JP5018409B2 - 光量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光量が周期的に変動する被測定光の光量を適切に測定することができる光量測定装置に関する。

被測定光の光量を測定する光量測定装置は、一般的に言って、受光した被測定光の光量に応じた信号を出力するセンサを備え、センサの出力から被測定光の光量を特定している。しかし、このような光量測定装置では、ディスプレイが発する光のように光量が周期的に変動する被測定光を測定しようとすると、測定のタイミングによって測定結果が変動し、安定した測定結果を得ることができないという問題を生じる。

このような問題を解決するため、非特許文献１に示すように、被測定光の光量の変動周期よりも十分に長い時定数を有するローパスフィルタでセンサの出力を濾波することにより、測定結果が被測定光の光量の周期的変動の影響を受けないようにすることが行われている。

また、被測定光の光量の変動周期よりも十分に長い時間をかけてセンサが発生した電荷を蓄積することにより、測定結果が被測定光の光量の周期的変動の影響を受けないようにすることが行われている。

さらに、特許文献１に示すように、被測定光の光量の変動周期の整数倍の時間をかけてセンサが発生した電荷を蓄積することにより、測定結果が被測定光の光量の周期的変動の影響を受けないようにすることが行われている。

加えて、被測定光の光量の測定を繰り返し、測定結果の平均をとることにより、測定結果が被測定光の光量の周期的変動の影響を受けないようにすることが行われている。

「ＶＥＳＡフラットパネルディスプレイ測定規格（VESA Flat Panel Display Standard）」、（米国）、ｐ．１７２ 特開２００３−１８４５８号公報

しかし、ローパスフィルタでセンサの出力を濾波する方法では、光量の変動周期が異なる被測定光を測定する必要がある場合、時定数の異なる複数のローパスフィルタを準備しておき、被測定光の光量の変動周期に応じて使用するローパスフィルタを選択しなければならない。ただし、ローパスフィルタの選択は煩雑であるし、被測定光の光量の変動周期が安定しない場合や被測定光の光量の変動周期が不明である場合には、ローパスフィルタの選択が困難となる。このため、時定数が非常に長いローパスフィルタでセンサの出力を濾波することになり、測定に要する時間が非常に長くなる。

また、被測定光の光量の変動周期よりも十分に長い時間をかけてセンサが発生した電荷を蓄積する方法では、測定に要する時間が非常に長くなる。しかも、近年において一般的となった高感度のセンサを使用した場合、電荷を蓄積している間に電荷の飽和が起こり、適切な測定をすることができない。

さらに、被測定光の光量の変動周期の整数倍の時間をかけてセンサが発生した電荷を蓄積する方法では、被測定光の光量の変動周期が安定しない場合や被測定光の光量の変動周期が不明である場合には、電荷の蓄積を被測定光の光量の周期的変動に同期させることができず、適切な測定をすることができない。また、近年において一般的となった高感度のセンサを使用した場合、電荷を蓄積している間に電荷の飽和が起こり、適切な測定をすることができない。

加えて、被測定光の光量の測定を繰り返し、測定結果の平均をとる方法では、測定結果が測定と測定との間における被測定光の光量の変動の影響を受けないようにするために多数回の測定を行うことになり、測定に要する時間が非常に長くなる。また、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイやプラズマディスプレイが発する光のように発光期間が発光周期の数％以下となる被測定光の光量を測定しようとすると、測定と測定との間が発光期間となって測定結果に大きな誤差を生じるおそれがある。このような大きな誤差は、黒挿入という駆動方法を採用した液晶ディスプレイが発する光の光量を測定した場合にも生じるおそれがある。

なお、電荷の飽和の問題は、センサに到達する被測定光を減光フィルタで減光すれば解消することができるが、減光フィルタの透過率が低くなると透過率の精度を確保することが困難になるとともに、被測定光の光量によっては、減光フィルタを使用すると繰り返し性を確保できず減光フィルタを使用しないと測定に要する時間が非常に長くなるという問題を生じる。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、光量が周期的に変動する被測定光を短時間で適切に測定することができる光量測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、被測定光の光量を測定する光量測定装置であって、受光した被測定光の光量に応じた電荷を発生する電荷発生手段と、前記電荷発生手段が発生した電荷を蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、複数のデジタル値を積算する積算手段と、前記光量測定装置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段による制御により、前記電荷発生手段は、測定期間の間、受光した被測定光の光量に応じた電荷を発生し続け、前記蓄積手段は、測定期間を分割した複数の蓄積期間の各々において複数の蓄積期間の各々の開始から終了までの間に前記電荷発生手段が発生した電荷の全体を蓄積し、前記Ａ／Ｄ変換手段は、複数の蓄積期間の各々に前記蓄積手段に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換し、前記積算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段が変換した複数のデジタル値を積算する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光量測定装置において、測定期間の開始に先立って予備測定した被測定光の光量に基づいて前記電荷発生手段に到達する被測定光の光量を調整する調整手段をさらに備える。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光量測定装置において、前記制御手段は、測定期間の開始に先立って予備測定した被測定光の光量に基づいて蓄積期間の長さを決定する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光量測定装置において、前記制御手段は、被測定光の光量の変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する。

