JPS62185128A

JPS62185128A - 測光・測色装置

Info

Publication number: JPS62185128A
Application number: JP61027407A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Tominaga; 富永　守; Takashi Ichijo; 一條　隆
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1987-08-13

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は光源による照度（光源によって照明された被照
面の照度）や光源の分光分布・輝度・色度、ならびに光
源によって照明された物体表面の輝度・色度を高精度に
測定し得る測光・測色装置に関する。

（従来の技術）光源による照度は、一般的には照度計を用いて４１す定
される。しかして計量法によって規定される照度計の規
格では、分光応答度の特性に対する許容誤差に相当する
色補正係数の範囲は、波長４００〜７００　ｎｍの範囲
において、０．９８〜１．０２とされている。

このように分光応答度の許容誤差を小さく規定していな
い背景には、その分光応答度をＣＩＥ標準比視感度Ｖ（
λ）に合せる為の視感度補正フィルタの分光透過率の問
題がある。

この為、このような値（特性）を満たすだけの照度計を
用いて光源の照度を測定すると、光源の分光分布の異な
りによって数％の測定誤差を生じることが否めない。つ
まり測光の観点からすれば、十分な測定精度が得られな
いと云う問題がある。

さて第４図は従来一般的な照度計の概略構成を示すもの
で、受光素子１の前面に入射光を拡散し、且つ斜め方向
からの入射光に対する補正、つまり色補正を行う為の、
例えば乳白板からなる透過拡散板２、および視感度補正
フィルタ３を配置して構成される。

この視感度補正フィルタ３は、通常、複数枚の色ガラス
フィルタを重ねて構成される。そしてその分光透過率は
、該視感度補正フィルタ３を前記透過拡散板２と共に受
光索子１に重ね合せたとき、照度計全体としての分光応
答度が前記ＣＩＥ標阜比現感度Ｖ（λ）に近似するよう
に定められる。

尚、この視感度補正フィルタ３の分光透過率の設定は、
その色フィルタの肉厚をそれぞれ調整することによって
行われる。

ところがこのようにして上記各色フィルタの肉厚を調整
しても、これによって実現される照度系の分光応答度は
、例えば第５図中破線すに示す如き特性となるだけであ
り、同図中実線ａで示すＣＩＥ標準比視感度Ｖ（λ）と
の間に誤差が生じることが否めない。この誤差は、前記
色フィルタの肉厚に対する分光透過率の変化に起因する
ものであり、その程度は上記分光透過率の特性によって
制限を受ける。

一方、このような照度計を用いることなく照度をＪｕｌ
定する方法がある。即ち、分光測光法と称される方法で
あって、例えば第６図（ａ）に示すように入射スリット
４を介して入力された光を分散プリズム５にて分光し、
射出スリット６を介して選択的に取出される所定波長の
光だけを受光器７により受光して測光するものである。

また第６図（ｂ）に示すように、入射スリット４を介し
て入力された光を回折格子８により分光し、これを複数
の受光素子を配列してなる受光器９により、互いに異な
る波長の光をそれぞれ受光検出して測光するものである
。

このような方法によれば、試料光源に対する各測定波長
における光電出力を、分光照度標準光源の各波長におけ
る光電出力と比較することによりて、上記試料光源によ
る照度を求めることが可能となる。即ち、試料光源によ
る照度を求めようとする受光面において、波長λにおけ
る分光放射照度標準光源の分光放射照度をＥ　（λ）、
それに対する光電出力をｉ　　（λ）とするとき、試料
光源に対する光電出力がｉ　　（λ）であれば、その試
料光源による照度Ｅ　はとなる。しかし、一般的にはスリット波長幅Δλを、波
長によらず一定とし、それと等しい波長間隔でそのＡｐ
ｌ光が行われる。この為、実用的には試料光源による照
度Ｅ　はとして近似的に求められる。

（発明が解決しようとする問題点）ところが第６図（ａ）に示す構成の分光ａ１光装置にあ
っては、射出スリット６を介して選択的に取出される光
の波長は、分散プリズム５の回転角度により決定される
。しかし、選択的に取出される波長と分散プリズム５の
回転角度との対応関係を高精度に規定することが非常に
困難であった。

