(57)【要約】【課題】不感時間の影響を受けることなく高精度に光を測定する。【解決手段】ヒステリシスコンパレータ１３は、抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣの電圧を常時監視して、コンデンサＣの電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達するとリセット信号を出力する。ヒステリシスコンパレータ１３から出力されるリセット信号をカウントする。リセット回路１２は、バッファ１４を介してリセット信号が供給されるとオンになる。この結果、コンデンサＣは抵抗Ｒ１及びリセット回路１２によって短絡されるので、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、コンデンサＣの電圧が低下する。ＣＰＵ１７は、測定期間開始時及び測定期間終了時の電圧Ｖ＿ｉｎｉ、Ｖ＿ｅｎｄ、リセット回数ｎとを用いて、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］を演算する。【選択図】        図１
2004251803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光に応じた電荷を出力する光検出手段と、
前記光検出手段により出力された電荷を蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積手段の電圧が所定値になる毎に、前記蓄積手段に蓄積された電荷を放電する放電手段と、
前記蓄積手段の電圧と前記放電手段が放電した放電回数とに基づいて光量を演算する演算手段と、
を備えた光測定装置。
【請求項２】
前記蓄積手段の電圧値をディジタル値に変換するアナログディジタル変換手段を更に備え、
前記演算手段は、前記アナログディジタル変換手段により変換された電圧値と前記放電回数とに基づいて光量を演算する
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、測定期間開始時及び測定期間終了時における前記蓄積手段の電圧と前記放電回数とに基づいて光量を演算する
請求項１または請求項２に記載の光測定装置。
【請求項４】
受光した光に応じた電荷を出力する光検出手段と、
前記極性反転手段から出力された電荷を蓄積する蓄積手段と、
前記光検出手段と前記蓄積手段との接続極性を反転させる極性反転手段と、
前記蓄積手段の電圧が所定の上限値又は所定の下限値になる毎に、前記極性反転手段に対して、前記接続極性を反転させることを指示する極性反転指示手段と、
前記蓄積手段の電圧と前記接続極性が反転した極性反転回数とに基づいて光量を演算する演算手段と、
を備えた光測定装置。
【請求項５】
前記蓄積手段の電圧値をディジタル値に変換するアナログディジタル変換手段を更に備え、
前記演算手段は、前記アナログディジタル変換手段により変換された電圧値と前記極性反転回数とに基づいて光量を演算する
請求項４に記載の光測定装置。
【請求項６】
前記演算手段は、測定期間開始時及び測定期間終了時における前記蓄積手段の電圧と前記極性反転回数とに基づいて光量を演算する
請求項４または請求項５に記載の光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光測定装置に係り、特に、ダイナミックレンジの拡大を図る光測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紫外線測定器は、紫外線量を測定する際、センサの出力を単純に増幅し、アナログディジタル変換回路に接続するように構成されていた。この場合、大光量用途の紫外線測定器は、回路構成が簡単であり、高速に応答することができる。しかし、このような大光量用途の紫外線測定器は、微小光量の場合は増幅率を極端に上げなければならず、ノイズや安定性の点で問題があった。
【０００３】
また、紫外線センサの出力を積分アンプに接続した構成の紫外線測定器は、微小光量の場合は有利に働く反面、大光量の場合では容易にアナログディジタル変換回路が飽和するため、用途が限られる欠点があった。
【０００４】