請求項５の発明は、被測定光の光量の変動周期の入力を受け付ける第１の受付手段をさらに備え、請求項４に記載の光量測定装置において、前記制御手段は、前記第１の受付手段が入力を受け付けた変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する。

請求項６の発明は、請求項４に記載の光量測定装置において、被測定光の光量の変動と同期して変動する信号を取得する取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記取得手段が取得した信号から被測定光の光量の変動周期を検出し、検出した変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する。

請求項７の発明は、請求項１に記載の光量測定装置において、測定期間の長さの入力を受け付ける第２の受付手段をさらに備え、前記制御手段は、蓄積期間の長さと前記第２の受付手段が入力を受け付けた測定時間の長さとに基づいて測定期間の分割数を決定する。

本発明によれば、蓄積手段の飽和を起こさずに光量が周期的に変動する被測定光を短時間で適切に測定することができる。

請求項２の発明によれば、測定することができる光量の範囲を広げることができる。

請求項３の発明によれば、蓄積手段の飽和がさらに起こりにくくなるので、被測定光をさらに適切に測定することができる。

請求項４ないし請求項６の発明によれば、光量の測定精度を向上することができる。

請求項７の発明によれば、測定時間を一定に保つことができる。

＜１ 第１実施形態＞
＜１−１ 分光放射輝度計１の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る分光放射輝度計１の模式図である。分光放射輝度計１は、主に、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のディスプレイ６０２が発する光を被測定光６０４として、被測定光６０４の分光放射輝度を測定する。

図１に示すように、分光放射輝度計１は、光学系１０２、減光フィルタ１０４、シャッタ１０６、分散素子１０８、センサ１１０、Ａ／Ｄコンバータ１１２、通信インターフェース１１４、表示部１１６、操作部１１８、同期信号入力端子１２０及び制御演算部１２２を備える。

光学系１０２は、分光放射輝度計１に入射した被測定光６０４を分散素子１０８を経由してセンサ１１０へ導き、センサ１１０の受光面に光像を結像する。光学系１０２は、レンズやミラーを組み合わせて構成することができる。

減光フィルタ１０４は、透過する光を減光する。減光フィルタ１０４は、制御演算部１２２の制御を受けて被測定光６０４の光路に挿抜される。被測定光６０４の光路に減光フィルタ１０４が挿入された場合、分光放射輝度計１に入射した光は減光フィルタ１０４によって減光された後にセンサ１１０に到達する。一方、被測定光６０４の光路から減光フィルタ１０４が抜去された場合、分光放射輝度計１に入射した光は減光されることなくセンサ１１０に到達する。したがって、減光フィルタ１０４は、制御演算部１２２の制御を受けて、センサ１１０に到達する被測定光６０４の光量を調整する調整手段として機能する。減光フィルタ１０４の透過率は、２％以上とすることが望ましく、５％以上とすることがさらに望ましい。透過率がこの範囲内であれば、透過率の精度が良好な減光フィルタ１０４を用いることができるからである。

シャッタ１０６は、光を遮蔽する。シャッタ１０６は、制御演算部１２２の制御を受けて被測定光６０４の光路に挿抜される。被測定光６０４の光路にシャッタ１０６が挿入された場合、分光放射輝度計１に入射した被測定光６０４はセンサ１１０に到達しなくなる。一方、被測定光６０４の光路からシャッタ１０６が抜去された場合、分光放射輝度計１に入射した被測定光６０４はセンサ１１０に到達するようになる。

分散素子１０８は、入射した被測定光６０４を波長ごとに分散する。分散素子１０８としては、例えば、回折格子やプリズムを使用することができる。中でも、分散素子１０８として凹面回折格子を使用することが望ましい。分散素子１０８として凹面回折格子を使用すれば、光学系１０２を簡略化することができるからである。

