標準光源装置
【課題】低輝度における高精度の標準光源を提供すること。
【解決手段】光源Ｌｓを含む光源ボックスＳ０で輝度Ｌｓが定義される。第１の積分球Ｓ１内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁上に輝度Ｌ０を第１の積分球Ｓ１の半径の２乗に反比例する一定の減衰率で減衰させた輝度Ｌ１が定義される。第２の積分球Ｓ２内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁に輝度Ｌ１を積分球Ｓ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰率でさらに減衰させた輝度Ｌ２が定義される。第２の積分球でさらに減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の出力開口部Ａ２３で定義され、標準光源出力が得られる。
【解決手段】光源Ｌｓを含む光源ボックスＳ０で輝度Ｌｓが定義される。第１の積分球Ｓ１内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁上に輝度Ｌ０を第１の積分球Ｓ１の半径の２乗に反比例する一定の減衰率で減衰させた輝度Ｌ１が定義される。第２の積分球Ｓ２内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁に輝度Ｌ１を積分球Ｓ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰率でさらに減衰させた輝度Ｌ２が定義される。第２の積分球でさらに減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の出力開口部Ａ２３で定義され、標準光源出力が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準光源装置に係り、特に、暗所コントラスト比を向上させる目的で、ＴＶ、ディスプレーの画面上最低輝度を測定する際に必要な、放射輝度計もしくは分光放射輝度計の最大感度の較正を行うために用いる、積分球を用いた低輝度標準光源装置に関するものである。ここでいう暗所におけるＴＶ、ディスプレー等の画面上最低輝度は、例えば、人の色覚の閾値に近い１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲にある。
【背景技術】
【０００２】
従来、標準光源は、白熱ランプ等の光源ボックスと、この光源ボックスで照明することによって作った、１次光源としての輝度が定義される第１の開口を含む面と、この１次光源で照明することによって作った、２次光源としての輝度が定義される第２の開口を含む面と、から構成される。そして、この標準光源は、第１の開口を含む面と第２の開口を含む面の面間隔を調整する手段によって、第１の開口上の輝度を減衰させた輝度を、第２の開口上に作る機能を有するものである。このとき、面間隔はその２乗に反比例して輝度を減衰させるように作用する。このように標準光源を作る方法を「光学ベンチ法」と呼ぶ。
【０００３】
図１４に、光学ベンチ法の説明図を示す。
図に示すように、光学ベンチ法では、光学ベンチ上に配置された、白熱ランプ等の光源ボックスと、光源ボックスの前に設けられた、ふたつの輝度を定義する透過拡散板を有する円形開口と、ふたつの円形開口を有する面間隔を調整する手段によって、開口上輝度間に減衰が発生するようになし、結果として実現された第２の開口上の輝度を測定する光検出器ないしは放射輝度計から構成される。
【０００４】
この光学ベンチの例では、開口平面Ｓ１、Ｓ２の法線とＳ１、Ｓ２の中心を結ぶ光軸とがなす角をθ１、θ２とし、光学ベンチ上開口Ｓ１、Ｓ２間間隔をｄとし、Ｓ１上の輝度をＬとするとき、一般に、光検出器ＰＤ上の全光束Φは開口面積の積Ａ１Ａ２に比例、間隔ｄの２乗に反比例する。したがって輝度比はＡ１／ｄ２に比例する。
【０００５】
また、従来の輝度ユニットの構成例として、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．１０２ ｎｏ．３ １９９７ Ｐ．３２３−３３１（非特許文献１）、特にＦｉｇ．８、に記載のものがある。これは、輝度ユニットと称する標準光源の例で、光源としての２重積分球のうちで後続する積分球に設けた開口上で定義される輝度を、一定距離伝播させ、輝度計の入射開口に到達するまでに減衰した輝度を輝度計で測定するもので、積分球上開口と輝度計の入射開口の間の輝度減衰の手段には、光学ベンチ法における輝度減衰の手段が用いられている。
【０００６】
この輝度ユニットは、２重積分球光源の開口上輝度Ｌを光学ベンチ法の手段を用いて減衰させ、積分球光源開口から間隔ｄを置いた放射輝度計の開口上に照度E=LA/ｄ２を定義するものである。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．１０２ ｎｏ．３ １９９７ Ｐ．３２３−３３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１４のような従来の光学ベンチ法の課題は、輝度減衰率が開口間隔の２乗に逆比例するという理由で、輝度減衰率を高くすると開口間隔が長くなり、開口間隔が長くなると開口間の共軸性、開口平面間の平行度等の位置精度を維持するのが困難になることであって、この理由で光学ベンチ法は低輝度の標準光源を実現するに必ずしも適しているとはいえない。
【０００８】
加えて非特許文献１のような輝度ユニットでは開口間に遮光環が挿入されているが、放射輝度計の入射開口が大気に開放されているから、迷光を完全に防止するには、輝度ユニット全体もしくは輝度ユニットを設置する部屋全体を遮光する必要があった。
【０００９】
光学ベンチ法に替わる高精度の輝度減衰手段を提案するという課題に加えて、従来の低輝度を確認する放射輝度計が、本発明の目標とする１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲の低輝度まで較正することが困難であることから、この目標輝度まで放射輝度計を高精度に較正する方法を提案するという課題が残されている。現在は、例えば、３／１，０００ ｃｄ／ｍ２前後の低輝度における較正が、特に要求される。このような低輝度まで較正できる標準光源は、従来、入手困難であった。
【００１０】
この高精度に放射輝度計を較正するという課題を仔細に検討すると、放射輝度計内の光検出器半導体素子そのものの直線性は極めて高いが、目標とする１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２の範囲の低輝度領域は、既にこの半導体素子の暗電流の等価入力雑音領域を含むから、暗電流雑音を効果的に低減して放射輝度計の測定限界を拡張するというのが、より本質的な課題でもある。
【００１１】
放射輝度計出力に含まれる、低輝度域での直線性からの誤差は、直流成分とランダム成分からなる。例えば、シリコン・フォトダイオードのような半導体素子を用いた放射輝度計の場合、直流成分は主として、半導体素子の暗電流温度ドリフトと、半導体素子の発生する光電流を電圧に変換する際に使用するオペレーショナル・アンプのオフセット電圧と、迷光とを含み、ランダム成分は半導体素子の暗電流雑音を含む。
【００１２】
まず、温度が変化するとき発生する暗電流温度ドリフトは、半導体素子を低温に冷却することにより効果的に低減することができる。この低温においても半導体素子の暗電流雑音成分は残存するが、ランダム成分であるから、オペレーショナル・アンプ等による積分回路により効果的に低減することができる。
【００１３】
しかし、オペレーショナル・アンプ自身のオフセット電圧と、迷光からなる直流成分が残存していると、オペレーショナル・アンプによる積分回路が飽和してしまうので、暗電流雑音成分を低減するには、まず、オペレーショナル・アンプのオフセット電圧と、迷光からなる直流成分を検出分離できることが前提条件になる。なお、本発明と従来の技術とは、輝度減衰の手段に差異がある。
本発明は、以上の点に鑑み、低輝度における高精度の標準光源を提供することを目的とする。なお、低輝度とは、例えば、１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲をいうが、これに限られない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述のような、輝度減衰する手段としての光学ベンチ法における課題を解決するために、本発明では、主に、光源ボックスで照明される入射開口を積分球の表面に設けて、その内壁上に塗布した完全拡散面上の相互拡散反射を用いて輝度減衰すると手段となし、一様に減衰した輝度を内壁上に実現し、これを測定する放射輝度計をとりつける開口を同じ積分球に設けるようにした。
【００１５】
つぎに、本発明では、この積分球上の新たな開口で連結された第２の積分球を付け加えることによって、積分球ごとに段階的に減衰した輝度を各積分球内壁に実現し、各積分球にとりつけた放射輝度計で、段階的に減衰した輝度を同時に測定するようになし、その測定データ列を用いて、未較正の放射輝度計の測定誤差の直流成分を検出するようにした。
【００１６】
本発明の第１の解決手段によると、
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記第２の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第２の光検出器と、
を備えた標準光源装置が提供される。
【００１７】
本発明の第２の解決手段によると、
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記出力開口部で前記第２の積分球と連結される第３の連結開口部を有し、さらに減衰した第２の積分球の内壁上輝度を、前記第３の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第３の連結開口部上で定義された輝度をさらにまた減衰して、さらにまた減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらにまた減衰した輝度を定義する第２の出力開口部を有する第３の積分球と、
前記第３の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第３の光検出器と、
を備えた標準光源装置が提供される。
【００１８】
本発明は、積分球に取り付けられた放射輝度計内の半導体素子を低温に冷却することによって、放射輝度計出力に含まれる暗電流の直流成分を低減して、オペレーション・アンプ等の積分回路が飽和しないようになし、この積分回路で暗電流雑音を低減してもよい。
【００１９】
本発明は、積分球に取り付けられた放射輝度計内の光検出器半導体素子を低温に冷却する際に、放射輝度計のパッケージに設けられたサファイア板等の窓の結露防止を目的として、その外側により接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持してもよい。
【００２０】
本発明は、例えば、積分球に取り付けられた放射輝度計内の光検出器半導体素子を低温に冷却する際に、放射輝度計のパッケージに設けられたサファイア板等の窓の結露防止を目的として、その外側により接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持するとき、窓間の空間を除湿する目的で、窓に隣接して乾燥材を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、例えば１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲の、低輝度における高精度の標準光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．標準光源
図１に、積分球を用いた標準光源の構成図を示す。この図は、開口部で連結された積分球で段階的に輝度を減衰する標準光源の概念図である。
この標準光源は、ＰＣ１、光源ボックスＳ０、第１の積分球Ｓ１、第２の積分球Ｓ２、光検出器ＰＭ１、ＰＭ２、可変減衰器ＶＡを備える。
【００２３】
光源ボックスＳ０は、白熱ランプ、ＬＥＤ、蛍光灯、バックライト等の光源を含み、定電圧電源、定電流電源、安定化電源等の電源により調整された輝度を定義する開口部Ａ０（開口、開口面、開口を有する面）を有する。光源ボックスＳ０は、この開口部Ａ０により、第１の積分球Ｓ１に光を導入する。光源ボックスＳ０は、内部に光源を含む積分球で構成されていても良い。
【００２４】
可変減衰器ＶＡは、光源ボックスＳ０と第１の積分球Ｓ１との間に設けられ、光源ボックスＳ０で一様に照明される開口部Ａ０で定められた輝度を調整し、第１の積分球Ｓ１へ光を導入する。可変減衰器ＶＡは、ＰＣ１からの指令により制御される。
