JPH04113235A - 光センサー - Google Patents

光センサー

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JPH04113235A
JPH04113235A JP2234864A JP23486490A JPH04113235A JP H04113235 A JPH04113235 A JP H04113235A JP 2234864 A JP2234864 A JP 2234864A JP 23486490 A JP23486490 A JP 23486490A JP H04113235 A JPH04113235 A JP H04113235A
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light shielding
photoelectric conversion
light
conversion element
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Masahito Inaba
稲葉　政仁
Masami Sugiyama
杉山　正実
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Minolta Co Ltd
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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、光センサーの分光感度調整機構に関する。
（従来の技術） 光のエネルギーを測定する計測機器のセンサー例えば、
視感度評価を行う照度計、輝度計、色の評価を行う濃度
計、光電色彩計、レーザー光等のエネルギー量を測定す
るパワーメータ等の光センサーは、所定の分光感度（Ｊ
ＩＳ規格規格１規内規格製格等の規格値）例えば、第２
１図に示すような分光感度になるように調整しなければ
ならない２二の光センサーの分光感度調整は２従来は第
１６図に示すように、光電変換素子ＳＰＤへの入射光路
中に、垂直に挿入した数種類力光学フィルター（色ガラ
スフィルター、フィルム状フィルター、干渉フィルター
等）Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３の分光感度と、光電変換素子（光
電池、光電管、二次電子増倍管、フォトダイオード等）
ＳＰＤの分光感度の相乗効果による総合分光感度を所定
感度に近づけることによって行っていた。しかし、光学
フィルターＦ１〜Ｆ３は、第１７図〜第１９図に示すよ
うな、製品による特性バラツキがあり、光電変換素子に
おいても、第２０図に示すような、製品による感度バラ
ツキがあり、光学フィルターと光電変換素子を同じ種類
の組合わせで組立てても、光センサーの分光感度には、
第５図に示すような、バラツキが生じる。
色ガラスフィルターとかフィルム状フィルターは、光学
フィルターの製造段階において、フィルター毎に色材の
分散度合いやフィルターの厚みを調整ｉ−各フィルター
間の透過率のバラツキを、Ｆる程度小さくしている。ま
た、干渉フィルターは、干渉膜を形成ゴる工程において
、成膜条件か一定になるように管理することにより、フ
ィルター毎の透過率のバラツキをある程度小さくしてい
る。しかし、現在のフィルター製造技術では、光学フィ
ルターを選別しないで、光センサーの部品として使用し
た場合、所定の分光感度に設定することはできない１．
従って、所定の分光感度のセンサーを製造するために、
光センサーのメーカーは、光字フィルターの購入時に、
所定の仕様（透過率特性）を満たすものだけを購入して
組立てるとか、或は、購入後の製品組立時に部品選別を
行い、光学フィルターと光電変換素子を組合わせた時の
分光感度が、目標とする規格を満たすようにして製品に
