JP6481021B2 - 分光輝度計の校正に用いる基準光源装置及びそれを用いる校正方法 - Google Patents

Description

本発明は分光輝度計の校正に用いる基準光源装置及びそれを用いる校正方法に関する。

下記特許文献１及び２には、分光輝度計の校正を行うことができる基準光源が開示されている。これらの文献に開示された基準光源は、ＬＥＤ又は半導体レーザの光が外部から入射される積分球を備えており、該積分球内で多重反射した光は、該積分球の外壁に設けられた開口である輝度基準面から出射する。校正対象の分光輝度計は、輝度基準面に対向するように設置されて、該輝度基準面の輝度を測定する。このようにして測定された輝度と、別途他の測定手段により測定される、確からしい前記輝度基準面の輝度と、に基づいて、校正対象の分光輝度計が校正される。

特開２００６−１７７７８５号公報 特開２００９−５２９７８号公報

理論的には、積分球は積分球の中心に光源を配置することで光束の空間的均一化を図る装置であるところ、上記従来の輝度光源においては、光源の光が積分球の外部から積分球内に入射されており、厳密には、輝度基準面の輝度は均一とならない。すなわち、輝度基準面には輝度ムラが生じる。一方で、校正対象となる分光輝度計は、一般的には、測定角度が小さなスポット測定を行うものであるため、校正対象の分光輝度計が実際に輝度基準面のどこに向けられているかにより、輝度測定値は大きく異なることになる。

また、上記従来の基準光源においては、それぞれ波長特性の異なる複数の個別光源の光が積分球の外壁上の異なる位置から積分球内に入射されているため、輝度基準面の輝度ムラの態様は個別光源により異なる。すなわち、個別光源の変更に伴う輝度ムラの変化によって、校正対象の分光輝度計による輝度測定値は大きな影響を受けることになる。

このように、輝度基準面における輝度の均一性が確保されていない従来の基準光源によれば、分光輝度計の校正の信頼性は低くならざるを得ないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、積分球の輝度基準面における輝度ムラを抑えることができる基準光源装置を提供することにある。

また、第２の目的は、積分球の輝度基準面における輝度ムラが抑えられた基準光源装置を用いる、信頼性が高く且つ簡便な分光輝度計の校正方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る基準光源装置は、開口である輝度基準面を備える積分球と、前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に波長特性が同等の光をそれぞれ入射する複数の第１光ポートと、を含む。なお、本発明においては、「積分球」の語を、全球状、半球状、１／８球状など、内壁面での多重反射により入射光を均一化する装置を広く含む意味に用いる。

ここで、前記複数の第１光ポートは、前記積分球の外壁における、前記輝度基準面の中心からの距離が等しく、前記輝度基準面の中心を通る前記積分球の回転対称軸に対して回転対称性を有する複数位置に設けられてよい。

この場合、前記積分球は全球状であってよい。前記複数の第１光ポートは、前記回転対称軸に垂直な面で前記積分球を切った円のうち最大半径となる円よりも前記輝度基準面側の円を等分する複数位置に設けられてよい。

また、前記積分球はその中心に前記輝度基準面を備える円形平板を含む半球状であってよい。前記複数の第１光ポートは、前記円形平板と同心の円を等分する、前記円形平板上の複数位置に設けられてよい。

また、基準光源装置は、前記複数の第１光ポートのそれぞれに対し、光ファイバにより光を供給する単一の光源をさらに含んでよい。前記単一の光源から前記複数の第１光ポートのそれぞれまでの光ファイバの長さは等しくてよい。

また、基準光源装置は、前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に前記複数の第１光ポートとは波長特性の異なる、同等の波長特性の光をそれぞれ入射する複数の第２光ポートをさらに含んでよい。

また、基準光源装置は、前記積分球の外壁に設けられ、分光照度を測定する分光照度計が接続される測定ポートをさらに含んでよい。

また、基準光源装置は、前記積分球の外壁に設けられるとともに、波長校正用光源が接続され、前記積分球の内部に既知の波長ピークを有する光を入射する波長校正ポートをさらに含んでよい。

本発明に係る校正方法は、上記基準光源装置を用いる分光輝度計の校正方法であって、校正対象分光輝度計により前記輝度基準面の輝度を測定するステップと、校正済み分光照度計により前記輝度基準面の照度を測定するステップと、前記測定される輝度と、前記測定される照度と、前記輝度と前記照度との関係と、に基づいて前記校正対象分光輝度計を校正するステップと、を含む。