【００２５】
一般に、積分球は、内壁に硫酸バリウムをコーティングしたり、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）の粉末を固めてベーキングしたり、金メッキを施す等により完全拡散面が塗布又は形成された球である。積分球の内壁は反射率が高く拡散性に優れたコーティングが施されている。積分球の中心又は内部に光源を置くと、又は、外部光源から積分球に開口部を経て光を導くと、光源から放射された光は積分球の内壁に当たり拡散反射し、拡散反射された光は再び積分球の内壁に当たり拡散反射を繰返す。これにより、積分球内で光は掻き混ぜられ、積分球内はほとんど均一な明るさになり、一様に減衰した輝度を内壁上に実現する。
【００２６】
第１の積分球Ｓ１は、光源ボックスＳ０で照明され可変減衰器ＶＡで輝度が調整された入力開口部Ａ１１と、入力開口部Ａ１１上で調整された輝度を球内壁の完全拡散面の相互拡散反射を用いて減衰した輝度を定義する閉領域を有する面（内壁）と、この減衰した輝度を測定する放射輝度計をとりつける開口部Ａ１２と、この減衰した輝度を定義し第２の積分球Ｓ２に光を導入する連結開口部Ａ１３とを、球面の一部もしくはその内面に設けている。第１の積分球Ｓ１は、光源ボックスＳ０により可変減衰器ＶＡを介して一様に照明された開口面上の輝度を減衰させた輝度を内壁に実現する。
【００２７】
第２の積分球Ｓ２は、第１の積分球Ｓ１で輝度が調整された第１の積分球と連結される連結開口部Ａ２１と、連結開口部Ａ２１上で調整された輝度を球内壁の完全拡散面の相互拡散反射を用いて減衰した輝度を形成し、この減衰した輝度を測定する放射輝度計をとりつける開口部Ａ２２と、この減衰した輝度を定義し標準光源としての光を出力する出力開口部Ａ２３とを、球面の一部もしくは内面に設けている。 第２の積分球Ｓ２は、連結開口部Ａ２１で第１の積分球の連結開口部Ａ１３と連結されることによって、第１の積分球Ｓ１の内壁上の輝度を、連結開口部Ａ２１を通じて導いた第２の積分球Ｓ２でさらに減衰させた輝度を、第２の積分球Ｓ２の内壁に実現する。
【００２８】
このようにして、標準光源は、積分球Ｓ１及びＳ２毎に段階に分けて輝度を減衰し、減衰した輝度を各内壁上に定義する。なお、連結開口部Ａ１３及びＡ２１は、第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２で共通としてもよいし、別々に設けられた開口部を連結した構成としてもよい。
【００２９】
第１及び第２の光検出器ＰＭ１及びＰＭ２は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、それらに視感度フィルタを取り付けた放射輝度計等を用いることができ、それぞれ第１及び第２積分球Ｓ１及びＳ２の表面上の開口部Ａ１２及びＡ２２に取り付けられ、各積分球で減衰した輝度を測定する。
【００３０】
つぎに、標準光源の実現機能について説明する。
図示のように、第１の積分球Ｓ１は、第１の光検出器入力Ｉ１に対応する内壁輝度Ｌ１を有し、第２の積分球Ｓ２は、第２の光検出器入力Ｉ２に対応した内壁輝度Ｌ２を有する。連結開口部Ａ１３及びＡ２１により、第１の光検出器入力Ｉ１と第２の光検出器入力Ｉ２の間の比例減衰関係を実現する。
【００３１】
まず、光源Ｌｓを含む光源ボックスＳ０で輝度Ｌｓが定義される（この例では、光源ボックスに積分球を用いている。）。光源ボックスＳ０から可変減衰器ＶＡを介して第１の積分球Ｓ１上の開口部Ａ０を照明し、開口部Ａ０及びＡ１１上で輝度Ｌ０が定義される。第１の積分球Ｓ１は、光源ボックス及び可変減衰器ＶＡとは開口部Ａ１１で、第２の積分球Ｓ２とは開口部Ａ１３で連結される。第１の積分球Ｓ１内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁上に輝度Ｌ０を第１の積分球Ｓ１の半径の２乗に反比例する一定の減衰率で減衰させた輝度Ｌ１が定義される（輝度Ｌ１を表す式は後述する。）。この減衰した輝度Ｌ１は、第１の積分球Ｓ１上の開口部Ａ１２に取り付けられ、この内壁に焦点を合わせた、光検出器ＰＭ１で測定される。また、第１の積分球Ｓ１から連結開口部Ａ１３を照明し、連結開口部Ａ１３上で輝度Ｌ１が定義される。
【００３２】
第２の積分球Ｓ２では、連結開口部Ａ２１上で輝度Ｌ１が定義され、第２の積分球Ｓ２内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁に輝度Ｌ１を積分球Ｓ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰率でさらに減衰させた輝度Ｌ２が定義される。この減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の開口部Ａ２２に取りつけられ、この内壁に焦点を合わせた、光検出器ＰＭ２で測定される。また、第２の積分球で、さらに減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の出力開口部Ａ２３で定義され、標準光源出力が得られる。
【００３３】
第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２には光検出器ＰＭ１とＰＭ２をとりつける開口部Ａ１２及びＡ２２が設けられており、光検出器ＰＭ１とＰＭ２は第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１とＬ２を同時に測定する。第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１とＬ２の間には第２の積分球Ｓ２の内壁上相互拡散反射で決まりＳ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰がある（輝度Ｌ１及びＬ２を表す式は後述する。）。
【００３４】
ＰＣ１は、可変減衰器ＶＡにより第１の積分球Ｓ１へ照射する輝度を可変して、各輝度で同時に測定された内壁輝度Ｌ１とＬ２の測定値を、データ列としてＰＣ内部又は外部の表示部に表示し、記憶部に記憶する。
【００３５】
以下に、輝度を表す式を示す。
（輝度Ｌ１を表す第１の積分球方程式）
第１の積分球Ｓ１の平均拡散反射率ρ１、積分球の内壁表面積ＡＳ１、ポートの占める割合ｆ１、ランプ光源よりの入射全光束Φｉ１とするとき、第１の積分球Ｓ１の内壁上の輝度（照度）Ｌ１は、次式で表される。
Ｌ１＝｛ρ１／（１−ρ１（１−ｆ１））｝・｛Φｉ１／πＡＳ１｝
（輝度Ｌ２を表す積分球方程式）
第２の積分球Ｓ２の平均拡散反射率ρ２、積分球の内壁表面積ＡＳ２、ポートの占める割合ｆ２、積分球１よりの入射全光束Φｉ２、結合開口半径ａ、第２の積分球Ｓ２の半径Ｒ２とするとき、第２の積分球Ｓ２の内壁上の輝度（照度）Ｌ２は、次式で表される。
Ｌ２＝｛ρ２／（１−ρ２（１−ｆ２））｝・｛Φｉ２／πＡＳ２｝
Φｉ２＝πＬ１Ａａｐ＝πＬ１πａ２
ＡＳ２＝４πＲ２２
Ｌ２＝｛ρ２／（１−ρ２（１−ｆ２））｝・Ｌ１・（ａ／２Ｒ２）２
【００３６】
図２は、ＰＣ１の構成図である。
このＰＣ１は、中央処理装置（ＣＰＵ）である処理部１１、入力部１２、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１３、制御Ｉ／Ｆ部１４、表示部１５、及び、記憶部１６を有する。また、処理部１１、入力部１２、入力Ｉ／Ｆ部１３、制御Ｉ／Ｆ部１４、表示部１５、及び、記憶部１６は、スター又はバス等の適宜の接続手段で接続されている。
記憶部１６は、測定値Ｖ１及びＶ２、光減衰率ｒ、直線データ等の各種データ、設定値を記憶する。
【００３７】
入力Ｉ／Ｆ部１３は、処理部１１に、第１及び第２光検出器ＰＭ１及びＰＭ２からの測定値のパラレルデジタル入力を可能とするためのインタフェースである。この例では、入力Ｉ／Ｆ部１３として、２ＣＨパラレルアナログ入力 デジタルマルチメーター（電圧計）を用い、この出力は、パラレルシリアル変換され、測定値Ｖ１、Ｖ２としてＵＳＢリンク等でＰＣ１の処理部１１に入力される。可変減衰器切り替えとＤＭＭサンプリングのためのトリガーパルスがＰＣ１から出力される。ＵＳＢが双方向であれば、同じひとつのケーブルトリガーと測定が可能である。ここでは、一例として、別ケーブルでリンクしている。なお、入力Ｉ／Ｆ部１３に、この直流成分を測定値から減算処理できるオペレーション・アンプ等の電子回路を付加してもよい。
制御Ｉ／Ｆ部１４は、処理部１１からの指示により可変減衰器ＶＡの減衰量を制御し、光源ボックスＳ０の開口部の輝度を制御する。
【００３８】
図３に、ＰＣによる処理の説明図を示す。
ＰＣ１は、次の処理を実行する。
処理部１１は、制御Ｉ／Ｆ部１４を介して、可変減衰器ＶＡにより光源ボックスＳ０から第１の積分球への照明量を調整する。そして、照明量を調整しながら、処理部１１は入力Ｉ／Ｆ部１３を介して、各調整値で第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する第１の積分球にとりつけた第１の放射輝度計の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、第２の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する第２の積分球にとりつけた第２の放射輝度計の測定値Ｖ２を取り込む（Ｓ０１）。
【００３９】
処理部１１は、取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ２を表す測定データ列を、記憶部１６に記憶及び／又は表示部１５に表示する（Ｓ０３）。表示画面は、例えば、Ｖ２−Ｖ１平面のグラフとする。
【００４０】
処理部１１は、記憶及び／又は表示された測定データ列を近似する直線を最小二乗法等の適宜の手法により求め、必要に応じその直線を表すデータを記憶部１６に記憶する（Ｓ０５）。処理部１１は、求めた直線に基づき、直線のＶ２切片（Ｖ１−Ｖ２の関係を表すｘ−ｙ平面上のｙ切片）の値により第２の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を検出し、且つ、直線の傾きを第２の積分球の光減衰率ｒとして求め、直流成分（Ｖ２切片（ｙ切片））など光減衰率ｒを記憶部１６に記憶する（Ｓ０７）。
【００４１】
標準光源として用いる際、ＰＣの入力部１２からの操作入力又は記憶部１６に予め定められた値により、処理部１１は、所望のＬ２又はＶ２を定め、Ｌ１＝Ｌ２／ｒ 又は Ｖ１＝Ｖ２／ｒ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、計算されたＬ１又はＶ１になるように可変減衰器ＶＡを制御Ｉ／Ｆ部１４を介して調整することで出力開口部に所望の輝度を実現することができる（Ｓ０９）。また、処理部１１は、測定値Ｖ１、又は、Ｖ１が示す輝度の値Ｌ１と光減衰率ｒに基づき、Ｌ２＝ｒＬ１ 又は Ｖ２＝ｒＶ１により、標準光源の輝度を計算して出力開口部に所望の輝度を実現し、また、表示部１５に表示又は記憶部１６に記憶することができる（Ｓ０９）。
このようにして、所望の輝度の標準光源を実現することができる。
【００４２】
輝度を減衰する手段として積分球を用いると、この積分球内壁に塗布された完全拡散面の相互拡散反射の作用によって、一様に減衰した輝度が内壁上に実現され、入射開口、放射輝度計開口の積分球表面上取り付け位置の任意性が増すと同時に、アライメント精度が緩和される。また入り口から出口までの光の全経路が、積分球という密閉空間内に取り込まれるので、放射輝度計に流入する迷光を最小化できる。
【００４３】
また、輝度の減衰手段として開口部で連結したすくなくとも２個の積分球を用いると、輝度の減衰過程を段階にわける作用があるから、第１の積分球内にできる輝度範囲を、第１の積分球に取り付けられた、予め較正された放射輝度計の測定輝度範囲以内とし、第１の積分球内にできる輝度範囲より一定の減衰率で減衰した第２の積分球内にできる輝度範囲を、第２の積分球に取り付けられた、新たに較正する放射輝度計の較正すべき輝度範囲にすることによって、ふたつの放射輝度計を用いて、一定の減衰率の関係にあるふたつの輝度範囲を、同時に測定できる。
【００４４】
また、同時に測定された、すくなくとも２個の積分球に取り付けられた放射輝度計出力を対比するとき、これに雑音が重畳していたとしても、積分球内壁に塗布された完全拡散面の相互拡散反射の作用によって、光源ボックスの輝度によらず、同時に測定された輝度間の減衰率は一定であるから、同時に測定された放射輝度計出力データ列は傾き一定の直線で近似されるという効果をもつ。
【００４５】