仕上げているのが現状である。従って、センサー間の誤
差（機器間誤差）の小さな製品を製作しようとすると、
高精度の光学フィルターを用いなければならないために
、フィルターの選別をより厳しくしなければならず、部
品コストが非常に高くなると云う問題があった なお、光学フィルターの取１寸は、一般的に、光電変換
素子・＼の入射光路中に、垂直に挿入しているが　干渉
フィルターを光電変換素子・＼の入射光路中に斜めに挿
入して使用している例がある、その例としては、コール
ドミラー、ホットミラーの利用例があるが、これらは干
渉フィルターを斜めに挿入することで、干渉フィルター
に波長選択性を持たせたハーフミラ−として利用してい
るだけであり、分光透過率特性（又は分光反射率特性）
の製品バラツキが問題とならない場合しか使用されてい
ない。また、コールドミラー、ホットミラーは、光電変
換素子への入射光路中に斜めに挿入されていても、その
傾斜角度を積極的に変化させて、分光透過特性（又は分
光反射特性）を積極的に調整することは行っていない。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、複数の光学フィルターと光電変換素子の組合
わせからなる光センサーにおいて、フィルター、光電変
換素子等の分光特性のバラツキに起因するＩＩ！器間誤
差を容易にル・なくて′きるよｎにすることを目的とす
る （課題を解決するための手段 複数の光学フィルター三光電変換素子からなる光センサ
ーにおいて、少なくと５１枚の干渉フィルターを使用し
、干渉）／ルターを透過１−で光電変換素子に入射する
測定光の干渉フィルター・”＼の入射角度を調整させる
入射角度調整手段を設けた入射角度調整手段として、干
渉フィルターを測定光の光軸と垂直な軸に回動可能に保
持する保持手段を設けたり、測定光の光軸と傾斜した軸
に回動可能に保持させた保持部材に干渉フィルターを回
動軸に垂直な面と傾斜するように保持させたり、或は、
干渉フィルターの前方に測定光を拡散させる拡散部材を
配置し、拡散部材で拡散された測定光が干渉フィルター
を透過して光電変換素子に入射するように設けると共に
、拡散部材と干渉フィルターとの間に遮光手段を設け、
遮光手段の開口部の開口面積を調整したり、遮光手段の
配置位置を調整したつ、干渉フィルターと光電変換素子
の距離を調整したりすることで、測定光が干渉フィルタ
ーへの入射する入射角度を調整するようにした。
（作用ン 干渉フィルターは、入射光の入射角度が変１ヒすると、
干渉フィルターのカット波長（最大透過率に対ビて、１
．／２の透過率となる波長）か変化する性質を有してい
る。本発明は、この性質を利用してカント波長の調節を
行うことにより、光センサー間における分光感度のバラ
ツキを解消しようとするものである。
具体的には、干渉フィルターを入射光軸に対する傾斜角
度を調整できるような機構で保持し、光センサーに組込
み、目標波長になるように、傾斜角度を調整できるよう
にしている。
また、拡散板を透過した測定光を干渉フィルターに透過
させた場合、干渉フィルターに入射する測定光は、垂直
から最大傾斜角度まで色々な角度から入射する二とにな
るために、干渉フィルターの分光特性曲線のカット波長
部分の傾斜角度かなたらかに変１ヒする。従って、入射
光の最大傾斜角度を大きくする程、干渉フィルターの分
光特性曲線における傾斜角度はなだらかになる。本発明
は、二の特質を利用して、干渉フィルターの分光感度を
調整している。
この方式て′は、拡散板と光電変換素子との距離を変化
させることで、拡散板と光電変換素子の間に配置させた
干渉フィルターを透過する測定光の最大傾斜角度を調整
することができるようになる。また、開口を有する遮光
手段を、拡散板と干渉フィルターの間に配置し、遮光手
段の開口の大きさを調整しなり、遮蔽手段と光電変換素
子との間隔を調整したりすることで、干渉フィルターを
