JP6822660B2

JP6822660B2 - 積分球型減光器

Info

Publication number: JP6822660B2
Application number: JP2017020887A
Authority: JP
Inventors: 忍伊藤
Original assignee: 株式会社オプトコム
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: JP2018128550A

Description

かかる課題を解決するために、請求項１の発明に係る積分球型減光器は、所望の光学的性質を有する拡散光を光源光から生成して、出射ポートから出力する積分球型減光器であって、二段以上の積分球が、前段の該積分球との間に設けられた連結開口部を介して順次連結され、初段の該積分球は、前記光源光を入射し、内壁面に形成された第１の反射膜で拡散反射させることによって第１の前記拡散光を生成して、第１の前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、ｎ段目（ｎは２以上の自然数）の前記積分球は、ｎ−１段目の前記積分球から前記連結開口部を介して第ｎ−１の前記拡散光を入射し、内壁面に形成された第ｎの反射膜で拡散反射させることによって第ｎの前記拡散光を生成して、第ｎの前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、何れかの前記積分球に形成された前記反射膜は、他の何れかの前記積分球に形成された前記反射膜と、光学的特性が異なるように構成され、前記ｎ段目の積分球に形成された前記第ｎの反射膜の何れかは、前記初段の積分球に形成された前記第１の反射膜よりも耐熱温度が低い膜となるように構成された、ことを特徴とする。

照明器具等を開発・製造するに当たっては、その照明器具等の光生物学的安全性を正しく評価する必要がある。光生物学的安全性とは、その照明器具等の照射光が人体に及ぼす危害（例えば、紫外光が肌や眼球に及ぼす危害等）に対する安全性である。光生物学的安全性の評価基準としては、例えば、国際電気標準会議（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：ＩＥＣ）が規定したＩＥＣ６２４７１が知られている。

光生物学的安全性の評価においては、大型照明器具等の、高輝度光源を評価対象とすることが多い。このため、評価対象の分光放射照度を正確に測定するためには、十分な減光を精度良く行うことが望まれる。

従来、光源光を減光する方法としては、光学フィルタを用いる方法や、拡散板を用いる方法、積分球を用いる方法等が知られている。ここで、積分球を用いて減光を行う技術としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。

特開平７−２２５１５０号公報

光学フィルタを用いる方法には、減衰率の大小に拘わらず所望の減衰率を設定し易いという利点がある。しかしながら、光学フィルタは、透過率の波長依存性や入射角依存性を有しているため、放射照度測定など入射角度に依存する測定において、高精度の減光を行おうとすると、光量の減衰量に応じて複数枚のフィルタを重ね合わせて使用する必要がある。このため、光学フィルタを使用する方法には、フィルタを重ね合わせることによる反射・干渉のために減光の精度を確保し難いという欠点や、光源の入射角度を固定に設定する必要があるという欠点がある。

また、拡散板やコサインフィルタを使用する方法では、入射角によって透過率を制御できるので、減光率を高精度に設定できると共に、光源の入射角度を高精度に設定する必要は無い。しかしながら、拡散板やコサインフィルタは大きい減光率を得ることが困難であり、従って、上述のような高輝度光源の評価には適さない。

また、積分球を使用する方法では、積分球の内壁に形成した反射膜を用いて、光源光から、減光された散乱光を得る。このため、積分球を使用する方法では、反射膜の光反射率を適当に選択することで減光率を高精度に設定できると共に、光源の入射角度も高精度に設定する必要は無い。しかしながら、一般に、積分球の反射膜はバインダーを使用するため熱に弱く、劣化や特性変化が起きやすいという欠点があり、従って、上述のような高輝度光源の評価には適さない。例えば、４万ルーメンの高輝度光源を２００ｍｍ離れた距離で測光する場合、積分球内の温度が６０℃以上になることが分かっている。