さらに、重畳している雑音はランダムであるから、同時に測定される放射輝度計出力データ列の数を増せば、直線の近似精度が一層向上するという理由で、第２の積分球に取り付けられた放射輝度計出力のオフセット等直流成分を高精度に検出し、これを高精度に減算除去できる。
【００４６】
２．光検出器較正
本実施の形態の骨子となる技術思想は、「作図法」による光検出器較正における線形領域の拡大（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｘｔｅｎｄ ｐｈｏｔｏ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ’ｓ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｒａｎｇｅ）である。
ここでいう光検出器の直線性とは、厳密には、光入力Ｉに対する光検出器出力電圧Ｖの比例関係をいう。すなわちｋを比例定数とするとき
Ｖ＝ｋＩ （１）
とかけることである。
光検出器が半導体素子のとき、光入力Ｉが小さい領域では、一般には式（１）はなりたたず、
Ｖ＝ｋ（Ｉ＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ （２）
となる。シリコン半導体素子の場合、Ｉが小さい領域でもｋの一定性は保たれているが、暗電流ΔＩと増幅器のオフセット電圧Ｖ０と、暗電流ランダム雑音Ｎが出力電圧Ｖにふくまれる。
【００４７】
ここで暗電流ΔＩがあると、Ｉ＝０でもＶが０にならないから、暗電流ΔＩは、オフセット電圧Ｖ０と同じく直流成分である。これに対して暗電流ランダム雑音Ｎは時間的に不規則に変動する成分で、十分長い時間で平均すれば０になるランダム雑音である。このように光入力に対する光検出器出力電圧の関係Ｉ＝ｆ（Ｖ）における直線性（比例関係）からの誤差（乖離）を、直流成分と雑音成分に分類することができる。
【００４８】
本実施の形態の骨子なる技術思想は、元来、式（２）で記述される直線性（比例関係）からの誤差（乖離）を伴う光検出器出力から、誤差成分を抽出分離し、真の比例関係を導く方法に関する。直接的に式（２）で記述される光検出器出力から、誤差成分を抽出分離する方法は、光入力Ｉを変化させてＶを測定し、（Ｖ，Ｉ）をプロットする直接作図法である。
【００４９】
図４は、（Ｖ，Ｉ）プロットの図を示す。
いま変数Ｉを変化させるとき、光を順次、減衰させるとする。このとき減衰手段として用いる可変減衰器に従来、光学ベンチ法が用いられてきた。しかしこの光学ベンチ法の精度保証範囲を超えると、例えば図に示すように等間隔に光入力を減衰させることを意図しても、実際の光検出器入力が等間隔に減衰しているとは限らないという、技術的課題に直面する。
【００５０】
可変減衰器の精度に頼らず、上記の作図を完成するには、図の独立変数Ｉを精密に測定し較正すればよいが、そもそもＩを精密に測定するのが技術課題であるから、課題解決する手段が課題になっており自己撞着である。
本実施の形態は、上述の課題を解決するために、減衰を２段階にわける。
【００５１】
図５に、光検出器による測定を説明するための概念図を示す。
各符号は、次の通りである。
Ｖ１、Ｖ２：第１、第２光検出器の測定値（単位の例、ｍＶ）
Ｉ１、Ｉ２：第１、第２光検出器の光入力（単位の例、ｎＷ、ｐＷ）
Ｌ１、Ｌ２：第１、第２積分球の内壁輝度（単位の例、ｃｄ／ｍ２）
【００５２】
図示の積分球を用いた例では、とりつけられた光検出器入力Ｉ１に対応する内壁輝度Ｌ１を有する第１の積分球と、とりつけられた光検出器入力Ｉ２に対応した内壁輝度Ｌ２を有する第２の積分球とを備えた２重積分球が示される。そして、第１の積分球に光を可変しながら導入する開口部で結合された光源と、Ｉ１とＩ２の間の比例減衰関係を実現する手段として、第１の積分球と第２の積分球を結合する連結開口部とが示される。
【００５３】
一般に、積分球の内壁輝度は光検出器の入力光電流に比例し、よって、光検出器の測定値に比例する。第１の積分球に取り付けられる第１の光検出器が入力光電流Ｉ１の実現しうる範囲で良好に較正されている場合、第１の光検出器の測定値Ｖ１の読み取り値が内壁輝度Ｌ１である。なお、低輝度の場合は、暗電流ΔＩと増幅器のオフセット電圧Ｖ０の影響により、測定値Ｖ２（測定値Ｖ２の読み取り値）は、必ずしも輝度Ｌ２と等しいとは限らない。
【００５４】
本実施の形態では、光源から導入される光を２段階で減衰する際、第１段階の減衰では、それを較正する光検出器が存在するような中程度のＩ１を作る。このとき
Ｖ１＝ｋ１Ｉ１ （３）
が十分よい精度でなりたっている。すなわち、測定値Ｖ１（測定値Ｖ１の読み取り値）が輝度Ｌ１と等しい。
第２段階の減衰における、減衰率は一定でｒと書けるとすると
Ｉ２＝ｒＩ１ （４）
であり、式（３）と式（４）を用いて、式（２）は
Ｖ２＝ｋ２（Ｉ２＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ＝ｋ２（ｒＩ１＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ （５）
と書きなおせる。ここで式（５）の最右辺の独立変数Ｉ１は、式（３）より、十分よい精度で計測可能である。
【００５５】
図６に、Ｖ１−Ｉ１，Ｖ２−Ｉ１プロットの図を示す。
式（３）と式（５）から定義される同じＩ１の関数としてのＶ１とＶ２をプロットすると、この図のように示される。
【００５６】
図７に、Ｖ２−Ｖ１プロットの図を示す。
つぎに、同じＩ１に対するＶ１とＶ２を上図から読み取って、Ｖ２（Ｉ１）をＶ１（Ｉ１）に対してプロットするとき、
Ｖ２＝ｋ２（ｒＩ１＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ＝（ｋ２／ｋ１）ｒＶ１＋ｋ２ΔＩ＋Ｖ０＋Ｎ
（６）
となるから、プロットの各点はｋ２ΔＩ＋Ｖ０をｙ切片とする直線の近傍に分布し、さらに半導体素子感度が同じだとすると（ｋ１＝ｋ２）、プロットを近似する直線の傾きは第２段階の光減衰率ｒになる。
【００５７】
このような図が描ける、つまり作図は完成するための前提条件には、同じＩ１に対してＶ１とＶ２を測定できることと、このＩ１とＩ２の間には一定の比例関係があることと、が必須である。なおＩ１はＶ１から知ることができるから、Ｉ１を変化させるための手段としての可変減衰器は厳密に較正されている必要は全くない。（Ｉ１を変化させるための可変減衰器の精度についての付帯条件なし。）
【００５８】
本実施の形態の技術思想「作図法」の実施形態は、したがって作図ができるための必須の前提条件をすべて満たしていなければならない。
なお第１の積分球にとりつけられる光検出器ないしは放射輝度計は、中間状態の光入力Ｉ１の実現しうる範囲で良好に較正されていなければならない。
第１の積分球にとりつけられる光検出器と第２の積分球にとりつけられる光検出器は、光源から導入される光量を変化させ、その結果としてＩ１を変化させる毎に同時測定できることが必要である。
【００５９】
図８に、開口で連結された積分球内壁輝度を測定する放射輝度計の測定値の表示装置上プロットをシミュレーション計算した図を示す。
この図は、暗電流雑音をランダム関数として与えたシミュレーション計算による、分光放射輝度計ＰＭ１とＰＭ２の測定値の関係を表わす。直線の勾配は積分球Ｓ１と積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１からＬ２への減衰率ｒに一致し、シミュレーションでは、一例として、１／１００とした。測定データの最小２乗近似直線のｘ−ｙ平面上のｙ切片からＰＭ２のオフセット電圧等直流成分が導かれる。
【００６０】
図９に、Ｖ２−Ｌ２プロットの図を示す。
結合開口半径と第２の積分球半径の比からきまる輝度減衰率がｒ＝０．０１ で、輝度Ｌ１の範囲が０．０１ｃｄ／ｍ２−１ｃｄ／ｍ２ のとき、輝度Ｌ２の範囲は、０．０００１ｃｄ／ｍ２−０．０１ｃｄ／ｍ２ となる。このとき第２の積分球半径できまる測定距離と対物レンズの有効径より光検出器入力Ｉ２の範囲は０．２−２０ｐＷと計算することができる。
【００６１】
第２の積分球にとりつけた放射輝度計の有する光検出器の可視光帯における代表的、平均感度をｋ２＝３ｍＶ／ｐＷとして、最終図に等価な作図として、第１の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値Ｖ１に対応する輝度値Ｌ１に減衰率ｒを掛けて求めた第２の積分球の輝度Ｌ２に対して、第２の積分球にとりつけた放射輝度計の測定電圧Ｖ２をプロットすることにより、この図を作図することができる。
【００６２】
ここで、直線は、原点を通る理論値であり、低輝度のプロットが直線からややずれている。そして、輝度Ｌ２の最小輝度０．０００１ｃｄ／ｍ２における電圧０．６ｍＶの測定値には、ほぼ同等の雑音電圧が重畳している。（逆に、信号電圧と雑音電圧の比が１のときが、最小検出可能輝度である。）この雑音電圧が一様でランダムに分布していると考えられるので、最小輝度から最大輝度の範囲で入力輝度を変え、測定数を増すことによって、公知の最小２乗法等の技術で、雑音等の影響を排除した直線関係を導くことが可能であり、これより、オフセット電圧や雑音を逆算して求めることができる。
【００６３】
３．詳細構成例
図１０に、積分球内壁照度を測定する放射輝度計の構成図を示す。主に、この放射輝度計は、視感度フィルター２１と、対物レンズ２２と、光検出器２３と、輝度を測定する領域を定義する視野しぼり２４とを備える。
【００６４】
図１１に、光検出器の半導体素子の暗電流雑音のパワースペクトル密度分布（Ａ）と積分回路（挿入図）出力のパワースペクトル密度分布（Ｂ）の説明図を示す（横軸：周波数（Ｈｚ））。
【００６５】
積分回路には、冷却した光検出器を有する放射輝度計の出力が有する暗電流雑音のパワースペクトル密度関数（Ａ）が入力され、その積分回路によって低減された暗電流雑音のパワースペクトル密度関数（Ｂ）が出力される。
図示のように、光検出器の半導体素子にオペアンプ等による積分回路を付加することで、暗電流雑音を減少することができる。
【００６６】
図１２に、光検出器の半導体素子を冷却するための構成図を示す。この図は、サファイア等の窓を用いた２重封止構造による、光検出器パッケージ窓の加熱（冷却）法と、サファイア等の窓間の空気を除湿する乾燥材の配置法を示す概念図である。
【００６７】
図示のように、窓１を取り付けた開口を有する金属板で、窓２付き冷却シリコン・フォトダイオードが２重封止される。窓１と窓２の間隔は窓２とシリコン・フォトダイオード間隔に比べ狭い。この窓間隔内空気を、窓１の周りに配置したリング状乾燥材で除湿する。
【００６８】
放射輝度計の光検出器半導体素子を冷却するとき、その電子や正孔からなるキャリアの熱励起を低減する作用をもつから、冷却することによって放射輝度計の暗電流の直流成分を低減する効果をもつ。
【００６９】
放射輝度計出力誤差の直流成分の一部である暗電流直流成分が低減されていれば、そのドリフトがないという理由で、出力誤差の直流成分を良好に検出除去できるから、積分回路を飽和させずに機能させることができ、上述したような積分回路によって暗電流雑音を良好に低減できる。
【００７０】
放射輝度計の光検出器半導体素子を低温に冷却すると、この半導体素子と対向する、パッケージに設けられたサファイア板等の窓を、熱輻射に基づく熱交換によって冷却する作用がある。このとき、その外側からより近接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持すると、その窓からの熱輻射よる加熱と、前記半導体素子への熱輻射による冷却がつりあって、パッケージに設けられた窓の温度が、冷却された半導体素子温度と室温の中間温度で、より室温に近い温度に維持さるという理由で、パッケージ窓への結露が防止できる。
【００７１】
パッケージに設けられた窓の温度が、冷却された半導体素子温度と室温の中間温度で、より室温に近い温度に維持されるという理由で、窓間の空気は室温と冷却光検出器半導体素子の中間温度で、より室温に近い温度に維持されているから、窓に隣接して乾燥材を配置すると、この中間温度で窓間の空気中の蒸気圧が飽和しないように蒸気圧を下げる作用があり、もって窓の結露をより良好に防止する効果がある。
【００７２】
４．３つの積分球を備えた構成
図１３に、３つの積分球を備えた標準光源の構成図を示す。
上述の実施の形態では、積分球を２つ用いる例を説明したが、３つ以上積分球を連結して用いても良い。例えば、３つの積分球を用いる場合、以下のように、同様に、Ｖ３−Ｖ２プロットの図を作図し、直線を求めることで、第３の積分球の光減衰率ｒ’を求めることができ、また、第３の積分球の内壁輝度を求めることができる。
【００７３】
