WO2016151778A1 - 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

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 Download PDF

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久志 白岩
弘幸 佐野
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Definitions

  • the present invention relates to a reference light source device used for calibration of a spectral luminance meter and a calibration method using the same.
  • Patent Documents 1 and 2 below disclose a reference light source that can calibrate a spectral luminance meter.
  • the reference light source disclosed in these documents includes an integrating sphere into which the light of the LED or the semiconductor laser is incident from the outside, and the light that has been multiple-reflected in the integrating sphere is provided on the outer wall of the integrating sphere The light is emitted from the luminance reference plane which is an opening.
  • the spectral luminance meter to be calibrated is installed so as to face the luminance reference plane, and measures the luminance of the luminance reference plane.
  • the spectral luminance meter to be calibrated is calibrated based on the luminance measured in this way and the luminance of the luminance reference plane that is likely to be measured by another measuring means.
  • the integrating sphere is a device that spatially equalizes the luminous flux by placing the light source at the center of the integrating sphere.
  • the light from the light source is integrated from the outside of the integrating sphere.
  • the luminance of the luminance reference plane is not uniform. That is, luminance unevenness occurs on the luminance reference plane.
  • the spectral luminance meter to be calibrated generally performs spot measurement with a small measurement angle, so depending on where the spectral luminance meter to be calibrated is actually directed on the luminance reference plane, Luminance measurements will vary greatly.
  • the light of a plurality of individual light sources having different wavelength characteristics is incident on the integrating sphere from different positions on the outer wall of the integrating sphere. It depends on the individual light source. That is, the luminance measurement value by the spectral luminance meter to be calibrated is greatly affected by the change in luminance unevenness caused by the change of the individual light source.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a first object is to provide a reference light source device capable of suppressing luminance unevenness on a luminance reference surface of an integrating sphere.
  • a second object is to provide a highly reliable and simple calibration method of a spectral luminance meter using a reference light source device in which unevenness in luminance on the luminance reference surface of an integrating sphere is suppressed.
  • a reference light source device is provided with an integrating sphere having a luminance reference plane that is an opening and an outer wall of the integrating sphere spaced apart from each other, and has a wavelength characteristic inside the integrating sphere. Includes a plurality of first optical ports that respectively receive equivalent light.
  • the term “integrating sphere” is used to mean a wide range of devices that uniformize incident light by multiple reflection on the inner wall surface, such as a full sphere, a hemisphere, and a 1/8 sphere.
  • the plurality of first optical ports have the same distance from the center of the luminance reference plane on the outer wall of the integrating sphere, and rotate with respect to the rotational symmetry axis of the integrating sphere passing through the center of the luminance reference plane. It may be provided at a plurality of positions having symmetry.
  • the integrating sphere may be a full sphere.
  • the plurality of first optical ports are provided at a plurality of positions that equally divide a circle on the luminance reference plane side from a circle having a maximum radius among circles obtained by cutting the integrating sphere on a plane perpendicular to the rotational symmetry axis. It's okay.
  • the integrating sphere may be a hemisphere including a circular flat plate having the luminance reference plane at the center thereof.
  • the plurality of first optical ports may be provided at a plurality of positions on the circular flat plate that equally divides a circle concentric with the circular flat plate.
  • the reference light source device may further include a single light source that supplies light to each of the plurality of first optical ports through an optical fiber.
  • the lengths of the optical fibers from the single light source to each of the plurality of first optical ports may be equal.
  • the reference light source device is provided on the outer wall of the integrating sphere so as to be spaced apart from each other, and light having an equivalent wavelength characteristic different from that of the plurality of first optical ports is incident on the inside of the integrating sphere.
  • a plurality of second optical ports may be further included.
  • the reference light source device may further include a measurement port provided on the outer wall of the integrating sphere and connected to a spectral illuminometer that measures spectral illuminance.
