JP3169359U

JP3169359U - 分光放射照度計

Info

Publication number: JP3169359U
Application number: JP2011002673U
Authority: JP
Inventors: 茂雄須賀; 学村松; 田中　智; 智田中
Original assignee: Suga Test Instruments Co Ltd
Current assignee: Suga Test Instruments Co Ltd
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2021-05-16

Abstract

【課題】分光分布の異なる光に対して、放射照度校正回路を設けて一台の分光放射照度計で分光放射照度を測定する。【解決手段】受光部と放射照度表示部の間に、各試験条件の光に対応した複数の放射照度校正回路と各試験条件の光に対応した複数の選択スイッチとを設け、測定する光の分光分布に対応して選択スイッチを切り換えて放射照度校正回路で受光部からの信号を補正して正確な放射照度を測定することによって、一台の放射照度計で、光源の種類及び光源と光源用フィルタとの組み合わせによって、分光分布の異なる光の放射照度を測定することができる。【選択図】図２

Description

本考案は、光源の種類及び光源と光源用フィルタとの組合せによって分光分布の異なる光の放射照度を複数の放射照度校正回路を搭載して一台で測定する耐候試験機用の可搬型分光放射照度計に関する。

耐候試験機は、所定の温度及び湿度のもとで所定の光を試料に照射して促進劣化させることによって試料の寿命を短時間で求めるものである。試料の種類、試料が使用される実環境や、劣化加速時間などによって、光源にキセノンアークランプ、メタルハライドアークランプ、サンシャインカーボンアークランプ、紫外線カーボンアークランプ、紫外線蛍光灯などを選択し用いることと、光源から発する波長の中から特定波長を除去、あるいは、特定の波長のみを透過する光源用フィルタを光源と組み合わせて用いることとがあるため、試験時に設定される分光分布及び放射照度の値は多岐にのぼる。

また、分光分布及び放射照度は、試料の劣化に影響を及ぼすので、常に設定した試験条件の値を維持しなければならず、正確な放射照度を測定し、その値を基に光のエネルギーの制御を精度よく行う必要がある。
従来の放射照度計は波長選択用フィルタと受光素子と増幅器とからなる受光器とA／D変換器と放射照度校正回路と、放射照度表示部と、データ記憶回路と、電源部からなっており、入射光を電気信号に変換し、デジタル信号化し、得られた値を補正して放射照度を表示していた。（特許文献１）

波長選択用フィルタは測定波長範囲を限定するもので、３００〜４００nm、３００〜７００nmあるいは狭帯域のもので３４０nm、４２０nm等の波長範囲を透過するものが用いられている。これらの波長選択用フィルタは、多くの場合、透過波長範囲に渡って均一の透過率を有するものではなく、透過波長範囲のほぼ中間位置に最大の透過率を有する。また、受光素子にはシリコン系、ガリウム系、ダイアモンド系などがあり、受光可能波長、起電力、分光応答感度はそれぞれ異なる。

以上のことから、放射照度計を測定に供する前に、AIST（産業技術総合研究所）、NIST（National
Institute of Standards and Technology）などにトレーサブルな分光放射照度計を用いて、放射照度計を校正していた。また、分光分布の異なる光を測定する場合や異なる波長範囲を測定する場合には、その条件に合致した波長選択用フィルタを搭載した放射照度計で測定していた。

従来の放射照度計は、特定の光源に対して更に特定の範囲に応じた波長選択用フィルタが搭載されており、異なる光源や同一の光源でも異なる範囲の波長を測定する場合は、別途その光源でその波長の範囲に応じた波長選択用フィルタが搭載された放射照度計が必要となり、複数の放射照度計を所持しなければならなかった。
そこで、複数の光源用フィルタと複数の放射照度校正回路と選択スイッチとを設けて、測定する光の分光分布に対応して選択スイッチを切り換えることで、一台で試験条件に対応した放射照度を測定する放射照度計が開発されている。（特許文献２）

また、光源からの光を装置で受光し、受光した光をフレキシブルファイバーを介して分光ユニットに導く構造のように受光部と分光部が離れている分光放射照度計がある。（特許文献３）

実登３１２２９８６実登３１３２６２１特開２００５−２０７９０９

キセノンアークランプなどの波長範囲の広い分光エネルギーをもった光源を用いて試験を行う場合には、不要な波長範囲をカットするために、光源と試料の間に光源用フィルタを介在させることが一般的である。紫外部の分光分布を試料が使用される実環境を模擬するものとして、主に♯２７５フィルタ、♯２９５フィルタ又は、♯３２０フィルタがあり、赤外部の試料に対する熱劣化の影響を防ぐものとして、赤外線カットフィルタなどがある。