第３の積分球Ｓ３は、第２の積分球Ｓ２に設けた出力開口部と連結開口部Ａ３１で連結され、減衰した第２の積分球Ｓ２の内壁上輝度を、連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰し、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、さらに減衰した輝度を定義する出力開口部Ａ３を有するように構成する。そして、第３の光検出器ＰＭ３は、第３の積分球Ｓ３によりさらに減衰した輝度を測定するように構成する。
【００７４】
ＰＣ１は、可変減衰器ＶＡにより光源ボックスから第１の積分球Ｓ１への照明量を調整し、各調整値で第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する第１の積分球Ｓ１にとりつけた第1の光検出器ＰＭ１の測定値Ｖ１に対して、第３の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する第３の積分球Ｓ３にとりつけた第３の光検出器ＰＭ３の測定値Ｖ３を取り込む。つぎに、ＰＣ１は、取り込んだ測定データ列（Ｖ３−Ｖ１プロット）を、記憶部に記憶又は表示装置上に表示する。そして、ＰＣ１は、記憶又は表示された測定データ列を近似する直線に基づき、直線のＶ３切片により第３の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値に含まれる暗電流とオフセット値を含む直流成分を検出し、且つ、直線の傾きより第３の積分球の光減衰率ｒ’を求めることができる。
【００７５】
第３の積分球から出力される輝度Ｌ３は、次の関係となる。
Ｌ３＝ｒ’Ｖ１
標準光源の決め方は、上述の実施の形態と同様である。
すなわち、標準光源として用いる際、ＰＣの入力部１２からの操作入力又は記憶部１６に予め定められた値により、処理部１１は、所望のＬ３又はＶ３を定め、Ｌ１＝Ｌ３／ｒ’ 又は Ｖ１＝Ｖ３／ｒ’ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、計算されたＬ１又はＶ１になるように可変減衰器ＶＡを制御Ｉ／Ｆ部１４を介して調整することで出力開口部に所望の輝度を実現することができる（Ｓ０９）。また、処理部１１は、測定値Ｖ１、又は、Ｖ１が示す輝度の値Ｌ１と光減衰率ｒ’に基づき、Ｌ３＝ｒ’Ｌ１ 又は Ｖ３＝ｒ’Ｖ１により、標準光源の輝度を計算して出力開口部に所望の輝度を実現し、また、表示部１５に表示又は記憶部１６に記憶することができる。
このようにして、所望の輝度の標準光源を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、可視光だけでなく、紫外光、赤外光の標準光源にも適用することができる。その際には、光源や積分球光検出器等を、波長領域に応じて適宜選択すればよい。
積分球を２つ又は３つ用いるほかにも、適宜の数連結して段階的に減衰するようにして、低輝度の標準光源を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】積分球を用いた標準光源の構成図。
【図２】ＰＣ１の構成図。
【図３】ＰＣによる処理のフローチャート図。
【図４】（Ｖ，Ｉ）プロット図。
【図５】光検出器による測定を説明するための概念図。
【図６】Ｖ１−Ｉ１，Ｖ２−Ｉ１プロット図。
【図７】Ｖ２−Ｖ１プロット図。
【図８】積分球内壁輝度を測定する放射輝度計の測定値の表示装置上プロットをシミュレーション計算した図。
【図９】Ｖ２−Ｌ２プロット図。
【図１０】積分球内壁照度を測定する放射輝度計の構成図。
【図１１】光検出器の半導体素子の暗電流雑音のパワースペクトル密度分布（Ａ）と積分回路（挿入図）出力のパワースペクトル密度分布（Ｂ）の説明図。
【図１２】光検出器の半導体素子を冷却するための構成図。
【図１３】３つの積分球を備えた標準光源の構成図。
【図１４】光学ベンチ法の説明図。
【符号の説明】
【００７８】
１ ＰＣ
Ｓ０ 光源ボックス
Ｓ１ 第１の積分球
Ｓ２ 第２の積分球
ＰＭ１ 第1の光検出器
ＰＭ２ 第2の光検出器
ＶＡ 可変減衰器
１１ 処理部
１２ 入力部
１３ 入力Ｉ／Ｆ部
１４ 制御Ｉ／Ｆ部
１５ 表示部
１６ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準光源装置に係り、特に、暗所コントラスト比を向上させる目的で、ＴＶ、ディスプレーの画面上最低輝度を測定する際に必要な、放射輝度計もしくは分光放射輝度計の最大感度の較正を行うために用いる、積分球を用いた低輝度標準光源装置に関するものである。ここでいう暗所におけるＴＶ、ディスプレー等の画面上最低輝度は、例えば、人の色覚の閾値に近い１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲にある。
【背景技術】
【０００２】
従来、標準光源は、白熱ランプ等の光源ボックスと、この光源ボックスで照明することによって作った、１次光源としての輝度が定義される第１の開口を含む面と、この１次光源で照明することによって作った、２次光源としての輝度が定義される第２の開口を含む面と、から構成される。そして、この標準光源は、第１の開口を含む面と第２の開口を含む面の面間隔を調整する手段によって、第１の開口上の輝度を減衰させた輝度を、第２の開口上に作る機能を有するものである。このとき、面間隔はその２乗に反比例して輝度を減衰させるように作用する。このように標準光源を作る方法を「光学ベンチ法」と呼ぶ。
【０００３】
図１４に、光学ベンチ法の説明図を示す。
図に示すように、光学ベンチ法では、光学ベンチ上に配置された、白熱ランプ等の光源ボックスと、光源ボックスの前に設けられた、ふたつの輝度を定義する透過拡散板を有する円形開口と、ふたつの円形開口を有する面間隔を調整する手段によって、開口上輝度間に減衰が発生するようになし、結果として実現された第２の開口上の輝度を測定する光検出器ないしは放射輝度計から構成される。
【０００４】
この光学ベンチの例では、開口平面Ｓ１、Ｓ２の法線とＳ１、Ｓ２の中心を結ぶ光軸とがなす角をθ１、θ２とし、光学ベンチ上開口Ｓ１、Ｓ２間間隔をｄとし、Ｓ１上の輝度をＬとするとき、一般に、光検出器ＰＤ上の全光束Φは開口面積の積Ａ１Ａ２に比例、間隔ｄの２乗に反比例する。したがって輝度比はＡ１／ｄ２に比例する。
【０００５】
また、従来の輝度ユニットの構成例として、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．１０２ ｎｏ．３ １９９７ Ｐ．３２３−３３１（非特許文献１）、特にＦｉｇ．８、に記載のものがある。これは、輝度ユニットと称する標準光源の例で、光源としての２重積分球のうちで後続する積分球に設けた開口上で定義される輝度を、一定距離伝播させ、輝度計の入射開口に到達するまでに減衰した輝度を輝度計で測定するもので、積分球上開口と輝度計の入射開口の間の輝度減衰の手段には、光学ベンチ法における輝度減衰の手段が用いられている。
【０００６】
この輝度ユニットは、２重積分球光源の開口上輝度Ｌを光学ベンチ法の手段を用いて減衰させ、積分球光源開口から間隔ｄを置いた放射輝度計の開口上に照度E=LA/ｄ２を定義するものである。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．１０２ ｎｏ．３ １９９７ Ｐ．３２３−３３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１４のような従来の光学ベンチ法の課題は、輝度減衰率が開口間隔の２乗に逆比例するという理由で、輝度減衰率を高くすると開口間隔が長くなり、開口間隔が長くなると開口間の共軸性、開口平面間の平行度等の位置精度を維持するのが困難になることであって、この理由で光学ベンチ法は低輝度の標準光源を実現するに必ずしも適しているとはいえない。
【０００８】
加えて非特許文献１のような輝度ユニットでは開口間に遮光環が挿入されているが、放射輝度計の入射開口が大気に開放されているから、迷光を完全に防止するには、輝度ユニット全体もしくは輝度ユニットを設置する部屋全体を遮光する必要があった。
【０００９】
光学ベンチ法に替わる高精度の輝度減衰手段を提案するという課題に加えて、従来の低輝度を確認する放射輝度計が、本発明の目標とする１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲の低輝度まで較正することが困難であることから、この目標輝度まで放射輝度計を高精度に較正する方法を提案するという課題が残されている。現在は、例えば、３／１，０００ ｃｄ／ｍ２前後の低輝度における較正が、特に要求される。このような低輝度まで較正できる標準光源は、従来、入手困難であった。
【００１０】
この高精度に放射輝度計を較正するという課題を仔細に検討すると、放射輝度計内の光検出器半導体素子そのものの直線性は極めて高いが、目標とする１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２の範囲の低輝度領域は、既にこの半導体素子の暗電流の等価入力雑音領域を含むから、暗電流雑音を効果的に低減して放射輝度計の測定限界を拡張するというのが、より本質的な課題でもある。
【００１１】
放射輝度計出力に含まれる、低輝度域での直線性からの誤差は、直流成分とランダム成分からなる。例えば、シリコン・フォトダイオードのような半導体素子を用いた放射輝度計の場合、直流成分は主として、半導体素子の暗電流温度ドリフトと、半導体素子の発生する光電流を電圧に変換する際に使用するオペレーショナル・アンプのオフセット電圧と、迷光とを含み、ランダム成分は半導体素子の暗電流雑音を含む。
【００１２】
まず、温度が変化するとき発生する暗電流温度ドリフトは、半導体素子を低温に冷却することにより効果的に低減することができる。この低温においても半導体素子の暗電流雑音成分は残存するが、ランダム成分であるから、オペレーショナル・アンプ等による積分回路により効果的に低減することができる。
【００１３】
しかし、オペレーショナル・アンプ自身のオフセット電圧と、迷光からなる直流成分が残存していると、オペレーショナル・アンプによる積分回路が飽和してしまうので、暗電流雑音成分を低減するには、まず、オペレーショナル・アンプのオフセット電圧と、迷光からなる直流成分を検出分離できることが前提条件になる。なお、本発明と従来の技術とは、輝度減衰の手段に差異がある。
本発明は、以上の点に鑑み、低輝度における高精度の標準光源を提供することを目的とする。なお、低輝度とは、例えば、１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲をいうが、これに限られない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述のような、輝度減衰する手段としての光学ベンチ法における課題を解決するために、本発明では、主に、光源ボックスで照明される入射開口を積分球の表面に設けて、その内壁上に塗布した完全拡散面上の相互拡散反射を用いて輝度減衰すると手段となし、一様に減衰した輝度を内壁上に実現し、これを測定する放射輝度計をとりつける開口を同じ積分球に設けるようにした。
【００１５】
つぎに、本発明では、この積分球上の新たな開口で連結された第２の積分球を付け加えることによって、積分球ごとに段階的に減衰した輝度を各積分球内壁に実現し、各積分球にとりつけた放射輝度計で、段階的に減衰した輝度を同時に測定するようになし、その測定データ列を用いて、未較正の放射輝度計の測定誤差の直流成分を検出するようにした。
【００１６】
本発明の第１の解決手段によると、
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記第２の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第２の光検出器と、
を備えた標準光源装置が提供される。
【００１７】
本発明の第２の解決手段によると、
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記出力開口部で前記第２の積分球と連結される第３の連結開口部を有し、さらに減衰した第２の積分球の内壁上輝度を、前記第３の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第３の連結開口部上で定義された輝度をさらにまた減衰して、さらにまた減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらにまた減衰した輝度を定義する第２の出力開口部を有する第３の積分球と、
前記第３の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第３の光検出器と、
を備えた標準光源装置が提供される。
【００１８】
本発明は、積分球に取り付けられた放射輝度計内の半導体素子を低温に冷却することによって、放射輝度計出力に含まれる暗電流の直流成分を低減して、オペレーション・アンプ等の積分回路が飽和しないようになし、この積分回路で暗電流雑音を低減してもよい。