  • the reference light source device may further include a wavelength calibration port that is provided on the outer wall of the integrating sphere, is connected to a wavelength calibration light source, and receives light having a known wavelength peak inside the integrating sphere.
  • a calibration method is a method for calibrating a spectral luminance meter using the reference light source device, the step of measuring the luminance of the luminance reference plane with a spectral luminance meter to be calibrated, and the luminance with a calibrated spectral illuminometer. Measuring the illuminance of a reference plane; calibrating the calibration target spectral luminometer based on the measured luminance, the measured illuminance, and the relationship between the luminance and the illuminance. Including.
  • the calibration step may convert the measured illuminance into luminance based on the relationship.
  • the relationship may be obtained by associating the illuminance of the luminance reference plane measured by the calibrated spectral luminometer with the luminance of the luminance reference plane measured by the calibrated spectral luminometer.
  • the calibrated spectral illuminance meter may be a calibrated spectral illuminance standard bulb with an optical system for using the calibration target spectrometer as a spectral illuminance meter.
  • FIG. 1 is an overall view of a reference light source device and a calibration system using the same according to an embodiment of the present invention. It is a top view of a reference light source device.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • It is a block diagram of a calibration object spectral luminance meter. It is a flowchart which shows the calibration method of the spectral luminance meter which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the uniformity of the brightness
  • FIG. 1 It is the IX-IX sectional view taken on the line in FIG. It is a perspective view which shows the reference light source device which concerns on a 2nd modification. It is a top view which shows the reference light source device which concerns on a 2nd modification. It is a general view of the reference light source device which concerns on a 3rd modification, and a calibration system using the same. It is a flowchart which shows the calibration method of the spectral luminance meter using the calibration system shown in FIG.
  • FIG. 1 is an overall view of a reference light source device and a calibration system using the same according to an embodiment of the present invention.
  • the integrating sphere 12 is shown in a perspective view.
  • FIG. 2 is a plan view of hemispherical integrating sphere 12 as seen from the cut surface side
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the reference light source device 10 includes an integrating sphere 12.
  • the integrating sphere 12 is formed in a hollow hemispherical shape, and its outer wall is composed of a hemispherical shell portion 12a and a circular flat plate portion 12b.
  • the inner surface of the circular flat plate portion 12b which is a split surface, is a mirror made of aluminum vapor deposition or the like, and the inner surface of the hemispherical shell portion 12a is a white highly diffuse reflecting surface made of a barium sulfate or PTFE (polytetrafluoroethylene) sintered product.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a luminance reference surface 18 that is a circular opening is provided at the center of the circular flat plate portion 12b, and the integrating sphere 12 passes through the center of the luminance reference surface 18 and is perpendicular to the rotational symmetry axis R perpendicular to the circular flat plate portion 12b. It is a three-dimensional shape that is n-fold symmetric (n is an arbitrary integer of 2 or more).
  • the circular flat plate portion 12b is provided with two first optical ports 16a and 16b for allowing light from the halogen lamp 28 as the first light source to enter the integrating sphere 12.
  • the positions of the first optical ports 16a and 16b are set such that the distances from these positions to the center of the luminance reference plane 18 are equal, and the first optical ports 16a and 16b are symmetrical twice with respect to the rotational symmetry axis R. That is, the first optical ports 16a and 16b are provided at positions that divide the concentric circle of the luminance reference surface 18 into two equal parts.
  • the light from the halogen lamp 28, which is a single light source, is guided to the first optical ports 16a and 16b by an optical fiber that is formed in a Y shape and branched in the middle.
  • the lengths of the optical fibers from the halogen lamp 28 to the first optical ports 16a and 16b are equal. For this reason, even if the halogen lamp 28 deteriorates and the wavelength characteristic changes, light having the same wavelength characteristic is always emitted from the first optical ports 16a and 16b.
  • the circular flat plate portion 12b is also provided with two second optical ports 14a and 14b for allowing light from the deuterium lamp 30 as the second light source to enter the integrating sphere 12.