この発明の課題は、所望の減光率をその大小に拘わらず精度良く得ることができ、且つ、測定作業が容易な、減光器を提供することにある。

かかる課題を解決するために、請求項１の発明に係る積分球型減光器は、所望の光学的性質を有する拡散光を光源光から生成して、出射ポートから出力する積分球型減光器であって、二段以上の積分球が、前段の該積分球との間に設けられた連結開口部を介して順次連結され、初段の該積分球は、前記光源光を入射し、内壁面に形成された第１の反射膜で拡散反射させることによって第１の前記拡散光を生成して、第１の前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、ｎ段目（ｎは２以上の自然数）の前記積分球は、ｎ−１段目の前記積分球から前記連結開口部を介して第ｎ−１の前記拡散光を入射し、内壁面に形成された第ｎの反射膜で拡散反射させることによって第ｎの前記拡散光を生成して、第ｎの前記出射ポートから外部へ出力するように構成された、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、所望の光学的性質を有する拡散光を光源光から生成して、出射ポートから出力する積分球型減光器であって、二段以上の積分球が、前段の該積分球との間に設けられた連結開口部を介して順次連結され、初段の該積分球は、前記光源光を入射し、内壁面に形成された第１の反射膜で拡散反射させることによって第１の前記拡散光を生成して、第１の前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、ｎ段目（ｎは２以上の自然数）の前記積分球は、ｎ−１段目の前記積分球から前記連結開口部を介して第ｎ−１の前記拡散光を入射し、内壁面に形成された第ｎの反射膜で拡散反射させることによって第ｎの前記拡散光を生成して、第ｎの前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、前記積分球における前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部と前記拡散光の出射側の前記連結開口部が、前記積分球の中心位置を通る直線上に対向して配置されており、前記中心位置に遮光板が設けられている、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記出射ポートが、前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部から見て前記積分球の半分より後方に配置されており、前記遮光板が、前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部と前記出射ポートを結ぶ直線を遮る大きさ及び形状に形成されている、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加え、前記ｎ−１段目の積分球と前記ｎ段目の積分球との間の前記連結開口部に、前記第ｎ−１の拡散光を透過させる光学フィルタを設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、二段以上の積分球を順次連結して光源光を順次減衰させると共に、それぞれの積分球で得られた拡散光を各積分球の出射ポートから出射させることとしたので、低輝度から高輝度まで、広範囲に渡る光源光から拡散光を得ることが可能である。また、光源の距離や光源光の入射角に減光率が依存しないので、測定作業が容易である。

また、請求項１の発明によれば、ｎ段目の積分球の反射膜として、初段の積分球の反射膜とは光学的特性が異なるものを使用するので、拡散光の光学的性質の設定が容易となる。

また、請求項１の発明によれば、第１の反射膜（すなわち初段の積分球の反射膜）として、高耐熱性膜を使用して、第ｎの反射膜（すなわちｎ段目の積分球の反射膜）として耐熱性が低い反射膜を使用することにより、第ｎの反射膜の選択肢が広がって、拡散光の光学的性質の設定が容易となる。

請求項４の発明によれば、積分球間の連結開口部に光学フィルタを設けるので、所望の光学的性質の拡散光が得やすくなる。

この発明の実施の形態１に係る積分球型減光器の構成を概念的に示す断面図である。この発明の他の実施の形態に係る積分球型減光器の構成を概念的に示す断面図である。

［発明の実施の形態１］
以下、この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。

図１に示したように、この実施の形態１に係る積分球型減光器１００は、アパーチャ１０１と、初段の積分球１１０と二段目の積分球１２０と、連結開口部１３０とを備えている。

アパーチャ１０１は、初段の積分球１１０へ導かれる拡散光Ｐ１の光量を制御するための絞り機構である。すなわち、アパーチャ１０１の開口面積を制御することで、初段の積分球１１０へ導かれる拡散光Ｐ０の光量を制御できる。光生物学的安全性の安全性評価では、このアパーチャ１０１を用いることで、図示しない光源から出射された光源光Ｐ０を、人間の瞳に入射される光量や入射角と一致するように調整できる。