試料に照射する光の分光分布は光源用フィルタの組み合わせによって異なるので、それぞれに対応した放射照度計を用意しなければならず、コスト高になると共に、定期的な放射照度の校正を個々に行わねばならないために、管理が煩雑になる。

複数の光源用フィルタと複数の放射照度校正回路と選択スイッチを搭載し、一台で複数の光源の種類で、複数の波長範囲の放射照度を測定可能な放射照度計が開発されていたが、同時に異なる波長範囲の放射照度を測定できるものではなかった。そのため、一度の試験で、同時に複数の波長範囲の放射照度を測定する場合は、複数の放射照度計が必要であった。また、分光放射照度を測定中に、設定試験条件での分光放射照度分布と光源からの光の分光放射照度分布の実測値を比べて両者の相対分光放射照度が合致しているかを合否判定できるものはなかった。また、フレキシブルファイバーを介して分光放射照度を測定する装置では、受光部と分光部にフレキシブルファイバーを介しており、直接測定しているものではなかった。

上記課題を解決するために、本考案における耐候試験機の試料に照射する光のエネルギーを測定する分光放射照度計は、拡散板と、回折格子と、波長選択フィルタと、受光素子と、増幅器と、A／D変換器と、演算回路と、データ記憶回路とからなる耐候試験機用の分光放射照度計において、A／D変換器と前記演算回路との間に、各試験条件の光に対応した複数の分光放射照度校正回路と前記各試験条件の光に対応した複数の選択スイッチとを設け、試験条件で設定された光に対応した前記選択スイッチと前記分光放射照度校正回路とを連結させ、分光分布の異なる光の放射照度を測定することを特徴とする。

更に、本考案における耐候試験機の試料に照射する光のエネルギーを測定する分光放射照度計は、予め各試験条件の光の分光放射照度の相対比率を記憶し、測定した光の分光放射照度分布と設定された試験条件の光の分光放射照度分布とを比較する機能を有することを特徴とする。

更に、前記演算回路で測定した光の分光放射照度から特定の波長範囲の放射照度の値を演算により求め、表示部で演算によって求められた放射照度の値を表示することを特徴とする。

更に、前記演算回路で測定した光の分光放射照度から複数の波長範囲を設定し、複数の波長範囲毎に放射照度の値を演算によって求め、表示部で前記演算によって求められた複数の波長範囲の放射照度の値を表示することを特徴とする。

本考案の分光放射照度計一台で、光源の種類及び光源と光源用フィルタとの組み合わせによって、分光分布の異なる光の放射照度を測定することができる。また、一度の試験で複数の波長範囲を同時に測定できるので、同時に複数の波長範囲の放射照度を測定する場合に多数の放射照度計を保持する必要がなく経済的であり、放射照度の測定が簡便になり、放射照度計の保守点検も容易になる。

また、設定試験条件での分光放射照度分布と光源からの光の分光放射照度分布の実測値を比べて合否判定ができるため、例えば、キセノンアークランプの分光分布や光源用フィルタの分光透過率の経時変化が規程の範囲内であるか判定することができ、キセノンアークランプや光源用フィルタの交換時期を管理することがきる。
また、常に光源の光の分光放射照度分布が正確であるか確認することができるため、より正確な耐候試験が可能となる。

また、フレキシブルファイバーなどを介在させずに受光部で受けた光を直接分光器に入射して測定できるので、より正確な放射照度の値を求めることができる。

本考案の耐候試験機用の分光放射照度計は、選択スイッチによって測定光源を変えることができる。また複数の波長範囲を同時に測定することが可能である。ここではキセノンアークランプの光を測定する分光放射照度計について説明する。

図１は本考案の分光放射照度計を、キセノンアークランプを用いた耐候試験機に取り付けた状態を示す。
キセノンアークランプ（２０）から放射された光が＃２７５フィルタ（１３）を介して分光放射照度計（１２）に入射する。図２は本考案の分光放射照度計の構成を示したものである。入射光を均一に分散させるために表面を梨地状に処理した石英製の拡散板（１）を通過した光は、回折格子（２）により分光され、回折により生じる2次光等の迷光を除去するために設けられた波長選択フィルタ（３）を透過し、波長に応じた複数の受光チャンネルを持つ受光素子（４）で波長ごとに電気信号に変換され、電気信号は増幅器（５）で増幅されてから、A／D変換器（６）でデジタル信号となり、選択スイッチ（８）の切り換えで、所定の分光放射照度校正回路に導かれる。図２においては校正回路Aが選択されている。

