(57)【要約】【課題】空間全体の照度分布を正確に測定が可能な照度測定装置を提供する。【解決手段】照度測定装置１０は、受光部１１と駆動部１２と制御部１３とを備えている。駆動部１２は、台座１５と、Ｌ字型に屈曲した第１回転ステージ１６と、第２回転ステージ１７とを備えている。台座１５と第１回転ステージ１６との間には、台座１５の垂直軸Ａ周りで第１回転ステージ１６を回転させる第１回転装置（第１駆動手段）１８が形成されている。また、第１回転ステージ１６と第２回転ステージ１７との間には、第１回転ステージ１６の水平軸Ｂ周りで第２回転ステージ１７を回転させる第２回転装置（第２駆動手段）１９が形成されている。【選択図】        図１
2004191195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規定された範囲内の拡散光を受光する受光部と、前記受光部の受光方向を変化させる駆動部と、前記受光部および駆動部を制御して、前記受光部から出力される出力信号に基づき空間の照度分布を算出する制御部とを備えたことを特徴とする照度測定装置。
【請求項２】
前記受光部は、フォトセンサおよびこのフォトセンサの受光角を規定する遮光部材から構成されたこと特徴とする請求項１に記載の照度測定装置。
【請求項３】
前記受光部の受光角は、前記駆動部による前記受光部の回転ピッチ角と同じかそれよりも小さく設定されたこと特徴とする請求項１または２に記載の照度測定装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記受光部を水平面に沿って回転させる第１駆動手段と、前記受光部を垂直面に沿って回転させる第２駆動手段とを備えたこと特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照度測定装置。
【請求項５】
前記制御部には、前記駆動部によって向けられた前記受光部の方向を示す方向データと、この方向から受光した拡散光の照度を示す照度データとを格納する記憶手段を備えたこと特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照度測定装置。
【請求項６】
前記照度測定装置は表示部を更に備え、照度を測定した空間の照度分布を極座標表示自在としたこと特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間の照度の分布を測定する照度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、室内の明るさなど空間の照度を測定するために、シリコンフォトセンサなどの受光部から出力される照度信号に基づいて照度を計算し、照度を表示する照度測定装置（照度計）が一般に知られている。（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、外光や紫外線を受光するセンサ部を備えた照度計が記載されている。この照度計では、測定環境での光を一律に受光し、測定環境下のトータルの照度を測定、表示するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６０７０６号公報
【０００４】
一方、ディスプレイの色ムラ、輝度ムラを評価する目的で用いられる広い受光角をもつ結象光学系、例えば対角魚眼レンズと、冷却ＣＣＤカメラとを備えた計測システムを空間の照度測定に適用する試みもなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコンフォトセンサなどの受光部を備えた従来の照度測定装置は、狭い受光範囲のトータルの照度しか測定できず、空間の照度分布を知ることは困難であった。また、対角魚眼レンズと冷却ＣＣＤカメラとを備えた計測システムは、合焦した部分の照度だけを主に測定する結象光学系のため、合焦範囲内の諸物体の反射輝度を計測してしまうため、測定空間全体の照度分布を正確に測定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、空間全体の照度分布を正確に測定が可能な照度測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、規定された範囲内の拡散光を受光する受光部と、前記受光部の受光方向を変化させる駆動部と、前記受光部および駆動部を制御して、前記受光部から出力される出力信号に基づき空間の照度分布を算出する制御部とを備えたことを特徴とする照度測定装置が提供される。
【０００８】
このような照度測定装置によれば、受光部の受光方向を変化させて、各測定点で拡散光を受光して照度データを取り込むので、広い受光範囲を一定間隔で区画し、それぞれの区画で入射する拡散光に基づいて照度を測定することが可能になる。これにより、空間の照度分布を正確に測定することができる。受光部は向けられた方向から入射した拡散光によって照度信号を出力するので、合焦した部分の照度だけを主に測定する結象光学系とは異なり、測定空間全体の照度を正確に測定可能である。