透過する入射光の最大傾斜角度を調整し、よって、干渉
フィルターの分光特性を調整できるようにしている。
（実施例） 本発明の実施例の一般的構成を第１図に示す。
Ｆｌは第１７図に示すような分光感度特性を有する光学
フィルター（パントノ（スフイルター）て゛第２０図に
示すよつな分光感度特性を有する光電変換素子ＳＰＤと
組会わせて　略目標の感度特性を呈するように選択して
いる　Ｆ２は第１８［］に示すような分光感度特性を有
する干渉フィルター（長波長力ｔ　トノィルター）て゛
、光センサーの総合分光特性の長波長側の感度特性を補
正するらのて゛、その取付を光軸に対して傾斜させて行
い、その傾斜角度θ１を調整することで、カット波長を
変化させ、総合分光特性の長波長側の補正を行う、ＦＢ
は第１９図に示すような分光感度特性を有する干渉フィ
ルター〈短波長カットフィルター）で、Ｆ２と同様に取
付傾斜角度θ２を調整して、総合分光特性の短波長側を
補正する。
第２図に本発明の一実施例を示す。本実施例は長波長側
の調整のみの実施例であり、短波長側においても同様で
ある。第２図において、第１７図に示すような分光特性
を有する光学フィルターＦｌと第２０図に示すような分
光特性を有する光電変換素子ＳＰＤは、入射光路中に光
軸に対し垂直に配置する。第１８図に示すような汁充特
性を在オる干渉７ノルター・長波長力！トタイプ）Ｆ２
は、入射光軸に対する傾！４角θが調整できるよっに光
軸に垂直な軸を中心として回動可能に保持されている。
光電変換素子ＳＰＤには、光学フィルターＦｌ、Ｆ２を
通過した光なけが入射する、干渉フィルターＦ２は、透
過面を傾斜させて、入射光の入射角度を変化させると、
干渉フィルターの力・ノド波長（最大透過率に対して、
■・２の透過率となる波長）が変１ヒする性質を有して
おり、第３図に干渉フィルターＦ２の光軸に対する傾斜
角θとカット波長の変化量との関係を示す。第３図で明
らかなように、傾斜角θ−０の時のカット波長を基準に
すると、傾斜角θの増加に従って、カット波長は短波長
にシフトする性質がある。本実施例は、この性質を利用
してカット波長の調節を行っている。例えば、カット波
長の合わせ込みの目標波長が６５０ｎｍであり、傾斜角
θ−＝０の状態での各フィルターのカット波長が、６５
０ｎｍから６７０ｎｍの範囲でばらついているとする５
まず、傾斜角θ−〇のときの力ノド波長と目標波長との
ずれ量を求め、求めた１”れ量即ち波長ンフｌ−量から
第３図のグラフより、目標波長に適合する干渉フィルタ
ーの傾斜角θを求め、求めた傾斜角θとなるように、干
渉フィルターＦ２の傾斜角度を調整シて、第２図に示す
ように、光センサーに組込み、干渉フィルターの透過率
を所定の値に設定している。このことにより、機器間の
バラツキを解消することができる。従って、第５図に表
れた干渉フィルターを光軸に対して垂直に挿入した場合
に発生する光センサーの相対分光感度のバラツキも、第
４図に示すように小さくなる。
光センサーの出力は、後段の処理回路において、所定の
分光放射エネルギー特性を持つ較正光を受光したときの
信号レベルが一定値になるように較正して使用する。従
って、光センサーの相対分光感度と所定の較正光の分光
エネルギーとの積の積分値を一定にするように、干渉フ
ィルターＦ２のカット波長のシフト量（傾斜角）を決定
すれば、光センサーの機器間誤差をより小さく設計でき
る、 短波長カントタイ１カ干渉フイルターを組きわせる場合
にも、前記の長波長カットタイプの干渉フィルターと同
様に、同じ手法によって、光センサーの相対分光感度の
短波長感度域のバラツキを調整できる。
第６図に第２の実施例を示す。干渉フィルターＦ２を、
フィルター保持部材Ｈに傾斜角度ψで固定し、光電変換
素子ＳＰＤへの入射光軸に対して角度ωをなす面Ａ（紙
面に対して垂直な面）の入射光路との交点上に面Ａに垂
直な軸に回転可能にフィルター保持部材Ｈを配置する。