また第６図（ｂ）に示す分光測光装置にあっては、回折
格子８によって回折される光の波長と、その回折光が入
射する受光素子との位置関係を高精度に定めることが非
常に困難であった。

つまり第６図に示されるような従来の分光測光装置にあ
っては、その光学系と機械系とをそれぞれ高精度に調整
することが必要であり、装置が大掛りな構成となること
が否めない。これ故、その可搬性にも問題があった。し
かも、例えば頻繁に場所を変えて測光するような場合、
その都度、その調整が正しくなされているか否かを確認
することが必要となり、取扱い性の点でも問題があった
。

またこのような不具合は、輝度計や色彩計にあっても同
様に存在している。

［発明の構成］（問題点を解決する為の手段）本発明はこのような問題点を解消するべく、被測定物か
らの光を光束積分球、透過拡散板、または反射拡散板に
て拡散し、この拡散された光を、互いに異なる波長域の
光成分をそれぞれ選択的に透過する光学フィルタ層をそ
の受光面の前面に設けた１夏数の単位受光器にてそれぞ
れ受光するようにし、これらの各単位受光器の光電出力
のレベルをＪ、！Ｊ　直して、前記被測定物からの光を
測定するようにしたものである。

（作用）このように構成された測光・測色装置によれば、各１４
位受光器は拡散された光から光学フィルタ層を介してそ
れぞれ抽出される特定波長域の光成分をそれぞれ検出す
ることになり、またその光電出力はレベル調整されて取
出される。

従って、例えば等エネルギ白色光に対する前記各単位受
光器の光電出力レベルを、全体としてＣＩＥ標阜比視感
度またはＣＩＥ等色関数を近似するように設定すれば、
これによって光源による照度、光源の輝度・色度、また
光源によって照明された物体表面の輝度・色度をそれぞ
れ高精度に／ＩＪｌ定することが可能となる。

また等エネルギ白色光に対する前記各単位受光器の光電
出力レベルを、全体として所望の波長域に亙って等しく
設定することによって、光源の分光分布を高精度に測定
することが可能となる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第１図は第１の実施例装置の概略構成を示すもので、（
ａ）はその全体図、（ｂ）は受光器部の構成、そして（
ｃ）（ｄ）は受光器部を構成する単位受光器の構造を示
している。

この装置は、第１図（ａ）に示すように光源、または光
源により照明された物体表面からの被７１？１定光を受
光する受光箱１１と、この受光箱１１に設けられた受光
器部１２を構成する複数の単位受光器からの各光電出力
をレベル調整して演算する演算部１３、この演算部１３
の出力を受けて表示部１４を駆動し、前記被測定光に対
する測光・測色結果を表示させる表示駆動部１５によっ
て構成される。

受光箱１１は、その内面を電解研磨したＡ、ｌ？面で構
成した筒体１７の一方の開口端に透過拡散板ＩＢを装管
し、被測定光の導入面としている。そしてこの透過拡散
板１６を介して受光箱１１の内部に導入し、且つ拡散し
た光を上記ＡＩ！面にて多重反射しながら筒体１７の他
端部に導き、そこに装着された前記受、゛―器部１２を
構成する複数の単位受光器１８にそれぞれ均一に導入し
ている。

ＩＶ数の単位受光器１８によって構成される受光器部１
２は、第１図（ｂ）に示すように、例えば３２個の単位
受光器１８−０．１８−１．１８−２．〜１８−３１を
、その受光面を前記透過拡散板ＩＢ側に向けて配列した
もので、前述した拡散光をそれぞれ受光するものとなっ
ている。

これらの単位受光器１８−ｊ　（ｊ−０，１，２，〜３
１）は、例えば第１図（ｃ）（ｄ）に示すように３つの
受光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一体化し、これらの
各受光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃの光電出力の和を、
その単位受光器１８−ｊ　（１−０，１，２，〜３１）
の光電出力として求めるようにそれぞれ構成されている
。そして単位受光器１８−Ｏは、第１図（ｃ）に示すよ
うにその受光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃの前面全体を
黒色の遮光膜２２にて覆って構成され、また残りの単位
受光器１ｇ−ｊ（ｊ＝ｌ、２．〜３１）は、第１図（ｄ
）に示すようにその受光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃの
前面全体を、例えば金属干渉フィルタからなる色フィル
タ層２３にてそれぞれ覆って構成されている。

