JPH0361822A - 測光標準受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光・放射の標準のうち、測光単位（光度［ｃ
ｄ］、光束［：１ｍ］、照度［１ｘ］など）の−次標準
を設定するための受光器に関するものである。

従来の技術 従来、測光単位の一次標準は、ブランクの放射剤に基づ
く黒体炉や、光パワーを電力と置換して測定する絶対放
射計、またはシンクロトロンなどを用いて実現きれてき
た。これらの方法は、いずれも、−次標準に足る高精度
を得るためには、大がかりな設備よ高度の技術を要し、
国立研究機関においてのみ実現可能であった。しかし、
近年、半導体物理に基づき、シリコンフォトダイオ・−
ドなどの半導体光検出器を用いて比較的容易な技術によ
り検出器の絶対応答度を高精度に測定できる技術が開発
されている（参考文献２：　Ａｐｐｌ、Ｏｐｔ。

Ｖｏ）　、１９．Ｎｏ、８．１９８０．ｐ１２１４）。

この方法は、シリコンフォトダイオードの自己校正法た
呼ばれ、フートダイオードの表面反射率と内部逗子効率
を個別に測定することにより、絶対応答度［Ａ／ＷＥを
推定するこ已ができる。この方法により比較的簡易な設
備を用いて、０．１％オーダの非常に高い確度が得られ
ることが確認され、新しい高精度の測光標準の作成法と
しても有望視されている。

この方法は、基本的に、単色光をフォトダイオードに照
射して、その単一波長における絶対応答度［Ａ／Ｗコを
求める方法であるため、測光標準を作成するためには、
可視域の全域にわたって自己校正法の測定を行ない、絶
対分光応答度Ｒ（λ）を求める必要がある。Ｒ（１）が
求められれば、分光透過率がτ（λ）なる視感度補正フ
ィルタをそのフォトダイオードと組合せることにより、
［Ａ／１ｍ］　　　、、、（４） Ｐ（λ）：測定する光源の相対分光分布Ｖ（λ）：標準
比視感度 に鱒：最大視感度（８８３［１ｍ／Ｗｌ）。

なる関係式により、測光量に対する応答度［Ａ／Ｉｍコ
の値付けができる。さらに、前記フォトダイオードと視
感度補正フィルタの組合せに、開口面積がａ［ｍ２１な
るアパーチャを組合せた受光器（以下、測光標準受光器
た呼ぶ）を構成すると、［Ａ／ｌｘコ　　・・・・・（
５） の如く応答度［Ａ／ｌｘｌが求められ、受光面の照度の
値付けができるこ己により測光標準を作成することがで
きる。

発明が解決しようとする課題 上記のように、絶対応答度は、自己校正法などの技術に
より　０．１％オーダの高精度で値（１けができるが、
（４）、（５）式で表されているように、測光量に対す
る応答度の値付けには、視感度補正フィルタの分光透過
率τ（λ）も必要となり、τ（λ）の誤差は直接応答度
の誤差に伝搬するため、絶対応答度た同程度の高い精度
で測定する必要がある。

分光透過率は一般に分光光度計で容易に測定できるが、
その精度は１％程度であり、それ以上の高精度で測定す
るためには特別な設備を必要とする。また、一般にフィ
ルタは、面上の位置によって透過率にむらがあり、受光
器に組み込んだときに光が透過する部分に対して正確に
位置および面積を合わせて測定する必要があり、この条
件を満たさないと値付は誤差を生ずる。一般の分光光度
計ではビーム径などが決まっておりこの条件を満たした
測定は困難である。さらに、上記のことを考慮して十分
な精度で測定したとしても、視感度補正フィルタを受光
器に装着したとき、フォトダイオ−１！の表面との相互
反射により見かけの透過率が増加し、値付は誤差を生じ
るεいう問題があった。