つまり、干渉フィルターＦ２は、入射光路上で面Ａに対
して角度ψで保持されることになる。この配置で保持部
材Ｈを、面Ａに垂直な軸を中心として回転させると、 ０度≦ω−ψ≦θ≦ω＋ψ≦９０度 の範囲でθを変化させることができる。第７図に示すよ
うに、入射光路に対して干渉フィルターの傾斜角が最も
大きくなる位置を基準とする保持部材の回転角度φと干
渉フィルターＦ２の力・ｂ波長の波長シフト量との関係
をあらかじめ求ぬておくことにより、干渉フィルターＦ
２の力・、ｌ−波長と目標とする波長とのずれから保持
部材Ｈの最適な回転角度φを決定する二とができる５第
８図に第３実施例を示す。測定光が入射する光センサー
の開口部Ａに拡散部材Ｋを配置する。
フィルターＦ１．干渉フィルターＦ２及び光電変換素子
ＳＰＤは、開口部Ａと同一光軸上に、軸に対して垂直に
配置する（垂直である必要はないが、説明を容易にする
ために垂直に配置することにする）。拡散部材Ｋを通過
した測定光は、拡散部材Ｋにより散乱光となって干渉フ
ィルター面に対して０度（垂直入射）からθ（干渉フィ
ルターを透過する光線の中で最大の入射角度、第８図の
光線りの入射角度）までの間の色々な角度が含まれる。
干渉フィルターのカット波長を垂直入射光のみの場合と
比べると、垂直入射光の強度に対する斜め入射光の強度
の比率、および斜め入射光の入射角度範囲によって、干
渉フィルターの力・ノド波長は短波長にシフトすること
になる。そこて゛　光センサーの開口部Ａと光電変換素
子ＳＰＤとの距１１１ｔＤを変化させることにより　干
渉フィルターへの有効入射光の入射角度０度〜θ度の範
囲が変イヒし、最終的に干渉フィルターのカ／ｊ−波長
を短波長にシフトすることかて゛きる　従って、光セン
サーの開口部Ａと光電変換素子ＳＰＤとの距ＩＤと、干
渉フィルターＦ２のカプト波長と目標とする波長とのず
れから、光センサーの開口部Ａと光電変換素子ＳＰＤと
の最適な距離りを決定する二とができる。
第９図に第４実施例を示す。第４実施例は第３実施例と
同様に、色々な入射角度の光線が、干渉フィルターＦ２
を通過する場合の、力・・ノド波長を変化させる方法で
ある。第３の実施例と異なる点は、光センサーの開口部
Ａと光電変換素子ＳＰＤの距離を一定にし、開口部Ａの
面積を変えることにより、干渉フィルターへの光の入射
角度範囲を調整する点である。開口部Ａの面積を変える
には、開口部Ａと干渉フィルターＦ２の間にカメラの絞
り機構のようなもの（Ｓ）を設けてらよいし、開口部Ａ
よりも面積の小さな開口を乙つ遮蔽板（第１０図のＳ）
を設け、この遮蔽板を開口部Ａの中・Ｃ・と光電変換素
子ＳＰＤの中心を結ぶ光軸方向に移動してもよい（第１
０図参照）。遮蔽板は干渉フィルターＦ２と光電変換素
子ＳＰＤの間に設けてもよい。
以上の第１から第４までの４種類の実施例は、干渉フィ
ルターのカット波長を厳密に一致させる方法はあるが、
現実の製品を設計する場合、常に極限の性能が要求され
るわけではない。従って。
必要とされる製品の性能範囲内であるならば、調整部分
も性能が保証できる範囲で、段階的な調整ができる構造
とするほうが構造も製造工程も容易になる。第１から第
４の実施例に対応した段階的な調整をするための調整部
材の具体例を数例説明する。第１１図は第１実施例にお
けるフィルター保持部材Ｈの具体例で、同図Ａは斜視図
で、保持部材Ｈにおける干渉フィルターの取付面を、入
射光路と垂直な面から角度ψに傾斜させたものであり、
同図Ｂ−Ｄに示すような角度ψの大きさが異なる保持部
材を慢つか製乍し、角度Φｆ）異なる保持部材を交換す
る二とて・、干渉フィルターの傾斜角度の最大角度を調
整する。第１２図は第２実施例の保持部材Ｈの具体例で
あり、保持部材Ｈの回転角度φの調整を行うｍ楕を示し
たものである。
保持部材Ｈの外側面の断面を多角形とし、分光センサー
本体との取付部に同形の穴部を光軸に対して傾斜させて
設け、嵌合位置をずらせることにより回転角度φの調整