校正回路Aには、あらかじめ、入射光の分光分布と分光放射照度計の総合分光感度、すなわち、回折格子（２）と波長選択フィルタ（３）と受光素子（４）の分光受光感度を加味した波長ごとの校正係数を設定しておき、デジタル信号に校正係数を乗じた信号を演算回路（９）で表示部（１１）に表示する信号に波長ごとに演算し測定する波長範囲内の分光放射照度を演算し、表示部（１１）に放射照度をW／m²の単位及び積算放射照度をKJ／m²及びMJ／m²の単位で切り換えて表示し、相対分光放射照度を測定し合否判定を表示するとともに、データ記憶回路（１０）に測定データを保存し、必要に応じて外部の機器にデータを移動する。ここで、演算回路（９）において、測定した光の分光放射照度から複数の波長範囲を設定し、設定した波長範囲毎に対応する演算を行うことによって、一台の分光放射照度計（１２）で異なる複数の波長範囲の放射照度の値を表示部（１１）に表示することも可能である。表示部（１１）での表示の方法としては、同時に複数の波長範囲の放射照度の値を表示するように設定してもよい。また、表示部（１１）に切り替えスイッチなどを設けて、表示させたい波長範囲の放射照度の値を表示させてもよい。

校正係数は、同一光源の放射照度をAISTにトレーサブルな分光放射照度計と本考案の分光放射照度計で同時に測定し、トレーサブルな分光放射照度計で測定した分光放射照度の値と本考案の分光放射照度計で測定した分光放射照度の値とが同一になるように補正した値である。本考案で使用する受光素子はシリコン系の素子で、電荷蓄積モードで作用するため、光−電力変換特性は、一次関数の関係にあるので、補正係数は1点で良い。すなわち、トレーサブルな分光放射照度計で測定した分光放射照度の値が３００〜４００nmの範囲で１８０W／m^２の時、本考案の分光放射照度計で測定した分光放射照度計の値が１７６W／m^２を指示した場合、補正係数は１８０／１７６＝１．０２２とする。

表１に、光源にキセノンアークランプを用い、光源用フィルタに＃２７５フィルタと＃２９５フィルタと＃３２０フィルタとを用いたそれぞれの場合において、AISTにトレーサブルな放射照度計と、本考案の分光放射照度計とで同一光源の放射照度をそれぞれ測定した結果を示す。

表１の結果から明らかなように、本考案の分光放射照度計の値は、＃２７５フィルタと＃２９５フィルタと＃３２０フィルタを用いたそれぞれの場合においても、AISTにトレーサブルな放射照度計の測定結果とほぼ一致する良い結果が出た。このようにキセノンの光源用フィルタによらず複数の波長範囲も同時に測定することができる。

耐候試験機に本考案の分光放射照度計を装着した図本考案の分光放射照度計構成回路

１拡散板
２回折格子
３波長選択フィルタ
４受光素子
５増幅器
６ A／D変換器
７放射照度校正回路
８選択スイッチ
９演算回路
１０データ記憶回路
１１表示部
１２分光放射照度計
１３光源用フィルタ
１４ブラックパネル温度計
１５試料ホルダー
１６試験槽
１７試料
１８温度計
１９湿度計
２０キセノンアークランプ

Claims

拡散板と、回折格子と、波長選択フィルタと、受光素子と、増幅器と、A／D変換器と、演算回路と、データ記憶回路とからなる耐候試験機用の分光放射照度計において、前記A／D変換器と前記演算回路との間に、各試験条件の光に対応した複数の分光放射照度校正回路と前記各試験条件の光に対応した複数の選択スイッチとを設け、
試験条件で設定された光に対応した前記選択スイッチと前記分光放射照度校正回路とを連結させ、
分光分布の異なる光の放射照度を測定することを特徴とする分光放射照度計。
予め各試験条件の光の分光放射照度の相対比率を記憶し、測定した光の分光放射照度分布と設定された試験条件の光の分光放射照度分布とを比較する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の分光放射照度計。
前記演算回路で測定した光の分光放射照度から特定の波長範囲の放射照度の値を演算により求め、
表示部で演算によって求められた放射照度の値を表示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分光放射照度計。
前記演算回路で測定した光の分光放射照度から複数の波長範囲を設定し、複数の波長範囲毎に放射照度の値を演算によって求め、
前記表示部で演算によって求められた複数の波長範囲の放射照度の値を表示することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の分光放射照度計。