センサ１１０は、分散素子１０８によって波長ごとに分散された被測定光６０４を受光し、波長成分ごとに被測定光６０４の光量をあらわす信号を出力する。

図２は、センサ１１０の模式図である。図２は、センサ１１０の平面図となっている。図２に示すように、センサ１１０の受光面１２６には、複数個のフォトダイオード１２８が配列されている。フォトダイオード１２８の配列方向は、分散素子１０８が被測定光６０４を波長ごとに分散する方向と一致している。したがって、フォトダイオード１２８の各々は、受光した被測定光６０４の特定の波長成分を光電変換し、受光した被測定光６０４の特定の波長成分の光量に応じた電荷を発生し、発生した電荷を蓄積する。なお、電荷の発生及び蓄積の両方をフォトダイオード１２８で行うことは必須ではなく、フォトダイオード１２８と独立して設けられた電荷蓄積部にフォトダイオード１２８が発生した電荷を蓄積するようにしてもよい。

センサ１１０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）１３０及びＦＤ（Floating Diffusion）アンプ１３２を備える。ＣＣＤ１３０は、フォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷をＦＤアンプ１３２に転送する。ＦＤアンプ１３２は、ＣＣＤ１３０により転送されてきた電荷の量に応じた電圧を有するアナログの画素信号を出力する。なお、ＦＤアンプ１３２に代えて、ＦＧ（Floating Gate）アンプを使用することもできる。

図１に戻って説明すると、Ａ／Ｄコンバータ１１２は、センサ１１０が出力したアナログの画素信号をデジタルの画素データに変換し、制御演算部１２２に出力する。これにより、Ａ／Ｄコンバータ１１２は、フォトダイオード１２８に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換して出力することができる。

通信インターフェース１１４は、分光放射輝度計１と外部コンピュータ等の外部機器とを通信可能に接続する。

表示部１１６は、分光放射輝度計１の測定結果を表示する。なお、表示部１１６が測定結果を表示することに代えて、又は、表示部１１６が測定結果を表示することに加えて、通信インターフェース１１４を介して分光放射輝度計１に接続された外部機器に測定結果を出力するようにしてもよい。

操作部１１８は、被測定光の光量の変動周期や測定期間の長さ（以下では、「測定時間」という）の入力等の操作者の操作を受け付ける。なお、操作部１１８が操作者の操作を受け付けることに代えて、又は、操作部１１８が操作者の操作を受け付けることに加えて、通信インターフェース１１４を介して分光放射輝度計１に接続された外部機器からの遠隔操作を受け付けるようにしてもよい。

同期信号入力端子１２０は、ＣＲＴディスプレイが発する光を測定する場合の垂直同期信号のように被測定光６０４の光量の変動と同期して変動する信号を取得する。

制御演算部１２２は、少なくともＣＰＵ１３６及びメモリ１３８を備える組み込みコンピュータであって、メモリ１３８にロードされた制御プログラムをＣＰＵ１３６に実行させることにより、減光フィルタ１０４、シャッタ１０６、センサ１１０、Ａ／Ｄコンバータ１１２、通信インターフェース１１４、表示部１１６、操作部１１８その他の分光放射輝度計１の各部を制御する。また、制御演算部１２２は、メモリ１３８にロードされた制御プログラムをＣＰＵ１３６に実行させることにより、Ａ／Ｄコンバータ１１２から取得した画素データの集合から分光放射輝度を演算する。

制御演算部１２２は、フォトダイオード１２８が被測定光６０４を光電変換する測定期間の途中で、ＣＣＤ１３０に、フォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷をフォトダイオード１２８からＦＤアンプ１３２に転送させ、ＦＤアンプ１３２に、ＣＣＤ１３０により転送されてきた電荷の量に応じた電圧を有するアナログの画素信号を出力させ、Ａ／Ｄコンバータ１１２に、センサ１１０が出力したアナログの画素信号をデジタルの画素データに変換させる。

これにより、測定期間にフォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷は、複数回に分けて読み出され、制御演算部１２２は、図３に示すように測定期間ＭＰを分割した複数個の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）の各々にフォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷の量Ｑ（１，ｉ），Ｑ（２，ｉ），・・・，Ｑ（Ｍ，ｉ）（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に応じた画素データＤ（１，ｉ），Ｄ（２，ｉ），・・・，Ｄ（Ｍ，ｉ）を取得する。ここで、画素データＤ（ｊ，ｉ）は、蓄積期間ＳＰ（ｊ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）にｉ番目のフォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷の量Ｑ（ｊ，ｉ）に応じた電圧を有する画素信号Ａ（ｊ，ｉ）をデジタル値に変換したものである。