ここで、前記校正するステップは、前記関係に基づいて前記測定される照度を輝度に変換してよい。

また、前記関係は、校正済み分光照度計により測定される前記輝度基準面の照度と、校正済み分光輝度計により測定される前記輝度基準面の輝度と、を関連づけることにより得られてよい。

また、前記校正済み分光照度計は、前記校正対象分光計を分光照度計として用いるための光学系を取り付け、分光放射照度標準電球により校正したものであってよい。

本発明の一実施形態に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。 基準光源装置の平面図である。 図２におけるIII−III線断面図である。 校正対象分光輝度計の構成図である。 本発明の一実施形態に係る分光輝度計の校正方法を示すフロー図である。 輝度基準面における輝度の均一性を示す図である。 第１変形例に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。 第１変形例に係る基準光源装置の平面図である。 図８におけるIX−IX線断面図である。 第２変形例に係る基準光源装置を示す斜視図である。 第２変形例に係る基準光源装置を示す平面図である。 第３変形例に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。 図１２に示す校正システムを用いる分光輝度計の校正方法を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。同図において積分球１２は斜視図で示されている。また、図２は、半球状である積分球１２を割面側から見た平面図であり、図３は、図２におけるIII−III線断面図である。

これらの図に示すように、基準光源装置１０は積分球１２を含んでいる。積分球１２は中空半球状に形成されており、その外壁は半球殻部１２ａと円形平板部１２ｂにより構成されている。割面である円形平板部１２ｂの内面はアルミ蒸着等によるミラーであり、また半球殻部１２ａの内面は硫酸バリウムやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）焼結品等による白色高拡散反射面である。円形平板部１２ｂの中心には円形の開口である輝度基準面１８が設けられており、積分球１２は、輝度基準面１８の中心を通り円形平板部１２ｂに垂直な回転対称軸Ｒに対してｎ回対称（ｎは２以上の任意整数）の３次元形状である。積分球１２を半球状とすることにより、後述の全球状のものと比べて、装置全体をコンパクトにすることができ、また輝度基準面１８に到達する光の量を約２倍とすることができる。

円形平板部１２ｂには、第１光源であるハロゲンランプ２８からの光を積分球１２内に入射するため、２つの第１光ポート１６ａ，１６ｂが設けられている。第１光ポート１６ａ，１６ｂの位置は、それらの位置から輝度基準面１８の中心までの距離が等しく、また回転対称軸Ｒに対して２回対称となるよう設定されている。つまり、第１光ポート１６ａ，１６ｂは、輝度基準面１８の同心円を２等分する位置に設けられている。第１光ポート１６ａ，１６ｂには、上述のように単一の光源であるハロゲンランプ２８の光がＹ字状に形成されて途中で分岐した光ファイバにより導光されている。ハロゲンランプ２８から第１光ポート１６ａ、１６ｂまでの光ファイバの長さは等しい。このため、ハロゲンランプ２８が劣化して波長特性が変化しても、第１光ポート１６ａ，１６ｂからは常に同一の波長特性の光が出射される。

同様に、円形平板部１２ｂには、第２光源である重水素ランプ３０からの光を積分球１２内に入射するため、２つの第２光ポート１４ａ，１４ｂも設けられている。第２光ポート１４ａ，１４ｂの位置も、それらの位置から輝度基準面１８の中心までの距離が等しく、また回転対称軸Ｒに対して２回対称となるよう調整されている。つまり、第２光ポート１４ａ，１４ｂも、輝度基準面１８の中心を通る円を２等分する位置に設けられている。ここでは、第１光ポート１６ａ，１６ｂと第２光ポート１４ａ，１４ｂは互いに９０度ずれた位置に設けられている。第２光ポート１４ａ，１４ｂには、上述のように単一の光源である重水素ランプ３０の光がＹ字状に形成されて途中で分岐した光ファイバにより導光されている。重水素ランプ３０から第２光ポート１４ａ、１４ｂまでの光ファイバの長さは等しい。このため、重水素ランプ３０が劣化して波長特性が変化しても、第２光ポート１４ａ，１４ｂからは常に同一の波長特性の光が出射される。なお、ハロゲンランプ２８は可視・近赤外領域の光を出射し、重水素ランプ３０は紫外領域の光を出射する。