こういったダイナミックレンジの広い用途では、紫外線測定器には、一般に、積分型アナログデジタル変換装置が用いられる。積分型アナログデジタル変換装置としては、特許文献１に記載されたものが提案されている。このアナログデジタル変換装置は、１回当たりの分解能（ビット数）は小さいもののトータルとして高い分解能を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５３３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された技術などの一般的な積分型アナログディジタル変換回路を用いた紫外線測定器は、比較的長時間の不感時間（実際に検出できない時間）が発生してしまい、測定値の精度が低下してしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、不感時間の影響を受けることなく高精度に光を測定することができる光測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光測定装置は、受光した光に応じた電荷を出力する光検出手段と、前記光検出手段により出力された電荷を蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段の電圧が所定値になる毎に、前記蓄積手段に蓄積された電荷を放電する放電手段と、前記蓄積手段の電圧と前記放電手段が放電した放電回数とに基づいて光量を演算する演算手段と、を備えている。
【０００９】
光検出手段は、受光した光に応じた電流（電荷）を出力する。蓄積手段は、光検出手段から出力された電荷を逐次蓄積する。蓄積手段の電圧は、電荷蓄積量に従って高くなる。
【００１０】
放電手段は、蓄積手段に蓄積された電荷が飽和しないようにするために、蓄積手段の電圧が所定値に達すると、蓄積手段に蓄積された電荷を放電する。この結果、蓄積手段の電圧は他の所定値まで低下する。そして、蓄積手段は、再び、光検出手段出力された電荷を逐次蓄積していく。このように蓄積手段に生じる電圧は、前記所定値と前記他の所定値との幅で表されるヒステリシス幅の範囲内になる。
【００１１】
演算手段は、蓄積手段の電圧と放電手段による放電回数とに基づいて光量を演算する。ここで、演算手段は、前記ヒステリシス幅と放電回数とを用いることで大光量であっても演算できると共に、蓄積手段の電圧を用いることで微光量でも演算できる。
【００１２】
したがって、本発明に係る光測定装置は、光検出手段により出力された電荷を蓄積手段に蓄積し、蓄積手段の電圧が所定値になったときに蓄積された電荷を放電し、蓄積手段の電圧と放電回数とに基づいて光量を演算することにより、微小光量であっても大光量であっても高精度に測定することができる。
【００１３】
ここで、前記光測定装置は、前記蓄積手段の電圧値をディジタル値に変換するアナログディジタル変換手段を更に備え、前記演算手段は、前記アナログディジタル変換手段により変換された電圧値と前記放電回数とに基づいて光量を演算してもよい。
【００１４】
また、前記光測定装置は、前記演算手段は、測定期間開始時及び測定期間終了時における前記蓄積手段の電圧と前記放電回数とに基づいて光量を演算してもよい。
【００１５】
本発明に係る光測定装置は、受光した光に応じた電荷を出力する光検出手段と、前記極性反転手段から出力された電荷を蓄積する蓄積手段と、前記光検出手段と前記蓄積手段との接続極性を反転させる極性反転手段と、前記蓄積手段の電圧が所定の上限値又は所定の下限値になる毎に、前記極性反転手段に対して、前記接続極性を反転させることを指示する極性反転指示手段と、前記蓄積手段の電圧と前記接続極性が反転した極性反転回数とに基づいて光量を演算する演算手段と、を備えている。
【００１６】
極性反転手段は、光検出手段と蓄積手段との間に設けられ、例えば、光検出手段から蓄積手段に流れ込む電流の向きを反転させるものである。極性反転手段は、極性反転指示手段から極性反転の指示があったときに、光検出手段と前記蓄積手段との接続極性を反転させることで、電流の向きを反転させる。したがって、蓄積手段は、光検出手段から出力された電荷を、極性反転手段を介して蓄積する。
【００１７】
極性反転指示手段は、蓄積手段の電圧が所定の上限値又は所定の下限値になる毎に、極性反転手段に対して、前記接続極性を反転させることを指示する。これにより、蓄積手段の電圧は、所定の上限値に達した後は低下し、所定の下限値に達した後は逆に高くなることを繰り返す。このように蓄積手段に生じる電圧は、前記上限値と前記下限値との幅で表されるヒステリシス幅の範囲内になる。
【００１８】
演算手段は、蓄積手段の電圧と極性反転回数とに基づいて光量を演算する。ここで、演算手段は、前記ヒステリシス幅と極性反転回数とを用いることで大光量であっても演算できると共に、蓄積手段の電圧を用いることで微光量でも演算できる。
【００１９】