さらに、制御演算部１２２は、複数の画素データＤ（１，ｉ），Ｄ（２，ｉ），・・・，Ｄ（Ｍ，ｉ）を式１にしたがって積算し、測定期間ＭＰにフォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷の量Ｑ（１），Ｑ（２），・・・，Ｑ（Ｎ）に応じた画素データＤ（１），Ｄ（２），・・・，Ｄ（Ｎ）を算出する。

そして、制御演算部１２２は、画素データＤ（１），Ｄ（２），・・・，Ｄ（Ｎ）から分光放射輝度を演算する。

＜１−２ 分光放射輝度計１の動作＞
図４及び図５は、制御演算部１２２による制御により実現される分光放射輝度計１の動作を説明するフローチャートである。

分光放射輝度の測定に当たっては、まず、図４に示すように、制御演算部１２２がセンサ１１０及びＡ／Ｄコンバータ１１２を制御して、被測定光６０４の光量を予備測定する（ステップＳ１０１）。被測定光６０４の光量は、被測定光６０４の光路に減光フィルタ１０４が挿入されている状態においては、制御演算部１２２が取得した画素データと減光フィルタ１０４の透過率とから算出することができ、被測定光６０４の光路から減光フィルタ１０４が抜去されている状態においては、制御演算部１２２が取得した画素データから算出することができる。ここで、予備測定の測定精度を高くする必要はないので、予備測定を本測定よりも短い時間で行うことも許容される。なお、センサ１１０を使用して予備測定を行うことは必須ではなく、センサ１１０とは別に予備測定用のセンサを設け、予備測定用のセンサを使用して予備測定を行ってもよい。

続いて、制御演算部１２２が、蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）の長さ（以下では、「蓄積時間」という）を決定する（ステップＳ１０２）。制御演算部１２２は、ステップＳ１０１で予備測定した被測定光６０４の光量に基づいて、フォトダイオード１２８が飽和しない蓄積時間を決定する。これにより、測定時間や被測定光６０４の光量にかかわらず、フォトダイオード１２８の飽和が起こりにくくなり、被測定光６０４の光量を適切に測定することができる。

なお、制御演算部１２２が、フォトダイオード１２８が飽和しない範囲内で、操作部１１８が入力を受け付けた被測定光６０４の光量の変動周期に基づいて、測定時間が被測定光６０４の光量の変動周期の整数倍となるように蓄積時間を決定することも望ましい。又は、制御演算部１２２が、同期信号入力端子１２０が取得した信号から被測定光６０４の光量の変動周期を検出し、フォトダイオード１２８が飽和しない範囲内で、検出した変動周期に基づいて、測定時間が被測定光６０４の光量の変動周期の整数倍となるように蓄積時間を決定することも望ましい。このように被測定光６０４の光量の変動周期に基づいて蓄積期間を決定すれば、被測定光６０４の光量の測定精度を向上することができるからである。

なお、蓄積時間は、全ての蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）について同じであってもよいし、蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）ごとに異なっていてもよい。

さらに続いて、制御演算部１２２は、予備測定した被測定光６０４の光量に基づいて減光フィルタ１０４を挿抜する（ステップＳ１０３）。すなわち、被測定光６０４の光路に減光フィルタ１０４が挿入された状態において予備測定した被測定光６０４の光量が閾値ＴＨ１以下であるならば、被測定光６０４の光路から減光フィルタ１０４を抜去し、被測定光６０４の光路から減光フィルタ１０４が抜去された状態において予備測定した被測定光６０４の光量が閾値ＴＨ２より大きければ、被測定光６０４の光路に減光フィルタ１０４を挿入する。このように、予備測定した被測定光６０４の光量に基づいてフォトダイオード１２８に到達する被測定光６０４の光量を調整し、被測定光６０４の光量が多い場合は被測定光６０４を減光してからセンサ１１０に導き、被測定光６０４の光量が少ない場合は被測定光６０４を減光することなくセンサ１１０に導くことにより、本測定において測定することができる光量の範囲を広げることができる。

また、減光フィルタ１０４を抜去する閾値ＴＨ１と減光フィルタ１０４を挿入する閾値ＴＨ２とを同じにしてもよいが、減光フィルタ１０４を抜去する閾値ＴＨ１と減光フィルタ１０４を挿入する閾値ＴＨ２とを異ならせてヒステリシス制御を行うことにより、減光フィルタ１０４が頻繁に挿抜され、測定結果がばらつくことを防止することができる。