を行う５第１３図は第３実施例におけるフィルター群と
光電変換素子ＳＰＤの距離を調整する機構を示したもの
であり、フィルター群と光電変換素子ＳＰＤを保持する
枠（Ａ〜Ｃ）を、フィルター群と光電変換素子ＳＰＤの
距離を少しづつ異ならせて数個作成し、それらの枠Ａ〜
Ｃを交換することで、フィルター群と光電変換素子ＳＰ
Ｄの距離を調整する。第１４図は第１０図の実施例にお
ける遮蔽板Ｓにおいて、開口部の大きさが異なる遮蔽板
を示したものであり、これら開口部の大きさの異なる遮
蔽板Ａ〜Ｃを交換することて・　最大入射角度を調整す
る、第１−５図は第１０図の実施例における遮蔽板の位
置調整部材を示ｌ−なものであり、遮蔽板と筒とを一体
的に作成し、筒の端部を干渉フィルターに当接させるよ
うに取付けることにより、干渉フィルターと遮蔽板との
距離を設定できるようにしたものである。上記の構成で
筒の長さが異なる部材Ｂ〜Ｄを、幾つか用意しておき、
遮蔽板が所望の位置の近くに配置できる部材を取付ける
ことにより、所望の最大入射角度の入射光を得るように
調整する。
（発明の効果） 本発明は、干渉フィルターに入射する光線の入射角度を
調整することにより、カット波長の調節が可能となり、
光センサー間における分光感度のバラツキが解消できる
ようになった。このことにより光センサーの精度が一段
と向上した。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本的構成図、第２図は本発明の一実
施例の構成図、第３図は上記実施例における干渉フィル
ターＦ２の傾斜角度と波長シフトの関係図、第４図は上
記実施例における視感度センサーの分光感度図、第５図
は調整しない時の視感度センサーの分光感度図、第６図
は本発明の第２実ＭＰＡＩの構成図、第７図は上記実施
例における干渉フィルターＦ２の傾斜角度と波長シフト
の関係図、第８図は本発明の第３実施例の構成図、第９
図は本発明の第４実施例で、同図Ａは構成図、同図Ｂは
開口部Ａを広くした場合絞りＳの配置図、同図Ｃは開口
部Ａを狭くした場合絞りＳの配置図、第１０区は第４実
施例の別な方法を示す図て゛、同図Ａは構成図、同図Ｂ
は遮蔽板Ｓの平面図、第１１図は第１実施例におけるフ
ィルター保持部材Ｈにおける干渉フィルターの傾斜角度
（段階的）調整機構の詳細図で、同図Ａは斜視図、同図
Ｂは保持角度ψが大きい場合の側面図、同図Ｃは保持角
度ψが小さい場合の側面図、同図りは保持角度ψが０度
の場合の側面図、第１２図は第２実施例の保持部材Ｈに
おける干渉フィルターの傾斜角度調整機構の斜視図、第
１３図は第３実施例の調整機構例で５同図Ａは干渉フィ
ルターと光電変換素子ＳＰＤの距離を侠くした時の側断
面図、同図Ｂは干渉フィルターと光電変換素子ＳＰＤの
距離を少し広げた時のｍ断面図、同図Ｃは干渉フィルタ
ーと光電変換素子ＳＰＤの距離を更に広げた時の側断面
図、第１４図は第４実施例における遮蔽板Ｓの平面図で
、同図Ａは開口部を広くした時の平面図、同図Ｂは開口
部を少し狭くした時の平面図、同図Ｃは開口部を狭くし
た時の平面図、第１５図は第４実施例における遮蔽板の
位置調整部材の図で、同図Ａは平面図、同図Ｂは遮蔽板
を干渉フィルターから遠くに配置した場合の側断面図、
同図Ｃは遮蔽板を干渉フィルターから少し近くに配置し
た場合の側断面図、同図りは遮蔽板を干渉フィルターの
近くに配置した場合の側断面図、第１６図は従来例の構
成図、第１７図は従来例の光学フィルターＦ１の透過率
図、第１８図は干渉フィルターＦ２の透過率図、第１９
図は光学フィルターＦ３の透過率図、第２０図は光電変
換素子ＳＰＤの分光感度特性図、第２１図は所望の比視
感度曲線図である。 Ｆｌ・光学フィルター、Ｆ２・・・干渉フィルターＳＰ
Ｄ　　光電変換素子

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複数の光学フィルターと光電変換素子からなる光
