JP3246320B2

JP3246320B2 - 配光特性測定装置と配光特性測定方法

Info

Publication number: JP3246320B2
Application number: JP7269696A
Authority: JP
Inventors: 健一鈴木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JPH09264781A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源、照明器具、
光源システム等の基本特性である配光特性を測定する配
光特性測定装置と配光特性測定方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】照明システムを構築する場合、適切な箇
所に適切な光を与えることが重要であり、このため、照
明システムに使用する光源、照明器具、光源システム等
が具備する条件としては、目的とする照明システムに応
じた配光特性（光度（光放射強度）の空間分布特性）を
持つことが大切となる。配光特性を測定する主な手段は
測定サンプルの特定方向における光を直接サンプリング
する方法であり、このサンプリング方法を工夫したさま
ざまな配光特性測定装置が開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、測定サンプルからの光のみを測定するた
めに、測定環境としては暗室にする必要があり、このた
め、特殊な実験設備が必要であったり、測定効率が悪く
なる等の問題があった。また、光源の全光束を求める手
段として配光測定を行なう場合、従来の方法によって測
定された配光データにおいては、測定点が膨大になるた
めに測定時間がかかり、測定精度が悪くなるといった問
題もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定サンプル
を積分球の閉空間内において点灯し、位置や方向を複数
箇所変化させた場合の壁面照度の変化を測定し、この壁
面照度の変化と積分球の相互反射特性との相関より、演
算にて配光特性を求めるものであり、光源を閉空間内で
測定するために暗室などの特殊な実験設備が必要なく、
効率的な作業環境を実現できる。また、一般の全光束測
定に用いられている積分球を利用した装置構成によって
精度の高い全光束測定を実現することもできる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、測定サンプルを積分球
の閉空間内において点灯し、位置や方向を複数箇所変化
させた場合の壁面照度の変化を測定し、この壁面照度の
変化と積分球の相互反射特性との相関より、演算にて配
光特性を求めるものであり、光源を閉空間内で測定する
ために暗室などの特殊な実験設備が必要なく、効率的な
作業環境を実現できる。また、一般の全光束測定に用い
られている積分球を利用した装置構成によって精度の高
い全光束測定を実現することができるものである。

【０００６】配光特性がＩ(φ,θ)なる光源の配光デー
タをＩ_ij(i=1,2,・・・,m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1)とす
る。また、積分球中心を中心とする座標系において、(X
_x,Y_x,Z_x)の位置で、(φ_x,θ_x)の方向で光源を位置させ
た場合の位置をｘ(x=1,2・・・,L；l≧(m×n))とすると、
光源によって生じる積分球内壁面Ｗx_ij(i=1,2,・・・,m；m
＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1,x=1,2,・・・,L；L≧(m×n))の直
射照度をＥx_ij(i=1,2,・・・,m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1,
x=1,2,・・・,L；L≧(m×n))とする。

【０００７】ここで、ｉおよびｊは光源を中心とした座
標系での特定方向を示す添字である。また、任意の壁面
位置Ｗ_xijを積分球を中心とした座標系(φ,θ)に変換す
るための関数を、（数５）とする。

【０００８】

【数５】

【０００９】位置ｘにおける光源と壁面Ｗ_xijとの距離
をＬ_xij 、また、Ｗ_xijの法線方向と光源から壁面Ｗ_xij
へ向けた方向とのなす角度をδ_xijとすると、Ｅ_xijは
（数６）で計算できる。

【００１０】

【数６】

【００１１】（数６）においてcos（δ_xij）および、Ｌ
_xijの大きさは、積分球内における光源位置ｘ（位置(X,
Y,Z)において(φ_x,θ_x)方向の位置）によってきまる変
数であり、特定の光源の位置及び方向に対しては定数と
みなすことができ、これを（数７）で計算される位置係
数とすると、（数６）は（数８）で表すことができる。

【００１２】

【数７】

【００１３】

【数８】

【００１４】また、直射照度によって照明された壁面
は、相互反射によって積分球各部に拡散照度を与える。
理論的には、この拡散照度と光源の全光束とは相関があ
るといわれており、一般の積分球では、遮光板等によっ
て直射照度を遮光した部分に受光窓を設けて、この窓の
照度を受光器にて測定する構造になっている。

【００１５】実際には、壁面Ｗ_xijにおける直射照度Ｅ
_xijが受光窓面上の拡散照度に与える影響は、壁面Ｗ_xij
の位置の関数として考えることができて、これを積分球
を中心とした座標系でＫ(φ,θ)とする。