予備測定が終了すると、分光放射輝度計１は、本測定を開始し、ステップＳ１０４〜Ｓ１１２のサンプリング測定に続いて、ステップＳ１１３〜Ｓ１２１のダーク測定を行う。

サンプリング測定においては、まず、図４に示すように、制御演算部１２２は、シャッタ１０６を制御してシャッタ１０６を開け（ステップＳ１０４）、センサ１１０を制御してフォトダイオード１２８への電荷の蓄積を開始させる（ステップＳ１０５）。

続いて、制御演算部１２２は、蓄積時間が経過するのを待ち（ステップＳ１０６）、蓄積時間が経過した後に、センサ１１０を制御してＣＣＤ１３０にフォトダイオード１２８が発生及び蓄積した電荷をＦＤアンプ１３２に転送させ（ステップＳ１０７）、ＦＤアンプ１３２に画素信号を出力させる（ステップＳ１０８）。

さらに続いて、制御演算部１２２は、Ａ／Ｄコンバータ１１２にアナログの画素信号をデジタルの画素データに変換させ（ステップＳ１０９）、取得した画素データをメモリ１３８に記憶する（ステップＳ１１０）。

次に、制御演算部１２２は、メモリ１３８に記憶された画素データを式１にしたがって積算し（ステップＳ１１１）、測定時間が経過したときは（ステップＳ１１２で"YES"）、サンプリング測定を終了してダーク測定を開始し、測定期間が経過していないときは（ステップＳ１１２で"NO"）、ステップＳ１０６へ戻って次の蓄積期間が経過するのを待つ。

ここで、電荷転送（ステップＳ１０７）、画素信号出力（Ｓ１０８）、Ａ／Ｄ変換（Ｓ１０９）及び画素データ記憶（Ｓ１１０）の間も、フォトダイオード１２８は、電荷の発生及び蓄積を中断することなく継続している。したがって、フォトダイオード１２８は、測定期間ＭＰの間、被測定光６０４を光電変換し続け、受光した被測定光６０４の光量に応じた電荷を発生し続けるとともに、蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）の各々に発生した電荷を蓄積する。また、Ａ／Ｄコンバータ１１２は、蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）の各々にフォトダイオード１２８に蓄積された電荷の量Ｑ（１，ｉ），Ｑ（２，ｉ），・・・，Ｑ（Ｍ，ｉ）を画素データＤ（１，ｉ），Ｄ（２，ｉ），・・・，Ｄ（Ｍ，ｉ）に変換する。 さらに、制御演算部１２２は、Ａ／Ｄコンバータ１１２が変換した複数の画素データＤ（１，ｉ），Ｄ（２，ｉ），・・・，Ｄ（Ｍ，ｉ）を積算して、測定期間ＭＰの全体に渡る画素データＤ（ｉ）を演算する。

ダーク測定においては、まず、図５に示すように、制御演算部１２２は、シャッタ１０６を制御してシャッタ１０６を閉じ（ステップＳ１１３）、センサ１１０を制御してフォトダイオード１２８への電荷の蓄積を開始させる（ステップＳ１１４）。

続いて、サンプリング測定のＳ１０６〜Ｓ１１１と同様に、蓄積時間経過待ち（ステップＳ１１５）、電荷転送（ステップＳ１１６）、画素信号出力（ステップＳ１１７）、Ａ／Ｄ変換（ステップＳ１１８）、画素データ記憶（ステップＳ１１９）及び画素データ積算（ステップＳ１２０）が行われ、測定時間が経過したときは（ステップＳ１２１で"YES"）、ダーク測定を終了し、測定時間が経過していないときは（ステップＳ１２１で"NO"）、ステップＳ１１５へ戻って次の蓄積期間が経過するのを待つ。

ダーク測定が終了した後、制御演算部１２２は、暗電流ノイズを除去するため、サンプリング測定で得られた画素データＤ（ｉ）からダーク測定で得られた画素データＤ（ｉ）を減じ、その演算結果から分光放射輝度を演算する。

このように分光放射輝度を測定すれば、フォトダイオード１２８の飽和を起こさずに光量が周期的に変動する被測定光６０４を短時間で適切に測定することができる。また、分光放射輝度計１は、電荷の飽和を防止するために、透過率の精度を確保しにくい透過率が極端に低い減光フィルタ１０４を使用する必要がないという利点も有する。

なお、測定期間ＭＰの分割数Ｍをあらかじめ決めておき、ステップＳ１０２で決定した蓄積時間のＭ倍を測定時間としてもよいが、ステップＳ１０２で決定した蓄積時間と操作部１１８が入力を受け付けた測定時間に基づいて測定期間ＭＰの分割数Ｍを決定してもよい。このようにすれば、蓄積時間にかかわらず測定時間を一定にすることができるとともに、被測定光６０４の光量が多くフリッカの影響が出やすい場合は分割数Ｍが多くなり、被測定光６０４の光量が少なくフリッカの影響が出にくい場合は分割数Ｍが少なくなので、被測定光６０４の光量に適した測定を行うことができる。

