる記憶装置またはバッファ装置を使用してもよい。また、電源としては、太陽電池を使用することができ、また、光反応素子として太陽電池を使用する場合には、同種の太陽電池を電源用に設置してもよい。 According to such a configuration, since the photon density is calculated by the calculation unit, for example, when the photon density is obtained by the amount of change in the substantially short-circuit current value, the amount of change can be calculated, and the installation location. It is possible to correct the increase or decrease of the current value due to the temperature change of, and to amplify when the substantially short-circuit current value is very small. When it is necessary to temporarily store the measured value as data for the arithmetic processing in the arithmetic unit, the storage unit can be used, or a storage device or a buffer device different from this can be used. You may. Further, a solar cell can be used as the power source, and when a solar cell is used as the photoreactive element, the same type of solar cell may be installed for the power source.
本発明によれば、照射される光を埋設領域に包囲されるバンドパス光電素子が受光することによって、受光される光以外の余分な光の侵入を防ぎ、照射光を複数の波長帯域に分光しつつ光反応素子による測定を可能とすることから、それらの特定波長帯域における光量子束密度測定の正確性を向上させることができる。特に、複数構成される個々の埋設領域に対し、個別にバンドパス光電素子が埋設されていることから、同一地点における複数の特定波長帯域の光の光量子束密度を同時に測定することができる。従って、太陽光の照射のように、気象条件の変化により時々刻々変化する光強度・量の変化に対し、同じ時刻における個別の特定波長帯域の光の光量子束密度が測定できることとなり、植物の生育等に対する影響を予測するために使用することができる。 According to the present invention, the bandpass photoelectric element surrounded by the embedded region receives the emitted light to prevent the intrusion of extra light other than the received light, and the irradiation light is separated into a plurality of wavelength bands. However, since the measurement by the photoreactive element is possible, the accuracy of the photon flux density measurement in those specific wavelength bands can be improved. In particular, since the bandpass photoelectric element is individually embedded in each of the plurality of configured embedded regions, it is possible to simultaneously measure the photon flux densities of light in a plurality of specific wavelength bands at the same point. Therefore, it is possible to measure the photon flux density of individual specific wavelength bands at the same time for changes in light intensity and quantity that change from moment to moment due to changes in weather conditions, such as sunlight irradiation, and plant growth. It can be used to predict the effect on etc.
<第一の実施形態>
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態を示すものである。この図に示されるように、第一の実施形態の分光光量子計Aは、基部1と、これに埋設されるバンドパス光電素子群2(複数のバンドパス光電素子CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5、以下においては、これらをまとめてバンドパス光電素子群と称する場合がある。)と、上層に配設される保護部材3とで構成される。基部1は、不透過材料によって構成され、個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5の埋設を許容する複数の埋設領域10,11,12,13,14,15が設けられている。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in this figure, the spectrophotonometer A of the first embodiment has a
この埋設領域10〜15は、各1個に対して1個のバンドパス光電素子を埋設可能とするものである。また、埋設領域10〜15は、基部1の表面から所定の深さを有して構成され、基部1の表面において開口させる(開口部を有する)構造となっている。埋設領域10〜15の個々の深さは、埋設されるべきバンドパス光電素子CH0〜CH5の高さに応じて適宜調整され、個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面が基部1の表面に達するように構成されている。個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5には、所望帯域の光を選択的に受光させるための光学バンドパスフィルタ(後述)が積層されることから、相互に高さが不均衡となるため、個別に深さを調整しているものである。
One bandpass photoelectric element can be embedded in each of the buried
なお、バンドパス光電素子群2のうちの5個のバンドパス光電素子CH1〜CH5は、特定波長域の光の強度・量(光量子束密度)を測定するためのものであり、個々に異なる波長域の測定を可能にすることにより、分光機能を得ることができる。また、本実施形態では残りの1個CH0について光学バンドパスフィルタを設けない参照用光電素子としている(ただし、以下において、参照用光電素子CH0を含めてバンドパス光電素子と称する場合がある)。そして、これらのバンドパス光電素子CH1〜CH5および参照用光電素子CH0の全てが、基部1に並べて埋設されることにより、同じ光源の光について分光した状態で光量子束密度を測定することができるものとなっている。
The five bandpass photoelectric elements CH1 to CH5 in the bandpass
埋設領域10〜15は、上述のように適宜な深さに設けられていることから、バンドパス光電素子CH0〜CH5を埋設領域10〜15に埋設させることによって、バンドパス光電素子CH0〜CH5の側部および底部が基部1に埋没された状態となる。すなわち、これらのバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面のみが、基部1の表面に露出することとなる。そして、基部1の全体が光不透過材料によって構成されることにより、バンドパス光電素子CH0〜CH5に対して照射される光は、最上面のみを透過したものに限定されることとなる。
Since the buried
ところで、光不透過材料としては、着色された合成樹脂を使用することができ、ポリマに顔料または染料を添加して着色された合成樹脂を構成することができる。ポリマとしては、例えば、アクリル系ポリマ、オレフィン系ポリマ、ビニル系ポリマ、セルロース系ポリマ、アミド系ポリマ、ウレタン系ポリマ、フッ素系ポリマ、シリコーン系ポリマ、イミド系ポリマなどが挙げられる。これらの中から、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などを使用することができる。また、着色された合成樹脂としては、その他に、いわゆるエンプラ、ナイロンまたはABS樹脂やPLA樹脂などの3Dプリンタに使用される汎用樹脂を使用することもできる。着色にはこれらの樹脂に顔料または染料を添加することによるが、顔料または染料としては、白色もしくは白色に近似する色彩を選択する場合、または黒色もしくは黒色に近似する色彩のものを選択することができる。 By the way, as the light-impermeable material, a colored synthetic resin can be used, and a colored synthetic resin can be formed by adding a pigment or a dye to a polymer. Examples of the polymer include acrylic-based polymers, olefin-based polymers, vinyl-based polymers, cellulose-based polymers, amide-based polymers, urethane-based polymers, fluorine-based polymers, silicone-based polymers, and imide-based polymers. Among these, for example, triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET) and the like can be used. In addition, as the colored synthetic resin, general-purpose resins used in 3D printers such as so-called engineering plastics, nylon, ABS resin, and PLA resin can also be used. Coloring is by adding pigments or dyes to these resins, but as pigments or dyes, it is possible to select white or a color close to white, or black or a color close to black. it can.