これらの色フィルタ層２３の分光透過率は、例えば第２
図に示すように各単位受光器　１８−ｊ（ｊ−１，２，
〜３１）毎に相互に異ならせて設定されており、４００
，４１０，４２０．〜７００　ｎｍを中心とする半値幅
が略１０ｒ＋＋ｎの各波長域の光成分をそれぞれ選択的
に透過するものとなっている。従って前記各単位受光器
１８−ｊ　（ｊ＝１．２．〜３１）は、それぞれ４００
，４１０゜４２０、〜７００１１１１１を中心とする半
値幅が略１０ｎＩＩＩの各波長域の光成分をそれぞれ選
択的に受光検出、その光電出力ｉ、（ｊ＝１．２．〜３
１）を得るようになっている。

尚、前記単位受光器１８−０は、その受光素子２１ａ。

２１ｂ、２１ｃの前面全体を覆う黒色の遮光膜２２にて
前述した拡散光を遮光するものとなっているから、受光
索子２１ａ、２１ｂ、２１ｃの暗電流に相当した出力ｔ
ｏを得ることになる。

このような複数の単位受光器　１８−ｊ（ｊ”ｏ、ｌ、
２．〜３１）からの光電出力ｉ。

（ｊ−０，１，２，〜３１）をそれぞれ入力する前記演
算部１３は、拡散光を受光してなる各単位受光器１８−
ｊ（ｊ−１，２，〜３１）からの光電出力ｉ、（ｊ−１
，２，〜３１）から、前記単位受光器１８−０から求め
られる光電出力−。に所定の比例係数ｋｊを乗じた値を
差引き、（ｉ、−に、　　・ｔｏ）ｊとして、各単位受光器１８−ｊ　（ｊ＝１．２．〜３１
）の光電変換特性のばらつきをそれぞれ補正している。

つまり上記比例係数に、は、前記被測定物からの入射光
（被測定光）を遮断したとき、（ｉ、−に、　　◆ｔｏ）Ｊを零とする為の光電変換特性補正係数である。この補正
処理によって、前記各単位受光器１８−Ｊ（ｊ−１，２
，〜３１）の光電出力ｉ、　　（ｊ−１，２，〜３１）
に含まれる、主として熱擾乱に起因する雑音成分（暗電
流成分）が除去される。

しかして演算部１３は、雑音成分を除去した前記各単位
受光器１８−ｊ　（ｊ−１，２，〜３１）からの光電出
力（ｉ、−に、　　φｉ　　）　　　；ｊ−１，２，〜
３１Ｊ　　　　　　Ｊ　　　　　　Ｏに対して、それらが全体として等エネルギ白色光を受光
したとき、ＣＩＥ標準比視感度を近似する分光特性とな
るような重み係数Ｗ、をそれぞれ乗じてレベル調整し、
その総和Ｉを次のように求めている。

１＝　　−Ｘ−ｗ、（ｉ、−に、−ｔｏ）ｊ、４　　　
Ｊ　　　　Ｊ　　　　Ｊこのようにして演算部Ｌ３にて求められた値Ｉが、前述
した表示部１４にて、前記被測定光に対する照度の測定
結果として出力表示される。

このように本装置によれば、被測定光は透過拡散板１６
にて拡散され、複数の単位受光器１８−ｊ（ｊ＝１．２
．〜３１）にてそれぞれ均一に受光され、且つ各単位受
光器１８−ｊ　（ｊ＝１．２．〜３１）にて波長半値幅
を等しくしながら波長域選択されてそれぞれ受光される
。

その上で上述したように雑音成分が除去され、重み係数
Ｗ、の乗算によってレベル調整されて、その全体に亙る
分光特性がＣＩＥ標準比視感度を近似するように定めら
れた後に加算されるので、これによって直ちに、しかも
高精度に光源による照度の測定値を上記演算値Ｉとして
得ることが可能となる。