【０００９】
前記受光部は、フォトセンサおよびこのフォトセンサの受光角を規定する遮光部材から構成されるのが好ましい。遮光筒は受光範囲を一定間隔で区画し、他の領域からの光がフォトセンサに入射することを防止する。前記受光部の受光角は、前記駆動部による前記受光部の回転ピッチ角と同じかそれよりも小さく設定されればよい。これにより、測定空間全体の照度をくまなく測定することが可能になる。
【００１０】
前記駆動部は、前記受光部を水平面に沿って回転させる第１駆動手段と、前記受光部を垂直面に沿って回転させる第２駆動手段とを備えていればよい。こうした駆動手段によって、受光部は自在に受光方向を変えることができる。前記制御部には、前記駆動部によって向けられた前記受光部の方向を示す方向データと、この方向から受光した拡散光の照度を示す照度データとを格納する記憶手段を備えていることが好ましい。記憶手段に方向データと照度データとを記憶することで、空間の照度分布の算出や極座標表示への変換などを自在に行うことができる。
【００１１】
前記照度測定装置は表示部を更に備え、照度を測定した空間の照度分布を極座標表示自在とすることも好ましい。表示部に空間の照度分布を極座標表示すれば、空間の正確な照度分布を直感的にひと目で把握することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の照度測定装置の概要を示す説明図である。照度測定装置１０は、受光部１１と駆動部１２と制御部１３とを備えている。駆動部１２は、台座１５と、側面視Ｌ字型に屈曲した第１回転ステージ１６と、第２回転ステージ１７とを備えている。第１回転ステージ１６は、水平方向に広がる水平板１６ａと、この水平板１６ａに対して垂直に広がる垂直板１６ｂとから構成される。台座１５およびこれら回転ステージ１６，１７は、例えば金属盤から形成されれば良い。
【００１３】
台座１５と第１回転ステージ１６の水平板１６ａとの間には、台座１５の垂直軸Ａ周りで第１回転ステージ１６を回転させる（水平面に沿って回転させる）第１回転装置（第１駆動手段）１８が形成されている。また、第１回転ステージ１６の垂直板１６ｂの内面側と第２回転ステージ１７との間には、第１回転ステージ１６の水平軸Ｂ周りで第２回転ステージ１７を回転させる（垂直面に沿って回転させる）第２回転装置（第２駆動手段）１９が形成されている。こうした回転装置１８，１９は、例えば、微動可能なステッピングモータおよびギア等を組み合わせたものなどから構成されれば良い。さらに、第２回転ステージ１７の上面には後ほど詳述する受光部１１が取り付けられている。
【００１４】
このような駆動部１２の構成により、第２回転ステージ１７に取り付けられた受光部１１は水平面に沿って３６０°回転自在とされ、且つ、仰角方向に少なくとも１８０°回転自在とされ、受光部１１を中心とした半球状の領域に向けて自在にその姿勢（受光方向）を変えることが可能になる。
【００１５】
制御部１３は、センサ制御回路２１、駆動回路２２、メモリ（記憶手段）２３およびＣＰＵ（中央演算装置）２４から構成される。センサ制御回路２１は受光部１１に接続され、受光部１１から出力された出力信号（照度信号）を処理するＡ／Ｄコンバータなどから構成される。駆動回路２２は、垂直軸制御回路２２ａと水平軸制御回路２２ｂとから構成される。垂直軸制御回路２２ａは、第１回転装置（第１駆動手段）１８に対して駆動制御信号を出力し、第１回転ステージ１７の垂直軸Ａ周りの回転量を制御する。水平軸制御回路２２ｂは、第２回転装置（第２駆動手段）１９に対して駆動制御信号を出力し、第２回転ステージ１７の水平軸Ｂ周りの回転量を制御する。
【００１６】
メモリ（記憶手段）２３はセンサ制御回路２１、駆動回路２２およびＣＰＵ２４に接続され、センサ制御回路２１から出力される照度データや、駆動回路２２で制御される受光部１１の受光方向を示す方向データなどを記憶する。ＣＰＵ２４は、センサ制御回路２１、駆動回路２２およびメモリ２３に接続され、センサ制御回路２１および駆動回路２２を制御すると共に、メモリ２３に格納されたデータに基づいて、測定された光の照度分布を算出する。
【００１７】
照度測定装置１０は、さらに表示部、例えばディスプレイ２５を備えている。こうしたディスプレイ（表示部）２５はＣＰＵ２４に接続され、ＣＰＵ２４で算出された光の照度分布を極座標表示などグラフィック表示する。この他にも、照度測定装置１０は光の照度分布をプリントするプリンタや、ＣＰＵ２４にで算出された光の照度分布をデータとして出力したり、別なセンサを接続するためのデータ入出力ポートなどを備えていても良い。
【００１８】