したがって、本発明に係る光測定装置は、光検出手段と蓄積手段との接続極性を反転させる極性反転手段を備え、蓄積手段の電圧が所定の上限値又は所定の下限値になったときに極性反転手段に対して接続極性を反転させること繰り返し行うことで、蓄積手段の電圧と電荷の極性が反転した極性反転回数とに基づいて光量を演算することができ、その結果、微小光量であっても大光量であっても高精度に測定することができる。
【００２０】
前記光測定装置は、前記蓄積手段の電圧値をディジタル値に変換するアナログディジタル変換手段を更に備え、前記演算手段は、前記アナログディジタル変換手段により変換された電圧値と前記極性反転回数とに基づいて光量を演算してもよい。
【００２１】
前記光測定装置の前記演算手段は、測定期間開始時及び測定期間終了時における前記蓄積手段の電圧と前記極性反転回数とに基づいて光量を演算してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光測定装置１の回路構成図である。
【００２４】
光測定装置１は、受光した光に応じて電流を出力するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの出力電流を積分する積分回路１０と、リセット信号の有無に応じてオン／オフの切り換えを行うリセット回路１２と、リセット信号を出力するヒステリシスコンパレータ１３と、アナログ／ディジタル変換回路１５と、リセット回数をカウントするカウンタ１６と、光量の演算を行う中央処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という。）１７と、を備えている。なお、積分回路１０は、オペアンプ１１及びコンデンサＣで構成されている。
【００２５】
フォトダイオードＰＤのカソードは接地され、アノードはオペアンプ１１の反転入力端子に接続されている。オペアンプ１１の非反転入力端子は、接地されている。
【００２６】
コンデンサＣの一端はオペアンプ１１の反転入力端子に接続され、コンデンサＣの他端はオペアンプ１１の出力端子に接続されている。なお、微小光量でも測定可能なように、コンデンサＣの容量は小さい方が好ましい（例えば、０．１［μＦ］）。また、コンデンサＣは、後述するリセット動作時に電荷量が急激に変化するため、誘電吸収の少ないコンデンサであるのが好ましい。
【００２７】
抵抗Ｒ１の一端はオペアンプ１１の反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ１の他端はリセット回路１２に接続されている。リセット回路１２の一端は上記のように抵抗Ｒ１に接続され、リセット回路１２の他端はオペアンプ１１の出力端子に接続されている。
【００２８】
リセット回路１２は、リセット信号が供給されている間はオンになり、リセット信号が供給されていない間はオフになる。リセット回路１２は、このようなオン／オフ動作を行うものであれば限定されず、例えば、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【００２９】
ヒステリシスコンパレータ１３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して、オペアンプ１１の出力端子及びコンデンサＣに接続されている。また、ヒステリシスコンパレータ１３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ３を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ４を介してヒステリシスコンパレータ１３の出力端子に接続されている。
【００３０】
ヒステリシスコンパレータ１３の反転入力端子には、抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧された電圧（＝Ｒ６・Ｖｃｃ／（Ｒ５＋Ｒ６））が供給される。ヒステリシスコンパレータ１３の出力端子は、カウンタ１６に接続されていると共に、バッファ１４を介してリセット回路１２に接続されている。
【００３１】
ヒステリシスコンパレータ１３は、非反転入力端子に接続された抵抗Ｒ２を介して、コンデンサＣの電圧を監視する。具体的には、ヒステリシスコンパレータ１３は、コンデンサＣの電圧が予め設定された上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達すると、コンデンサＣの電圧が予め設定された下限電圧Ｖ＿ｌｏｗに達するまで出力端子を介してリセット信号を出力する。なお、ヒステリシスコンパレータ１３から出力されたリセット信号は、バッファ１４を介して、リセット回路１２に供給される。
【００３２】