基部1が上記のような構成であることから、バンドパス光電素子CH0〜CH5の側部および底部が、それぞれ埋設領域10〜15の表面に当接(または密着)することにより、基部1によって遮光されるものである。このような構成により、各バンドパス光電素子CH0〜CH5は、最上面のみに光の透過を許容する領域が構成されるものとなる。
Since the
従って、埋設された状態の各バンドパス光電素子CH0〜CH5は、最上面のみから光の入射が許容されることとなり、側面部または底面部に対して外部から光が到達できないものとなっているのである。そして、この各バンドパス光電素子CH0〜CH5の最下層に光反応素子20a,21a,22a,23a,24a,25aが設けられ、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面から入射される光に反応し得るものとなっている。
Therefore, in each of the bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 in the embedded state, light is allowed to enter only from the uppermost surface, and light cannot reach the side surface portion or the bottom surface portion from the outside. It is. Then,
また、参照用光電素子CH0を除く個々のバンドパス光電素子CH1〜CH5は、所望の波長域における光のみを光反応素子21a〜25aによって受光させるため、最上面から光反応素子21a〜25aまでの間に光学バンドパスフィルタ21b,22b,23b,24b,25bが設けられている。これらのバンドパス光電素子CH1〜CH5は、測定すべき光の波長域に応じて任意に選択される光学バンドパスフィルタ21b〜25bが光反応素子21a〜25aの表面に積層されるものであり、例えば、第1のバンドパス光電素子CH1では、300〜400nmの波長域の光を測定するものとし、その後第5のバンドパス光電素子CH5まで100nmの波長域ごとに段階的に測定するとする場合、これらの波長域に応じた光学バンドパスフィルタが選択されることとなる。光学バンドパスフィルタ21b〜25bは、いずれもハイパスフィルタとローパスフィルタの組合せで構成され、ハイパスフィルタにより、下限以下の波長帯域の光を遮断し、ローパスフィルタによって上限以上の波長帯域の光を遮断するものである。なお、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタは、一層で構成される場合もあれば、複数のフィルタの積層体で構成される場合があり得る。いずれの構成の場合にも、所望の波長域の光を段階的に通過させることができることにより、全体として照射光を分光させているのである。
Further, since the individual bandpass photoelectric elements CH1 to CH5 excluding the reference photoelectric element CH0 receive only light in a desired wavelength range by the
全てのバンドパス光電素子CH0〜CH5に使用される光反応素子20a〜25aは、全て同じ性能のものが使用されている。これは、全てのバンドパス光電素子CH0〜CH5が同じ光の照射を同時に受けるとき、特定波長域ごとに個別に受光された(分光された)各光の測定において、個々の光反応素子20a〜25aの性能によって差違を生じさせないためである。光反応素子20a〜25aとしては、例えば、太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電素子、光電セルなどが挙げられる。これらのうち、太陽電池が好適に使用できる。光の照射により発電された電力を利用することにより外部電源を不要にすることができる。また、太陽電池による発電状態に応じて光の強度・量を計測することができ、これを光量子束密度に換算することができる。
The
さらに、本実施形態の分光光量子計Aは、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面に保護部材3を配設する構成としている。この保護部材3は、光透過性材料で構成されるものであり、樹脂、ガラスまたはセラミックスなどで構成することができる。樹脂を使用する場合には、フッ素樹脂(PTFE、PFA、FEP,ETFEなど)を使用することができ、ガラスを使用する場合には光学的に透明な強化ガラスが使用される。図示は、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面に接する状態で保護部材3を設けているが、両者は接する必要はなく、離間した状態で保護部材3を配設してもよい。
Further, the spectrophotonometer A of the present embodiment has a configuration in which the
保護部材3は、図示のように単一の板状体によって全体を画一的に保護する状態とすることができるほか、個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面に個別に設けてもよい。個別の保護部材によって保護する場合は、当該保護部材をバンドパス光電素子CH0〜CH5の一部として構成することができる。
As shown in the figure, the
ところで、図1に示す本実施形態の分光光量子計Aでは、光学バンドパスフィルタを有しないバンドパス光電素子(参照用光電素子)CH0を設けている。上述のように、バンドパス光電素子CH0には、波長域に応じて光学バンドパスフィルタを任意に選択して光反応素子20aに積層することとしていたが、ここでは、測定すべき光の波長域を全ての波長域とするものであり、その波長域に応じるために、光学バンドパスフィルタを使用しないことを選択したものである。なお、現実には光学バンドパスフィルタを備えない構成の場合にはバンドパス光電素子とは異なるものであるが、任意の選択肢として備えないことが含まれるものとして、同じようにバンドパス光電素子と称することとしている。
By the way, in the spectrophotonometer A of the present embodiment shown in FIG. 1, a bandpass photoelectric element (reference photoelectric element) CH0 having no optical bandpass filter is provided. As described above, in the bandpass photoelectric element CH0, an optical bandpass filter is arbitrarily selected according to the wavelength range and laminated on the
このような参照用光電素子CH0は、照射光の全ての波長域について測定することができるものであることから、参照用光電素子CH0を備えることにより、個別の特定波長における計測値と、全波長域における計測値の差分によって、測定外波長域の光の照射状態(光量子束密度)の算出を可能としている。この参照用光電素子CH0を基部1に埋設する場合には、基部1に参照用光電素子CH0のための埋設領域10を予め設けることとなる。この場合の埋設領域10についても最上面を除く範囲が光不透過材料によって包囲された状態に構成されるものである。
Since such a reference photoelectric element CH0 can measure the entire wavelength range of the irradiation light, by providing the reference photoelectric element CH0, the measured values at individual specific wavelengths and all wavelengths can be measured. It is possible to calculate the irradiation state (photon flux density) of light in the wavelength range outside the measurement by the difference of the measured values in the region. When the reference photoelectric element CH0 is embedded in the
なお、上記全波長域用光電素子CH0に代えて他の波長域を測定するバンドパス光電素子(第6のバンドパス光電素子)CH6としてもよい。この場合には、CH0〜CH5までの6段階で100nmごとの波長域の光を測定することができる。例えば、CH1〜CH5において、300〜800nmまでの波長域を100nmの波長域ごとに区分し、さらに800nm〜900nmの波長域を第6のバンドパス光電素子CH6として機能させることができる。 Instead of the above-mentioned photoelectric element CH0 for all wavelength ranges, a bandpass photoelectric element (sixth bandpass photoelectric element) CH6 for measuring another wavelength range may be used. In this case, the light in the wavelength range of every 100 nm can be measured in 6 steps from CH to CH5. For example, in CH1 to CH5, the wavelength range from 300 to 800 nm can be divided into wavelength ranges of 100 nm, and the wavelength range from 800 nm to 900 nm can be further functioned as the sixth bandpass photoelectric element CH6.