＜１−３ 測定結果の実例＞
図６は、従来の分光放射輝度計及び本発明の第１実施形態に係る分光放射輝度計１による測定結果の実例を示す図である。図６には、光量の変動周波数が２０〜２００Ｈｚの被測定光の各々について、従来の分光放射輝度計及び本発明の第１実施形態に係る分光放射輝度計１で輝度を測定した場合の輝度の最大値、最小値、平均値、of readingの誤差範囲が示されている。ここで、測定時間は１／６０秒としている。

図６から明らかなように、第１実施形態に係る分光放射輝度計１による測定結果は、従来の分光放射輝度計よりも広い周波数の範囲で良好な繰り返し精度を得ることができている。

＜２ 第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る輝度計２の模式図である。輝度計２は、主に、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のディスプレイ６０２が発する光を被測定光６０４として、被測定光６０４の輝度を測定する。

図７に示すように、輝度計２は、光学系２０２、絞り２０４、シャッタ２０６、センサ２１０、Ａ／Ｄコンバータ２１２、通信インターフェース２１４、表示部２１６、操作部２１８、同期信号入力端子２２０及び制御演算部２２２を備える。

光学系２０２は、輝度計２に入射した被測定光６０４をセンサ２１０へ導く。光学系２０２は、レンズやミラーを組み合わせて構成することができる。

絞り２０４は、透過する光の光束を制限する。絞り２０４は、制御演算部２２２の制御を受けて開閉する。絞り２０４が閉じられた場合、輝度計２に入射した光は絞り２０４によって光束を制限された後にセンサ２１０に到達する。一方、絞り２０４が開かれた場合、輝度計２に入射した被測定光６０４は光束を制限されることなくセンサ２１０に到達する。したがって、絞り２０４は、センサ２１０に到達する被測定光６０４の光量を調整する調整手段として機能する。

シャッタ２０６は、光を遮蔽する。シャッタ２０６は、制御演算部２２２の制御を受けて被測定光６０４の光路に挿抜される。被測定光６０４の光路にシャッタ２０６が挿入された場合、輝度計２に入射した被測定光６０４はセンサ２１０に到達しなくなる。一方、被測定光６０４の光路からシャッタ２０６が抜去された場合、輝度計２に入射した被測定光６０４はセンサ２１０に到達するようになる。

センサ２１０は、被測定光６０４を受光し、被測定光６０４の光量をあらわす信号を出力する。

図８は、センサ２１０の回路図である。図８に示すように、センサ２１０は、フォトダイオード２４０、差動増幅器２４２、非反転増幅器２４４、コンデンサ２４６，２４８，２５０、切り替えスイッチ２５２，２５４及び放電スイッチ２５６，２５８，２６０を備える。

差動増幅器２４２の入力にはフォトダイオード２４０が接続され、差動増幅器２４２の出力には、切り替えスイッチ２５２を介してコンデンサ２４６，２４８が接続される。差動増幅器２４２は、フォトダイオード２４０が出力した信号を増幅して出力する。切り替えスイッチ２５２は、制御演算部２２２の制御を受けて、差動増幅器２４２の出力の接続先をコンデンサ２４６とコンデンサ２４８との間で切り替える。より具体的には、切り替えスイッチ２５２は、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・には、差動増幅器２４２の出力をコンデンサ２４６に接続し、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・には、差動増幅器２４２の出力をコンデンサ２４８に接続する。これにより、フォトダイオード２４０が出力した信号は差動増幅器２４２により増幅され、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・には、増幅された信号がコンデンサ２４６に印加され、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・には、増幅された信号がコンデンサ２４８に印加される。その結果、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・には、フォトダイオード２４０が受光した光量に応じた電荷がコンデンサ２４６に蓄積され、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・には、フォトダイオード２４０が受光した光量に応じた電荷がコンデンサ２４８に蓄積される。