アナログ／ディジタル変換回路１５のアナログ信号入力端子は、オペアンプ１１の出力端子及びコンデンサＣに接続されている。アナログ／ディジタル変換回路１５のディジタル信号出力端子は、ＣＰＵ１７に接続されている。つまり、アナログ／ディジタル変換回路１５は、コンデンサＣの電圧値をディジタル変換して、ディジタル変換された電圧値をＣＰＵ１７に供給する。
【００３３】
カウンタ１６は、ヒステリシスコンパレータ１３からリセット信号が出力された回数をカウントし、カウント値であるリセット回数をＣＰＵ１７に供給する。ＣＰＵ１７は、アナログ／ディジタル変換回路１５によってディジタル化されたコンデンサＣの電圧値と、カウンタ１６でカウントされたリセット回数とに基づいて、フォトダイオードＰＤに入力された光量を演算する。
【００３４】
（測定手順）
以上のように構成された光測定装置１は、フォトダイオードＰＤに紫外線が照射されると、次の手順に従って紫外線測定を行う。
【００３５】
図２は、紫外線測定を行っているときのＣＰＵ１７の動作手順を示すフローチャートである。なお、初期状態では、リセット回路１２はオフになっており、カウンタ１６のリセット回数ｎ＝０である。また、紫外線の測定期間をＴとする。
【００３６】
ステップＳＴ１では、ＣＰＵ１７は、測定期間開始時にアナログ／ディジタル変換回路１５から供給される電圧、つまり測定期間開始時のコンデンサＣの電圧Ｖ＿ｉｎｉを測定して、ステップＳＴ２に移行する。
【００３７】
ステップＳＴ２では、ＣＰＵ１７は、測定が終了したか、具体的には測定期間終了時になったかを判定し、測定期間終了時になるまで待機する。そして、測定期間終了時になるとステップＳＴ３に移行する。ＣＰＵ１７がステップＳＴ２で待機している間、光測定装置１を構成する他の回路は次の動作を行う。
【００３８】
フォトダイオードＰＤは、入力された紫外線に応じて電流を出力する。積分回路１０は、フォトダイオードＰＤから出力された電流を積分する。この結果、光測定装置１のコンデンサＣにはフォトダイオードＰＤで発生したすべての電荷が逐次蓄積され、コンデンサＣの電圧が次第に高くなる。
【００３９】
ヒステリシスコンパレータ１３は、抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣの電圧を常時監視して、コンデンサＣの電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達するとリセット信号を出力する。
【００４０】
このとき、カウンタ１６は、ヒステリシスコンパレータ１３からリセット信号が出力されると、リセット回数ｎをインクリメントする（ｎ←ｎ＋１）。
【００４１】
また、リセット回路１２は、バッファ１４を介してリセット信号が供給されるとオンになる。この結果、コンデンサＣは抵抗Ｒ１及びリセット回路１２によって短絡されるので、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、コンデンサＣの電圧が低下する。
【００４２】
そして、ヒステリシスコンパレータ１３は、コンデンサＣの電圧が下限電圧Ｖ＿ｌｏｗまで低下すると、リセット信号の出力を停止する。なお、リセット信号の出力時間は、時定数、具体的には抵抗Ｒ１の抵抗、リセット回路１２の内部抵抗、コンデンサＣの容量によって決定される。リセット信号の出力時間は、リセット動作１回に必要な時間であり、Ｔ＿ｌｏｓｓとする。
【００４３】
図３は、紫外線光量測定時のコンデンサＣの電圧値を示す図である。図２に示すように、コンデンサＣの電圧値は、フォトダイオードＰＤに紫外線光が照射されているので高くなり、上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達するとリセットによって下限電圧Ｖ＿ｌｏｗまで低下する状態が繰り返される。そして、ＣＰＵ１７は、測定期間終了時になったと判定すると、ステップＳＴ３に移行する。
【００４４】
ステップＳＴ３では、ＣＰＵ１７は、測定期間終了時にアナログ／ディジタル変換回路１５から供給される電圧、つまり測定期間終了時のコンデンサＣの電圧Ｖ＿ｅｎｄを測定する。さらに、ＣＰＵ１７は、カウンタ１６でカウントされたリセット回数ｎを測定する。そして、ＣＰＵ１７は、測定期間開始時及び測定期間終了時の電圧Ｖ＿ｉｎｉ、Ｖ＿ｅｎｄ、リセット回数ｎとを用いて、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］を演算する。
【００４５】
（照射紫外線量Ｆ［Ｗ］の導出）
ここで、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］の導出について説明する。
【００４６】