初段の積分球１１０は、入射ポート１１１と、出射ポート１１２と、出射開口１１３と、遮光板１１４とを備えている。また、この積分球１１０の内壁面には、反射膜１１５が形成されている。

入射ポート１１１は、アパーチャ１０１を通過した光源光Ｐ０を、積分球１１０内に入射するための窓である。

出射ポート１１２（この発明の「第１の出射ポート」に相当）は、入射ポート１１１から入射されて積分球１１０内で拡散された光を、拡散光Ｐ１（この発明の「第１の拡散光に相当）として出射するための窓である。出射ポート１１２から出射された拡散光Ｐ１は、例えば、図示しない分光器へ導かれる。

出射開口１１３は、拡散光Ｐ１を、連結開口部１３０を介して二段目の積分球１２０へ導くための開口である。

遮光板１１４は、入射ポート１１１から入射された光源光Ｐ０が出射ポート１１２や出射開口１１３から直接出射されることを防止する。この遮光板１１４を設けることにより、拡散光Ｐ１の成分を、十分に拡散されたもののみにすることができる。

反射膜１１５（この発明の「第１の反射膜」に相当）は、光源光Ｐ０を反射・拡散させて拡散光Ｐ１を生成するための膜である。この反射膜１１５は、積分球１１０の内壁面のほぼ全域に設けられる。この反射膜１１５の詳細については、後述する。

二段目の積分球１２０は、入射開口１２１と、出射ポート１２２と、遮光板１２３とを備えている。また、この積分球１２０の内壁面には、反射膜１２４が形成されている。

入射開口１２１は、積分球１１０の出射開口１１３から出射された拡散光Ｐ１を、積分球１２０内に入射するための開口である。

出射ポート１２２（この発明の「第ｎの出射ポート」に相当）は、入射開口１２１から入射されて積分球１２０内で拡散された光を、拡散光Ｐ２（この発明の「第ｎの拡散光に相当）として出射するための窓である。出射ポート１２２から出射された拡散光Ｐ２は、例えば、図示しない分光器へ導かれる。

遮光板１２３は、入射開口１２１から入射された拡散光Ｐ１が出射ポート１１２から直接出射されることを防止する。この遮光板１２３を設けることにより、拡散光Ｐ２の成分を、十分に拡散されたもののみにすることができる。

反射膜１２４（この発明の「第ｎの反射膜」に相当）は、入射した拡散光Ｐ１を反射・拡散させて拡散光Ｐ２を生成するための膜である。この反射膜１２４は、積分球１２０の内壁面のほぼ全域に設けられる。この反射膜１１５の詳細については、後述する。

連結開口部１３０は、初段の積分球１１０と二段目の積分球１２０とを連結する機構である。この連結開口部１３０を介して、拡散光Ｐ１が、初段の積分球１１０の出射開口１１３から出射されて、二段目の積分球１２０の入射開口１２１へ導かれる。この連結開口部１３０には、アパーチャ１３１と、光学フィルタ１３２とが設けられている。

アパーチャ１３１は、初段の積分球１１０から二段目の積分球１２０へ導かれる拡散光Ｐ１の光量を制御するための絞り機構である。すなわち、アパーチャ１３１の開口面積を制御することで、初段の積分球１１０から二段目の積分球１２０へ導かれる拡散光Ｐ１の光量を制御できる。

光学フィルタ１３２は、拡散光Ｐ１が初段の積分球１１０から二段目の積分球１２０へ導かれる際に、例えばこの拡散光Ｐ１から所定波長の光成分をカットするためのフィルタである。なお、光学フィルタ１３２を使用するか否かは任意であり、光源の種類や拡散光Ｐ２の光学的性質に応じて決定すればよい。