非反転増幅器２４４の入力には、切り替えスイッチ２５４を介してコンデンサ２４６，２４８が接続され、非反転増幅器２４４の出力は、コンデンサ２５０が接続される。非反転増幅器２４４の電圧増幅率は１であって、非反転増幅器２４４の入力インピーダンスは十分に高くなっている。切り替えスイッチ２５４は、制御演算部２２２の制御を受けて、非反転増幅器２４４の入力の接続先をコンデンサ２４６とコンデンサ２４８との間で切り替える。より具体的には、切り替えスイッチ２５４は、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・が終了後、非反転増幅器２４４の入力をコンデンサ２４６に接続し、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・の終了後、非反転増幅器２４４の入力をコンデンサ２４８に接続する。これにより、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・の終了後、コンデンサ２４６の両端の電圧と同じ電圧がコンデンサ２５０に印加され、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・の終了後、コンデンサ２４８の両端の電圧と同じ電圧がコンデンサ２５０に印加される。その結果、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・が終了後、コンデンサ２５０に蓄積された電荷は、コンデンサ２４６に蓄積された電荷の量と同じになり、偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・の終了後、コンデンサ２５０に蓄積された電荷は、コンデンサ２４８に蓄積された電荷と同じになる。すなわち、コンデンサ２４６又はコンデンサ２４８に蓄積された電荷をコンデンサ２５０に転送したのと見かけ上同等の結果が得られる。

コンデンサ２５０の両端の電圧は、センサ２１０の出力としてＡ／Ｄコンバータ２１２に出力される。

コンデンサ２４６，２４８，２５０には、それぞれ、放電スイッチ２５６，２５８，２６０が並列接続される。放電スイッチ２５６，２５８，２６０は、制御部の制御を受けて開閉し、それぞれ、コンデンサ２４６，２４８，２５０に蓄積された電荷を放電する。具体的には、放電スイッチ２５６，２５８は、それぞれ、コンデンサ２４６，２４８に蓄積された電荷をコンデンサ２５０に転送した後にコンデンサ２４６，２４８に蓄積された電荷を放電し、放電スイッチ２６０は、コンデンサ２５０への電荷の蓄積により生じた電圧をセンサ２１０の出力として出力した後にコンデンサ２５０に蓄積された電荷を放電する。

このように、奇数番目の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（３），・・・と偶数番目の蓄積期間ＳＰ（２），ＳＰ（４），・・・とで発生した電荷を蓄積する蓄積手段をコンデンサ２４６とコンデンサ２４８との間で切り替えつつ、次の蓄積期間が来るまでにコンデンサ２４６又はコンデンサ２４８に蓄積された電荷を別のコンデンサ２５０に転送するとともに放電することにより、電荷の蓄積を連続して行いながら、測定期間ＭＰの途中で蓄積した電荷を転送し、Ａ／Ｄ変換を行うことが可能になる。

図７に戻って説明すると、Ａ／Ｄコンバータ２１２は、センサ２１０が出力したアナログ信号をデジタルデータに変換し、制御演算部２２２に出力する。これにより、Ａ／Ｄコンバータ２１２は、コンデンサ２５０に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換して出力することができる。

通信インターフェース２１４は、輝度計２と外部コンピュータ等の外部機器とを通信可能に接続する。

表示部２１６は、輝度計２の測定結果を表示する。

操作部２１８は、被測定光の光量の変動周期や測定時間の入力等の操作者の操作を受け付ける。

同期信号入力端子２２０は、ＣＲＴディスプレイが発する光を測定する場合の垂直同期信号のように被測定光６０４の光量の変動と同期して変動する信号を取得する。

制御演算部２２２は、少なくともＣＰＵ２３６及びメモリ２３８を備える組み込みコンピュータであって、メモリ２３８にロードされた制御プログラムをＣＰＵ２３６に実行させることにより、絞り２０４、シャッタ２０６、センサ２１０、Ａ／Ｄコンバータ２１２、通信インターフェース２１４、表示部２１６、操作部２１８その他の輝度計２の各部を制御する。また、制御演算部２２２は、メモリ２３８にロードされた制御プログラムをＣＰＵ２３６に実行させることにより、Ａ／Ｄコンバータ２１２から取得したデジタルデータから輝度を演算する。

制御演算部２２２は、フォトダイオード２４０が被測定光６０４を光電変換する測定期間の途中で、センサ２１０に、コンデンサ２４６，２４８に蓄積された電荷をコンデンサ２４６，２４８からコンデンサ２５０に転送させ、転送されてきた電荷の量に応じた電圧を有するアナログ信号を出力させ、Ａ／Ｄコンバータ２１２に、センサ２１０が出力したアナログ信号をデジタルデータに変換させる。