本実施形態は上記のような構成であるから、基部1の埋設領域10〜15にバンドパス光電素子CH0〜CH5を埋設し、さらに保護部材3を基部1の上面(バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面)に設置することにより、図2(a)に示すように、全体を一体化させることができる。
Since the present embodiment has the above configuration, the bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 are embedded in the buried
本実施形態では、保護部材3を一枚の板状体で構成していることから、この図2(a)に示されるように、基部1の上面全体を保護部材3によって遮蔽するように一体化されるものとなっている。なお、保護部材3によって基部1の上面が遮蔽された状態においても、保護部材3は、光透過性材料で構成されるものであることから、基部1(埋設領域10〜15)に埋設されたバンドパス光電素子CH0〜CH5に対して照射光を到達させることができる。
In the present embodiment, since the
ところで、基部1は、図2(b)に示すように、全体を一つの塊状として構成することができるが、図2(c)に示すように、中空状体として構成するものであってもよい。内部を中空とする形態の分光光量子計Bとする場合には、中空内部において、各バンドパス光電素子CH0〜CH5による計測値を処理するための回路基板など、各種の装置を内蔵させることが可能となる。さらに、このような中空状の基部1によって分光光量子計Bを構成する場合には、基部1の一部(例えば、底面部)が他の部分(例えば、側面部)から着脱できるように構成してもよい。一部が着脱自在となることにより、中空内部に内蔵すべき回路基板等の設置・取り外しが容易となり得る。
By the way, the
<第二の実施形態>
図3(a)および(b)に第二の実施形態を示す。なお、図3(a)は、第二の実施形態の基本的構成を示す分光光量子計Cを、図3(b)は、その変形例を示す分光光量子計Dを、それぞれ例示するものである。第二の実施形態は、基部1の構成について第一の実施形態を変形したものである。すなわち、図3(a)に示されているように、第二の実施形態の基部101には、バンドパス光電素子CH0〜CH5を埋設するための凹状の埋設領域110,111,112,113,114,115が形成され、その底面部および側壁部に光不透過処理を施した構成としたものである。各埋設領域110〜115の底面部および側壁部は、バンドパス光電素子CH0〜CH5の側部および底部(最上面を除く全ての表面部分)に当接することができるものとしている。
<Second embodiment>
The second embodiment is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Note that FIG. 3A illustrates a spectrophotonometer C showing the basic configuration of the second embodiment, and FIG. 3B illustrates a spectrophotonometer D showing a modified example thereof. .. The second embodiment is a modification of the first embodiment with respect to the configuration of the
この場合における不透過処理とは、照射される光の透過率を減殺させるものであって、例えば、当該埋設領域110〜115の底面部および側壁部の表面に所定の色による塗料で着色することによることができるほか、ショットブラスト等による表面処理を施すことにより、微細な凹凸を表面に形成することにより光を散乱させて透過率を減殺させてもよい。塗料による着色は、塗布による場合のほかスプレーによることができる。また、表面に薄板または薄膜を積層することにより光の透過率を減殺させる構成とすることもでき、薄板または薄膜としては、白色または有色に着色された樹脂を使用することができるほか、光学的に不透明な樹脂によって構成されたものを使用することができる。要するに、薄板もしくは薄膜を表面に積層することによって、照射光を吸収もしくは散乱させるように構成するのである。なお、薄膜を積層する場合においては、反射能を有する材料を表面に成膜するものであってもよい。
The opaque treatment in this case is to reduce the transmittance of the irradiated light, for example, to color the surfaces of the bottom surface portion and the side wall portion of the buried
また、不透過処理として反射能を有する材料(例えば、ニッケルやクロムなどの金属材料)を表面に蒸着またはメッキすることにより、埋設領域110〜115の表面に反射能を有する材料を成膜(または積層)した構成としたものがある。このように埋設領域110〜115の表面に光を反射し得る材料が成膜(または積層)させることにより、埋設領域110〜115の外方から入射される光を反射によって遮蔽し、また、開口部から入射される測定対象の光については、埋設領域110〜115の内部に留めることができる。なお、このような反射能を有する材料(金属材料)は、導電性を有することから、バンドパス光電素子CH0〜CH5を構成する光反応素子20a〜25aの端子との導通を阻止するため、少なくとも端子が当接する部分(例えば底面部の一部または全部)には絶縁処理(絶縁シートなどの配設)がなされることとなる。
Further, by depositing or plating a reflective material (for example, a metal material such as nickel or chromium) on the surface as an opaque treatment, a reflective material is formed (or formed) on the surface of the buried
上記の変形例としては、図3(b)に示すように、基部201には、埋設領域210a,211a,212a,213a,214a,215aを凹状に形成し、この埋設領域210a〜215aに箱型に構成された埋設領域被覆部210b,211b,212b,213b,214b,215bを収容させる形態としたものを例示する。埋設領域被覆部210b〜215bは、光不透過材料によって予め箱型に形成されたものである。また、この箱型形状は、外側周辺は埋設領域210a〜215aに当接または密着するように設けられ、その内側周辺はバンドパス光電素子CH0〜CH5の表面に当接または密着させることができるものとなっている。
As an example of the above modification, as shown in FIG. 3B, the
従って、埋設領域210a〜215aに埋設領域被覆部210b〜215bを収納させ、これらを一体化させることにより、埋設領域被覆部210b〜215bは埋設領域210a〜215aの表面について光不透過処理を施した状態とみなすことができるのである。すなわち、埋設領域被覆部210b〜215bは、着色された樹脂によって構成することにより、埋設領域210a〜215aの底面部および側壁部は当該樹脂によって被覆されることとなり、埋設領域210a〜215aの内部に対し、当該埋設領域被覆部210b〜215bによって光の透過率を低減させるものとなる。
Therefore, the buried
なお、上記構成によって構成された基部101,201の所定位置にはバンドパス光電素子CH0〜CH5が埋設され、全体として分光光量子計Dが構成されるものである。また、これらバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面に保護部材103,203を配設または積層することにより、バンドパス光電素子CH0〜CH5を保護することができるものとなる。
The bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 are embedded at predetermined positions of the
上記のような構成により、いずれの形態による分光光量子計C,Dにおいても、基部101,201そのものは、光不透過材料によって構成する必要がなく、任意の材料で形成させることができる。そして、全体としては、少なくとも埋設領域210a〜215aの表面は、光不透過処理が施されている(または光不透過処理と同等の構成となっている)ことから、仮に基部101,201を光が通過する場合があるとしても、埋設領域110〜115,210a〜215a(または埋設領域被覆部210b〜215b)を透過する光が低減されるため、専らバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面から入射される光を光反応素子に到達させることができる。