なお、第１光ポート１６ａ，１６ｂ及び第２光ポート１４ａ，１４ｂの取り付け位置は上述のものに限らず、積分球１２の半球殻部１２ａに設けられてもよい。この場合も、輝度基準面１８の中心からの距離が等しく、輝度基準面１８の中心を通る積分球１２の回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する複数位置に、第１光ポート１６ａ，１６ｂや第２光ポート１４ａ，１４ｂが設けられることが望ましい。この場合、第１光ポート１６ａ，１６ｂや第２光ポート１４ａ，１４ｂから出射される光が輝度基準面１８に届かないように、積分球１２の内面に所要数の遮光壁を設けることが望ましい。この点、上述のように円形平板部１２ｂに第１光ポート１６ａ，１６ｂ及び第２光ポート１４ａ，１４ｂを設ければ、このような遮光壁は不要であり、また平板に対する加工で済むために製造が容易となる。

半球殻部１２ａの縁部には、内蔵分光照度計２４が光ファイバにより接続される測定ポート２０と、波長校正用光源２６が光ファイバにより接続される波長校正ポート２２と、がさらに設けられる。内蔵分光照度計２４は、後述するように、校正対象（被校正）分光輝度計４０を校正する基準となる輝度基準面１８の輝度を測定するものである。半球殻部１２ａの内面には、第１光ポート１６ａ，１６ｂ及び第２光ポート１４ａ，１４ｂから出射される光が測定ポート２０に直接届かないよう、測定ポート２０の周囲に環状の遮光壁２１が立設されている。波長校正用光源２６は、例えば水銀ランプ及びネオンランプを含んでおり、既知の波長ピーク（水銀輝線及びネオン輝線）を有する光を出射する。

ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０が点灯すると、それぞれの光は第１光ポート１６ａ，１６ｂ及び第２光ポート１４ａ，１６ｂから積分球１２内に入射し、多重反射した後に輝度基準面１８に達し、そこから外部に出射する。校正対象となる分光輝度計４０は輝度基準面１８から所定距離の位置に輝度基準面１８に対向するように設置され、この光を測定することにより校正が実施される。

なお、後述するように分光輝度計４０の位置には、内蔵分光照度計２４の感度校正のために分光放射照度標準電球３２を設置可能となっている。分光放射照度標準電球３２は、所定の波長特性を有するものとして特定事業者により校正された電球である。

ハロゲンランプ２８、重水素ランプ３０、内蔵分光照度計２４、波長校正用光源２６、分光輝度計４０及び分光放射照度標準電球３２は、いずれもコンピュータにより構成されたコントローラ３４に接続されている。これにより、コントローラ３４はハロゲンランプ２８、重水素ランプ３０、波長校正用光源２６及び分光放射照度標準電球３２の点灯を制御できる。また、コントローラ３４は、内蔵分光照度計２４により測定された照度を取得したり、内蔵分光照度計２４の校正を行ったりできる。さらに、コントローラ３４は、校正対象分光輝度計４０により測定された輝度を取得したり、校正対象分光輝度計４０の校正を行ったりできる。

図４は、校正対象分光輝度計４０の構成例を示す図である。同図に示す校正対象分光輝度計４０は、いわゆるポリクロメータであり、集光光学系４１を介して入射スリット４２に導かれる被測定光は凹面型回折格子４４により回折され、回折光は受光センサアレイ４５に至る。受光センサアレイ４５には波長分散像が結像するので、受光センサアレイ４５の各画素の出力値は対応波長の輝度に変換される。すなわち、受光センサアレイ４５に接続されたコントローラ４６は画素−波長テーブル記憶部４７及び感度補正値記憶部４８を含んでいる。画素−波長テーブル記憶部４７は、どの画素がどの波長に対応するかを記憶するものである。一方、感度補正値記憶部４８は各画素の出力値を輝度に変換する係数を記憶するものである。本実施形態に係る校正システムでは、コントローラ３４が、画素−波長テーブルを更新することにより、校正対象分光輝度計４０の波長校正を実施し、感度補正値を更新することにより、校正対象分光輝度計４０の感度校正を実施する。なお、内蔵分光照度計２４も同様の構成を有している。

図５は、校正システムによる校正方法を示すフロー図である。同図に示される各ステップは、コントローラ３４により順に実行されるものであるが、もちろん校正作業者による手作業で実行されてもよい。まず、本校正方法では、まず内蔵分光照度計２４の波長校正を実施する（Ｓ１０１）。具体的には、コントローラ３４は波長校正用光源２６を点灯させ、既知の波長ピークを有する光を積分球１２内に入射する。また、入射光の分光照度を内蔵分光照度計２４により計測し、波長ピークが既知の値に一致するよう、内蔵分光照度計２４に記憶される画素−波長テーブルを更新する。

