JPH06105187B2 - 測光標準受光器 - Google Patents

測光標準受光器

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JPH06105187B2
JPH06105187B2 JP1198997A JP19899789A JPH06105187B2 JP H06105187 B2 JPH06105187 B2 JP H06105187B2 JP 1198997 A JP1198997 A JP 1198997A JP 19899789 A JP19899789 A JP 19899789A JP H06105187 B2 JPH06105187 B2 JP H06105187B2
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義弘 大野
英夫 西山
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/08Arrangements of light sources specially adapted for photometry standard sources, also using luminescent or radioactive material

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

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[lm]、照度[lx]など)の一次標準を設定
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、プランクの放射則に基づ
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されてき
た。これらの方法は、いずれも、一次標準に足る高精度
を得るためには、大がかりな設備と高度の技術を要し、
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ード
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.Vol.19,No.8,1980,p121
4)。この方法は、シリコンフォトダイオードの自己校
正法と呼ばれ、フォトダイオードの表面反射率と内部量
子効率を個別に測定することにより、全体応答度[A/
W]を推定することができる。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]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(λ)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、 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])。
なる関係式により、測光量に対する応答度[A/lm]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[m2]なるアパ
ーチャを組合せた受光器(以下、測光標準受光器と呼
ぶ)を構成すると、 の如く応答度[A/lx]が求められ、受光面の照度の値付
けができること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付けができるが、
(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、絶対応答度と同程度の高い精度
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け誤差を生ずる。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、フォトダイオードの表面との相互反
射により見かけの透過率が増加し、値付け誤差を生じる
という問題があった。
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、I0(λ)、I1(λ)とすると、 τ(λ)=I1(λ)/I0(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、I0、I1としたとき(4)式の分子を、 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、精度の高い測光標準受光器の受付けが可能になる。
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]、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[l
x]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6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の中に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I0(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I1(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)=I1(λ)/I0(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RIL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 とおくと、τwは、 で表される。すなわち、τw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τw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からの光の測
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I0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I1を測
定する。すると、I0、I1は、それぞれ、 で表わされる。したがって、(10)〜(12)式より、 τw=I1/I0 ……(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、 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、I1/I0の値
から応答度RILが求められることになる。さらに、上記
のτw(=I1/I0)の測定では、第1の実施例における
τ′(λ)の測定と全く同様に、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RIL
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)
・R(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τw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。 1……アパーチャ、2……視感度補正フィルタ、3……
シリコンフォトダイオード、4……測光標準受光器、5
……入射光、6、……分光器、7……光源、8……拡散
板、9……光源。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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I0(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I1(λ)とし、測光量に対する応答度RILを、 ただし τ(λ)=I1(λ)/I0(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. 【請求項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I0、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I1とし、測光量
    に対する応答度RILを、 なる関係から求めることを特徴とする測光標準受光器。
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