  • the positions of the second optical ports 14a and 14b are also adjusted so that the distances from these positions to the center of the luminance reference plane 18 are equal and are symmetric twice with respect to the rotational symmetry axis R. That is, the second optical ports 14 a and 14 b are also provided at positions that bisect a circle passing through the center of the luminance reference plane 18.
  • the first optical ports 16a and 16b and the second optical ports 14a and 14b are provided at positions shifted from each other by 90 degrees.
  • the light of the deuterium lamp 30 that is a single light source is guided to the second optical ports 14a and 14b by an optical fiber that is formed in a Y shape and branched in the middle.
  • the lengths of the optical fibers from the deuterium lamp 30 to the second optical ports 14a and 14b are equal. For this reason, even if the deuterium lamp 30 is deteriorated and the wavelength characteristic is changed, light having the same wavelength characteristic is always emitted from the second optical ports 14a and 14b.
  • the halogen lamp 28 emits light in the visible / near infrared region, and the deuterium lamp 30 emits light in the ultraviolet region.
  • the mounting positions of the first optical ports 16a and 16b and the second optical ports 14a and 14b are not limited to those described above, and may be provided in the hemispherical shell 12a of the integrating sphere 12. Also in this case, the first optical ports 16a, 16a, 16c are arranged at a plurality of positions having the same distance from the center of the luminance reference surface 18 and having rotational symmetry with respect to the rotational symmetry axis R of the integrating sphere 12 passing through the center of the luminance reference surface 18. 16b and second optical ports 14a and 14b are preferably provided.
  • a measurement port 20 to which the built-in spectrophotometer 24 is connected by an optical fiber and a wavelength calibration port 22 to which a wavelength calibration light source 26 is connected by an optical fiber are further provided.
  • the built-in spectral illuminance meter 24 measures the luminance of the luminance reference surface 18 serving as a reference for calibrating the calibration target (calibrated) spectral luminance meter 40.
  • an annular light shielding wall 21 is provided around the measurement port 20 so that light emitted from the first optical ports 16a and 16b and the second optical ports 14a and 14b does not reach the measurement port 20 directly. Is erected.
  • the wavelength calibration light source 26 includes, for example, a mercury lamp and a neon lamp, and emits light having a known wavelength peak (mercury emission line and neon emission line).
  • the spectral luminance meter 40 to be calibrated is placed at a predetermined distance from the luminance reference surface 18 so as to face the luminance reference surface 18, and calibration is performed by measuring this light.
  • a spectral irradiance standard bulb 32 can be installed at the position of the spectral luminance meter 40 in order to calibrate the sensitivity of the built-in spectral illuminance meter 24.
  • the spectral irradiance standard light bulb 32 is a light bulb calibrated by a specific company as having a predetermined wavelength characteristic.
  • the halogen lamp 28, the deuterium lamp 30, the built-in spectral illuminance meter 24, the wavelength calibration light source 26, the spectral luminance meter 40, and the spectral irradiance standard light bulb 32 are all connected to a controller 34 constituted by a computer.
  • the controller 34 can control lighting of the halogen lamp 28, the deuterium lamp 30, the wavelength calibration light source 26, and the spectral irradiance standard bulb 32.
  • the controller 34 can acquire the illuminance measured by the built-in spectral illuminometer 24 or calibrate the built-in spectral illuminometer 24.
  • the controller 34 can acquire the luminance measured by the calibration target spectral luminance meter 40 or calibrate the calibration target spectral luminance meter 40.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the spectral luminance meter 40 to be calibrated.
  • the spectral luminometer 40 to be calibrated shown in the figure is a so-called polychromator, and the light to be measured guided to the entrance slit 42 via the condensing optical system 41 is diffracted by the concave diffraction grating 44, and the diffracted light is received by the light receiving sensor.
  • the controller 46 connected to the light receiving sensor array 45 includes a pixel-wavelength table storage unit 47 and a sensitivity correction value storage unit 48.