ヒステリシスコンパレータ１３の下限設定電圧をＶ＿ｌｏｗ［Ｖ］、上限設定電圧をＶ＿ｈｉｇｈ［Ｖ］とする。測定期間Ｔ［秒］の間に発生したリセット信号の回数をｎ［回］とする。さらに測定期間開始時の電圧をＶ＿ｉｎｉ［Ｖ］、測定期間終了時の電圧をＶ＿ｅｎｄ［Ｖ］とする。
【００４７】
コンデンサＣの端子間電圧Ｖ＿ａ［Ｖ］は、（１）式で表される。
【００４８】
【数１】
2004251803.tif 000003
【００４９】
コンデンサＣの静電容量をＣ［Ｆ］とすると、コンデンサＣに入力された平均電流Ｉ＿ａ［Ａ］は（２）式となる。
【００５０】
【数２】
2004251803.tif 000004
【００５１】
リセット回路１２の内部抵抗及び抵抗Ｒ１を積分コンデンサＣの容量で除した値が時定数となる。本実施形態では、リセット回路１２としてＭＯＳ−ＦＥＴと抵抗Ｒ１とを直列接続することで、時定数を正確に設定し、光量測定値の精度を向上させた。
【００５２】
このリセット動作１回に必要となる時間をＴ＿ｌｏｓｓとすると、測定期間内では（ｎ×Ｔ＿ｌｏｓｓ）［秒］の不感時間が発生する。したがって、正確な平均電流値Ｉ＿ｂ［Ａ］は、（３）式となる。
【００５３】
【数３】
2004251803.tif 000005
【００５４】
紫外線センサ（フォトダイオードＰＤ）の変換効率をＫ［Ａ／Ｗ］とすると、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］は（４）式となる。
【００５５】
【数４】
2004251803.tif 000006
【００５６】
なお、実際に回路を構成したときは、
Ｖ＿ｈｉｇｈ＝２．５［Ｖ］
Ｖ＿ｌｏｗ＝０．１［Ｖ］
Ｃ＝０．１［μＦ］
Ｔ＝１［秒］
Ｔ＿ｌｏｓｓ＝１００［μ秒］（Ｒ１＝３５７［Ω］）
Ｋ＝３［ｍＡ／Ｗ］
とした。これらの値は、ＣＰＵ１７に予め既知として予め設定しておくとよい。
【００５７】
ＣＰＵ１７は、（４）式に対して、測定期間開始時及び測定期間終了時の電圧Ｖ＿ｉｎｉ、Ｖ＿ｅｎｄ、リセット回数ｎを代入して、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］を演算する。
【００５８】
ＣＰＵ１７は、測定期間開始時がリセット期間中であった場合、アナログ／ディジタル変換回路１５の測定値を採用せず、ヒステリシスコンパレータの下限電圧Ｖ＿ｌｏｗを電圧Ｖ＿ｉｎｉとして採用する。また、ＣＰＵ１７は、測定期間終了時がリセット期間中であった場合、アナログ／ディジタル変換回路１５の測定値を採用せず、ヒステリシスコンパレータの上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈを電圧Ｖ＿ｅｎｄとして採用する。このとき実測値に対する誤差は、最大でも［（Ｔ＿ｌｏｓｓ×２）／Ｔ］になる。つまり、本実施形態では、リセット発生の回数にかかわらず、実測値に対する誤差は最大でも１／５００００程度となる。そこで、これが無視できる用途での使用することが望ましい。
【００５９】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光測定装置１は、フォトダイオードＰＤで得られた電荷を蓄積するコンデンサＣの電圧と、電荷をリセットしたリセット回数ｎとに基づいて、紫外線量を測定する。
【００６０】
ここで、光測定装置１は、容量の小さいコンデンサＣを使用することで、微小光量でも正確に測定することができる。また、光測定装置１は、コンデンサＣの電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達したときは下限電圧Ｖ＿ｌｏｗになるようにリセットすることを繰り返すことにより、コンデンサＣやアナログ／ディジタル変換回路１５が飽和することを防止して、従来測定範囲外になるような大光量であっても正確に測定することができる。
【００６１】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の回路には同一の符号を付して説明する。
【００６２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光測定装置２０の回路構成図である。
【００６３】
光測定装置２０は、受光した光に応じて電流を出力するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの出力電流の極性を反転させる第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２と、フォトダイオードＰＤの出力電流を積分する積分回路１０と、反転信号を出力するヒステリシスコンパレータ２３と、アナログ／ディジタル変換回路１５と、極性反転回数をカウントするカウンタ１６と、光量の演算を行うＣＰＵ１７と、を備えている。