ちなみに本発明者等の実験によれば、光度標準電球を用
いて本装置を校正し、つまり比例係数に１、および重み
係数Ｗ、をそれぞれ設定し、しＪ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　Ｊかる後、各種の傾向ランプ
による照度を計測したところ、分光測光値からのずれ量
が±　０．１％以内であり、実用上十分な精度でその測
光を行い得ることが確認された。

さて第３図は本発明の別の実施例を示す図である。

この実施例装置は、例えばレンズやミラー等によって構
成される光学系３０を介して光源がらの光を積分球３Ｉ
の内壁面に導いて拡散し、その射出窓３２から取出され
る拡散光をレンズ３３、ビームスプリッタ３４ａ、３４
ｂ　、および全反射プリズム３５を介して３つの受光器
部３８ａ、　３８ｂ、　３６ｃにそれぞれ導くようにし
て構成される。

これらの受光器部３Ｂａ、　３［ｉｂ　、　３Ｂｃは、
前述した第１図（ｂ）〜（ｄ）に示すものと同様に複数
の単位受光器１８−ｊ　（ｊ＝０．１，２．〜３１）に
よってそれぞれ構成されている。また前記積分球３１の
射出窓３２は、上記各受光器部３６ａ、３（ｆｂ、３Ｂ
ｃの受光面形状に合せて、第３図（ｂ）に示すように矩
形状に形成されている。

しかしてこの装置における演算部１３は、受光器部３［
ｉａ、　３Ｇｂ、　３８ｃにおける各単位受光器　１８
−ｊ（ｊ＝１，２．〜３１）の光電出力ｉ、を、単位受
光器１８−０の光電出力ｉ。にて（ｉ、　　−に、　　・　ｉ　　　）　　　　；ｊ−１
，２，〜３１ＪＪ　　　　　Ｏとしてそれぞれ補正している。

そして第１の受光器部３６ａの雑音成分が除去された各
単位受光器１８−ｊ　（ｊ＝１，２．〜３１）からの光
電出力に対して、それらが全体として、等エネルギ白色
光を受光したときのＣＩＥ等色関数Ｙ（λ）を近似した
分光特性となるようにその重み係数Ｗ　ｔ　＝を設定し
、その重み係数ｗｌｊに従ってレベル調整してその総和
１１を１−　Σ　ｗ　　（ｉ、−に、　　ｏｉｏ）１　　　ｊ
、１　１Ｊ　　　Ｊ　　　Ｊとして求めている。

また第２および第３の受光器部３Ｂｂ、３６ｃについて
は、その雑音成分が除去された各単位受光器１８−ｊ　
（ｊ＝１，２．〜３１）からの光電出力に対して、それ
らが全体として、等エネルギ白色光を受光したときのＣ
ＩＥ等色関数７（λ）、Ｔ（λ）を近似した分光特性と
なるようにその重み係数　Ｗ　２　ｊ。

Ｗ　、を設定し、同様にしてその総和１　　、Ｉ　　を
Ｊ２３求めている。

このようにして求められる値１　　、Ｉ　　、１は、そ
れぞれ三刺激値ｘ、ｙ、ｚに対応したものとなり、従っ
てこれらの各位１　　、Ｉ　　、Ｉ　　から、光源の色
度座標ｘ、ｙをｘ　　−Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ） −■　／（■１＋１２＋１３） ■ Ｙ　　−Ｙ／　（Ｘ十Ｙ＋Ｚ） −Ｉ２／（１１＋１２＋■３）を直ちに求め、これを前記表示部１４にて表示すること
が可能となる。

本発明者等の実験によれば、このように構成された装置
において、分布温度約２８５６にの光度標章電球を測色
標準として校正し、各種の蛍光ランプの色度座標Ｘ＋　
　ｙについてそれぞれ測定したところ、分光測色値から
のずれ量は±ｏ、ｏｏｔ程度であり、極めて高精度な測
定を行い得ることが確認された。