課題を解決するための手段 （１）可視域の各波長において一定の放射照度の単色光
を前記測光標準受光器に照射したときの各波長における
測光標準受光器の出力を、測光標準受光器の視感度補正
フィルタを取りのぞいた場合と組み込んだ場合とで測定
し、測定値をそれぞれ、Ｉａ（λ）、Ｉ＋（λ）とする
と、 τ（λ）”Ｉ＋（え）　／　Ｉ　ｎ　（λ）・・・・（
６）なる関係により視感度補正フィルタの分光透過率τ
（λ）を求められ、これを（５）に当てはめることによ
り測光標準受光器の応答度を正確に求めることができる
。

（２）相対分光分布がＰ（λ）なる光源から一定照度の
光を前記測光標準受光器に照射ときの測光標準受光器の
出力を、測光標準受光器の視感度補正フィルタを取りの
ぞいた場合と組み込んだ場合とで測定し、測定値をそれ
ぞれ、Ｉｉｌ、Ｉ＋　　としたとき（４）式の分子を、 ｘ：ｐｃ、λ）Ｒ（久）τ（λ）ｄえ ”　（Ｉ＋／　ｌ５）ｆ”　　Ｐ　（λ）Ｒ（λ）ｄλ
・・・・・・・（７） と置き換えることができ、τ（λ）の測定の必要なく、
測光量に対する応答度を正確に値付けすることができる
。

作用 前記（１）の方法により、視感度補正フィルタの透過率
の不均一性による誤差と、視感度補正フィルタと受光素
子の表面との間の相互反射による誤差が原理的に生じな
い、精度の高い測光Ｍ準受光器の値付けが可能になる。

前記（２）の方法により、視感度補正フィルタの分光透
過率を測定する必要なく、白色光源を用いた視感度補正
フィルタの透過率の測定により測光標準受光器の値付け
が可能となり、しかも視感度補正フィルタの透過率の不
均一性による誤差と、視感度補正フィルタと受光素子の
表面との間の相互反射による誤差が原理的に生じない値
付けが可能となる。

実施例 本発明の第１の実施例について、図面を用いて説明する
。

第３図は、本発明の実施例の中で用いる測光標準受光器
の構成を示したものである。第３図において、１はアパ
ーチャ、２は視感度補正フィルタ、３はシリコンフォト
ダイオード、４は測光標準受光器（内部にあるものをす
べて含む）、５は入射光である。シリコンフォトダイオ
ード３は、受光面上の応答度の均一性を充分よくするた
め窓を除去したものである。アパーチャ１の面積をａ　
［ｍ２コ、視感度補正フィルタ２の分光透過率をτ（λ
）、シリコンフォトダイオードの絶対分光応答度をＲ［
Ａ／Ｗ］とすると、この測光標準受光器の測光量［ｌｘ
］に対する応答度は、先に示した（５）式で表される。

第３図において、入射光５は、アパーチャ１を通過後、
視感度補正フィルタ２の特定の部分（斜線で示す）を通
過する。一般に光学フィルタはその面上の位置によって
透過率のむらがあるため、τ（λ）を測定するとき、受
光器に組み込んだ状態で実際に光が通過する部分の透過
率を測定しないと、測光標準受光器の応答度の値に誤差
を生じる。

さらに、視感度補正フィルタ２を通過した光はシリコン
フォトダイオード３に入射する。シリコンフォトダイオ
ードの受光面は鏡面であり、可視域で１０％〜４０％の
鏡面反射率があるため、シリコンフォトダイオード３に
入射した光の一部は、その表面で反射し、視感度補正フ
ィルタ２に戻される。戻された光の一部は、視感補正フ
ィルタ２の表面で再び反射してシリコンフォトダイオー
ド３に入射する。このような光の相互反射により、視感
度補正フィルタ２の真の透過率から計算するよりもシリ
コンフォトダイオード３の出力電流が増加し、値付けの
誤差が生じる。