【００１９】
本発明は、積分球に取り付けられた放射輝度計内の光検出器半導体素子を低温に冷却する際に、放射輝度計のパッケージに設けられたサファイア板等の窓の結露防止を目的として、その外側により接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持してもよい。
【００２０】
本発明は、例えば、積分球に取り付けられた放射輝度計内の光検出器半導体素子を低温に冷却する際に、放射輝度計のパッケージに設けられたサファイア板等の窓の結露防止を目的として、その外側により接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持するとき、窓間の空間を除湿する目的で、窓に隣接して乾燥材を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、例えば１／１０，０００ ｃｄ／ｍ２から１／１００ ｃｄ／ｍ２程度の範囲の、低輝度における高精度の標準光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．標準光源
図１に、積分球を用いた標準光源の構成図を示す。この図は、開口部で連結された積分球で段階的に輝度を減衰する標準光源の概念図である。
この標準光源は、ＰＣ１、光源ボックスＳ０、第１の積分球Ｓ１、第２の積分球Ｓ２、光検出器ＰＭ１、ＰＭ２、可変減衰器ＶＡを備える。
【００２３】
光源ボックスＳ０は、白熱ランプ、ＬＥＤ、蛍光灯、バックライト等の光源を含み、定電圧電源、定電流電源、安定化電源等の電源により調整された輝度を定義する開口部Ａ０（開口、開口面、開口を有する面）を有する。光源ボックスＳ０は、この開口部Ａ０により、第１の積分球Ｓ１に光を導入する。光源ボックスＳ０は、内部に光源を含む積分球で構成されていても良い。
【００２４】
可変減衰器ＶＡは、光源ボックスＳ０と第１の積分球Ｓ１との間に設けられ、光源ボックスＳ０で一様に照明される開口部Ａ０で定められた輝度を調整し、第１の積分球Ｓ１へ光を導入する。可変減衰器ＶＡは、ＰＣ１からの指令により制御される。
【００２５】
一般に、積分球は、内壁に硫酸バリウムをコーティングしたり、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）の粉末を固めてベーキングしたり、金メッキを施す等により完全拡散面が塗布又は形成された球である。積分球の内壁は反射率が高く拡散性に優れたコーティングが施されている。積分球の中心又は内部に光源を置くと、又は、外部光源から積分球に開口部を経て光を導くと、光源から放射された光は積分球の内壁に当たり拡散反射し、拡散反射された光は再び積分球の内壁に当たり拡散反射を繰返す。これにより、積分球内で光は掻き混ぜられ、積分球内はほとんど均一な明るさになり、一様に減衰した輝度を内壁上に実現する。
【００２６】
第１の積分球Ｓ１は、光源ボックスＳ０で照明され可変減衰器ＶＡで輝度が調整された入力開口部Ａ１１と、入力開口部Ａ１１上で調整された輝度を球内壁の完全拡散面の相互拡散反射を用いて減衰した輝度を定義する閉領域を有する面（内壁）と、この減衰した輝度を測定する放射輝度計をとりつける開口部Ａ１２と、この減衰した輝度を定義し第２の積分球Ｓ２に光を導入する連結開口部Ａ１３とを、球面の一部もしくはその内面に設けている。第１の積分球Ｓ１は、光源ボックスＳ０により可変減衰器ＶＡを介して一様に照明された開口面上の輝度を減衰させた輝度を内壁に実現する。
【００２７】
第２の積分球Ｓ２は、第１の積分球Ｓ１で輝度が調整された第１の積分球と連結される連結開口部Ａ２１と、連結開口部Ａ２１上で調整された輝度を球内壁の完全拡散面の相互拡散反射を用いて減衰した輝度を形成し、この減衰した輝度を測定する放射輝度計をとりつける開口部Ａ２２と、この減衰した輝度を定義し標準光源としての光を出力する出力開口部Ａ２３とを、球面の一部もしくは内面に設けている。 第２の積分球Ｓ２は、連結開口部Ａ２１で第１の積分球の連結開口部Ａ１３と連結されることによって、第１の積分球Ｓ１の内壁上の輝度を、連結開口部Ａ２１を通じて導いた第２の積分球Ｓ２でさらに減衰させた輝度を、第２の積分球Ｓ２の内壁に実現する。
【００２８】
このようにして、標準光源は、積分球Ｓ１及びＳ２毎に段階に分けて輝度を減衰し、減衰した輝度を各内壁上に定義する。なお、連結開口部Ａ１３及びＡ２１は、第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２で共通としてもよいし、別々に設けられた開口部を連結した構成としてもよい。
【００２９】
第１及び第２の光検出器ＰＭ１及びＰＭ２は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、それらに視感度フィルタを取り付けた放射輝度計等を用いることができ、それぞれ第１及び第２積分球Ｓ１及びＳ２の表面上の開口部Ａ１２及びＡ２２に取り付けられ、各積分球で減衰した輝度を測定する。
【００３０】
つぎに、標準光源の実現機能について説明する。
図示のように、第１の積分球Ｓ１は、第１の光検出器入力Ｉ１に対応する内壁輝度Ｌ１を有し、第２の積分球Ｓ２は、第２の光検出器入力Ｉ２に対応した内壁輝度Ｌ２を有する。連結開口部Ａ１３及びＡ２１により、第１の光検出器入力Ｉ１と第２の光検出器入力Ｉ２の間の比例減衰関係を実現する。
【００３１】
まず、光源Ｌｓを含む光源ボックスＳ０で輝度Ｌｓが定義される（この例では、光源ボックスに積分球を用いている。）。光源ボックスＳ０から可変減衰器ＶＡを介して第１の積分球Ｓ１上の開口部Ａ０を照明し、開口部Ａ０及びＡ１１上で輝度Ｌ０が定義される。第１の積分球Ｓ１は、光源ボックス及び可変減衰器ＶＡとは開口部Ａ１１で、第２の積分球Ｓ２とは開口部Ａ１３で連結される。第１の積分球Ｓ１内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁上に輝度Ｌ０を第１の積分球Ｓ１の半径の２乗に反比例する一定の減衰率で減衰させた輝度Ｌ１が定義される（輝度Ｌ１を表す式は後述する。）。この減衰した輝度Ｌ１は、第１の積分球Ｓ１上の開口部Ａ１２に取り付けられ、この内壁に焦点を合わせた、光検出器ＰＭ１で測定される。また、第１の積分球Ｓ１から連結開口部Ａ１３を照明し、連結開口部Ａ１３上で輝度Ｌ１が定義される。
【００３２】
第２の積分球Ｓ２では、連結開口部Ａ２１上で輝度Ｌ１が定義され、第２の積分球Ｓ２内の内壁上相互拡散反射によって、その内壁に輝度Ｌ１を積分球Ｓ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰率でさらに減衰させた輝度Ｌ２が定義される。この減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の開口部Ａ２２に取りつけられ、この内壁に焦点を合わせた、光検出器ＰＭ２で測定される。また、第２の積分球で、さらに減衰した輝度Ｌ２は、第２の積分球Ｓ２上の出力開口部Ａ２３で定義され、標準光源出力が得られる。
【００３３】
第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２には光検出器ＰＭ１とＰＭ２をとりつける開口部Ａ１２及びＡ２２が設けられており、光検出器ＰＭ１とＰＭ２は第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１とＬ２を同時に測定する。第１の積分球Ｓ１と第２の積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１とＬ２の間には第２の積分球Ｓ２の内壁上相互拡散反射で決まりＳ２の半径の２乗に反比例する一定の減衰がある（輝度Ｌ１及びＬ２を表す式は後述する。）。
【００３４】
ＰＣ１は、可変減衰器ＶＡにより第１の積分球Ｓ１へ照射する輝度を可変して、各輝度で同時に測定された内壁輝度Ｌ１とＬ２の測定値を、データ列としてＰＣ内部又は外部の表示部に表示し、記憶部に記憶する。
【００３５】
以下に、輝度を表す式を示す。
（輝度Ｌ１を表す第１の積分球方程式）
第１の積分球Ｓ１の平均拡散反射率ρ１、積分球の内壁表面積ＡＳ１、ポートの占める割合ｆ１、ランプ光源よりの入射全光束Φｉ１とするとき、第１の積分球Ｓ１の内壁上の輝度（照度）Ｌ１は、次式で表される。
Ｌ１＝｛ρ１／（１−ρ１（１−ｆ１））｝・｛Φｉ１／πＡＳ１｝
（輝度Ｌ２を表す積分球方程式）
第２の積分球Ｓ２の平均拡散反射率ρ２、積分球の内壁表面積ＡＳ２、ポートの占める割合ｆ２、積分球１よりの入射全光束Φｉ２、結合開口半径ａ、第２の積分球Ｓ２の半径Ｒ２とするとき、第２の積分球Ｓ２の内壁上の輝度（照度）Ｌ２は、次式で表される。
Ｌ２＝｛ρ２／（１−ρ２（１−ｆ２））｝・｛Φｉ２／πＡＳ２｝
Φｉ２＝πＬ１Ａａｐ＝πＬ１πａ２
ＡＳ２＝４πＲ２２
Ｌ２＝｛ρ２／（１−ρ２（１−ｆ２））｝・Ｌ１・（ａ／２Ｒ２）２
【００３６】
図２は、ＰＣ１の構成図である。
このＰＣ１は、中央処理装置（ＣＰＵ）である処理部１１、入力部１２、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１３、制御Ｉ／Ｆ部１４、表示部１５、及び、記憶部１６を有する。また、処理部１１、入力部１２、入力Ｉ／Ｆ部１３、制御Ｉ／Ｆ部１４、表示部１５、及び、記憶部１６は、スター又はバス等の適宜の接続手段で接続されている。
記憶部１６は、測定値Ｖ１及びＶ２、光減衰率ｒ、直線データ等の各種データ、設定値を記憶する。
【００３７】
入力Ｉ／Ｆ部１３は、処理部１１に、第１及び第２光検出器ＰＭ１及びＰＭ２からの測定値のパラレルデジタル入力を可能とするためのインタフェースである。この例では、入力Ｉ／Ｆ部１３として、２ＣＨパラレルアナログ入力 デジタルマルチメーター（電圧計）を用い、この出力は、パラレルシリアル変換され、測定値Ｖ１、Ｖ２としてＵＳＢリンク等でＰＣ１の処理部１１に入力される。可変減衰器切り替えとＤＭＭサンプリングのためのトリガーパルスがＰＣ１から出力される。ＵＳＢが双方向であれば、同じひとつのケーブルトリガーと測定が可能である。ここでは、一例として、別ケーブルでリンクしている。なお、入力Ｉ／Ｆ部１３に、この直流成分を測定値から減算処理できるオペレーション・アンプ等の電子回路を付加してもよい。
制御Ｉ／Ｆ部１４は、処理部１１からの指示により可変減衰器ＶＡの減衰量を制御し、光源ボックスＳ０の開口部の輝度を制御する。
【００３８】
図３に、ＰＣによる処理の説明図を示す。
ＰＣ１は、次の処理を実行する。
処理部１１は、制御Ｉ／Ｆ部１４を介して、可変減衰器ＶＡにより光源ボックスＳ０から第１の積分球への照明量を調整する。そして、照明量を調整しながら、処理部１１は入力Ｉ／Ｆ部１３を介して、各調整値で第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する第１の積分球にとりつけた第１の放射輝度計の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、第２の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する第２の積分球にとりつけた第２の放射輝度計の測定値Ｖ２を取り込む（Ｓ０１）。
【００３９】
処理部１１は、取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ２を表す測定データ列を、記憶部１６に記憶及び／又は表示部１５に表示する（Ｓ０３）。表示画面は、例えば、Ｖ２−Ｖ１平面のグラフとする。
【００４０】
処理部１１は、記憶及び／又は表示された測定データ列を近似する直線を最小二乗法等の適宜の手法により求め、必要に応じその直線を表すデータを記憶部１６に記憶する（Ｓ０５）。処理部１１は、求めた直線に基づき、直線のＶ２切片（Ｖ１−Ｖ２の関係を表すｘ−ｙ平面上のｙ切片）の値により第２の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を検出し、且つ、直線の傾きを第２の積分球の光減衰率ｒとして求め、直流成分（Ｖ２切片（ｙ切片））など光減衰率ｒを記憶部１６に記憶する（Ｓ０７）。
【００４１】
標準光源として用いる際、ＰＣの入力部１２からの操作入力又は記憶部１６に予め定められた値により、処理部１１は、所望のＬ２又はＶ２を定め、Ｌ１＝Ｌ２／ｒ 又は Ｖ１＝Ｖ２／ｒ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、計算されたＬ１又はＶ１になるように可変減衰器ＶＡを制御Ｉ／Ｆ部１４を介して調整することで出力開口部に所望の輝度を実現することができる（Ｓ０９）。また、処理部１１は、測定値Ｖ１、又は、Ｖ１が示す輝度の値Ｌ１と光減衰率ｒに基づき、Ｌ２＝ｒＬ１ 又は Ｖ２＝ｒＶ１により、標準光源の輝度を計算して出力開口部に所望の輝度を実現し、また、表示部１５に表示又は記憶部１６に記憶することができる（Ｓ０９）。