次に、内蔵分光照度計２４の感度校正を実施する（Ｓ１０２）。具体的には、コントローラ３４は、分光放射照度標準電球３２を輝度基準面１８の正面であって輝度基準面１８から所定距離だけ離れた位置に設置し、分光放射照度標準電球３２を点灯させる。こうして、分光放射照度標準電球３２は輝度基準面１８を既知の分光照度にて照らす。なお、分光放射照度標準電球３２の移動は電気的手段及び機械的手段により自動化してもよいし、ガイドメッセージなどを表示して校正作業者に手作業で行わせてもよい。次に、コントローラ３４は、内蔵分光照度計２４により分光照度を測定する。そして、各波長での照度が、分光放射照度標準電球３２のそれとして既知のものと一致するよう、内蔵分光照度計２４に記憶される感度補正値を更新する。

次に、このようにして波長校正及び感度校正を終えた内蔵分光照度計２４を用いて、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０により出射される光の分光照度を計測する（Ｓ１０３）。具体的には、コントローラ３４は、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を点灯させるとともに、内蔵分光照度計２４により分光照度を計測させ、その計測値を取り込む。

次に、コントローラ３４は、内蔵分光照度計２４により計測された分光照度を、照度−輝度テーブルにより分光輝度に変換する（Ｓ１０４）。本校正方法では、事前に製造会社の工場やサービス拠点で校正済みの分光輝度計を準備し、前記Ｓ１０１・Ｓ１０２・Ｓ１０３を完了後、校正済みの分光輝度計を校正対象分光輝度計４０の設置位置に設置し、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を点灯させ、内蔵分光照度計２４で分光照度を計測すると同時に校正済みの分光輝度計で分光輝度を計測する。そして、こうして計測される分光照度及び分光輝度を関連づけることにより、照度−輝度テーブル、すなわち波長ごとの照度及び輝度の変換係数を事前に得ている。照度−輝度テーブルは事前にコントローラ３４に記憶されている。Ｓ１０４では、内蔵分光照度計２４により得られる各波長の照度に、この照度−輝度テーブルに含まれる変換係数を乗じることにより、各波長の輝度、すなわち分光輝度を得ている。

次に、コントローラ３４は校正対象分光輝度計４０の波長校正を実施する（Ｓ１０５）。具体的には、分光放射照度標準電球３２を輝度基準面１８の正面から退去させてから、校正作業者に対してガイドメッセージを表示し、校正対象分光輝度計４０を輝度基準面１８の正面であって該輝度基準面１８から所定距離に配置させる。さらに、コントローラ３４は波長校正用光源２６を点灯させ、校正対象分光輝度計４０により分光輝度を計測させる。そして、計測される波長ピークが既知の値に一致するよう、校正対象分光輝度計４０の画素−波長テーブル記憶部４７に記憶される画素−波長テーブルを更新する。

次に、コントローラ３４は、このようにして波長校正を終えた校正対象分光輝度計４０を用いて、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０により出射される光の分光輝度を計測する（Ｓ１０６）。具体的には、コントローラ３４は、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を点灯させるとともに、校正対象分光輝度計４０により分光輝度を計測させ、その計測値を取り込む。

その後、コントローラ３４は、Ｓ１０６で測定される分光輝度がＳ１０４で得られる分光輝度に一致するよう、校正対象分光輝度計４０の感度補正値記憶部４８に記憶される感度補正値を更新する（Ｓ１０７）。

本実施形態に係る基準光源装置１０によれば、上述のように、波長特性が同じ光を互いに離間した第１光ポート１６ａ，１６ｂから積分球１２内に入射するようにしたので、１箇所だけから光を入射する場合に比して、輝度基準面１８の輝度ムラを抑えることができる。特に、第１光ポート１６ａ，１６ｂは、積分球１２の外壁における、輝度基準面１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する位置に設けられるので、輝度基準面１８の輝度ムラをより効果的に抑えられる。同様に、第２光ポート１４ａ，１４ｂから入射する光についても輝度基準面１８での輝度ムラが抑えられる。