【００６４】
第１の極性反転スイッチ２１は、反転信号に応じて切り換えられ、端子ａ又は端子ｂを接地させる。ここで、第１の極性反転スイッチ２１の端子ａはフォトダイオードＰＤのカソードに接続され、その端子ｂはフォトダイオードＰＤのアノードに接続されている。
【００６５】
第２の極性反転スイッチ２２は、反転信号に応じて切り換えられ、端子ａ又は端子ｂをオペアンプ１１の反転入力端子に接続させる。ここで、第２の極性反転スイッチ２２の端子ａはフォトダイオードＰＤのアノードに接続され、その端子ｂはフォトダイオードＰＤのカソードに接続されている。
【００６６】
第２の極性反転スイッチ２２は、第１の極性反転スイッチ２１に連動して切り換えられる。例えば、第１の極性反転スイッチ２１が端子ａに切り換えられたときは、第２の極性反転スイッチ２２も端子ａに切り換えられる。逆に、第１の極性反転スイッチ２１が端子ｂに切り換えられたときは、第２の極性反転スイッチ２２も端子ｂに切り換えられる。
【００６７】
コンデンサＣの一端はオペアンプ１１の反転入力端子に接続され、コンデンサＣの他端はオペアンプ１１の出力端子に接続されている。なお、微小光量でも測定可能なように、コンデンサＣの容量は小さい方が好ましい。
【００６８】
ヒステリシスコンパレータ２３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して、オペアンプ１１の出力端子及びコンデンサＣに接続されている。また、ヒステリシスコンパレータ２３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ３を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ４を介してヒステリシスコンパレータ２３の出力端子に接続されている。
【００６９】
ヒステリシスコンパレータ２３の反転入力端子には、抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧された電圧（＝Ｒ６・Ｖｃｃ／（Ｒ５＋Ｒ６））が供給される。ヒステリシスコンパレータ２３の出力端子は、カウンタ１６に接続されていると共に、バッファ１４を介して第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２に接続されている。
【００７０】
ヒステリシスコンパレータ２３は、非反転入力端子に接続された抵抗Ｒ２を介して、コンデンサＣの電圧を監視する。具体的には、ヒステリシスコンパレータ２３は、コンデンサＣの電圧が予め設定された上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達すると、コンデンサＣの電圧が下限電圧Ｖ＿ｌｏｗになるまで、出力端子を介して第１の反転信号を出力する。また、ヒステリシスコンパレータ２３は、コンデンサＣの電圧が予め設定された下限電圧Ｖ＿ｌｏｗに達すると、非反転入力端子に印加される電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達するまで出力端子を介して第２の反転信号を出力する。なお、ヒステリシスコンパレータ２３から出力された反転信号は、バッファ１４を介して、第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２に供給される。
【００７１】
アナログ／ディジタル変換回路１５のアナログ信号入力端子は、オペアンプ１１の出力端子及びコンデンサＣに接続されている。アナログ／ディジタル変換回路１５のディジタル信号出力端子は、ＣＰＵ１７に接続されている。つまり、アナログ／ディジタル変換回路１５は、コンデンサＣの電圧値をディジタル変換して、ディジタル変換された電圧値をＣＰＵ１７に供給する。
【００７２】
カウンタ１６は、第１の反転信号が第２の反転信号に変化する毎に、さらに第２の反転信号が第１の反転信号に変化する毎にカウントし、カウント値をＣＰＵ１７に供給する。ＣＰＵ１７は、アナログ／ディジタル変換回路１５によってディジタル化されたコンデンサＣの電圧値と、カウンタ１６でカウントされた極性反転回数とに基づいて、フォトダイオードＰＤに入力された光量を演算する。
【００７３】
（測定手順）
以上のように構成された光測定装置２０は、フォトダイオードＰＤに紫外線が照射されると、次の手順に従って紫外線測定を行う。
【００７４】