    センサーにおいて、少なくとも１枚の干渉フィルターを
    使用し、干渉フィルターを透過して光電変換素子に入射
    する測定光の干渉フィルターへの入射角度を変化させる
    手段を設けたことを特徴とする光センサー。
  2. （２）干渉フィルターを測定光の光軸と垂直な軸に回動
    可能に保持させたことを特徴とする請求項（１）記載の
    光センサー。
  3. （３）測定光の光軸に対して傾斜した軸によって回動可
    能に保持された保持部材と、上記保持部材に干渉フィル
    ターを測定光入射面が保持部材の回動軸に垂直な面に対
    して傾斜するように保持させたことを特徴とする請求項
    （１）記載の光センサー。
  4. （４）干渉フィルターの前方に測定光を拡散させる拡散
    部材を配置し、拡散部材と光電変換素子との距離を調整
    可能に保持する保持手段を設けたことを特徴とする請求
    項（１）記載の光センサー。
  5. （５）干渉フィルターの前方に測定光を拡散させる拡散
    部材を配置し、拡散部材と干渉フィルターとの間に開口
    を有する遮光手段を設け、遮光手段の開口部の開口面積
    を調整する手段を設けたことを特徴とする請求項（１）
    記載の光センサー。
  6. （６）干渉フィルターの前方に測定光を拡散させる拡散
    部材を配置し、拡散部材と干渉フィルターとの間に開口
    を有する遮光手段を設け、同遮光手段の配置位置を光軸
    方向に移動可能に保持する手段を設けたことを特徴とす
    る請求項（１）記載の光センサー。
  7. （７）測定光の光軸に対して干渉フィルターの保持傾斜
    角度が異なる保持部材を複数用意し、保持部材を交換す
    ることにより、測定光が干渉フィルターへ入射する最大
    入射角度を調整するようにしたことを特徴とする請求項
    （２）記載の光センサー。
  8. （８）測定光の光軸に対して傾斜した軸によつて回動可
    能に保持された干渉フィルター保持部材において、保持
    部材の外側面を回動軸に平行な面からなる正多角筒とし
    、光センサー本体に上記正多角筒が嵌合する穴を光軸に
    対して傾斜させて形成し、上記嵌合穴に嵌合する保持部
    材の向きを変えることにより、干渉フィルターへ入射す
    る測定光の入射角度を調整するようにしたことを特徴と
    する請求項（３）記載の光センサー
  9. （９）干渉フィルターと光電変換素子との距離を調整可
    能に保持する保持手段として、干渉フィルターと光電変
    換素子との距離が異なる保持手段を複数個用意し、干渉
    フィルターと光電変換素子との距離が異なる保持手段を
    交換することにより、干渉フィルターと光電変換素子と
    の距離を調整するようにしたことを特徴とする請求項（
    ４）記載の光センサー。
  10. （１０）拡散部材と干渉フィルターとの間に設けた開口
    を有する遮光手段において、開口部の開口面積の異なる
    遮光手段を複数個用意し、開口部の開口面積の異なる遮
    光手段を交換することにより、遮光手段の開口部の開口
    面積を調整するようにしたことを特徴とする請求項（５
    ）記載の光センサー。
  11. （１１）拡散部材と干渉フイルターとの間に設けた開口
    を有する遮光手段において、遮光手段を遮光板と筒とで
    構成し、筒の端部が干渉フイルターの前面に当接するよ
    うに設置し、筒の長さが異なる遮光手段を複数個用意し
    、筒の長さが異なる遮光手段を交換することにより、遮
    光手段の設置位置を調節するようにしたことを特徴とす
    る請求項（６）記載の光センサー。
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