このようにして、所望の輝度の標準光源を実現することができる。
【００４２】
輝度を減衰する手段として積分球を用いると、この積分球内壁に塗布された完全拡散面の相互拡散反射の作用によって、一様に減衰した輝度が内壁上に実現され、入射開口、放射輝度計開口の積分球表面上取り付け位置の任意性が増すと同時に、アライメント精度が緩和される。また入り口から出口までの光の全経路が、積分球という密閉空間内に取り込まれるので、放射輝度計に流入する迷光を最小化できる。
【００４３】
また、輝度の減衰手段として開口部で連結したすくなくとも２個の積分球を用いると、輝度の減衰過程を段階にわける作用があるから、第１の積分球内にできる輝度範囲を、第１の積分球に取り付けられた、予め較正された放射輝度計の測定輝度範囲以内とし、第１の積分球内にできる輝度範囲より一定の減衰率で減衰した第２の積分球内にできる輝度範囲を、第２の積分球に取り付けられた、新たに較正する放射輝度計の較正すべき輝度範囲にすることによって、ふたつの放射輝度計を用いて、一定の減衰率の関係にあるふたつの輝度範囲を、同時に測定できる。
【００４４】
また、同時に測定された、すくなくとも２個の積分球に取り付けられた放射輝度計出力を対比するとき、これに雑音が重畳していたとしても、積分球内壁に塗布された完全拡散面の相互拡散反射の作用によって、光源ボックスの輝度によらず、同時に測定された輝度間の減衰率は一定であるから、同時に測定された放射輝度計出力データ列は傾き一定の直線で近似されるという効果をもつ。
【００４５】
さらに、重畳している雑音はランダムであるから、同時に測定される放射輝度計出力データ列の数を増せば、直線の近似精度が一層向上するという理由で、第２の積分球に取り付けられた放射輝度計出力のオフセット等直流成分を高精度に検出し、これを高精度に減算除去できる。
【００４６】
２．光検出器較正
本実施の形態の骨子となる技術思想は、「作図法」による光検出器較正における線形領域の拡大（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｘｔｅｎｄ ｐｈｏｔｏ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ’ｓ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｒａｎｇｅ）である。
ここでいう光検出器の直線性とは、厳密には、光入力Ｉに対する光検出器出力電圧Ｖの比例関係をいう。すなわちｋを比例定数とするとき
Ｖ＝ｋＩ （１）
とかけることである。
光検出器が半導体素子のとき、光入力Ｉが小さい領域では、一般には式（１）はなりたたず、
Ｖ＝ｋ（Ｉ＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ （２）
となる。シリコン半導体素子の場合、Ｉが小さい領域でもｋの一定性は保たれているが、暗電流ΔＩと増幅器のオフセット電圧Ｖ０と、暗電流ランダム雑音Ｎが出力電圧Ｖにふくまれる。
【００４７】
ここで暗電流ΔＩがあると、Ｉ＝０でもＶが０にならないから、暗電流ΔＩは、オフセット電圧Ｖ０と同じく直流成分である。これに対して暗電流ランダム雑音Ｎは時間的に不規則に変動する成分で、十分長い時間で平均すれば０になるランダム雑音である。このように光入力に対する光検出器出力電圧の関係Ｉ＝ｆ（Ｖ）における直線性（比例関係）からの誤差（乖離）を、直流成分と雑音成分に分類することができる。
【００４８】
本実施の形態の骨子なる技術思想は、元来、式（２）で記述される直線性（比例関係）からの誤差（乖離）を伴う光検出器出力から、誤差成分を抽出分離し、真の比例関係を導く方法に関する。直接的に式（２）で記述される光検出器出力から、誤差成分を抽出分離する方法は、光入力Ｉを変化させてＶを測定し、（Ｖ，Ｉ）をプロットする直接作図法である。
【００４９】
図４は、（Ｖ，Ｉ）プロットの図を示す。
いま変数Ｉを変化させるとき、光を順次、減衰させるとする。このとき減衰手段として用いる可変減衰器に従来、光学ベンチ法が用いられてきた。しかしこの光学ベンチ法の精度保証範囲を超えると、例えば図に示すように等間隔に光入力を減衰させることを意図しても、実際の光検出器入力が等間隔に減衰しているとは限らないという、技術的課題に直面する。
【００５０】
可変減衰器の精度に頼らず、上記の作図を完成するには、図の独立変数Ｉを精密に測定し較正すればよいが、そもそもＩを精密に測定するのが技術課題であるから、課題解決する手段が課題になっており自己撞着である。
本実施の形態は、上述の課題を解決するために、減衰を２段階にわける。
【００５１】
図５に、光検出器による測定を説明するための概念図を示す。
各符号は、次の通りである。
Ｖ１、Ｖ２：第１、第２光検出器の測定値（単位の例、ｍＶ）
Ｉ１、Ｉ２：第１、第２光検出器の光入力（単位の例、ｎＷ、ｐＷ）
Ｌ１、Ｌ２：第１、第２積分球の内壁輝度（単位の例、ｃｄ／ｍ２）
【００５２】
図示の積分球を用いた例では、とりつけられた光検出器入力Ｉ１に対応する内壁輝度Ｌ１を有する第１の積分球と、とりつけられた光検出器入力Ｉ２に対応した内壁輝度Ｌ２を有する第２の積分球とを備えた２重積分球が示される。そして、第１の積分球に光を可変しながら導入する開口部で結合された光源と、Ｉ１とＩ２の間の比例減衰関係を実現する手段として、第１の積分球と第２の積分球を結合する連結開口部とが示される。
【００５３】
一般に、積分球の内壁輝度は光検出器の入力光電流に比例し、よって、光検出器の測定値に比例する。第１の積分球に取り付けられる第１の光検出器が入力光電流Ｉ１の実現しうる範囲で良好に較正されている場合、第１の光検出器の測定値Ｖ１の読み取り値が内壁輝度Ｌ１である。なお、低輝度の場合は、暗電流ΔＩと増幅器のオフセット電圧Ｖ０の影響により、測定値Ｖ２（測定値Ｖ２の読み取り値）は、必ずしも輝度Ｌ２と等しいとは限らない。
【００５４】
本実施の形態では、光源から導入される光を２段階で減衰する際、第１段階の減衰では、それを較正する光検出器が存在するような中程度のＩ１を作る。このとき
Ｖ１＝ｋ１Ｉ１ （３）
が十分よい精度でなりたっている。すなわち、測定値Ｖ１（測定値Ｖ１の読み取り値）が輝度Ｌ１と等しい。
第２段階の減衰における、減衰率は一定でｒと書けるとすると
Ｉ２＝ｒＩ１ （４）
であり、式（３）と式（４）を用いて、式（２）は
Ｖ２＝ｋ２（Ｉ２＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ＝ｋ２（ｒＩ１＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ （５）
と書きなおせる。ここで式（５）の最右辺の独立変数Ｉ１は、式（３）より、十分よい精度で計測可能である。
【００５５】
図６に、Ｖ１−Ｉ１，Ｖ２−Ｉ１プロットの図を示す。
式（３）と式（５）から定義される同じＩ１の関数としてのＶ１とＶ２をプロットすると、この図のように示される。
【００５６】
図７に、Ｖ２−Ｖ１プロットの図を示す。
つぎに、同じＩ１に対するＶ１とＶ２を上図から読み取って、Ｖ２（Ｉ１）をＶ１（Ｉ１）に対してプロットするとき、
Ｖ２＝ｋ２（ｒＩ１＋ΔＩ）＋Ｖ０＋Ｎ＝（ｋ２／ｋ１）ｒＶ１＋ｋ２ΔＩ＋Ｖ０＋Ｎ
（６）
となるから、プロットの各点はｋ２ΔＩ＋Ｖ０をｙ切片とする直線の近傍に分布し、さらに半導体素子感度が同じだとすると（ｋ１＝ｋ２）、プロットを近似する直線の傾きは第２段階の光減衰率ｒになる。
【００５７】
このような図が描ける、つまり作図は完成するための前提条件には、同じＩ１に対してＶ１とＶ２を測定できることと、このＩ１とＩ２の間には一定の比例関係があることと、が必須である。なおＩ１はＶ１から知ることができるから、Ｉ１を変化させるための手段としての可変減衰器は厳密に較正されている必要は全くない。（Ｉ１を変化させるための可変減衰器の精度についての付帯条件なし。）
【００５８】
本実施の形態の技術思想「作図法」の実施形態は、したがって作図ができるための必須の前提条件をすべて満たしていなければならない。
なお第１の積分球にとりつけられる光検出器ないしは放射輝度計は、中間状態の光入力Ｉ１の実現しうる範囲で良好に較正されていなければならない。
第１の積分球にとりつけられる光検出器と第２の積分球にとりつけられる光検出器は、光源から導入される光量を変化させ、その結果としてＩ１を変化させる毎に同時測定できることが必要である。
【００５９】
図８に、開口で連結された積分球内壁輝度を測定する放射輝度計の測定値の表示装置上プロットをシミュレーション計算した図を示す。
この図は、暗電流雑音をランダム関数として与えたシミュレーション計算による、分光放射輝度計ＰＭ１とＰＭ２の測定値の関係を表わす。直線の勾配は積分球Ｓ１と積分球Ｓ２の内壁輝度Ｌ１からＬ２への減衰率ｒに一致し、シミュレーションでは、一例として、１／１００とした。測定データの最小２乗近似直線のｘ−ｙ平面上のｙ切片からＰＭ２のオフセット電圧等直流成分が導かれる。
【００６０】
図９に、Ｖ２−Ｌ２プロットの図を示す。
結合開口半径と第２の積分球半径の比からきまる輝度減衰率がｒ＝０．０１ で、輝度Ｌ１の範囲が０．０１ｃｄ／ｍ２−１ｃｄ／ｍ２ のとき、輝度Ｌ２の範囲は、０．０００１ｃｄ／ｍ２−０．０１ｃｄ／ｍ２ となる。このとき第２の積分球半径できまる測定距離と対物レンズの有効径より光検出器入力Ｉ２の範囲は０．２−２０ｐＷと計算することができる。
【００６１】
第２の積分球にとりつけた放射輝度計の有する光検出器の可視光帯における代表的、平均感度をｋ２＝３ｍＶ／ｐＷとして、最終図に等価な作図として、第１の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値Ｖ１に対応する輝度値Ｌ１に減衰率ｒを掛けて求めた第２の積分球の輝度Ｌ２に対して、第２の積分球にとりつけた放射輝度計の測定電圧Ｖ２をプロットすることにより、この図を作図することができる。
【００６２】
ここで、直線は、原点を通る理論値であり、低輝度のプロットが直線からややずれている。そして、輝度Ｌ２の最小輝度０．０００１ｃｄ／ｍ２における電圧０．６ｍＶの測定値には、ほぼ同等の雑音電圧が重畳している。（逆に、信号電圧と雑音電圧の比が１のときが、最小検出可能輝度である。）この雑音電圧が一様でランダムに分布していると考えられるので、最小輝度から最大輝度の範囲で入力輝度を変え、測定数を増すことによって、公知の最小２乗法等の技術で、雑音等の影響を排除した直線関係を導くことが可能であり、これより、オフセット電圧や雑音を逆算して求めることができる。
【００６３】
３．詳細構成例
図１０に、積分球内壁照度を測定する放射輝度計の構成図を示す。主に、この放射輝度計は、視感度フィルター２１と、対物レンズ２２と、光検出器２３と、輝度を測定する領域を定義する視野しぼり２４とを備える。
【００６４】
図１１に、光検出器の半導体素子の暗電流雑音のパワースペクトル密度分布（Ａ）と積分回路（挿入図）出力のパワースペクトル密度分布（Ｂ）の説明図を示す（横軸：周波数（Ｈｚ））。
【００６５】
積分回路には、冷却した光検出器を有する放射輝度計の出力が有する暗電流雑音のパワースペクトル密度関数（Ａ）が入力され、その積分回路によって低減された暗電流雑音のパワースペクトル密度関数（Ｂ）が出力される。
図示のように、光検出器の半導体素子にオペアンプ等による積分回路を付加することで、暗電流雑音を減少することができる。
【００６６】
図１２に、光検出器の半導体素子を冷却するための構成図を示す。この図は、サファイア等の窓を用いた２重封止構造による、光検出器パッケージ窓の加熱（冷却）法と、サファイア等の窓間の空気を除湿する乾燥材の配置法を示す概念図である。
【００６７】
図示のように、窓１を取り付けた開口を有する金属板で、窓２付き冷却シリコン・フォトダイオードが２重封止される。窓１と窓２の間隔は窓２とシリコン・フォトダイオード間隔に比べ狭い。この窓間隔内空気を、窓１の周りに配置したリング状乾燥材で除湿する。
【００６８】
放射輝度計の光検出器半導体素子を冷却するとき、その電子や正孔からなるキャリアの熱励起を低減する作用をもつから、冷却することによって放射輝度計の暗電流の直流成分を低減する効果をもつ。
【００６９】
放射輝度計出力誤差の直流成分の一部である暗電流直流成分が低減されていれば、そのドリフトがないという理由で、出力誤差の直流成分を良好に検出除去できるから、積分回路を飽和させずに機能させることができ、上述したような積分回路によって暗電流雑音を良好に低減できる。
【００７０】