図５は、紫外線測定を行っているときのＣＰＵ１７の動作手順を示すフローチャートである。なお、初期状態では、第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２は共に端子ａに切り換えられており、カウンタ１６の極性反転回数Ｎ＝０である。また、紫外線測定時間をＴとする。
【００７５】
ステップＳＴ１１では、ＣＰＵ１７は、測定期間開始時にアナログ／ディジタル変換回路１５から供給される電圧、つまり測定期間開始時のコンデンサＣの電圧Ｖ＿ｉｎｉを測定して、ステップＳＴ１２に移行する。
【００７６】
ステップＳＴ１２では、ＣＰＵ１７は、測定が終了したか、具体的には測定期間終了時になったかを判定し、測定期間終了時になるまで待機する。そして、測定期間終了時になるとステップＳＴ１３に移行する。ＣＰＵ１７がステップＳＴ１２で待機している間、光測定装置２０を構成する他の回路は次の動作を行う。
【００７７】
フォトダイオードＰＤは、入力された紫外線に応じて電流を出力する。積分回路１０は、フォトダイオードＰＤから出力された電流を正方向に積分する。この結果、光測定装置２０のコンデンサＣにはフォトダイオードＰＤで発生したすべての電荷が逐次蓄積され、コンデンサＣの電圧が次第に高くなる。
【００７８】
ヒステリシスコンパレータ２３は、抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣの電圧を常時監視して、コンデンサＣの電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達すると第１の反転信号を出力する。カウンタ１６は、ヒステリシスコンパレータ２３から第１の反転信号が出力されると、極性反転回数Ｎをインクリメントする（Ｎ←Ｎ＋１）。
【００７９】
このとき、第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２は、第１の反転信号が供給されると、端子ｂに切り換えられる。この結果、積分回路１０に供給される電流の極性が反転し、積分回路１０はフォトダイオードＰＤから出力された電流を負方向に積分する。そして、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、コンデンサＣの電圧が低下する。
【００８０】
次に、ヒステリシスコンパレータ２３は、コンデンサＣの電圧が下限電圧Ｖ＿ｌｏｗまで低下すると、第２の反転信号を出力する。カウンタ１６は、ヒステリシスコンパレータ２３から第２の反転信号が出力されると、極性反転回数Ｎをインクリメントする（Ｎ←Ｎ＋１）。
【００８１】
このとき、第１の極性反転スイッチ２１及び第２の極性反転スイッチ２２は、第２の反転信号が供給されると、再び端子ａに切り換えられる。この結果、積分回路１０に供給される電流の極性が再び反転し、積分回路１０はフォトダイオードＰＤから出力された電流を再び正方向に積分する。そして、コンデンサＣに電荷が蓄積され、コンデンサＣの電圧が再び高くなる。
【００８２】
図６は、紫外線光量測定時のコンデンサＣの電圧値を示す図である。コンデンサＣの電圧値は、上昇して上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈに達すると極性反転によって低下し、逆に下限電圧Ｖ＿ｌｏｗに達すると極性反転によって再び上昇することが繰り返される。そして、ＣＰＵ１７は、測定期間終了時になったと判定すると、ステップＳＴ１３に移行する。
【００８３】
ステップＳＴ１３では、ＣＰＵ１７は、測定期間終了時にアナログ／ディジタル変換回路１５から供給される電圧、つまり測定期間終了時のコンデンサＣの電圧Ｖ＿ｅｎｄを測定する。さらに、ＣＰＵ１７は、カウンタ１６でカウントされた極性反転回数Ｎを測定する。そして、ＣＰＵ１７は、測定期間開始時及び測定期間終了時の電圧Ｖ＿ｉｎｉ、Ｖ＿ｅｎｄ、極性反転回数Ｎとを用いて、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］を演算する。
【００８４】
（照射紫外線量Ｆ［Ｗ］の導出）
ここで、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］の導出について説明する。測定期間開始時の積分回路１０の積分値をＶ１、測定期間終了時の積分回路１０の積分値をＶ２とすると、コンデンサＣの端子間電圧Ｖ＿ａ［Ｖ］は、（５）式で表される。
【００８５】
【数５】
2004251803.tif 000007
【００８６】
但し、Ｖ１は（６）式、Ｖ２は（７）式で表される。
【００８７】
【数６】
2004251803.tif 000008