With the above configuration, in the spectrophotonometers C and D in any form, the
<第三の実施形態>
図4に第三の実施形態を示す。この実施形態の分光光量子計Eは、概ね第一の実施形態(分光光量子計A)と同様の形態であるが、基部1の表面(埋設領域10〜15に開口部が形成される面)に被覆部材4を積層した点において相違する構成である。すなわち、被覆部材4は、光不透過材料によってシート状または板状に構成されたものであり、この被覆部材4によって被覆される領域は光の透過率が減殺されるものとしている。そして、図4に示されているように、その被覆部材4には、埋設領域10〜15の開口部よりも小さい領域を開口させた連通部40,41,42,43,44,45が設けられ、当該連通部40〜45においてのみ光を透過させ得るものとなっている。
<Third embodiment>
FIG. 4 shows a third embodiment. The spectrophotonometer E of this embodiment has substantially the same form as that of the first embodiment (spectrophotonmeter A), but on the surface of the base 1 (the surface on which openings are formed in the buried
本実施形態では、被覆部材4が基部1の表面の全体を被覆するものとしており、各連通部40〜45は、埋設領域10〜15の開口部の位置に合わせて配置されている。しかも、埋設領域10〜15の開口部よりも小さい領域としていることにより、埋設領域10〜15の開口部周縁を含み、当該開口部周縁よりも内側における所定範囲を被覆するものとしており、連通部40〜45は、埋設領域10〜15に埋設されるバンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面の中央部分を含む適宜範囲においてのみ光を透過させることができるものとなっている。
In the present embodiment, the covering
本実施形態の被覆部材4は、ゴムなどの柔軟な弾性材料によって構成するものであり、各連通部40〜45の裏面側は、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面との当接によって、当該被覆部材4が圧縮されることで、適宜な形状(相互に密着する状態)に変形されるような構成となっている。なお、連通部40〜45は、光学的に開口されて連通している状態を意味するものであり、物理的に開口している状態であることはもちろんのこと、光を透過し得る材料によって遮蔽されている状態を含むものであるが、ここでは代表的に物理的に開口された状態を例示することとする。
The covering
上記のような構成であることから、被覆部材4によって基部1の表面を被覆する場合には、図5(a)に示すように、埋設領域10〜15の開口部において、被覆部材4の各連通部40〜45による限定的な光の透過が許容されることとなり、当該開口部40〜45の範囲内(面積相当)における光の入射について光量子束密度を測定値することとなる。なお、図中において、被覆部材4の連通部40〜45の周縁は、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面との当接時における圧縮によって変形した状態を示している。
Since the configuration is as described above, when the surface of the
このとき、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面は、埋設領域10〜15の開口部に達する状態となっており、しかも、僅かに開口部から外方(上方)に突出する状態とすることにより、被覆部材4による光学的なシール効果を発揮させている。すなわち、埋設領域10〜15の周辺構成部(特に、開口部の周縁)と、バンドパス光電素子CH0〜CH5の側部(特に、最上面の周縁)との間に、僅かながら間隙が形成される場合、その間隙から光が侵入して光反応素子に到達することを回避することができるのである。そして、被覆部材4がゴム製材料等の変形容易な素材で構成されている場合には、保護部材3による押圧によって、そのシール効果は向上することとなる。
At this time, the uppermost surfaces of the bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 are in a state of reaching the openings of the buried
因みに、両者間の間隙は、個別に製造される基部1とバンドパス光電素子CH0〜CH5との製造誤差等により生じ得る。また、製造を容易な構成とするために、埋設領域10〜15に対してバンドパス光電素子CH0〜CH5を遊嵌させる構成とする場合には、間隙の発生は不可避なものである。
Incidentally, a gap between the two may be generated due to a manufacturing error between the individually manufactured
なお、上記構成の第三の実施形態においては、被覆部材4の上面側に保護部材3を積層するものとしているが、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面を保護部材によって構成することがき、この場合には、保護部材3に代えて、NDフィルタを設置する構成とすることができる。
In the third embodiment of the above configuration, the
本実施形態では、埋設領域10〜15の構造を簡易なものとするため、例えば、図5(b)に示す分光光量子計Fのように、埋設領域10〜15の深さ寸法をほぼ均一な状態に構成してもよい。この場合、埋設領域10〜15の深さに対応させるため、バンドパス光電素子CH0〜CH5の高さをほぼ同程度に設けるものとしている。バンドパス光電素子CH0〜CH5の高さを調整するためには、例えば、バンドパス光電素子CH0〜CH5の全部または一部に、適度な肉厚を有するスペーサ(光学的に透明な材料)20c,21c,22c,23c,24cを光反応素子20aまたは光学バンドパスフィルタ21b〜24bに、選択的に積層させるものとすることができる。
In the present embodiment, in order to simplify the structure of the buried
このときの選択的な積層としては、例えば、第5のバンドパス光電素子CH5が、最も高いものであると仮定すれば、その第5のバンドパス光電素子CH5の高さに合わせるように高さを調整することを意味する。すなわち、最も高いバンドパス光電素子CH5を除く他のバンドパス光電素子CH0〜CH4を選択し、また、それぞれのスペーサ20c〜24cとしての厚みが最適なものが選択される。このときの選択としては、高さ調整された後のバンドパス光電素子CH0〜CH5を、埋設領域10〜15に遊嵌させた状態において、当該バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面が、いずれも基部1の表面よりも上方に(少なくとも表面まで)到達させ得るものとしている。これは上層に設けられる被覆部材4による被覆を可能にするためである。また、表面よりも上方に到達させ、僅かに基部1の表面から突出させることにより、被覆部材4による光学的なシール効果を十分に発揮させることができる。
As the selective stacking at this time, for example, assuming that the fifth bandpass photoelectric element CH5 is the highest, the height is adjusted to match the height of the fifth bandpass photoelectric element CH5. Means to adjust. That is, other bandpass photoelectric elements CH0 to CH4 other than the highest bandpass photoelectric element CH5 are selected, and those having the optimum thickness as the