  • the pixel-wavelength table storage unit 47 stores which pixel corresponds to which wavelength.
  • the sensitivity correction value storage unit 48 stores a coefficient for converting the output value of each pixel into luminance.
  • the controller 34 performs wavelength calibration of the calibration target spectral luminance meter 40 by updating the pixel-wavelength table and updates the sensitivity correction value, thereby correcting the calibration target spectral luminance meter. Perform 40 sensitivity calibrations.
  • the built-in spectral illuminometer 24 has the same configuration.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a calibration method by the calibration system. Each step shown in the figure is sequentially executed by the controller 34, but may be executed manually by a calibration operator.
  • wavelength calibration of the built-in spectral illuminance meter 24 is performed (S101). Specifically, the controller 34 turns on the wavelength calibration light source 26 and makes light having a known wavelength peak enter the integrating sphere 12. Further, the spectral illuminance of the incident light is measured by the built-in spectral illuminance meter 24, and the pixel-wavelength table stored in the built-in spectral illuminance meter 24 is updated so that the wavelength peak matches a known value.
  • sensitivity calibration of the built-in spectral illuminometer 24 is performed (S102).
  • the controller 34 installs the spectral irradiance standard bulb 32 in front of the luminance reference plane 18 at a position away from the luminance reference plane 18 by a predetermined distance, and turns on the spectral irradiance standard bulb 32.
  • the spectral irradiance standard bulb 32 illuminates the luminance reference surface 18 with a known spectral illuminance.
  • the movement of the standard irradiance light bulb 32 may be automated by electrical means and mechanical means, or may be manually performed by a calibration operator by displaying a guide message or the like.
  • the controller 34 measures the spectral illuminance by the built-in spectral illuminance meter 24. Then, the sensitivity correction value stored in the built-in spectral illuminance meter 24 is updated so that the illuminance at each wavelength matches that known as that of the spectral irradiance standard bulb 32.
  • the spectral illuminance of the light emitted from the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 is measured using the built-in spectral illuminance meter 24 that has been subjected to wavelength calibration and sensitivity calibration in this way (S103).
  • the controller 34 turns on the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30, measures the spectral illuminance with the built-in spectral illuminometer 24, and captures the measured value.
  • the controller 34 converts the spectral illuminance measured by the built-in spectral illuminance meter 24 into spectral luminance using the illuminance-luminance table (S104).
  • a calibrated spectral luminance meter is prepared in advance at the factory or service base of the manufacturing company, and after completing the steps S101, S102, and S103, the calibrated spectral luminance meter is set to the calibration target spectral luminance meter 40.
  • the spectral illuminance is measured by the built-in spectral illuminance meter 24, and at the same time, the spectral luminance is measured by the calibrated spectral luminance meter. Then, by associating the spectral illuminance and spectral luminance thus measured, an illuminance-luminance table, that is, an illuminance and luminance conversion coefficient for each wavelength is obtained in advance.
  • the illuminance-luminance table is stored in the controller 34 in advance.
  • the luminance of each wavelength is obtained by multiplying the illuminance of each wavelength obtained by the built-in spectral illuminometer 24 by the conversion coefficient included in this illuminance-luminance table.
  • the controller 34 performs wavelength calibration of the calibration target spectral luminance meter 40 (S105). Specifically, after the spectral irradiance standard light bulb 32 is moved away from the front of the luminance reference plane 18, a guide message is displayed to the calibration operator, and the calibration target spectral luminance meter 40 is moved in front of the luminance reference plane 18. Therefore, it is arranged at a predetermined distance from the luminance reference plane 18. Further, the controller 34 turns on the wavelength calibration light source 26 and causes the calibration target spectral luminance meter 40 to measure the spectral luminance. Then, the pixel-wavelength table stored in the pixel-wavelength table storage unit 47 of the calibration target spectral luminance meter 40 is updated so that the measured wavelength peak matches a known value.