図２に示すように、受光部１１は、第２回転ステージ１７に固定される基板３１と、基板３１上に設けられるフォトセンサ３２と、フォトセンサ３２の周縁を覆って基板３１から上方に延びる遮光筒（遮光部材）３３とを備えている。また、フォトセンサ３２の上面には保護ガラス３４が更に設けられている。フォトセンサ３２は表面で光を受光して光電変換し、照度信号としてセンサ制御回路２１に向けて出力する。
【００１９】
遮光筒（遮光部材）３３は、内径Ｄの大きさでフォトセンサ３２の上面から長さＬで上方に延びている。こうした遮光筒３３はフォトセンサ３２の受光角を制限し、内径Ｄおよび長さＬでフォトセンサ３２の受光角δは規定される。すなわち、内径Ｄがフォトセンサ３２の受光面の直径に合わせて形成された場合、長さＬを短くすれば受光角δは広くなり、長さＬを長くすれば受光角δは狭められる。
【００２０】
駆動回路２２によって制御される受光部１１は、例えば一定ピッチで回転して各エリアの照度信号を出力する。受光部１１の垂直軸Ａ周りの１ピッチ分の回転量および水平軸Ｂ周りの１ピッチ分の回転量は、フォトセンサ３２の受光角δと同じかこれよりも狭く設定されている。受光部１１の１ピッチ分の回転量をフォトセンサ３２の受光角δと同じかこれよりも狭く設定してその範囲内で遮光筒３３の方向をくまなく変えて測光することで、水平面に対して３６０°、仰角方向に少なくとも１８０°の受光部１１を中心とした半球状の領域に入射する拡散光の照度をくまなく得ることができる。
【００２１】
以上のような構成の照度測定装置１０の作用を、図１、図３、および図４を用いて説明する。図４は受光部１１の半球状の移動範囲を極座標表示したものであり、図３に示す受光部１１の垂直面に沿った回転による極角をθ、水平面に沿った回転による方位角をφで示した。受光部１１の直立方向を０°とした時に水平面に沿った９０°までの極角を４分割して、各同心円に沿ってθ１〜θ４とした。また、受光部１１の方位角の一方向を０°とした時に水平面に沿って全周３６０°を１２分割して、それぞれの方位角をφ１〜φ１２とした。こうして設定された極角θ１〜θ４と方位角をφ１〜φ１２との交点を、照度の測定点として図４中に丸印で示した。なお、極角の分割数、および方位角の分割数は前述した図２に示すフォトセンサ３２の受光角δの設定によって適宜選択される。
【００２２】
照度測定装置１０を用いて、例えば室内空間の照度分布を測定する場合、室内の中心部に一定高さで照度測定装置１０を設置する。測定を開始すると、まず受光部１１は垂直軸Ａに沿った直立方向（基準位置）０に移動し、この位置でフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれ、照度データとしてメモリ２３に記憶される。
【００２３】
次に、水平軸制御回路２２ｂにより受光部１１は、極角方向に角度θ１まで傾けられる。この位置でフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれる。そして、垂直軸制御回路２２ａによって受光部１１は、方位角方向に角度φ２まで傾けられ、ここで再びフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれる。この後、受光部１１は方位角方向に角度φ１２まで順次移動しつつ、方位角φ３〜φ１２でフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれる。
【００２４】
同様に、受光部１１が極角θ２〜θ４に傾けられた後、方位角φ１〜φ１２でフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれる。こうして、受光部１１が垂直軸Ａに沿った直立方向（基準位置）０および極角θ２〜θ４と方位角φ１〜φ１２との交点でフォトセンサ３２に入射した拡散光の照度信号がセンサ制御回路２１に取り込まれると、水平面に対して３６０°、仰角方向に１８０°の受光部１１を中心とした半球状の領域に入射する拡散光の照度が全て得られる。
【００２５】
各測定点で受光部１１から出力された照度信号はセンサ制御回路２１でＡ／Ｄ変換等の処理が行われた後、照度データとしてメモリ２３に蓄積される。また、各測定点では、駆動回路２２から受光部１１の極角θおよび方位角φが方位データとして出力され、メモリ２３に蓄積される。こうして全ての測定点で照度の測定が完了すると、メモリ２３には各測定点での方位データおよび照度データが記憶される。
【００２６】
ＣＰＵ２４はディスプレイ２５に極座標を表示すると共に、メモリ２３に記憶された各測定点での方位データおよび照度データを順次読み出して、予め定めた間隔で照度が等しい測定点をスプライン補間して、等照度の分布を算出する。この等照度の分布を、ディスプレイ２５に表示した極座標上に重ね合わせて、例えば色分けするなどして表示する。図４に示すように、ディスプレイ２５には、極座標３７上に等照度毎に色分けされた照度分布３８が表示される。なお、ディスプレイ２５に表示される照度分布３８は単色の濃淡で表示しても良く、また、こうした極座標３７および照度分布３８をプリント出力してもよい。