図６は、輝度基準面１８における輝度の均一性を示す図である。同図（ａ）は、第１光ポート１６ａから光を入射した場合の輝度ムラを示す図であり、同図（ｂ）は、第１光ポート１６ａ，１６ｂの双方から光を入射した場合の輝度ムラを示す図である。横軸は、輝度基準面１８の中心から測定位置までの距離を、輝度基準面１８の半径に対する百分率で示している。縦軸は、当該測定位置での輝度を、輝度基準面１８の中心での輝度に対する百分率で示している。測定は、第１光ポート１６ａの中心と輝度基準面１８の中心を結ぶ線上を、輝度基準面１８の中心から２５％離れた位置から２５％近づいた位置まで移動させて実施した。これらの図によれば、第１光ポート１６ａ，１６ｂから出射した光が相互に重なりあって、輝度基準面１８の輝度ムラを大きく低減していることが確認できる。

また、このように基準光源装置１０によれば輝度基準面１８の輝度ムラを大きく低減することができるので、本実施形態によれば、予め校正された分光輝度計を用いずとも、内蔵分光照度計２４により測定された分光照度を用いて、校正対象分光輝度計４０の校正を精度よく行うことができる。すなわち、既に説明したように、分光輝度計は、一般的には、測定角度が小さなスポット測定を行うものであるため、輝度基準面１８の輝度ムラが大きいと、分光輝度計が実際に輝度基準面１８のどこに向けられているかにより、輝度測定値は大きく異なることになる。このため、校正済みの分光照度計及び校正済みの分光輝度計を用いて照度−輝度テーブルを作成する際の当該校正済み分光輝度計と全く同一の位置の輝度を、校正対象分光輝度計４０が測定しない限り、校正の信頼性は保証されない。本実施形態によれば、輝度基準面１８の輝度ムラが大きく低減されているので、照度−輝度テーブルを作成する際の校正済み分光輝度計の測定位置とずれた位置の輝度を、実際に校正対象分光輝度計４０で測定したとしても、その差は小さいので、校正の信頼性を維持することができる。

また、内蔵分光照度計２４の校正は分光放射照度標準電球３２を用いて簡単に行うことができるので、製造会社の工場やサービス拠点でなくても、ユーザ側で、分光放射照度標準電球３２とのトレーサビリティーが確保された校正を実施することができる。

また、本実施形態によれば、第１ポート１６ａ，１６ｂ及び第２ポート１４ａ，１４ｂから異なる波長特性の光を入射しているので、広い波長範囲で分光放射輝度校正が可能となる。上述のようにハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を用いれば、紫外領域から赤外領域までの広波長領域での分光放射輝度校正が可能となる。

また、内蔵分光照度計２４で都度、基準光源装置１０の照度を測定することができるので、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０の光量を変更して、複数の輝度値により校正対象分光輝度計４０の校正を行うことができる。さらに、積分球１２の内面反射率が低下しても、信頼性の高い分光放射輝度校正を実施することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。

図７は、第１変形例に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。図８は、第１変形例に係る基準光源装置を輝度基準面１１８側から見た平面図であり、図９は、図８におけるIX−IX線断面図である。図７において、基準光源装置１１０は斜視図で示されている。第１変形例は、図１に示される校正システムと比して基準光源装置１１０のみ異なっているので、他の要素は図１と同一符号を付し、ここでは詳細説明を省略する。

基準光源装置１１０は全球状の積分球１１２を備えており、積分球１１２の１箇所に円形の開口である輝度基準面１１８が設けられており、輝度基準面１１８の中心及び積分球１１２の中心を通る回転対称軸Ｒに対して、積分球１１２はｎ回対称（ｎは２以上の任意整数）の３次元形状である。