なお、上記のような実施形態において、基部1を全体的に光不透過材料によって構成することができるほか、埋設領域10〜15の表面を光不透過処理した構成であってもよい。このとき、例えば、反射能を有する材料(例えば、金属材料)の蒸着またはメッキによって処理する場合には、図5(c)に示す分光光量子計Gのように、埋設領域10〜15の底部には、絶縁処理がなされる。絶縁処理としては、例えば、図示のように、絶縁材料によって予めシート状に形成された絶縁シート10a,11a,12a,13a,14a,15aを設ける構成とすることができる。これは、光反応素子20a〜25aの端子に対して絶縁性を確保するためである。そして、この絶縁シート10a〜15aとして、例えば、被覆部材4と同様に、ゴム製材料等の変形容易な素材で構成すれば、当該絶縁シート10a〜15aと、被覆部材4とが相互に変形することにより、基部1(埋設領域10〜15の底部)と保護部材(またはNDフィルタ)3との間において、安定的な埋設状態を得ることができる。なお、絶縁性が確保されればよいことから、絶縁処理は絶縁シートによる形態に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the
<第三の実施形態の変形例>
第三の実施形態については、図6に示すように変形することができる。この変形例は、その被覆部材4において開口されるべき連通部40〜45を円形としたものであり、その開口面積は、第三の実施形態における矩形の連通部よりも小さく構成したものである。連通部40〜45の面積は、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面の一部を開口させるものであればよく、その大きさは任意である。さらに、開口面積を極端に小さく設ける(例えばピンホールのような大きさとする)場合には、NDフィルタ等の透過光を減殺させることなく、光の強度・量を予め減殺させた状態でバンドパス光電素子CH0〜CH5に対して照射させることも可能となる。
<Modified example of the third embodiment>
The third embodiment can be modified as shown in FIG. In this modification, the
<その他の実施形態>
図7および図8に他の実施形態を示す。図7に示す実施形態の分光光量子計Hは、基部1aと、その側壁1bとを分割したものである。これは、バンドパス光電素子CH0〜CH5を横から挿入できる構成としたものである。すなわち、バンドパス光電素子CH0〜CH5は、第一〜第三の実施形態のように、基部1に対して上方から設置する場合に限定されるものでなく、側方から基部1a内に設置するものとしてもよい。
<Other Embodiments>
7 and 8 show other embodiments. In the spectrophotonometer H of the embodiment shown in FIG. 7, the
この場合、基部1aの側壁には、バンドパス光電素子CH0〜CH5を挿通し得る横穴を設け、その横穴を側壁1bによって閉塞する構成とするものである。また、この基部1aの上面側には、予め連通部40〜45が設けられた天部と一体的に構成され、上述のような被覆部材4を設けない構成とすることができる。
In this case, the side wall of the
また、図8に示す本実施形態の分光光量子計Iは、埋設領域の底部を回路基板5によって構成したものである。ここで、基部1に形成されるべき埋設領域構成部10b,11b,12b,13b,14b,15bは、単に筒状に穿設された貫通孔で形成されたものである。この基部1を回路基板5の表面に設置することにより、筒状の埋設領域構成部10b〜15bおよび回路基板5によって、全体として有底筒状の埋設領域が構築されるものである。
Further, in the spectrophotonometer I of the present embodiment shown in FIG. 8, the bottom of the buried region is composed of the
なお、回路基板5には、光反応素子20a〜25aが実装可能とされており、この光反応素子20a〜25aに光学バンドパスフィルタ21b〜25bやスペーサ20c〜24cを積層することにより、全体として前述のバンドパス光電素子CH0〜CH5が構成されるものとなる。図8は、光反応素子20a〜25aのみを回路基板5に実装させた状態を示しているが、現実的には、前述のバンドパス光電素子CH0〜CH5が一体化した状態により、回路基板5に実装されるものである。
The
このように、回路基板5に実装されるバンドパス光電素子CH0〜CH5が、基部1の埋設領域構成部10b〜15bに挿通されることにより、当該バンドパス光電素子CH0〜CH5は、埋設領域構成部10b〜15bおよび回路基板5によって包囲されることとなり、バンドパス光電素子CH0〜CH5の最上面以外の表面(側部および底部)を透過する光を減殺することができるものとなる。
In this way, the bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 mounted on the
また、回路基板5には、光量子束密度の測定に必要な回路素子(例えば、オペアンプ51やCPU52など)などを実装でき、さらには、ロガーなどの記憶装置や通信装置などとともに電源などを接続させることができる。電源として太陽電池を使用すれば、少なくとも照射光の光量子束密度を測定すべき状態(光が照射されている環境)において、これらの装置を作動させることが可能となる。
Further, circuit elements (for example,
さらに、本実施形態では、回路基板5は箱型のケース50aに収納されるものとしており、このケース50aは、蓋部50bとともに、所定容量を有する容器として構成されるものである。ケース50aは、光不透過材料で構成してもよいが、上述のように基部1を備えることから、光が透過し得る材料で設けてもよい。他方、蓋部50bは、天板部53および周辺部54を有している。天板部53は、保護部材3として機能させるため、光学的に透明な材料で構成するほか、光の透過率を減衰させる材料を使用してNDフィルタとして構成する場合があり得る。天板部53には、保護部材3またはNDフィルタを設けるための窓55を形成してもよい。いずれの場合であっても、基部1の表面に設置される被覆部材4を押圧することができるものとしており、被覆部材4を押圧することによって、個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5に対する光学的なシール効果を発揮させるものである。
Further, in the present embodiment, the
また、周辺部54は、天板部53とともに蓋部50bを構成するため、ケース50aに蓋部50bを装着することにより、ケース50aの上面および側面を覆うことができ、ケース50aの内部に収容される各装置を保護することができるものである。天板部53を保護部材3として使用する場合は、屋外における落下物等に対して保護し得るほか、側面を同時に覆うように構成することで、防水効果を向上させ、雨水等の浸入を防止することも可能となる。なお、天板部53には、表示画面56を設けることにより、電源状態、計測状態、その他の作動状態を表示させることも可能となる。
Further, since the
ここで、上記のような回路基板5を使用する場合の全体構成を図9に示す。この図に示されるように、全体構成としては、前述のように構成した分光光量子計I、処理装置6、電源装置7および外部装置8a,8bで構成されている。分光光量子計Iの詳細な構成は前述のとおりであり、複数のバンドパス光電素子CH0〜CH5を備え、このバンドパス光電素子CH0〜CH5(特に光反応素子)によって測定される光の強度・量を処理装置6に出力し、この処理装置6によって光量子束密度に換算するものとしている。
Here, FIG. 9 shows the overall configuration when the
この処理装置6は、タイマ61を備えることにより、測定結果とともに測定時刻を記録できるものであり、温度センサ62を備えることにより、測定地点(特に、光反応素子の周辺)における温度を計測できるものとし、温度変化による光反応素子の出力誤差を補正することができるようにしている。また、処理装置6には増幅回路(オペアンプ)63(図8中の51)を備えるものとしている。これは、光反応素子として小型の太陽電池を使用する場合を想定しており、光の強度・量の変化と出力(略短絡電流値)の変化との直線的な相関を出現させるために、減光により照射量を低減させることによる出力を増幅させるものとしている。さらに、データロガ64を備え、出力されるべきデータを記録するものとしている。
The