光学フィルタ１３２としては、例えば赤外線カットフィルタや紫外線カットフィルタ等を使用できる。

例えば、ハロゲンランプやタングステンランプの光を光源光Ｐ０とする場合、赤外光の強度が非常に高くなり、このため、可視領域の光のみを測定したい場合には、この赤外光が迷光（測定波長以外の波長を有する光）となる。このような場合でも、この実施の形態１に係る積分球型減光器１００では、光学フィルタ１３２として赤外線カットフィルタを使用することで、迷光を減らして、測定精度の向上を図ることができる。

なお、この光学フィルタ１３２としては、複数の光学フィルタを重ね合わせたものを使用しても良い。また、光学フィルタ１３２を、減光の目的で使用しても良い。

次に、初段の積分球１１０に設けられる反射膜１１５と、二段目の積分球１２０に設けられる反射膜１２４とについて、詳細に説明する。

初段の積分球１１０の反射膜１１５としては、任意であるが、高輝度光源の評価を行う場合には、高耐熱性の膜を使用することが望ましい。

反射膜の形成方法としては、例えば、接着剤に反射材料（例えば硫酸バリウム）を添加して積分球の内壁面に塗布する方法も知られているが、一般に接着剤は溶解温度が低いので、この方法では十分な耐熱性が得られない。

また、反射膜の形成方法として、反射材料を積分球の内壁面にスパッタリングする方法も知られているが、この方法では反射膜の透光率が非常に高くなってしまい、良好な拡散光が得られない。

これに対して、例えば、硫酸バリウムを積分球１１０の内壁面に溶射することとすれば、耐熱性が非常に優れ且つ反射率も良好な反射膜１１５を得ることができる。

なお、硫酸バリウムを１００重量％とするのでは無く、酸化アルミニウム等の白色材料に硫酸バリウムを所定量含有させたものを、反射膜１１５の材料としても良い。また、硫酸バリウムを使用せずに、他の材料を用いても良い。更には、反射膜１１５を、多層構造の反射膜としても良い。

一方、二段目の積分球１２０の反射膜１２４としては、例えば、例えば酸化アルミニウム溶射膜等の、波長特性に優れ（反射率の波長依存性が小さく）且つ反射率が低い膜を反射膜１２４に使用することができる。これにより、積分球型減光器１００全体としての、減光率を非常に大きくすることができる。このような反射膜１２４を使用することは、高輝度光源を評価対象とする場合に、特に有益である。

また、例えばフッ化マグネシウム等の、紫外線領域の反射率が低い材料を内壁面に溶射等することで、反射膜１２４を形成してもよい。これにより、紫外光をカットした拡散光Ｐ２を、得ることができる。このような反射膜１２４を使用することは、例えば可視領域の光のみを測定したいような場合に、拡散光Ｐ２が導かれる分光器の迷光を減らすことができるため、特に有益である。

なお、この反射膜１２４としては、上述の反射膜１１５よりも耐熱性が劣るものを使用しても良い。二段目の積分球１２０は、初段の積分球１１０により減光された光であるために、拡散光Ｐ１よりも光エネルギーが小さいからである。

また、評価対象となる光源の種類等によっては、反射膜１２４として、初段の積分球１１０の反射膜１１５と同じものを使用しても良い。

続いて、この実施の形態１に係る積分球型減光器１００の使用方法の例を説明する。

まず、高輝度光源について低輝度から高輝度までの測定を行う場合の例を説明する。

このような測定を行うためには、積分球型減光器１００として、二段目の積分球１２０に低反射率の反射膜１２４（上述の酸化アルミニウム等）を設けたものを使用することが望ましい。

そして、低輝度の測定を行う場合（例えば１０ルクスから２０万ルクスまで）には、初段の積分球１１０の出射ポート１１２から拡散光Ｐ１を取り出して分光器等で測定する。これにより、低輝度の光源光Ｐ０をあまり減光せずに拡散させて、測定することができる。なお、このとき、アパーチャ１３１を閉じておいて良い。また、光学フィルタ１３２は、使用しない。