第１光ポート１１６ａ，１１６ｂは、積分球１１２の外壁における、輝度基準面１１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する位置に設けられる。ここでは、第１光ポート１１６ａ，１１６ｂは、回転対称軸Ｒに垂直な面で積分球１１２を切った円のうち最大半径となる円Ｘ（赤道）よりも輝度基準面１１８側の円Ｙを２等分した位置に光の出射方向が積分球１１２の中心を向くようにして設けられている。同様に、第２光ポート１１４ａ，１１４ｂも、積分球１１２の外壁における、輝度基準面１１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する位置に設けられる。ここでは、第２光ポート１１４ａ，１１４ｂは円Ｙを２等分した位置に光の出射方向が積分球１１２の中心を向くようにして設けられており、ここでは、第１光ポート１１６ａ，１１６ｂと第２光ポート１１４ａ，１１４ｂは互いに９０度ずれた位置に設けられている。積分球１１２の外壁には、測定ポート１２０及び波長校正ポート１２２も設けられている。ここでは測定ポート１２０及び波長校正ポート１２２は円Ｘ上において１８０度ずれた位置に設けられている。なお、第１光ポート１１６ａ，１１６ｂ及び第２光ポート１１４ａ，１１４ｂの取り付け位置は上述のものに限らず、輝度基準面１１８の中心からの距離が等しく、輝度基準面１１８の中心を通る積分球１１２の回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する複数位置であれば、どこであってもよい。但し、第１光ポート１１６ａ，１１６ｂ及び第２光ポート１１４ａ，１１４ｂを、それらの光の出射方向が積分球１１２の中心を向くようにして円Ｙ上に設けることで、出射される光（１次光）が輝度基準面１１８に直接到達しないようにするための遮光壁を設けずに済むという利点がある。

第１変形例に係る積分球１１２でも、ハロゲンランプ２８の光を互いに離間した第１光ポート１１６ａ，１１６ｂから、重水素ランプ３２の光を互いに離間した第２光ポート１１４ａ，１１４ｂから、積分球１１２内にそれぞれ入射するようにしたので、それぞれの光を１箇所だけから光を入射する場合に比して、輝度基準面１８の輝度ムラを抑えることができる。第１光ポート１１６ａ，１１６ｂは、積分球１１２の外壁における、輝度基準面１１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性を有する位置に設けられるので、輝度基準面１１８の輝度ムラをより効果的に抑えられる。同様に、第２光ポート１１４ａ，１１４ｂから入射する光についても輝度基準面１１８での輝度ムラが抑えられる。

図１０は、第２変形例に係る基準光源装置を示す斜視図である。また、図１１は、第２変形例に係る基準光源装置を矢印Ｘ側から見た平面図である。同図に示す基準光源装置２１０は１／８球状の積分球２１２を備えており、その外壁は扇型の平板部２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃと１／８球殻部２１２ｄとから構成される。また、平板部２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃにより構成されるべき角部は回転対称軸Ｒに垂直な面にて切り欠かれており、その面に円形の開口である輝度基準面２１８がその中心が回転対称軸Ｒに一致するようにして開設されている。平板部２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃの各内面、輝度基準面２１８が設けられた外壁部分の内面は、いずれもアルミ蒸着等によるミラーであり、また１／８球殻部２１２ｄの内面は硫酸バリウムやＰＴＦＥ焼結品等による白色高拡散反射面である。積分球２１２は、回転対称軸Ｒに対して３回対称の３次元形状である。積分球２１２を１／８球状とすることで、装置をさらにコンパクトにすることができ、また輝度基準面２１８に到達する光の量をさらに増加させることができる。

平板部２１２ａに第１光ポート２１６ａが設けられ、平板部２１２ｂに第１光ポート２１６ｂが設けられ、平板部２１２ｃに第１光ポート２１６ｃが設けられ、それらは輝度基準面２１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性（３回対称）を有している。同様に、平板部２１２ａには第１光ポート２１６ａの隣に第２光ポート２１４ａが設けられ、平板部２１２ｂには第１光ポート２１６ｂの隣に第２光ポート２１４ｂが設けられ、平板部２１２ｃには第１光ポート２１６ｃの隣に第２光ポート２１４ｃが設けられ、それらも輝度基準面２１８の中心からの距離が等しく、回転対称軸Ｒに対して回転対称性（３回対称）を有している。

平板部２１２ｂには、測定ポート２２０が設けられ、平板部２１２ｃには波長校正ポート２２２が設けられている。第２変形例に係る基準光源装置２１０でも、輝度基準面２１８における輝度ムラを抑えることができる。

図１２は、第３変形例に係る基準光源装置及びそれを用いる校正システムの全体図である。同図に示す校正システムは、図１に示す校正システムに比して、基準光源装置３１０に測定ポート２０、内蔵分光照度計２４、波長校正ポート２２、波長校正用光源２６、分光放射照度標準電球３２が設けられてない点、校正済み分光照度計３２０が設けられている点が異なる。その他の要素には図１と同一符号を付し、ここでは詳細説明を省略する。