処理装置6には、内部記憶装置(HDD等)または取り出し可能なポータブルメモリ(SDカード等)の記憶装置65を備え、測定結果をデータとして記憶するほか、後述の演算手段による演算結果を記憶させることができる。また、処理装置6は演算手段としてのCPU66(図8中の52)を備えるものであり、光反応素子によって測定された出力値(太陽電池による発電量)に基づき、光量子束密度に換算し、これを出力データ(出力信号)に変換するものである。出力信号に変換されたデータは、出力インターフェース67を介して外部装置として設置された送信部8aに出力され、この送信部8aから遠隔地へ送信できるものとしている。送信部8aは、無線による送信装置を原則とするが、有線によるものであってもよい。また、送信部8aのほかに、外部装置として設置される表示部8bに換算されたデータを表示させてもよい。
The
なお、上記各装置は、いずれも必須ではなく、選択的に設置・接続してよい。例えば、CPUを設けることなく計測結果を送信するような構成としてもよく、送信することなく記憶装置65に記憶させる構成でもよい。また、送信部8aと表示部8bは、双方備える構成でもよいが、いずれか一方のみでもよい。さらに、処理装置6および外部装置8a,8bを作動させるために電源を要することから、電源装置7として太陽電池を備える構成としている。この電源装置(太陽電池)7は、光反応素子とは異なり、十分な発電量を有するものが使用される。電源装置7を太陽電池とする場合には、電源供給のために光の照射が必要となるが、分光光量子計による光量子束密度の測定は、基本的に照射光を受けた場合に要求されるものであることから、少なくとも測定すべき光の照射がある場合に電源を供給できれば問題ないものである。なお、電源装置7は、太陽電池に限定されるものではなく他の電源装置を使用してもよい。
It should be noted that each of the above devices is not essential and may be selectively installed and connected. For example, the measurement result may be transmitted without providing a CPU, or may be stored in the
ここで、光反応素子として小型の太陽電池を使用する場合における測定値の検出回路を図10(a)に示す。バンドパス光電素子群2を構成する光反応素子(太陽電池)20a〜25aは、受光により発電され、電力が出力される。この発電された電力を使用して略短絡電流値を測定することにより受光した光の強度・量を得るのである。具体的には、太陽電池(光反応素子20a〜25aのそれぞれ)について、その両極間に抵抗9を接続するのである。この抵抗9の抵抗値が極めて小さい場合には、両極X,Yの間の電流値が略短絡電流値(短絡電流と極めて近似する電流値)として測定することができる。略短絡電流値は、両極X,Yの間に発生する電圧をオームの法則に基づいて算出することができる。なお、図は、バンドパス光電素子群2を一つの構成として示しているが、個々のバンドパス光電素子のそれぞれについて同様の構成により、個々において個別に略短絡電流値を出力させるものである。
Here, FIG. 10A shows a measurement value detection circuit when a small solar cell is used as the photoreactive element. The photoreactive elements (solar cells) 20a to 25a constituting the bandpass
また、前述のように、光の強度・量の変化と出力(略短絡電流値)の変化との直線的な相関を出現させるために、NDフィルタ等によって照射光を減衰させる場合には、太陽電池(光反応素子20a〜25a)による出力値(略短絡電流値)が小さいため、これを増幅するように構成してもよい。図10(b)は増幅回路(オペアンプ)90を使用する場合の回路構成の例示である。この図のように、太陽電池(光反応素子20a〜25a)に対して抵抗9を直列に接続したうえで、さらにオペアンプ90を接続し、略短絡電流値を増幅させるものである。略短絡電流にノイズが含まれる場合には増幅回路90によってノイズ部分も増幅されることとなるため、本実施形態では、増幅回路90に対し並列に接続したコンデンサを高周波ノイズフィルタとして設けている。
Further, as described above, when the irradiation light is attenuated by an ND filter or the like in order to make a linear correlation between the change in light intensity / amount and the change in output (substantially short-circuit current value) appear, the sun Since the output value (substantially short-circuit current value) of the batteries (
さらに、光反応素子20a〜25aとして太陽電池を使用する場合には、図10(c)に示すように、複数(図は2個)の同種の光反応素子20a〜25aのそれぞれについて、バイパスダイオード91,92を並列に接続したうえで、これらを直列または並列に接続(図は直列に接続)し、その両極X,Yの間の略短絡電流を得るように構成することができる。個々の光反応素子20a〜25aにバイパスダイオード91,92が接続されていることから、複数(図は2個)のうちのいずれかが、何らかの原因(陰などの影響)により照射光が遮断され、太陽電池が発電できない場合でも略短絡電流を維持させることができる。この場合においても、略短絡電流を得るために、抵抗9が全体に並列に接続され、また、温度変化による誤差を修正するためのサーミスタ5を接続することとなる。
Further, when a solar cell is used as the
上記のような構成により、個々のバンドパス光電素子CH0〜CH5による分光された光量子束密度が測定できるか否かを実験した。実験装置としては、図1および図2(a)に示すような構成であり、基部1は塊状に構成したものを使用した。また、光不透過材料としては、黒色に極めて近い色彩に着色された樹脂(アクリルにウレタンを含有させた混合樹脂)を使用した。保護部材3は、NDフィルタと似たような機能をするように光を減衰させる材料として、白色のABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂)シート(厚さ1.0mm)を使用した。また、光反応素子20a〜25aとして小型の太陽電池を使用し、全てのバンドパス光電素子CH0〜CH5は、表面形状を5.0mm×5.0mmの正方形とし、太陽電池を含めた高さが4.6mm以下となるように調整し、いずれのバンドパス光電素子CH0〜CH5についても、最上面が基部1の表面に到達した状態とした。なお、参照用光電素子CH0は、太陽電池のみによって構成している。
It was tested whether or not the spectroscopic photon flux densities of the individual bandpass photoelectric elements CH0 to CH5 could be measured by the above configuration. As the experimental device, the one having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 (a) and having the
さらに、図10(a)に示すように、太陽電池の両極における略短絡電流値によって、受光した光の強度・量を出力させ、これを個々の波長域における光の強度・量に換算し、また、当該出力強度・量を光量子束密度に換算した。なお、換算式は前掲の非特許文献1において開示される換算方法によるものとした。
Further, as shown in FIG. 10A, the intensity / amount of the received light is output by the substantially short-circuit current values at both poles of the solar cell, and this is converted into the intensity / amount of light in each wavelength range. In addition, the output intensity / amount was converted into a photon flux density. The conversion formula is based on the conversion method disclosed in