【００８８】
コンデンサＣの静電容量をＣ［Ｆ］とすると、コンデンサＣに入力された平均電流Ｉ＿ａ［Ａ］は、第１の実施形態で示した（２）式となる。
【００８９】
第２の実施形態では、不感時間がないので、紫外線センサ（フォトダイオードＰＤ）の変換効率をＫ［Ａ／Ｗ］とすると、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］は（８）式となる。
【００９０】
【数７】
2004251803.tif 000009
【００９１】
そこで、ＣＰＵ１７は、（８）式に対して、測定期間開始時及び測定期間終了時の電圧Ｖ＿ｉｎｉ、Ｖ＿ｅｎｄ、極性反転回数Ｎを代入して、照射紫外線量Ｆ［Ｗ］を演算する。
【００９２】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る光測定装置２０は、フォトダイオードＰＤで得られた電荷を蓄積するコンデンサＣの電圧と、フォトダイオードＰＤの出力電流の極性を反転した回数である極性反転回数Ｎとに基づいて、紫外線量を測定する。
【００９３】
ここで、光測定装置２０は、容量の小さいコンデンサＣを使用することで、微小光量でも正確に測定することができる。また、光測定装置２０は、コンデンサＣの電圧が上限電圧Ｖ＿ｈｉｇｈ又は下限電圧Ｖ＿ｌｏｗに達したときにフォトダイオードＰＤの出力電流の極性を反転することで、コンデンサＣやアナログ／ディジタル変換回路１５が飽和することを防止して、従来測定範囲外になるような大光量であっても正確に測定することができる。
【００９４】
さらに、光測定装置２０は、第１の実施形態と異なり、リセット動作による不感時間がないので、不感時間による精度誤差を回避して、高精度に光量を測定することができる。
【００９５】
なお、図１及び図３に示した回路構成は一例であり、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。例えば２つのアナログディジタル変換装置を結合して連続測定したり、あるいは複数の測定を並行して実行するなどの拡張も含まれる。
【００９６】
また、第１及び第２の実施形態では紫外線の光量を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明は紫外線以外の光量を測定する場合でも同様にして適用することができるのは勿論である。
【００９７】
【発明の効果】
本発明に係る光測定装置は、光検出手段により出力された電荷を蓄積手段に蓄積し、蓄積手段の電圧が所定値になったときに蓄積された電荷をリセットし、蓄積手段の電圧とリセット回数とに基づいて光量を演算することにより、微小光量であっても大光量であっても高精度に測定することができる。
【００９８】
本発明に係る光測定装置は、光検出手段と蓄積手段との接続極性を反転させる極性反転手段を備え、蓄積手段の電圧が所定の上限値又は所定の下限値になったときに極性反転手段に対して接続極性を反転させること繰り返し行うことで、蓄積手段の電圧と電荷の極性が反転した極性反転回数とに基づいて光量を演算することができ、その結果、微小光量であっても大光量であっても高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光測定装置の回路構成を示す図である。
【図２】紫外線測定を行っているときのＣＰＵの動作手順を示すフローチャートである。
【図３】紫外線光量測定時のコンデンサの電圧波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光測定装置の回路構成を示す図である。
【図５】紫外線測定を行っているときのＣＰＵの動作手順を示すフローチャートである。
【図６】紫外線光量測定時のコンデンサの電圧波形図である。
【符号の説明】
１，２０  光測定装置
１０  積分回路
１１  オペアンプ
１２  リセット回路
１３，２３  ヒステリシスコンパレータ
１４  バッファ
１５  アナログ／ディジタル変換回路
１６  カウンタ
１７  ＣＰＵ
ＰＤ  フォトダイオード
Ｃ  コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５  抵抗
２１  第１の極性反転スイッチ
２２  第２の極性反転スイッチ
【図１】
2004251803.tif 000010
【図２】
2004251803.tif 000011
【図３】
2004251803.tif 000012
【図４】
2004251803.tif 000013
【図５】
2004251803.tif 000014
【図６】
2004251803.tif 000015