これにより、測定期間にフォトダイオード２４０が発生し、コンデンサ２４６，２４８が蓄積した電荷は、複数回に分けて読み出され、制御演算部２２２は、図３に示すように測定期間ＭＰを分割した複数個の蓄積期間ＳＰ（１），ＳＰ（２），・・・，ＳＰ（Ｍ）の各々にフォトダイオード２４０が発生し、コンデンサ２４６，２４８が蓄積した電荷の量ｑ（１），ｑ（２），・・・，ｑ（Ｍ）に応じたデジタルデータｄ（１），ｄ（２），・・・，ｄ（Ｍ）を取得する。ここで、デジタルデータｄ（ｊ）は、蓄積期間ＳＰ（ｊ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）にフォトダイオード２４０が発生し、コンデンサ２４６，２４８が蓄積した電荷の量ｑ（ｊ）に応じた電圧を有するアナログ信号ａ（ｊ）をデジタル値に変換したものである。

さらに、制御演算部２２２は、複数の画素データｄ（１），ｄ（２），・・・，ｄ（Ｍ）を式２にしたがって積算し、測定期間ＭＰにセンサ２１０が発生及び蓄積した電荷の量ｑ（１），ｑ（２），・・・，ｑ（Ｎ）に応じたデジタルデータｄを算出する。

このような輝度計２も、第１実施形態に係る分光放射輝度計１と同様に動作させることにより、フォトダイオード２４０の飽和を起こさずに光量が周期的に変動する被測定光６０４を短時間で適切に測定することができる。

＜３ その他＞
上記の第１実施形態では被測定光６０４の分光放射輝度を測定する分光放射輝度計１、第２実施形態では被測定光６０４の輝度を測定する輝度計２に本発明を適用した例を説明したが、本発明の適用範囲はこれらに限られない。すなわち、本発明は、照度計、分光測色計等の被測定光６０４の光量を測定する光量測定装置全般に適用することができる。

また、上記の説明は、全ての局面において例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。特に、第１実施形態において説明した技術と第２実施形態において説明した技術とを組み合わせることは当然に予定されている。

第１実施形態に係る分光放射輝度計の模式図である。 センサの平面図である。 測定期間と蓄積期間との関係を示す図である。 分光放射輝度計の動作を説明するフローチャートである。 分光放射輝度計の動作を説明するフローチャートである。 測定結果の実例を示す図である。 第２実施形態に係る輝度計の模式図である。 センサの回路図である。

符号の説明

１ 分光放射輝度計
２ 輝度計
１０４ 減光フィルタ
１１０，２１０ センサ
１１２，２１２ Ａ／Ｄコンバータ
１２２，２２２ 制御演算部
１１８，２１８ 操作部
１２０，２２０ 同期信号入力端子
１２８、２４０ フォトダイオード
２４６，２４８ コンデンサ

Claims (7)

1. 被測定光の光量を測定する光量測定装置であって、
   受光した被測定光の光量に応じた電荷を発生する電荷発生手段と、
   前記電荷発生手段が発生した電荷を蓄積する蓄積手段と、
   前記蓄積手段に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   複数のデジタル値を積算する積算手段と、
   前記光量測定装置を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段による制御により、
   前記電荷発生手段は、測定期間の間、受光した被測定光の光量に応じた電荷を発生し続け、
   前記蓄積手段は、測定期間を分割した複数の蓄積期間の各々において複数の蓄積期間の各々の開始から終了までの間に前記電荷発生手段が発生した電荷の全体を蓄積し、
   前記Ａ／Ｄ変換手段は、複数の蓄積期間の各々に前記蓄積手段に蓄積された電荷の量をデジタル値に変換し、
   前記積算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段が変換した複数のデジタル値を積算する光量測定装置。
2. 測定期間の開始に先立って予備測定した被測定光の光量に基づいて前記電荷発生手段に到達する被測定光の光量を調整する調整手段、
   をさらに備える請求項１に記載の光量測定装置。
3. 前記制御手段は、測定期間の開始に先立って予備測定した被測定光の光量に基づいて蓄積期間の長さを決定する請求項１又は請求項２に記載の光量測定装置。
4. 前記制御手段は、被測定光の光量の変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光量測定装置。
5. 被測定光の光量の変動周期の入力を受け付ける第１の受付手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１の受付手段が入力を受け付けた変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する請求項４に記載の光量測定装置。
6. 被測定光の光量の変動と同期して変動する信号を取得する取得手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記取得手段が取得した信号から被測定光の光量の変動周期を検出し、検出した変動周期に基づいて蓄積期間の長さを決定する請求項４に記載の光量測定装置。
7. 測定期間の長さの入力を受け付ける第２の受付手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、蓄積期間の長さと前記第２の受付手段が入力を受け付けた測定時間の長さとに基づいて測定期間の分割数を決定する請求項１に記載の光量測定装置。

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