<予備実験>
小型の太陽電池を光反応素子として使用するため、光の強度・量の変化と出力(略短絡電流値)の変化との直線的な相関を出現させるための予備実験と行った。予備実験は、NDフィルタによって照射光を減衰させ、太陽電池によって出力される略短絡電流値との相関を確認した。ソーラーシミュレータ(三永電気社製XES−40S2)によって、強度の異なる5種類の光を照射した。小型の太陽電池に到達する光の強度を日射計で測定し、小型の太陽電池によって検出される略短絡電流値を観測したうえで、両者間における直線的な相関が出現する状態を確認した。光の強度は、600W/m2〜1000W/m2の範囲の5種類とし、NDフィルタは市販のものを用い、ND2(透過率1/2に減光)、ND4(透過率1/4に減光)、ND8(透過率1/8に減光)、ND16(透過率1/16に減光)およびND32(透過率1/32に減光)の5種類を使用した。
<Preliminary experiment>
Since a small solar cell is used as a photoreactive element, a preliminary experiment was conducted to develop a linear correlation between changes in light intensity / amount and changes in output (approximately short-circuit current value). In the preliminary experiment, the irradiation light was attenuated by the ND filter, and the correlation with the substantially short-circuit current value output by the solar cell was confirmed. A solar simulator (XES-40S2 manufactured by Sanaga Denki Co., Ltd.) was used to irradiate five types of light with different intensities. The intensity of the light reaching the small solar cell was measured with a pyranometer, and the substantially short-circuit current value detected by the small solar cell was observed, and then a linear correlation between the two was confirmed. The light intensity, the five ranges of 600W / m 2 ~1000W / m 2 , ND filter using a commercially available, ND2 (light reduction in
上記の結果を図11(a)に示す。ただし、図中の「NDなし」とは、NDフィルタによる減光を行っていないものを示し、「メーカ公称値」とは、太陽電池メーカが公表する日射強度と発電量との関係を略短絡電流値に換算しものを示す。この結果から、明確に直線的な相関を出現させるNDフィルタはND32であることが判明した。そこで、ND32と同等程度の減光機能を有する前掲の白色ABS樹脂シート(減光シート)を使用した場合のソーラーシミュレータ(三永電気社製XES−40S2)による日射強度と、略短絡電流値の相関をグラフに示すと図11(b)の状態となる。このことから、白色ABS樹脂のような減光機能を有する材料からなるシート(減光シート)がNDフィルタの代わりとして有効であることが確認できた。 The above results are shown in FIG. 11 (a). However, "no ND" in the figure means that the light is not dimmed by the ND filter, and "manufacturer's nominal value" is a short circuit of the relationship between the solar radiation intensity and the amount of power generation announced by the solar cell manufacturer. Shown in terms of current value. From this result, it was found that the ND filter that causes a clearly linear correlation to appear is ND32. Therefore, when the above-mentioned white ABS resin sheet (dimming sheet) having a dimming function equivalent to that of ND32 is used, the solar radiation intensity by the solar simulator (XES-40S2 manufactured by Minaga Electric Co., Ltd.) and the substantially short-circuit current value are measured. The graph shows the correlation in the state shown in FIG. 11 (b). From this, it was confirmed that a sheet (dimming sheet) made of a material having a dimming function such as white ABS resin is effective as a substitute for the ND filter.
<実験1>
まず、上述の分光光量子計を使用したときの300nmから800nmまでの波長帯域について、100nmごとの強度を算出する実験を行った。実験には、ソーラーシミュレータ(三永電気社製XES−40S2)を使用し、1,000W/m2を照射した。このときの各バンドパス光電素子が、それぞれ1Vの電圧を出力するように、出力抵抗を調整した。上記ソーラーシミュレータの出力スペクトルは太陽光のスペクトルに同一とみなすことができることから、ソーラーシミュレータの光により、太陽光のスペクトルの100nmごとの積算値を用いて、300nmから100nmごとの強度を算出した。この結果を図12(a)に示す。さらに、その強度を光量子束密度に換算した。その結果を図12(b)に示す。
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First, an experiment was conducted in which the intensity for each 100 nm was calculated for the wavelength band from 300 nm to 800 nm when the above-mentioned spectrophotonometer was used. In the experiment, a solar simulator (XES-40S2 manufactured by Sanaga Denki Co., Ltd.) was used, and 1,000 W / m 2 was irradiated. The output resistance was adjusted so that each bandpass photoelectric element at this time outputs a voltage of 1 V. Since the output spectrum of the solar simulator can be regarded as the same as the spectrum of sunlight, the intensity of each of 300 nm to 100 nm was calculated by using the integrated value of the spectrum of sunlight for each 100 nm using the light of the solar simulator. The result is shown in FIG. 12 (a). Furthermore, the intensity was converted into a photon flux density. The result is shown in FIG. 12 (b).