  • the controller 34 measures the spectral luminance of the light emitted from the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 using the calibration target spectral luminance meter 40 that has completed the wavelength calibration in this way (S106). Specifically, the controller 34 turns on the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30, causes the spectral luminance meter 40 to measure the spectral luminance, and captures the measured value.
  • the controller 34 updates the sensitivity correction value stored in the sensitivity correction value storage unit 48 of the calibration target spectral luminance meter 40 so that the spectral luminance measured in S106 matches the spectral luminance obtained in S104 (S107). ).
  • the reference light source device 10 As described above, light having the same wavelength characteristics is incident on the integrating sphere 12 from the first optical ports 16a and 16b separated from each other. As compared with the case where light is incident from, the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 can be suppressed.
  • the first optical ports 16a and 16b are provided at positions on the outer wall of the integrating sphere 12 that are equal in distance from the center of the luminance reference plane 18 and have rotational symmetry with respect to the rotational symmetry axis R. The luminance unevenness of the surface 18 can be more effectively suppressed. Similarly, the luminance unevenness on the luminance reference plane 18 is also suppressed for the light incident from the second optical ports 14a and 14b.
  • FIG. 6 is a diagram showing the uniformity of luminance on the luminance reference surface 18.
  • FIG. 6A is a diagram showing luminance unevenness when light is incident from the first optical port 16a
  • FIG. 4B is a diagram when light is incident from both the first optical ports 16a and 16b. It is a figure which shows a brightness nonuniformity.
  • the horizontal axis indicates the distance from the center of the luminance reference surface 18 to the measurement position as a percentage with respect to the radius of the luminance reference surface 18.
  • the vertical axis represents the luminance at the measurement position as a percentage of the luminance at the center of the luminance reference plane 18.
  • the measurement was performed by moving the line connecting the center of the first optical port 16a and the center of the luminance reference plane 18 from a position 25% away from the center of the luminance reference plane 18 to a position closer to 25%. According to these figures, it can be confirmed that the light emitted from the first optical ports 16a and 16b overlap each other and the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 is greatly reduced.
  • the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 can be greatly reduced. Therefore, according to the present embodiment, the built-in spectral illuminance can be obtained without using a pre-calibrated spectral luminance meter. Using the spectral illuminance measured by the meter 24, the calibration target spectral luminance meter 40 can be accurately calibrated. That is, as already described, since the spectral luminance meter generally performs spot measurement with a small measurement angle, if the luminance reference surface 18 has a large luminance unevenness, the spectral luminance meter actually performs the luminance reference. Depending on where the face 18 is directed, the brightness measurement will vary greatly.
  • the calibration target spectral luminance meter 40 has the same luminance as the calibrated spectral luminance meter when the illuminance-luminance table is created using the calibrated spectral luminometer and the calibrated spectral luminance meter. Unless measured, the reliability of calibration is not guaranteed. According to the present embodiment, since the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 is greatly reduced, the luminance at a position shifted from the measurement position of the calibrated spectral luminance meter when the illuminance-luminance table is created is actually calibrated. Even if it is measured by the target spectral luminance meter 40, the difference is small, so that the reliability of calibration can be maintained.
  • the calibration of the built-in spectral illuminance meter 24 can be easily performed using the spectral irradiance standard light bulb 32, even if it is not a manufacturing company's factory or service base, the user can perform the calibration with the spectral irradiance standard light bulb 32. Calibration with assured traceability can be performed.
  • spectral radiance calibration can be performed in a wide wavelength range. If the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 are used as described above, spectral radiance calibration in a wide wavelength region from the ultraviolet region to the infrared region can be performed.
  • the illuminance of the reference light source device 10 can be measured each time with the built-in spectral illuminance meter 24, the light intensity of the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 is changed, and the calibration-target spectral luminometer 40 with a plurality of luminance values. Can be calibrated. Furthermore, even if the internal reflectance of the integrating sphere 12 is reduced, highly reliable spectral radiance calibration can be performed.