【００１６】このＫ(φ,θ)は相互反射入射照度係数と
呼ばれる係数であり、積分球内壁面の特定部位に単位照
度を照明した場合に相互反射によって生じる受光器へ入
射する照度で定義され、測定もしくは、照明計算によっ
て求めることができる。したがって、配光データがＩ_ij
の光源を位置ｘにて点灯した時の積分球の受光器出力ｉ
_xは、（数５）と（数８）より、（数９）にて与えられ
ることになる。

【００１７】

【数９】

【００１８】（数９）は、配光データＩ_ij(i=1,2,・・・,
m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1）を解とするＬ元連立一次
方程式であり、Ｉ_ijを解くに必要なだけのＬ回分（Ｌ≧
(m×n)）の位置ｘにおける積分球受光器出力を測定する
ことにより、演算にて配光データを求めることができ
る。

【００１９】また、特定の位置ｘ₀における受光器出力
について、測定サンプルの出力ｉ_1x0と、全光束標準ラ
ンプｉ_0x0とを測定することで、（数１０）にて測定サ
ンプルの全光束Φを求めることができる。

【００２０】

【数１０】

【００２１】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例である配光特性測定装置の
概要図である。図２は本発明の第１の実施例である配光
特性測定装置に使用している積分球の相互反射入射照度
特性の一例を示している。

【００２２】図１において、１は積分球、２は遮光板、
３は受光器、４は測定サンプル、５は測定サンプル移動
装置、６は受光器出力測定装置、７は演算装置、８は記
憶装置、９は表示装置である。前記測定サンプルの配光
特性データをＩ_ij(i=1,2,・・・,m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1) とする。

【００２３】積分球１内における測定サンプルの位置デ
ータｘ(x＝1,2,・・・,L；Ll≧(m×n))は、記憶装置８に記
憶されているものとする。また、積分球１の相互反射入
射照度係数Ｋ(φ,θ)特性データは、記憶装置８に記憶
され、記憶装置８に記憶されている測定サンプルの位置
データｘ(x=1,2,・・・,L；L≧(m×n))との（数５）の演算
を演算装置７にて行なうことにより、位置ｘにおける配
光データＩ_ijに対応する相互反射入射照度係数データＫ_xij(i=1,2,・・・,m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1,x=1,2・・
・,L；L≧(m×n)) を計算して、記憶装置８に記憶する。また、記憶装置８
は積分球１の内壁面や遮光板２の位置データを記憶して
おり、記憶装置８に記憶されている測定サンプルの位置
データｘ(x=1,2,・・・,L；L≧(m×n))との（数７)の演算
を演算装置７にて行なうことにより、測定サンプル位置
ｘにおける配光データＩ_ijに対応する位置係数データＣ_xij(i=1,2,・・・,m；m＞1,j=1,2,・・・,n；n＞1,x=1,2・・
・,L；L≧(m×n)) を計算して、記憶装置８に記憶する。

【００２４】測定サンプル移動装置５は、測定サンプル
４の位置や方向を、積分球１内において自由に設定でき
るものとする。まず、測定サンプル４を測定サンプル移
動装置５に装着して、測定サンプル１点灯する。記憶装
置８に記憶されている測定サンプル位置ｘのデータに応
じて、演算装置７より測定サンプル移動装置５を制御し
て、測定サンプル１を前記位置データｘに対応した位置
に移動する。この時の積分球１の内壁面の拡散照度に応
じた出力を受光器３にて出力して、この受光器３の出力
を受光器出力測定装置６で測定し、演算装置７に入力、
演算装置７は、受光器出力データを記憶装置８に記憶す
る。これらの測定を記憶装置８に記憶されている測定回
数データＬ回分だけ繰り返し行なった後、記憶装置８に
記憶されているＫ_xij、Ｃ_xij、ｉ_xデータを用いて、
（数９）で表される配光特性データをＩ_ijを解とするＬ
元連立一次方程式を、演算装置７にて解くことで配光特
性データをＩ_ijを求めることができ、記憶装置８に記憶
して、表示装置９に配光データを出力する。

【００２５】以上のように第１の実施例によれば、配光
特性の測定を積分球の閉空間内において行なうために暗
室などの特殊な実験設備が必要なく、効率的な作業環境
を実現できる。また、一般の全光束測定に用いられてい
る積分球を利用した装置構成によって精度の高い全光束
測定を実現することができる。