<実験2>
次に、単色の光を発光するLEDを照射し、分光の状態を確認した。照射光としては、青色LED(470nm、半値幅465〜475nm)、緑色LED(525nm、半値幅520〜530nm)、赤色LED(625nm、半値幅620〜630)を使用した。なお、本実験では、波長域を300〜800nmの範囲を100nmの単位で区分し、5つの分光を行うとともに、参照用光電素子による全波長域における測定を行った。その結果を図13(a)〜(c)に示す。また、比較のために、基部1を光学的に透明な材料で緑色LEDを照射した場合の結果を図13(d)に示す。
<
Next, an LED that emits a single color of light was irradiated, and the state of spectroscopy was confirmed. As the irradiation light, a blue LED (470 nm, half width 465-475 nm), a green LED (525 nm, half width 520 to 530 nm), and a red LED (625 nm, half width 620-630) were used. In this experiment, the wavelength range of 300 to 800 nm was divided into units of 100 nm, five spectra were performed, and measurements were performed in the entire wavelength range using a reference photoelectric element. The results are shown in FIGS. 13 (a) to 13 (c). Further, for comparison, FIG. 13 (d) shows the result when the
この結果のとおり、本実験の着色した樹脂を使用した場合、分光の状態が明確になっていることが判明した。これは、個々のバンドパス光電素子によって測定された光量子束密度の合計と、参照用光電素子によって測定された全波長域における光量子束密度とが、ほぼ同程度となっていることから明らかであり、また、比較実験による図13(d)と比較しても明らかである。 As shown in this result, it was found that the spectroscopic state was clear when the colored resin of this experiment was used. This is clear from the fact that the sum of the photon flux densities measured by the individual bandpass photoelectric devices and the photon flux densities in the entire wavelength range measured by the reference photoelectric devices are almost the same. It is also clear from the comparison with FIG. 13 (d) by the comparative experiment.
1,1a,101,201 基部
1b 側壁
2 バンドパス光電素子群
3,103,203 保護部材
4 被覆部材
5 回路基板
6 処理装置
7 電源装置
8a 外部装置(送信部)
8b 外部装置(表示部)
9 抵抗
10,11,12,13,14,15,110,111,112,113,114,115,210a,211a,212a,213a,214a,215a 埋設領域
10a,11a,12a,13a,14a,15a 絶縁シート
10b,11b,12b,13b,14b,15b 埋設領域構成部
20a,21a,22a,23a,24a,25a 光反応素子
21b,22b,23b,24b,25b 光学バンドパスフィルタ
40,41,42,43,44,45 連通部(開口部)
50a ケース
50b 蓋部
51,63,90 増幅回路(オペアンプ)
52,66 CPU
53 蓋部の天板部
54 蓋部の周辺部
55 蓋部の窓
56 表示画面
61 タイマ
62 温度センサ
64 データロガ
65 記憶装置
67 出力インターフェース
91,92 バイパスダイオード
210b,211b,212b,213b,214b,215b 埋設領域被覆部
CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6 バンドパス光電素子
A,B,C,D,E,F,G,H,I 分光光量子計
1,1a, 101,201
8b External device (display)
9
52,66 CPU
53 Top plate of
Claims (6)
前記バンドパス光電素子は、光反応素子と、測定すべき光の波長帯域に応じて任意に選択された光学バンドパスフィルタとを備え、該光学バンドパスフィルタは、該光学バンドパスフィルタを透過した光のみが前記光反応素子に照射されるように、該光反応素子の受光面側に設置されるものであり、
前記基部は、個々のバンドパス光電素子を個別に収容する複数の埋設領域を備え、該埋設領域は、前記バンドパス光電素子の最上面の適宜面積を除き、該バンドパス光電素子の全体を光不透過の状態で包囲するものであることを特徴とする帯域分光光量子計。 A spectrophotonometer in which a plurality of bandpass photoelectric elements are embedded in a base and the photon flux density is measured while dividing into a predetermined wavelength band by each bandpass photoelectric element.
The bandpass photoelectric element includes an optical reaction element and an optical bandpass filter arbitrarily selected according to the wavelength band of light to be measured, and the optical bandpass filter transmits the optical bandpass filter. It is installed on the light receiving surface side of the photoreactive element so that only light is irradiated to the photoreactive element.
The base portion includes a plurality of embedded regions for individually accommodating individual bandpass photoelectric elements, and the embedded region illuminates the entire bandpass photoelectric element except for an appropriate area on the uppermost surface of the bandpass photoelectric element. A band-pass spectrophotonometer characterized by being surrounded in an opaque state.
前記光反応素子は、光電変換機能を有する素子であり、
前記回路は、前記光反応素子によって光電変換される電気的出力値に基づき、略短絡電流値の変化量により計測される光の強度・量を光量子束密度に換算するものであり、
前記減光部材は、前記光反応素子による光電変換能力に応じて、受光する光の強度・量の変化と略短絡電流値の変化との相関関係が直線性を示す範囲となるように調整するものである請求項1〜3のいずれかに記載の帯域分光光量子計。 A circuit for processing the measured value measured by the bandpass photoelectric element, and a dimming member formed of a material arranged on an outer layer from the uppermost surface of the bandpass photoelectric element and attenuating the light transmittance. Is further equipped with
The photoreactive element is an element having a photoelectric conversion function and has a photoelectric conversion function.
The circuit converts the intensity and amount of light measured by the amount of change in the substantially short-circuit current value into the photon flux density based on the electrical output value photoelectrically converted by the photochemical element.
The dimming member is adjusted so that the correlation between the change in the intensity / amount of the received light and the change in the substantially short-circuit current value is within a range showing linearity according to the photoelectric conversion ability of the photoreactive element. The band spectrophotonometer according to any one of claims 1 to 3.
前記光反応素子は、光電変換機能を有する素子であり、
前記回路は、前記光反応素子によって光電変換される電気的出力値に基づき、略短絡電流値の変化量により計測される光の強度・量を光量子束密度に換算するものであり、かつ該短絡電流値を増幅する増幅回路および略短絡電流に含まれるノイズを除去する高周波ノイズフィルタを備えるものである請求項1〜3のいずれかに記載の帯域分光光量子計。 Further, a circuit for processing the measured value measured by the bandpass photoelectric element is provided.
The photoreactive element is an element having a photoelectric conversion function and has a photoelectric conversion function.
The circuit converts the intensity and amount of light measured by the amount of change in the substantially short-circuit current value into the photon flux density based on the electrical output value photoelectrically converted by the photoreactive element, and the short-circuit. The band spectrophotonometer according to any one of claims 1 to 3, further comprising an amplifier circuit for amplifying a current value and a high-frequency noise filter for removing noise contained in a substantially short-circuit current.
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