放射輝度計の光検出器半導体素子を低温に冷却すると、この半導体素子と対向する、パッケージに設けられたサファイア板等の窓を、熱輻射に基づく熱交換によって冷却する作用がある。このとき、その外側からより近接してこれと対向する、別のサファイア板等の窓を設けた金属板を室温に保持すると、その窓からの熱輻射よる加熱と、前記半導体素子への熱輻射による冷却がつりあって、パッケージに設けられた窓の温度が、冷却された半導体素子温度と室温の中間温度で、より室温に近い温度に維持さるという理由で、パッケージ窓への結露が防止できる。
【００７１】
パッケージに設けられた窓の温度が、冷却された半導体素子温度と室温の中間温度で、より室温に近い温度に維持されるという理由で、窓間の空気は室温と冷却光検出器半導体素子の中間温度で、より室温に近い温度に維持されているから、窓に隣接して乾燥材を配置すると、この中間温度で窓間の空気中の蒸気圧が飽和しないように蒸気圧を下げる作用があり、もって窓の結露をより良好に防止する効果がある。
【００７２】
４．３つの積分球を備えた構成
図１３に、３つの積分球を備えた標準光源の構成図を示す。
上述の実施の形態では、積分球を２つ用いる例を説明したが、３つ以上積分球を連結して用いても良い。例えば、３つの積分球を用いる場合、以下のように、同様に、Ｖ３−Ｖ２プロットの図を作図し、直線を求めることで、第３の積分球の光減衰率ｒ’を求めることができ、また、第３の積分球の内壁輝度を求めることができる。
【００７３】
第３の積分球Ｓ３は、第２の積分球Ｓ２に設けた出力開口部と連結開口部Ａ３１で連結され、減衰した第２の積分球Ｓ２の内壁上輝度を、連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰し、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、さらに減衰した輝度を定義する出力開口部Ａ３を有するように構成する。そして、第３の光検出器ＰＭ３は、第３の積分球Ｓ３によりさらに減衰した輝度を測定するように構成する。
【００７４】
ＰＣ１は、可変減衰器ＶＡにより光源ボックスから第１の積分球Ｓ１への照明量を調整し、各調整値で第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する第１の積分球Ｓ１にとりつけた第1の光検出器ＰＭ１の測定値Ｖ１に対して、第３の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する第３の積分球Ｓ３にとりつけた第３の光検出器ＰＭ３の測定値Ｖ３を取り込む。つぎに、ＰＣ１は、取り込んだ測定データ列（Ｖ３−Ｖ１プロット）を、記憶部に記憶又は表示装置上に表示する。そして、ＰＣ１は、記憶又は表示された測定データ列を近似する直線に基づき、直線のＶ３切片により第３の積分球にとりつけた放射輝度計の測定値に含まれる暗電流とオフセット値を含む直流成分を検出し、且つ、直線の傾きより第３の積分球の光減衰率ｒ’を求めることができる。
【００７５】
第３の積分球から出力される輝度Ｌ３は、次の関係となる。
Ｌ３＝ｒ’Ｖ１
標準光源の決め方は、上述の実施の形態と同様である。
すなわち、標準光源として用いる際、ＰＣの入力部１２からの操作入力又は記憶部１６に予め定められた値により、処理部１１は、所望のＬ３又はＶ３を定め、Ｌ１＝Ｌ３／ｒ’ 又は Ｖ１＝Ｖ３／ｒ’ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、計算されたＬ１又はＶ１になるように可変減衰器ＶＡを制御Ｉ／Ｆ部１４を介して調整することで出力開口部に所望の輝度を実現することができる（Ｓ０９）。また、処理部１１は、測定値Ｖ１、又は、Ｖ１が示す輝度の値Ｌ１と光減衰率ｒ’に基づき、Ｌ３＝ｒ’Ｌ１ 又は Ｖ３＝ｒ’Ｖ１により、標準光源の輝度を計算して出力開口部に所望の輝度を実現し、また、表示部１５に表示又は記憶部１６に記憶することができる。
このようにして、所望の輝度の標準光源を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、可視光だけでなく、紫外光、赤外光の標準光源にも適用することができる。その際には、光源や積分球光検出器等を、波長領域に応じて適宜選択すればよい。
積分球を２つ又は３つ用いるほかにも、適宜の数連結して段階的に減衰するようにして、低輝度の標準光源を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】積分球を用いた標準光源の構成図。
【図２】ＰＣ１の構成図。
【図３】ＰＣによる処理のフローチャート図。
【図４】（Ｖ，Ｉ）プロット図。
【図５】光検出器による測定を説明するための概念図。
【図６】Ｖ１−Ｉ１，Ｖ２−Ｉ１プロット図。
【図７】Ｖ２−Ｖ１プロット図。
【図８】積分球内壁輝度を測定する放射輝度計の測定値の表示装置上プロットをシミュレーション計算した図。
【図９】Ｖ２−Ｌ２プロット図。
【図１０】積分球内壁照度を測定する放射輝度計の構成図。
【図１１】光検出器の半導体素子の暗電流雑音のパワースペクトル密度分布（Ａ）と積分回路（挿入図）出力のパワースペクトル密度分布（Ｂ）の説明図。
【図１２】光検出器の半導体素子を冷却するための構成図。
【図１３】３つの積分球を備えた標準光源の構成図。
【図１４】光学ベンチ法の説明図。
【符号の説明】
【００７８】
１ ＰＣ
Ｓ０ 光源ボックス
Ｓ１ 第１の積分球
Ｓ２ 第２の積分球
ＰＭ１ 第1の光検出器
ＰＭ２ 第2の光検出器
ＶＡ 可変減衰器
１１ 処理部
１２ 入力部
１３ 入力Ｉ／Ｆ部
１４ 制御Ｉ／Ｆ部
１５ 表示部
１６ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記第２の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第２の光検出器と、
を備えた標準光源装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の光検出器から測定値を入力し、前記可変減衰器を制御し、標準輝度を定めるための処理部をさらに備え、
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記光源ボックスから前記第１の積分球へ導入される照明量を調整し、
各調整した値で、第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する、前記第１の積分球にとりつけられた前記第１の光検出器の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、前記第２の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する、前記第２の積分球にとりつけられた前記第２の光検出器の測定値Ｖ２を取り込み、
取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ２を表す測定データ列を、記憶部に記憶又は表示部に表示し、
前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示された前記測定データ列を近似する直線を求め、前記直線に基づき、前記直線のＶ２切片により前記第２の積分球にとりつけた前記第２の光検出器の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を求め、且つ、前記直線の傾きより前記第２の積分球の光減衰率ｒを求め、光減衰率ｒを前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示する
請求項１に記載の標準光源装置。
【請求項３】
前記処理部は、
入力部からの操作入力又は前記記憶部に予め定められた値により、前記第２の積分球の内壁に実現される所望の輝度Ｌ２又は測定値Ｖ２を定め、
Ｌ１＝Ｌ２／ｒ 又は Ｖ１＝Ｖ２／ｒ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、
前記第１の検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度又は測定値が、計算された輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１になるように前記可変減衰器を制御する
請求項２に記載の標準光源装置。
【請求項４】
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記第１の積分球に導入される照明量を調整し、
前記第１の光検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１に従い、Ｌ２＝ｒＬ１ 又は Ｖ２＝ｒＶ１により、前記第２の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ２又は測定値Ｖ２を計算することで、前記第２の積分球の出力開口部に所望の輝度を定義する
請求項２に記載の標準光源装置。
【請求項５】
前記光源ボックスは、積分球を用いて構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項６】
前記第１の積分球は、
前記可変減衰器で調整された輝度を定義する前記入力開口部を有する面と、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記開口部上で定義された輝度を減衰し、減衰した輝度を定義する閉領域を有する内壁面と、前記減衰した輝度を定義する連結開口部を有する面と、前記第１の光検出器により前記減衰した輝度を測定するための測定用開口部を含む面いずれをも、前記積分球の球面の一部もしくはその内面に設けた請求項１乃至５のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項７】
前記第１及び／又は第２の光検出器の出力に積分回路を接続した請求項１乃至６のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項８】
積分球に取り付けられた前記第１及び／又は第２の光検出器の半導体素子を低温に冷却することによって、前記第１及び／又は第２の光検出器出力に含まれる暗電流の直流成分を低減して、後段の積分回路が飽和しないようにし、且つ、前記積分回路で暗電流雑音を低減した請求項１乃至７のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項９】
積分球に取り付けられた前記第１及び第２の光検出器の半導体素子を低温に冷却する際に、前記第１及び第２の光検出器のパッケージに設けられた窓の結露防止のために、その外側により接してこれと対向する、別の窓を設けた金属板を室温に保持した請求項１乃至８のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項１０】
前記窓又は前記別の窓に隣接して乾燥材を配置した請求項９に記載の標準光源装置。
【請求項１１】
前記光源ボックスは、可視光、紫外光、赤外光のいずれかの光を照射する請求項１乃至１０のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項１２】
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記出力開口部で前記第２の積分球と連結される第３の連結開口部を有し、さらに減衰した第２の積分球の内壁上輝度を、前記第３の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第３の連結開口部上で定義された輝度をさらにまた減衰して、さらにまた減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらにまた減衰した輝度を定義する第２の出力開口部を有する第３の積分球と、
前記第３の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第３の光検出器と、
を備えた標準光源装置。
【請求項１３】
前記第１及び第３の光検出器から測定値を入力し、前記可変減衰器を制御し、標準輝度を定めるための処理部をさらに備え、
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記光源ボックスから前記第１の積分球へ導入される照明量を調整し、
各調整した値で、第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する、前記第１の積分球にとりつけられた前記第１の光検出器の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、前記第３の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する、前記第３の積分球にとりつけられた前記第３の光検出器の測定値Ｖ３を取り込み、