一方、高輝度の測定を行う場合（例えば１万ルクスから１００万ルクスまで）には、アパーチャ１３１の開口を適当に設定し、二段目の積分球１２０の出射ポート１２２から拡散光Ｐ２取り出して測定する。これにより、高輝度の光源光Ｐ０を十分に減光しつつ拡散させて、測定することができる。

なお、更に高輝度の測定を行えるようにしたい場合には、二段目の積分球１２０に使用する反射膜１２４を変更することや、光学フィルタ１３２を用いた減光で、対応すれば良い。

次に、赤外線、紫外線及び可視光の測定を行う場合の例を説明する。

このような測定を行う場合は、光学フィルタ１３２を使用することや、二段目の積分球１２０に低反射率の反射膜１２４を適当に選択することで、拡散光Ｐ２として、赤外領域や紫外領域の波長をカットしたものを生成する。

そして、赤外線や紫外線の測定を行う場合には、初段の積分球１１０の出射ポート１１２から拡散光Ｐ１を取り出して測定する。なお、このとき、アパーチャ１３１を閉じておいて良い。

一方、可視光の測定を行う場合には、アパーチャ１３１の開口を適当に設定し、二段目の積分球１２０の出射ポート１２２から拡散光Ｐ２取り出して測定する。これにより、測定光の迷光を低減することができる。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、二段の積分球１１０，１２０を連結して光源光Ｐ０を順次減光すると共に、それぞれの積分球１１０，１２０で得られた拡散光Ｐ１，Ｐ０を各積分球１１０，１２０の出射ポート１１２，１２２から出射させることとしたので、光源光Ｐ０が低輝度の場合から高輝度の場合まで、広範囲に渡って測定を行うことが可能になる。

また、この実施の形態１によれば、光源の距離や光源光Ｐ０の入射角に減光率が依存しないので、従来のような光学フィルタのみを使用して減光する場合と比べ、測定作業が容易である。

更に、この実施の形態１によれば、光源光Ｐ０の輝度を下げるために入射開口を変更する方式と比較して、測定の作業負担を低減することができる。

加えて、この実施の形態１によれば、積分球１１０，１２０の反射膜１１５，１２４として、光学的特性が異なるものを使用することができ、従って、拡散光Ｐ１，Ｐ２の光学的性質の設定が容易である。

加えて、この実施の形態１によれば、二段目の積分球１２０で使用する反射膜１２４として、初段の積分球１１０の反射膜１１５よりも耐熱性が低い反射膜を使用することができ、これにより、反射膜１２４の選択肢が広がって、拡散光Ｐ２の光学的性質の設定が容易となる。また、初段の積分球１１０で反射膜１１５として高耐熱性膜を使用することにより、高温下での測定が容易になる。

加えて、この実施の形態１によれば、積分球１１０，１２０間の連結開口部１３０に光学フィルタ１３２を設けることにより、二段目の積分球１２０で、所望の光学的性質の拡散光Ｐ２を得やすく、更には、迷光の少ない拡散光Ｐ２を得ることが可能になる。

加えて、この実施の形態１によれば、アパーチャ１０１を用いたので、光生物学的安全性の測定基準に合わせた測定を、簡単な調整作業のみで行うことができる。
［発明の他の実施の形態］
図２は、この発明の他の実施の形態に係る積分球型減光器２００の構成を概念的に示す断面図である。図２において、図１と同じ符号は、図１とほぼ同じ構成を示している。

この積分球型減光器２００は、三段の積分球１１０，１２０，２１０が、連結開口部１３０，２２０を介して連結されている。

この積分球型減光器２００において、二段目の積分球１２０は、出射開口１２５を備えている。この出射開口１２５は、拡散光Ｐ２を、連結開口部２２０を介して二段目の積分球２１０へ導くための開口である。