尚、本発明は上述した各実施例にのみ限定されるもので
はない。

例えば等エネルギ白色光を用いることができない場合に
おいても、分光分布が既知の電球を測定したときの前記
各単位受光器の出力を、該電球の分光分布となるように
前述した各単位受光器の光電出力に対する比例係数に、
および加重係数Ｗ。

Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｊを設定す
れば、所謂分光放射計として十分に利用できる。

また実施例では、透過拡散板、光束積分球を用いて被測
定光を拡散したが、反射拡散板を用いることも可能であ
り、またこれらを組合わせて被測定光を拡散することも
可能である。また単位受光器を３つの受光素子を用いて
それぞれ構成したが、１つの受光素子だけで構成するこ
とも勿論可能であり、更に多くの受光素子を組合わせて
実現することも可能である。

またここでは、単位受光器に対する分光透過率を４００
，４１０．〜７００　ｎｍとしたが、必ずしもこのよう
に区分する必要はなく、またその波長域の半値幅も測定
目的に応じて設定すれば良いものである。

また色フィルタ層についても、金属干渉フィルタのみな
らず、非金属干渉フィルタや色ガラスフィルタ、色プラ
スティックフィルタ等の波長選択性のフィルタ、更には
これらを組合わせたものであっても良い。この場合、例
えば１つのまたは複数の単位受光器を、等エネルギ白色
光に対してＣＩＥ標準比視感度を近似するようにその色
フィルタの特性を設定し、他の１つまたは複数の単位受
光器については、前述した第５図に示す分光応答性から
のずれを補正するようなフィルタ特性に設定するように
すれば好都合である。

その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することが可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、従来装置のように
光学系や機械系を調整する必要かなく、装置構成を部品
化してその可搬性を高めることができる。しかも、単位
受光器の全体に亙る特性をＣＩＥ標準比視感度、または
ＣＩＥ等色関数に設定できるので、光源による照度、光
源の輝度・色度、または光源によって照明された物体表
面の輝度・色度、更には光源の分光分布等をそれぞれ高
精度に、且つ簡易に高速に計測することができる等の実
用上絶大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例装置の概略構成図、第２
図は実施例装置における複数の単位受光器に対した設定
される分光透過率を示す図、第３図は本発明の第２の実
施例装置を示す概略構成図、第４図は従来の照度計の概
略構成を示す図、第５図は従来の照度計の分光分布特性
を示す図、第６図は従来の一般的な分光測光装置の概略
構成を示す図である。１１・・・受光箱、１２・・・受光器部、１３・・・演
算部、１４・・・表示部、１５・・・表示駆動部、１６
・・・透過拡散板、１７・・・筒体、１８・・・単位受
光器、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・受光素子、２２・
・遮光板、２３・・・色フィルタ層、３１・・・光束積
分球、３２・・・射出窓、３４ａ、３４ｂ・・・ビーム
スプリ・ツタ、３５・・・全反射プリズム、３０ａ、３
Ｂｂ、３Ｇｃ・・・受光器部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ａ）第２図（ａ）（ｂ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物からの光を拡散する手段と、この拡散さ
れた光を受光する１つまたは複数の単位受光器と、１つ
または複数の単位受光器の前面に設けられた特定の波長
域の光成分を選択的に透過する光学フィルタ層と、上記
各単位受光器の光電出力のレベルをそれぞれ可変する手
段とを具備したことを特徴とする測光・測色装置。
（２）複数の単位受光器の前面にそれぞれ設けられる光
学フィルタ層は、互いに異なる波長域の光成分をそれぞ
れ透過するものである特許請求の範囲第１項記載の測光
・測色装置。
（３）複数の単位受光器の前面にそれぞれ設けられる光
学フィルタ層がそれぞれ透過する波長域の半値幅は、ほ
ぼ等しく設定されたものである特許請求の範囲第１項記
載の測光・測色装置。
（４）光学フィルタ層は、色ガラスフィルタ、色プラス
ティックフィルタ、金属干渉フィルタ、および非金属干
渉フィルタの１つ、またはその組合せとして構成されさ
るものである特許請求の範囲第１項記載の測光・測色装
置。
（５）光を拡散する手段は、光束積分球、透過拡散板、
または反射拡散板からなるものである特許請求の範囲第
１項記載の測光・測色装置。