取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ３を表す測定データ列を、記憶部に記憶又は表示部に表示し、
前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示された前記測定データ列を近似する直線を求め、前記直線に基づき、前記直線のＶ３切片により前記第３の積分球にとりつけた前記第３の光検出器の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を求め、且つ、前記直線の傾きより前記第３の積分球の光減衰率ｒ’を求め、光減衰率ｒ’を前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示する
請求項１２に記載の標準光源装置。
【請求項１４】
前記処理部は、
入力部からの操作入力又は前記記憶部に予め定められた値により、前記第３の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ３又は測定値Ｖ３を定め、
Ｌ１＝Ｌ３／ｒ’ 又は Ｖ１＝Ｖ３／ｒ’ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、
前記第１の検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度又は測定値が、計算された輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１になるように前記可変減衰器を制御する
請求項１３に記載の標準光源装置。
【請求項１５】
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記第１の積分球に導入される照明量を調整し、
前記第１の光検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１に従い、Ｌ３＝ｒ’Ｌ１ 又は Ｖ３＝ｒ’Ｖ１により、前記第３の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ３又は測定値Ｖ３を計算することで、前記第３の積分球の出力開口部に所望の輝度を定義する請求項１３に記載の標準光源装置。
【請求項１】
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記第２の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第２の光検出器と、
を備えた標準光源装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の光検出器から測定値を入力し、前記可変減衰器を制御し、標準輝度を定めるための処理部をさらに備え、
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記光源ボックスから前記第１の積分球へ導入される照明量を調整し、
各調整した値で、第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する、前記第１の積分球にとりつけられた前記第１の光検出器の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、前記第２の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する、前記第２の積分球にとりつけられた前記第２の光検出器の測定値Ｖ２を取り込み、
取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ２を表す測定データ列を、記憶部に記憶又は表示部に表示し、
前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示された前記測定データ列を近似する直線を求め、前記直線に基づき、前記直線のＶ２切片により前記第２の積分球にとりつけた前記第２の光検出器の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を求め、且つ、前記直線の傾きより前記第２の積分球の光減衰率ｒを求め、光減衰率ｒを前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示する
請求項１に記載の標準光源装置。
【請求項３】
前記処理部は、
入力部からの操作入力又は前記記憶部に予め定められた値により、前記第２の積分球の内壁に実現される所望の輝度Ｌ２又は測定値Ｖ２を定め、
Ｌ１＝Ｌ２／ｒ 又は Ｖ１＝Ｖ２／ｒ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、
前記第１の検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度又は測定値が、計算された輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１になるように前記可変減衰器を制御する
請求項２に記載の標準光源装置。
【請求項４】
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記第１の積分球に導入される照明量を調整し、
前記第１の光検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１に従い、Ｌ２＝ｒＬ１ 又は Ｖ２＝ｒＶ１により、前記第２の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ２又は測定値Ｖ２を計算することで、前記第２の積分球の出力開口部に所望の輝度を定義する
請求項２に記載の標準光源装置。
【請求項５】
前記光源ボックスは、積分球を用いて構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項６】
前記第１の積分球は、
前記可変減衰器で調整された輝度を定義する前記入力開口部を有する面と、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記開口部上で定義された輝度を減衰し、減衰した輝度を定義する閉領域を有する内壁面と、前記減衰した輝度を定義する連結開口部を有する面と、前記第１の光検出器により前記減衰した輝度を測定するための測定用開口部を含む面いずれをも、前記積分球の球面の一部もしくはその内面に設けた請求項１乃至５のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項７】
前記第１及び／又は第２の光検出器の出力に積分回路を接続した請求項１乃至６のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項８】
積分球に取り付けられた前記第１及び／又は第２の光検出器の半導体素子を低温に冷却することによって、前記第１及び／又は第２の光検出器出力に含まれる暗電流の直流成分を低減して、後段の積分回路が飽和しないようにし、且つ、前記積分回路で暗電流雑音を低減した請求項１乃至７のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項９】
積分球に取り付けられた前記第１及び第２の光検出器の半導体素子を低温に冷却する際に、前記第１及び第２の光検出器のパッケージに設けられた窓の結露防止のために、その外側により接してこれと対向する、別の窓を設けた金属板を室温に保持した請求項１乃至８のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項１０】
前記窓又は前記別の窓に隣接して乾燥材を配置した請求項９に記載の標準光源装置。
【請求項１１】
前記光源ボックスは、可視光、紫外光、赤外光のいずれかの光を照射する請求項１乃至１０のいずれかに記載の標準光源装置。
【請求項１２】
光源を含み、開口部から照明するための光源ボックスと、
前記光源ボックスで一様に照明される前記開口部上の輝度を調整する可変減衰器と、
前記光源ボックスの前記開口部を通じて光を導き、前記可変減衰器で調整された輝度を定義する入力開口部を有し、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記入力開口部上で定義された輝度を減衰して、減衰した輝度を内壁に実現し、前記減衰した輝度を定義する第１の連結開口部を有する第１の積分球と、
前記第１の積分球により前記減衰した輝度を測定する第１の光検出器と、
前記第１の連結開口部で前記第１の積分球と連結される第２の連結開口部を有し、減衰した第１の積分球の内壁上輝度を、前記第２の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第２の連結開口部上で定義された輝度をさらに減衰して、さらに減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらに減衰した輝度を定義する出力開口部を有する第２の積分球と、
前記出力開口部で前記第２の積分球と連結される第３の連結開口部を有し、さらに減衰した第２の積分球の内壁上輝度を、前記第３の連結開口部を通じて導き、内壁に形成された完全拡散面の相互拡散反射を用いて前記第３の連結開口部上で定義された輝度をさらにまた減衰して、さらにまた減衰した輝度を内壁に実現し、前記さらにまた減衰した輝度を定義する第２の出力開口部を有する第３の積分球と、
前記第３の積分球により前記さらに減衰した輝度を測定する第３の光検出器と、
を備えた標準光源装置。
【請求項１３】
前記第１及び第３の光検出器から測定値を入力し、前記可変減衰器を制御し、標準輝度を定めるための処理部をさらに備え、
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記光源ボックスから前記第１の積分球へ導入される照明量を調整し、
各調整した値で、第１の積分球内壁上の減衰した輝度を測定する、前記第１の積分球にとりつけられた前記第１の光検出器の測定値Ｖ１と、測定値Ｖ１に対して、前記第３の積分球内壁上のさらに減衰した輝度を測定する、前記第３の積分球にとりつけられた前記第３の光検出器の測定値Ｖ３を取り込み、
取り込んだ測定値Ｖ１に対する測定値Ｖ３を表す測定データ列を、記憶部に記憶又は表示部に表示し、
前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示された前記測定データ列を近似する直線を求め、前記直線に基づき、前記直線のＶ３切片により前記第３の積分球にとりつけた前記第３の光検出器の測定値に含まれる暗電流及び／又はオフセット値を含む直流成分を求め、且つ、前記直線の傾きより前記第３の積分球の光減衰率ｒ’を求め、光減衰率ｒ’を前記記憶部に記憶又は前記表示部に表示する
請求項１２に記載の標準光源装置。
【請求項１４】
前記処理部は、
入力部からの操作入力又は前記記憶部に予め定められた値により、前記第３の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ３又は測定値Ｖ３を定め、
Ｌ１＝Ｌ３／ｒ’ 又は Ｖ１＝Ｖ３／ｒ’ により、Ｌ１又はＶ１を計算し、
前記第１の検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度又は測定値が、計算された輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１になるように前記可変減衰器を制御する
請求項１３に記載の標準光源装置。
【請求項１５】
前記処理部は、
前記可変減衰器により前記第１の積分球に導入される照明量を調整し、
前記第１の光検出器により測定された、前記第１の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ１又は測定値Ｖ１に従い、Ｌ３＝ｒ’Ｌ１ 又は Ｖ３＝ｒ’Ｖ１により、前記第３の積分球の内壁に実現される輝度Ｌ３又は測定値Ｖ３を計算することで、前記第３の積分球の出力開口部に所望の輝度を定義する請求項１３に記載の標準光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２３６５４６（Ｐ２００９−２３６５４６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８０２０１（Ｐ２００８−８０２０１）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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