そこで、第１図に示すような測定系を用いた測定を行な
う。第１図において、６は分光器、７は光源、８は拡散
板である。分光器θから出射され、拡散板８で拡散され
た、可視域内の各波長の単色光を測光標準受光器４で受
け、まず、測光標準受光器４の中の視感度補正フィルタ
２を除去した状態で、測光標準受光器４の各波長での出
力電流■ｌＩ（λ）を測定する。次に、視感度補正フィ
ルタ２を組み込んだ状態での各波長での出力電流Ｉ＋（
λ）を測定する。すると、視感度補正フィルタ２の実効
的な分光透過率τ′　（λ）は、 τ゛　（λ）＝ｒ、（λ）／Ｉｓ（λ）　・・・（８）
で表される。このτ′　（λ）は、視感度補正フィルタ
２の透過率の位置による不均一性と光の相互反射の効果
を折りこんだ値として測定されるため、原理的に、それ
らによる値付けの誤差を生じない。

このようにして求めたτ′　（λ）を、（５）式におけ
るτ（λ）に代入して計算することにより、測光標準受
光器の応答度ＲＩ　Ｌを正確に値付けすることができる
。

本発明の第２の実施例について、数式と図面を用いて説
明する。（４）式において、分子をｊ、Ｐ（λ）Ｒ（λ
）τ（λ）ｄλ ＝τ、ｒ”ｐ＜λ）Ｒ（λ）ｄλ　　・・・・（９）と
おくと、　τ１　は、 ・・・・・（１０） で表される。すなわち、τ、は、Ｐ（λ）・Ｒ（λ）で
重み付けされた、Ｐ（λ）の全波長域の放射に対する視
感度補正フィルタの透過率を表わす。

このτ１を第２図に示す方法で測定する。第２図におい
て、４は測光標準受光器、１はアパーチャ、２は視感度
補正フィルタ、３はシリコンフォトダイオード、９は光
源である。第２図において、分光分布がＰ（λ）なる光
源９からの光を測光標準受光器４で受け、まず、測光標
準受光器４の中の視感度補正フィルタ２を除去した状態
（第３図（ａ）に示す）のシリコンフォトダイオード３
の出力電流Ｉｓを測定する。次に、同じ位置で、測光標
準受光器４の中の視感度補正フィルタ２を組み込んだ状
態（第３図（ｂ）に示す）のシリコンフォトダイオード
３の出力電流１１を測定する。すると、■鑓、工１は、
それぞれ、 ｌ５＝ｆ”Ｐ（λ）Ｒ（λ）ｄλ・・・・・（ｌりＩ＋
＝Ｊ“　Ｐ（λ）Ｒ（λ）τ（λ）ｄλ・・・・・（１
２） で表わされる。したがってＮ　　（１０）〜（１２）式
より、τ−”Ｉ＋／Ｉａ　　　　　　　　　・・・・・
（１３）が成り立つ。これを（９）式に代入して、（５
）式の分子を置き換えると、 ［Ａ／　ｌｘ］・・・・・・（１４） なる関係が導かれる。（１４）式では、τ（λ）の項が
消去されており、τ（λ）の測定の必要なく、Ｉ＋／Ｉ
ａの値から応答度Ｒ＋　ｔが求められることになる。さ
らに、上記のτ−（”　Ｉ　＋／　Ｉ　ｓ）の測定では
、第１の実施例におけるτ′　（λ）の測定と全（同様
に、視感度補正フィルタ２の透過率の位置による不均一
性と光の相互反射の効果を折りこんだ値が測定されるた
め、原理的に、それらによる値付けの誤差を生じない。

したがって、この方法により、Ｒ（λ）およびＰ（λ）
の正確な値がわかれば、τ（λ）の測定の必要なく、測
光標準受光器の応答度ＲＩ　Ｌを正確に値付けすること
ができる。