【００２６】尚、特定の位置ｘ₀における受光器出力に
ついて、測定サンプルの出力ｉ_1x0と、全光束標準ラン
プｉ_0x0とを測定することで、（数１０）にて測定サン
プルの全光束Φを求めることができる。

【００２７】図１において、積分球１、遮光板２、受光
器３、受光器出力測定装置６、表示装置９は、全光束測
定に使用されている汎用の球形光束計の構成であり、測
定サンプル移動装置５、演算装置７、記憶装置８を追加
して、上記の手順にて測定を行うことで、簡単に光源の
配光特性を測定することができる。

【００２８】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例である配光特性測定装置の
概要図である。図３において、１は積分球、２は遮光
板、３は受光器、４は測定サンプル、５は測定サンプル
移動装置である。

【００２９】第２の実施例は、第１の実施例に記載の装
置構成を持つとともに、測定サンプル移動装置５の特徴
としては、積分球１の内壁面に固定され、積分球１の中
心と受光器３とを結ぶ積分球中心軸からはずれた位置に
位置していることを特徴としている。また、測定サンプ
ル移動装置５は、測定サンプル４の照射方向の向きをか
えることや、測定サンプル４の照射方向を軸として回転
させることができる。配光特性の測定手順は、第１の実
施例で示した手順で行なう。

【００３０】第２の実施例は、第１の実施例の効果の他
に、測定サンプル移動装置の自由度が少ないために装置
構造を簡略化する事ができる。また、移動装置の設置位
置を積分球中心軸からはずれた壁面上に位置させること
により、測定サンプルの照射方向のみを変化させるとい
った自由度の少ない移動でも、（数９）における位置係
数データＣxij の変化が大きくなる効果があるために、
連立方程式の演算精度を向上させることができ、その結
果、配光特性測定精度を向上させることができる。ま
た、移動量が少ないために配光特性測定を短時間で行な
うことができる。

【００３１】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例である配光特性測定装置の
積分球内壁面における反射率分布の概要図である。図４
は第１の実施例または第２の実施例の配光特性測定装置
における積分球内壁面または遮光板の反射率分布の一例
を示したものである。

【００３２】第３の実施例は、積分球内壁面または遮光
板の反射率分布において高反射率域と低反射率域を設け
ることを特徴としている。第３の実施例は、第１または
第２の実施例の効果の他に、（数９）における相互反射
入射照度係数Ｋ_xijの極端な変化を高反射率域と低反射
率域で生じさせるために、（数９）の連立方程式を解く
場合の演算精度を向上させることができる。また、測定
サンプルの設定位置として、高反射率域と低反射率域の
境界に設定位置を集中できるために、効率的なサンプル
の位置設定を実現でき、測定時間の短縮をはかることが
できる。

【００３３】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例である配光特性測定装置の
積分球内壁面における反射率分布の概要図である。図５
は第１の実施例または第２の実施例の配光特性測定装置
における積分球内壁面または遮光板の反射率分布を示し
たものである。

【００３４】図５は第１の実施例または第２の実施例の
配光特性測定装置における積分球内壁面または遮光板の
反射率分布の一例を示したものである。第４の実施例
は、積分球内壁面または遮光板の反射率分布において多
段階の反射率分布を設けることを特徴としている。

【００３５】この第４の実施例は、第１または第２の実
施例の効果の他に、（数９）における配光特性データＩ
_ijの係数である相互反射入射照度係数Ｋ_xijと位置係数
データＣ_xijとの積の分布を広くもたせることができ、
配光特性が複雑な場合であっても、（数９）の連立方程
式を解くことが可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、配光
特性の測定を積分球の閉空間内において行なうために、
暗室などの特殊な実験設備が必要なく、効率的な作業環
境を実現できる。また、一般の全光束測定に用いられて
いる積分球を利用した装置構成によって精度の高い全光
束測定を実現することができる。

【００３７】また、第２の発明は、第１の発明の効果の
他に、測定サンプル移動装置の自由度が少ないために装
置構造を簡略化できる。また、移動装置の設置位置を積
分球中心軸からはずれた壁面上に位置させることによ
り、自由度の少ない移動でも位置係数データの変化が大
きくさせることができ、配光特性演算精度を向上させる
ことができる。また、移動量が少ないに配光特性測定を
短時間で行なうことができる。