また、三段目の積分球２１０は、拡散光Ｐ３を生成するための積分球であり、入射開口２１１と、出射ポート２１２と、遮光板２１３とを備えている。また、この積分球２１０の内壁面には、反射膜２１４が形成されている。これらの各構成部２１１〜２１４の構成は、上記実施の形態１の二段目の積分球１２０の、対応する構成部１２１〜１２４とほぼ同様であるので、説明を省略する。

但し、反射膜２１４は、二段目の積分球１２０に形成された反射膜１２４と異なる反射膜としてもよい。

連結開口部２２０は、二段目の積分球１２０と三段目の積分球２１０とを連結する機構であり、アパーチャ２２１と、光学フィルタ２２２とが設けられている。アパーチャ２２１の構成は、連結開口部１３０のアパーチャ１３１とほぼ同様である。一方、光学フィルタ２２２は、連結開口部１３０の光学フィルタ１３２とは周波数特性が異なるものを使用しても良い。

このように、この発明は、三段の積分球を連結してなる積分球型減光器２００にも適用することができ、上記実施の形態１に係る積分球型減光器１００とほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、四段以上の積分球を連結してなる積分球型減光器に、この発明を適用することも可能である。

１００，２００積分球型減光器
１１０，１２０，２１０積分球
１１１入射ポート
１１２，１２２，２１２出射ポート
１１３，１２５出射開口
１１４，１２３，２１３遮光板
１１５，１２４，２１４反射膜
１２１，２１１入射開口
１３０，２２０連結開口部
１３１，２２１アパーチャ
１３２，２２２光学フィルタ

Claims

所望の光学的性質を有する拡散光を光源光から生成して、出射ポートから出力する積分球型減光器であって、
二段以上の積分球が、前段の該積分球との間に設けられた連結開口部を介して順次連結され、
初段の該積分球は、前記光源光を入射し、内壁面に形成された第１の反射膜で拡散反射させることによって第１の前記拡散光を生成して、第１の前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、
ｎ段目（ｎは２以上の自然数）の前記積分球は、ｎ−１段目の前記積分球から前記連結開口部を介して第ｎ−１の前記拡散光を入射し、内壁面に形成された第ｎの反射膜で拡散反射させることによって第ｎの前記拡散光を生成して、第ｎの前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、
何れかの前記積分球に形成された前記反射膜は、他の何れかの前記積分球に形成された前記反射膜と、光学的特性が異なるように構成され、
前記ｎ段目の積分球に形成された前記第ｎの反射膜の何れかは、前記初段の積分球に形成された前記第１の反射膜よりも耐熱温度が低い膜となるように構成された、
ことを特徴とする積分球型減光器。
所望の光学的性質を有する拡散光を光源光から生成して、出射ポートから出力する積分球型減光器であって、
二段以上の積分球が、前段の該積分球との間に設けられた連結開口部を介して順次連結され、
初段の該積分球は、前記光源光を入射し、内壁面に形成された第１の反射膜で拡散反射させることによって第１の前記拡散光を生成して、第１の前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、
ｎ段目（ｎは２以上の自然数）の前記積分球は、ｎ−１段目の前記積分球から前記連結開口部を介して第ｎ−１の前記拡散光を入射し、内壁面に形成された第ｎの反射膜で拡散反射させることによって第ｎの前記拡散光を生成して、第ｎの前記出射ポートから外部へ出力するように構成され、
前記積分球における前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部と前記拡散光の出射側の前記連結開口部が、前記積分球の中心位置を通る直線上に対向して配置されており、
前記中心位置に遮光板が設けられている、
ことを特徴とする積分球型減光器。
前記出射ポートが、前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部から見て前記積分球の半分より後方に配置されており、
前記遮光板が、前記光源光の入射ポート又は前記拡散光の入射側の前記連結開口部と前記出射ポートを結ぶ直線を遮る大きさ及び形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の積分球型減光器。
前記ｎ−１段目の積分球と前記ｎ段目の積分球との間の前記連結開口部に、前記第ｎ−１の拡散光を透過させる光学フィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の積分球型減光器。