第１の実施例においては、τ（λ）を可視域の各波長で
分光測定する必要があるが、Ｒ（λ）とＰ（λ）の値を
可視域（またはτ（λ）の透過波長域）内のみで与えれ
ばよく、また、その精度も、可視域の両端に近い波長領
域では、値付けの精度にはあまり影響しない。第２の実
施例においてはτ（λ）の分光測定の必要がないという
大きな利点があるが、Ｒ（λ）とＰ（λ）を、　Ｒ（λ
）Ｐ（λ）で決まる波長域の全域において測定する必要
がある。

発明の効果 以上のように、本発明により、まず、第１の実施例に示
したように、視感度補正フィルタの分光透過率の測定に
おいて、透過率の不均一性と、受光素子表面との相互反
射を折りこんだ測定が可能となり、それらによる値付け
の誤差が原理的に生じない、精度の高い測光標準受光器
を実現することできる。

さらに、第２の実施例に示したように、視感度補正フィ
ルタの分光透過率を測定する必要なく、白色光源を用い
た視感度補正フィルタの透過率の測定により測光標準受
光器の値付けが可能となり、かつ、視感度補正フィルタ
の透過率の不均一性による誤差と、受光素子表面との相
互反射による誤差が原理的に生じない、精度の高い測光
標準受光器を実現することができる。

シリコンフォトダイオードの自己校正法は、比較的簡易
な設備と技術を用いて高精度の絶対応答度の値付けがで
きるといわれており、本発明による測光標準受光器と組
合せることにより、高精度の測光標準受光器を容易に実
現することが可能となり、実用的な測光標準設定法とし
て大きな効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例における視感度補正フ
ィルタの分光透過率の測定方法を示す説明図、第２図は
、本発明の第２の実施例における視感度補正フィルタの
透過率τ１の測定方法を示す説明図、第３図は、本発明
の第１および第２の実施例の中で使用する測光標準受光
器の構成図である。 １０３．アパーチャ、２．、、視感度補正フィルタ、３
１１．シリコンフォトダイオード、４．、、測光標準受
光器、５０３．入射光、８、＋＋＋分光器、７１１．光
源、８．、、拡散板、９．、、光源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶対分光応答度がＲ（λ）なる受光素子と、前記
   受光素子の前に置かれ、相対分光応答度を標準比視感度
   Ｖ（λ）に近似させるフィルタＡと、前記フィルタＡの
   前に置かれ、開口部面積がａなるアパーチャとから構成
   され、前記構成においてフィルタＡを除いたものに、可
   視域の各波長の単色光を照射したときの各波長における
   前記受光素子の出力をＩ＿■（λ）とし、前記構成にお
   いてフィルタＡを組み込んだときの前記と同じ単色光を
   照射したときの各波長における前記受光素子の出力をＩ
   ＿１（λ）とし、測光量に対する応答度Ｒ＿１＿Ｌを、
   ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・・（１
   ） ただしτ（λ）＝Ｉ＿１（λ）／Ｉ＿■（λ）・・・・
   ・・・（２） Ｐ（λ）：測定する光源の相対分光分布 Ｖ（λ）：標準比視感度 Ｋｍ：最大視感度（６８３［ｌｍ／Ｗ］） なる関係で求めることを特徴とする測光標準受光器。
2. （２）絶対分光応答度がＲ（λ）なる受光素子と、前記
   受光素子の相対分光応答度を標準比視感度Ｖ（λ）に近
   似させるフィルタＡと、面積がａなるアパーチャから構
   成され、前記構成においてフィルタＡを除いたものに、
   相対分光分布がＰ（λ）なる光源から一定照度の光を照
   射ときの前記受光素子の出力をＩ＿■、前記構成におい
   てフィルタＡを組み込んだものに、前記と同じ光を照射
   したときの前記受光素子の出力をＩ＿１とし、測光量に
   対する応答度Ｒ＿１＿Ｌを、 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・・（３
   ） なる関係から求めることを特徴とする測光標準受光器。