  • FIG. 7 is an overall view of a reference light source device according to a first modification and a calibration system using the same.
  • FIG. 8 is a plan view of the reference light source device according to the first modification viewed from the luminance reference plane 118 side
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG.
  • the reference light source device 110 is shown in a perspective view. Since the first modified example is different from the calibration system shown in FIG. 1 only in the reference light source device 110, the other elements are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the reference light source device 110 includes a spherical integrating sphere 112.
  • a luminance reference surface 118 which is a circular opening, is provided at one location of the integrating sphere 112.
  • the center of the luminance reference surface 118 and the center of the integrating sphere 112 are provided.
  • the integrating sphere 112 has a three-dimensional shape that is n-fold symmetric (n is an arbitrary integer of 2 or more) with respect to the rotational symmetry axis R passing through
  • the first optical ports 116a and 116b are provided at positions on the outer wall of the integrating sphere 112 that are equal in distance from the center of the luminance reference plane 118 and have rotational symmetry with respect to the rotational symmetry axis R.
  • the first optical ports 116a and 116b have a circle Y closer to the luminance reference plane 118 than the circle X (equator) having the maximum radius among the circles cut off the integrating sphere 112 by a plane perpendicular to the rotational symmetry axis R.
  • the light is emitted in two equal positions so that the light emission direction faces the center of the integrating sphere 112.
  • the second optical ports 114 a and 114 b are also provided at positions on the outer wall of the integrating sphere 112 that have the same distance from the center of the luminance reference plane 118 and have rotational symmetry with respect to the rotational symmetry axis R.
  • the second optical ports 114a and 114b are provided at positions where the circle Y is equally divided so that the light emission direction faces the center of the integrating sphere 112.
  • the first optical ports 116a and 116b are provided.
  • the second optical ports 114a and 114b are provided at positions shifted from each other by 90 degrees.
  • a measurement port 120 and a wavelength calibration port 122 are also provided on the outer wall of the integrating sphere 112.
  • the measurement port 120 and the wavelength calibration port 122 are provided on the circle X at positions shifted by 180 degrees.
  • the mounting positions of the first optical ports 116 a and 116 b and the second optical ports 114 a and 114 b are not limited to those described above, and the integrating sphere passing through the center of the luminance reference plane 118 has the same distance from the center of the luminance reference plane 118. Any position may be used as long as it is a plurality of positions having rotational symmetry with respect to 112 rotational symmetry axes R.
  • the first light ports 116a and 116b and the second light ports 114a and 114b are provided on the circle Y so that the light emission directions thereof are directed to the center of the integrating sphere 112. There is an advantage that it is not necessary to provide a light shielding wall for preventing the next light) from directly reaching the luminance reference plane 118.
  • the integrating sphere 112 is connected from the first optical ports 116a and 116b that separate the light from the halogen lamp 28 from the second optical ports 114a and 114b that separate the light from the deuterium lamp 32 from each other. Since the light is incident on the light 112, the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 can be suppressed as compared with the case where the light is incident from only one place.
  • the first optical ports 116a and 116b are provided at positions on the outer wall of the integrating sphere 112 that are equal in distance from the center of the luminance reference plane 118 and have rotational symmetry with respect to the rotational symmetry axis R. Brightness unevenness can be suppressed more effectively. Similarly, the luminance unevenness on the luminance reference plane 118 is also suppressed for the light incident from the second optical ports 114a and 114b.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a reference light source device according to a second modification.
  • FIG. 11 is a plan view of the reference light source device according to the second modification viewed from the arrow X side.
  • the reference light source device 210 shown in the figure includes a 1/8 spherical integrating sphere 212, and its outer wall is composed of fan-shaped flat plate portions 212a, 212b, 212c and a 1/8 spherical shell portion 212d. Further, the corner portion to be constituted by the flat plate portions 212a, 212b, and 212c is cut out in a plane perpendicular to the rotational symmetry axis R, and the center of the luminance reference plane 218 that is a circular opening is rotated on the plane.