【００３８】また、第３の発明は、第１、第２の発明の
効果の他に、相互反射入射照度係数の極端な変化を高反
射率域と低反射率域で生じさせるために、配光特性の演
算精度を向上させることができる。また、測定サンプル
の設定位置として、高反射率域と低反射率域の境界に設
定位置を集中できるために、効率的なサンプルの位置設
定を実現でき、測定時間の短縮をはかることができる。

【００３９】また、第４の発明は、第１および第２の発
明の効果の他に、配光特性が複雑な場合であっても配光
特性の演算精度を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である配光特性測定装置
の概要図

【図２】本発明の第１の実施例である配光特性測定装置
の積分球の相互反射入射照度特性例を示す図

【図３】本発明の第２の実施例である配光特性測定装置
の概要図

【図４】本発明の第３の実施例である配光測定装置の積
分球内壁面における反射率分布の概要図

【図５】本発明の第４の実施例である配光測定装置の積
分球内壁面における反射率分布の概要図

【符号の説明】

１積分球２遮光板３受光器４測定サンプル５測定サンプル移動装置６受光器出力測定装置７演算装置８記憶装置９表示装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相互反射入射照度係数が既知である積分
球と、遮光板と、受光器と、測定サンプル移動手段と、
受光器出力測定手段と、演算装置を少なくとも有するこ
とを特徴とする配光測定装置であって、前記相互反射照度係数は、積分球内壁面の特定部位に単
位照度を照明した場合に相互反射によって生じる前記受
光器へ入射する照度で定義され、測定サンプルを中心とした座標系での特定方向の測定サ
ンプルの配光特性データＩ_ij（iとjは特定方向を示す添
字であり、i＝1,2,・・・,m；m＞1,j＝1,2,・・・,n；n＞1）
を求める場合、前記測定サンプルを特定位置ｘ(ｘ=1,2,
・・・,L；L≧(m×n))に位置させたときに前記受光器出力
測定手段によって前記受光器の出力データｉ_x(ｘ=1,2,・
・・,L；L≧(m×n))をＬ回測定し、特定位置ｘの前記測定サンプルによって照明される、前
記積分球内の壁面位置のもしくは前記遮光板位置の相互
反射入射照度係数Ｋ _xij と、特定位置ｘにおいて前記測定サンプルによって照明され
る、前記積分球内壁面位置のもしくは前記遮光板位置の
（数１）によって表される位置係数Ｃ _xij と、特定位置ｘにおける前記受光器の出力データｉ _x とか
ら、（数２）で表される前記配光特性データＩ _ij を解とする
Ｌ元一次方程式を前記演算装置により演算することによ
り配光特性を求めることを特徴とした配光特性測定装
置。【数１】【数２】
【請求項２】測定サンプル移動装置を、積分球中心と
受光器とを結ぶ積分球中心軸からはずれた積分球内壁面
上の特定位置に位置させたことを特徴とした請求項１記
載の配光特性測定装置。
【請求項３】積分球内壁面または遮光板に、高反射率
域と低反射率域との反射率の異なる領域を設けたことを
特徴とした請求項１または２記載の配光特性測定装置。
【請求項４】積分球内壁面または遮光板の反射率分布
として、複数の反射率域を設けたことを特徴とした請求
項１または２記載の配光特性測定装置。
【請求項５】測定サンプルを中心とした座標系での特
定方向の前記測定サンプルの配光特性データＩ _ij （iとj
は特定方向を示す添字であり、i＝1,2, ・・・ ,m；m＞1,j＝
1,2, ・・・ ,n；n＞1）と、前記測定サンプルを積分球の閉空間内において点灯し、
前記測定サンプルの位置および方向の少なくとも一つを
複数回（特定位置ｘ：ｘ=1,2,・・・,L；L≧(m×n)）変化
させて測定した前記積分球の内壁面照度に対応した出力
データｉ _x (ｘ=1,2, ・・・ ,L；L≧(m×n))と、特定位置ｘの前記測定サンプルによって照明される、前
記積分球内の壁面位置もしくは前記遮光板位置の相互反
射入射照度係数Ｋ _xij （積分球内壁面の特定部位に単位
照度を照明した場合に相互反射によって生じる受光器入
射照度で定義される係数）と、特定位置ｘにおいて前記測定サンプルによって照明され
る、前記積分球内壁面位置もしくは前記遮光板位置の
（数３）によって表されるＣ _xij とから、（数４）で表される前記配光特性データＩ _ij を解とする
Ｌ元一次方程式を解くことによって測定サンプルの配光
特性を求める配光特性測定方法。【数３】【数４】