同図に示す基準光源装置３１０も半球状であるが、上記のように内蔵分光照度計２４及び波長校正用光源２６が接続されない。代わりに、校正済み分光照度計３２で輝度基準面１８の照度を測定することにより、校正対象分光輝度計４０の校正を実施することができる。校正済み分光照度計３２は、例えば分光放射照度標準電球や、水銀ランプやネオンランプなどの波長校正用光源により、事前に校正されたものである。

図１３は、図１２に示す校正システムを用いる分光輝度計の校正方法を示すフロー図である。同図に示すように、この方法では、まず校正済み分光照度計３２０により、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０により出射される光の分光照度を計測する（Ｓ２０１）。具体的には、コントローラ３４は、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を点灯させるとともに、校正済み分光照度計３２０により分光照度を計測させ、その計測値を取り込む。

次に、コントローラ３４は、校正済み分光照度計３２０により計測された分光照度を、照度−輝度テーブルにより分光輝度に変換する（Ｓ２０２）。ここでは、事前に校正済みの分光照度計及び分光輝度計を準備し、校正済みの分光照度計を輝度基準面１８の正面であって該輝度基準面１８から所定距離の位置に配置し、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０から出射される光の分光照度を計測する。また、校正済みの分光輝度計を輝度基準面１８の正面であって該輝度基準面１８から所定距離の位置に配置し、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０から出射される光の分光照度を計測する。そして、こうして計測される分光照度及び分光輝度を関連づけることにより、照度−輝度テーブル、すなわち波長ごとの照度及び輝度の変換係数を事前に得る。照度−輝度テーブルは事前にコントローラ３４に記憶されている。Ｓ２０２では、校正済み分光照度計３２０により得られる各波長の照度に、この照度−輝度テーブルに含まれる変換係数を乗じることにより、各波長の輝度、すなわち分光輝度を得る。

次に、コントローラ３４は、校正対象分光輝度計４０を用いて、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０により出射される光の分光輝度を計測する（Ｓ２０３）具体的には、コントローラ３４はガイドメッセージの表示などにより、校正作業者に、校正対象分光輝度計４０を輝度基準面１８の正面であって該輝度基準面１８から所定距離に配置させる。さらに、ハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を点灯させるとともに、校正対象分光輝度計４０により分光輝度を計測させ、その計測値を取り込む。

その後、コントローラ３４は、Ｓ２０３で測定される分光輝度がＳ２０２で得られる分光輝度に一致するよう、校正対象分光輝度計４０の感度補正値記憶部４８に記憶される感度補正値を更新する（Ｓ２０４）。

このように、内蔵分光照度計２４等を設けなくても、輝度ムラが抑えられた基準輝度面１８を用いて、信頼性の高い分光放射輝度校正を実施できる。なお、校正対象分光輝度計４０の中には、集光光学系の前方に拡散板その他の光学系を取り付けることにより、分光照度計として動作させることができるものも市販されている。このような校正対象分光輝度計４０の場合には、分光照度計として動作する校正対象分光輝度計４０を、例えば分光放射照度標準電球や、水銀ランプやネオンランプなどの波長校正用光源により事前に校正して、校正済み分光照度計３２０として用いることができる。当然ながら、校正済み分光照度計３２０の測定波長範囲は、校正対象分光輝度計４０の測定波長範囲と同等か、それ以上の広波長範囲が必要である。

また、以上の説明では第１光源及び第２光源としてハロゲンランプ２８及び重水素ランプ３０を用いたが、ＬＥＤやレーザなどの他の光源を用いてよいのはもちろんである。また、波長校正には、信頼性確保のために波長校正用光源２６を用いたが、第１光源及び第２光源からの光の波長ピークを用いて波長校正を行ってもよい。また、光源の数は２つに限らず、３つ以上を用いてよい。さらに、各波長特性の光源は、３以上の光ポートから積分球内に入射されてよい。この場合も、輝度基準面の中心との距離が等しく、また回転対称軸Ｒに対して回転対象性を有するよう、各光ポートの位置を決定することが望ましい。例えば、図１の例では、円形平板部１２ｂと同心円上で１２０度ずつ互いにずれた位置に３つの光ポートを配置してよい。光ポートの数を増やすことにより、輝度基準面の輝度ムラをさらに効果的に抑えることができる。

また、本発明に係る基準光源装置は、本発明に係る校正方法だけでなく、他の校正方法にも適用可能である。例えば、分光照度計を用いずに、校正済みの分光輝度計により測定される分光輝度と、校正対象分光輝度計４０により測定される分光輝度と、により、校正対象分光輝度計４０の校正を実施する場合にも、本発明に係る基準光源装置は適用することができる。この場合も、輝度基準面１８の輝度ムラが抑えられているので、より信頼性の高い分光放射輝度校正を実施できる。