  • the inner surfaces of the flat plate portions 212a, 212b, and 212c and the inner surface of the outer wall portion provided with the luminance reference surface 218 are all mirrors formed by aluminum vapor deposition or the like, and the inner surface of the 1/8 spherical shell portion 212d is barium sulfate or PTFE. It is a white highly diffuse reflecting surface made of a sintered product or the like.
  • the integrating sphere 212 has a three-dimensional shape that is three-fold symmetric with respect to the rotational symmetry axis R.
  • the flat plate portion 212a is provided with a first optical port 216a
  • the flat plate portion 212b is provided with a first optical port 216b
  • the flat plate portion 212c is provided with a first optical port 216c, which are distances from the center of the luminance reference plane 218. Are equal and have rotational symmetry (three-fold symmetry) with respect to the rotational symmetry axis R.
  • the flat plate portion 212a is provided with a second optical port 214a next to the first optical port 216a
  • the flat plate portion 212b is provided with a second optical port 214b next to the first optical port 216b
  • the flat plate portion 212c is provided with a first optical port 216a
  • the second optical port 214c is provided next to the first optical port 216c, and they are also equal in distance from the center of the luminance reference plane 218 and have rotational symmetry (three-fold symmetry) with respect to the rotational symmetry axis R. is doing.
  • the flat plate portion 212b is provided with a measurement port 220, and the flat plate portion 212c is provided with a wavelength calibration port 222. Even in the reference light source device 210 according to the second modification, luminance unevenness on the luminance reference surface 218 can be suppressed.
  • FIG. 12 is an overall view of a reference light source device according to a third modification and a calibration system using the same.
  • the calibration system shown in FIG. 1 includes a measurement port 20, a built-in spectral illuminance meter 24, a wavelength calibration port 22, a wavelength calibration light source 26, and a spectral irradiance standard light bulb.
  • the difference is that 32 is not provided and a calibrated spectral illuminometer 320 is provided.
  • Other elements are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted here.
  • the reference light source device 310 shown in the figure is also hemispherical, but the built-in spectral illuminometer 24 and the wavelength calibration light source 26 are not connected as described above. Instead, the calibration target spectral luminance meter 40 can be calibrated by measuring the illuminance of the luminance reference plane 18 with the calibrated spectral illuminance meter 32.
  • the calibrated spectral illuminometer 32 is calibrated in advance with a wavelength calibration light source such as a spectral irradiance standard bulb, a mercury lamp or a neon lamp.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a calibration method of the spectral luminance meter using the calibration system shown in FIG.
  • the spectral illuminance of light emitted from the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 is first measured by the calibrated spectral illuminance meter 320 (S201).
  • the controller 34 turns on the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30, measures the spectral illuminance with the calibrated spectral illuminance meter 320, and captures the measured value.
  • the controller 34 converts the spectral illuminance measured by the calibrated spectral illuminance meter 320 into spectral luminance using the illuminance-luminance table (S202).
  • a spectral illuminance meter and a spectral luminance meter that have been calibrated in advance are prepared, the calibrated spectral illuminance meter is arranged in front of the luminance reference surface 18 and at a predetermined distance from the luminance reference surface 18, and halogen The spectral illuminance of light emitted from the lamp 28 and the deuterium lamp 30 is measured.
  • a calibrated spectral luminance meter is arranged in front of the luminance reference plane 18 and at a predetermined distance from the luminance reference plane 18, and the spectral illuminance of light emitted from the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 is measured. To do. Then, by associating the spectral illuminance and the spectral luminance thus measured, an illuminance-luminance table, that is, a conversion coefficient of illuminance and luminance for each wavelength is obtained in advance. The illuminance-luminance table is stored in the controller 34 in advance.
  • the luminance of each wavelength is obtained by multiplying the illuminance of each wavelength obtained by the calibrated spectral illuminometer 320 by the conversion coefficient included in this illuminance-luminance table.
  • the controller 34 measures the spectral luminance of the light emitted from the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 using the calibration target spectral luminance meter 40 (S203). Specifically, the controller 34 displays the guide message.
  • the calibration operator places the calibration target spectral luminance meter 40 in front of the luminance reference plane 18 and at a predetermined distance from the luminance reference plane 18. Further, the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 are turned on, the spectral luminance is measured by the calibration target spectral luminance meter 40, and the measured value is captured.
  • the controller 34 updates the sensitivity correction value stored in the sensitivity correction value storage unit 48 of the calibration target spectral luminance meter 40 so that the spectral luminance measured in S203 matches the spectral luminance obtained in S202 (S204). ).
  • spectral luminometers 40 to be calibrated are commercially available that can be operated as a spectral illuminometer by attaching a diffusing plate or other optical system in front of the condensing optical system.
  • the calibration target spectral luminance meter 40 that operates as a spectral illuminance meter is preliminarily used by a wavelength calibration light source such as a spectral irradiance standard bulb, a mercury lamp, or a neon lamp. It can be calibrated and used as a calibrated spectral illuminometer 320. Naturally, the measurement wavelength range of the calibrated spectral illuminometer 320 needs to be equal to or larger than the measurement wavelength range of the calibration-target spectral luminometer 40.
  • the halogen lamp 28 and the deuterium lamp 30 are used as the first light source and the second light source.
  • other light sources such as an LED and a laser may be used.
  • the wavelength calibration light source 26 is used to ensure reliability.
  • the wavelength calibration may be performed using the wavelength peaks of light from the first light source and the second light source.
  • the number of light sources is not limited to two, and three or more may be used.
  • the light source having each wavelength characteristic may be incident on the integrating sphere from three or more optical ports. In this case as well, it is desirable to determine the position of each optical port so that the distance from the center of the luminance reference plane is equal and the object has a rotation object with respect to the rotational symmetry axis R.
  • three optical ports may be arranged at positions shifted from each other by 120 degrees on the concentric circle with the circular flat plate portion 12b.
  • the reference light source device is applicable not only to the calibration method according to the present invention but also to other calibration methods.
  • the calibration target spectral luminance meter 40 is calibrated using the spectral luminance measured by the calibrated spectral luminance meter and the spectral luminance measured by the calibration target spectral luminance meter 40 without using the spectral illuminance meter.
  • the reference light source device can be applied. Also in this case, since the luminance unevenness of the luminance reference surface 18 is suppressed, more reliable spectral radiance calibration can be performed.

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Abstract

　輝度基準面における輝度ムラを低減する。開口である輝度基準面（１８）を備える積分球（１２）と、前記積分球（１２）の外壁（１２ｂ）に互いに離間して設けられ、前記積分球（１２）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（１４ａ），（１４ｂ）と、を含む分光輝度計（４０）の校正に用いる基準光源装置（１０）が提供される。前記複数の第１光ポート（１４ａ），（１４ｂ）は、前記積分球（１２）の外壁（１２ｂ）における、前記輝度基準面（１８）の中心からの距離が等しく、前記輝度基準面（１８）の中心を通る前記積分球（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設けられてよい。

Description

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
　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 (13)

  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、
    　を含む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. 　請求項１に記載の基準光源装置であって、
    　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. 　請求項２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。
  4. 　請求項２に記載の基準光源装置であって、
    　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む、
    　ことを特徴とする基準光源装置。
  6. 　請求項５に記載の基準光源装置であって、
    　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。
  8. 　請求項１乃至７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。
  9. 　請求項１乃至８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。
  10. 　請求項１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。
  11. 　請求項１０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。
  12. 　請求項１０又は１１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。
  13. 　請求項１０乃至１２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。

     
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