Claims (11)

1. 開口である輝度基準面を備える積分球と、
   前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に波長特性が同等の光をそれぞれ入射する複数の第１光ポートと、
   前記複数の第１光ポートのそれぞれに対し、光ファイバにより光を供給する単一の光源と、を含み、
   前記単一の光源から前記複数の第１光ポートのそれぞれまでの光ファイバの長さが等しい、
   ことを特徴とする分光輝度計の校正に用いる基準光源装置。
2. 開口である輝度基準面を備える積分球と、
   前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に波長特性が同等の光をそれぞれ入射する複数の第１光ポートと、を含み、
   前記積分球はその中心に前記輝度基準面を備える円形平板を含む半球状であり、
   前記複数の第１光ポートは、前記積分球の外壁における、前記輝度基準面の中心からの距離が等しく、前記輝度基準面の中心を通る前記積分球の回転対称軸に対して回転対称性を有する複数位置であって、前記円形平板と同心の円を等分する、前記円形平板上の複数位置に設けられる、
   ことを特徴とする分光輝度計の校正に用いる基準光源装置。
3. 開口である輝度基準面を備える積分球と、
   前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に波長特性が同等の光をそれぞれ入射する複数の第１光ポートと、を含み、
   前記積分球は１／８球状であり、
   前記積分球の外壁は、
   前記輝度基準面が配置され、前記輝度基準面の中心を通る前記積分球の回転対称軸に垂直な面と、
   １／８球殻部と、
   前記回転対称軸に垂直な面と、前記１／８球殻部と、に接する３つの平板部と、
   を含み、
   前記複数の第１光ポートは、前記３つの平板部において、前記輝度基準面の中心からの距離が等しく、前記回転対称軸に対して回転対称性を有する複数位置に設けられた、
   ことを特徴とする分光輝度計の校正に用いる基準光源装置。
4. 請求項１に記載の基準光源装置であって、
   前記積分球は全球状であり、
   前記複数の第１光ポートは、前記積分球の外壁における、前記輝度基準面の中心からの距離が等しく、前記輝度基準面の中心を通る前記積分球の回転対称軸に対して回転対称性を有する複数位置であって、前記回転対称軸に垂直な面で前記積分球を切った円のうち最大半径となる円よりも前記輝度基準面側の円を等分する複数位置に設けられる、
   ことを特徴とする基準光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の基準光源装置であって、
   前記積分球の外壁において互いに離間して設けられ、前記積分球の内部に前記複数の第１光ポートとは波長特性の異なる、同等の波長特性の光をそれぞれ入射する複数の第２光ポートをさらに含む、
   ことを特徴とする基準光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の基準光源装置であって、
   前記積分球の外壁に設けられ、分光照度を測定する分光照度計が接続される測定ポートをさらに含む、
   ことを特徴とする基準光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の基準光源装置であって、
   前記積分球の外壁に設けられるとともに、波長校正用光源が接続され、前記積分球の内部に既知の波長ピークを有する光を入射する波長校正ポートをさらに含む、
   ことを特徴とする基準光源装置。
8. 請求項１乃至３のいずれかに記載の基準光源装置を用いる分光輝度計の校正方法であって、
   校正対象分光輝度計により前記輝度基準面の輝度を測定するステップと、
   校正済み分光照度計により前記輝度基準面の照度を測定するステップと、
   前記測定される輝度と、前記測定される照度と、前記輝度と前記照度との関係と、に基づいて前記校正対象分光輝度計を校正するステップと、
   を含むことを特徴とする校正方法。
9. 請求項８に記載の校正方法であって、
   前記校正するステップは、前記関係に基づいて前記測定される照度を輝度に変換する、
   ことを特徴とする校正方法。
10. 請求項８又は９に記載の校正方法であって、
    前記関係は、校正済み分光照度計により測定される前記輝度基準面の照度と、校正済み分光輝度計により測定される前記輝度基準面の輝度と、を関連づけることにより得られる、
    ことを特徴とする校正方法。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の校正方法において、
    前記校正済み分光照度計は、前記校正対象分光輝度計を分光照度計として用いるための光学系を取り付け、分光放射照度標準電球により校正したものである、
    ことを特徴とする校正方法。

Images