【００２７】
以上詳細に説明したように、本発明の照度測定装置１０は、受光部１１の受光方向を変化させて、各測定点で拡散光を受光して照度データを取り込むので、広い受光範囲を一定間隔で区画し、それぞれの区画で入射する拡散光に基づいて照度を測定するので、空間の照度分布を測定することができる。受光部１１は向けられた方向から入射した拡散光によって照度信号を出力するので、合焦した部分の照度だけを主に測定する結象光学系とは異なり、測定空間全体の照度を正確に測定可能である。そして、ディスプレイ２５に極座標３７と等照度毎に色分けされた照度分布３８とを重ねて表示することで、空間の正確な照度分布を直感的にひと目で把握することができる。
【００２８】
【実施例】
本発明の照度測定装置の効果を検証するために、空間の照度分布の測定を行った。検証にあたって、前記実施形態に示す照度測定装置を準備した。図５に測定を行った空間である室内の側面配置図および上面配置図を示す。床から約２８００ｍｍの高さの室内天井には３基の蛍光灯光源（長さ約１３００ｍｍ）が取り付けられ、その内の中央１基を点灯させ、両側２基は消灯とした。室内の一面にはもう１つの光源となる窓があり、測定時は日中曇りであった。照度測定装置１０は床面から約７００ｍｍの高さの机上に配置し、点灯させた中央の蛍光灯光源に対して鉛直方向から３５°の角度になるように設定した。図２に示す受光部１１の遮光筒３３のフォトセンサ３２からの長さＬは１６０ｍｍに設定し、また遮光筒３３の直径は１５ｍｍに設定した。
【００２９】
測定にあたって、受光部１１の極角方向の測定ピッチは１０°毎に設定した。また、受光部１１の方位角方向の測定ピッチは３０°毎に設定した。以上のような条件下で、前述した実施形態の如く極角方向および方位角方向に受光部１１を回転させて受光方向を変え、各測定点で照度を測定した。図６に上述した条件下で得られた各測定点での照度データを一覧にして示す。図６中の横方向は方位角φを示し、縦方向は極角θを示している。また、受光部１１を鉛直方向に向けて、遮光筒を取り外した状態での照度は３０７．５Ｗ／ｃｍ２ であった。
【００３０】
図６に示す各測定点での照度データを極座標表示に変換し、照度データを０．８Ｗ／ｃｍ２ 刻みでスプライン補間して、極座標上に照度分布を表示した結果を図７に示す。最も明るい蛍光灯光源の輪郭が高い照度領域としてはっきりと現れ、図５に示す測定環境での空間照度分布が正確に測定されていることが確認された。
【００３１】
一方、比較例として、従来の照度測定装置を用いて、図５に示す測定環境で空間照度分布を測定した結果を図８に示す。図８によれば、最も明るい蛍光灯光源の輪郭がほとんど確認できず、実際の照度分布とは大きく異なっていることが判明した。従来の照度測定装置では空間の照度分布を正確に測定することができないことが確認された。
【００３２】
次に、本発明の照度測定装置を用いて屋外の空間照度分布を測定した。図９に測定を行った屋外の配置図を示す。複数の建築物に囲まれた水平な地面に本発明の照度測定装置１０を設置した。測定時の天候は晴れであり、光源である太陽は図中建築物Ｅの上に位置していた。図２に示す受光部１１の遮光筒３３のフォトセンサ３２からの長さＬは１６０ｍｍに設定した。
【００３３】
測定にあたって、受光部１１の極角方向の測定ピッチは１０°毎に設定した。また、受光部１１の方位角方向の測定ピッチは３０°毎に設定した。以上のような条件下で、前述した実施形態の如く極角方向および方位角方向に受光部１１を回転させて受光方向を変え、各測定点で照度を測定した。また、受光部１１を鉛直方向に向けて、遮光筒を取り外した状態での照度は３９５００Ｗ／ｃｍ２ であった。各測定点での照度データを極座標表示に変換し、照度データを５０Ｗ／ｃｍ２ 刻みでスプライン補間して、極座標上に照度分布を表示した結果を図１０に示す。光源である太陽に照らされた最も明るい照度領域がはっきりと現れ、屋外での空間照度分布が正確に測定できることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照度測定装置によれば、受光部の受光方向を変化させて、各測定点で拡散光を受光して照度データを取り込むので、広い受光範囲を一定間隔で区画し、それぞれの区画で入射する拡散光に基づいて照度を測定することが可能になる。これにより、空間の照度分布を正確に測定することができる。受光部は向けられた方向から入射した拡散光によって照度信号を出力するので、合焦した部分の照度だけを主に測定する結象光学系とは異なり、測定空間全体の照度を正確に測定可能である。このような測定器は、例えば反射型液晶表示装置の反射特性の設計において、周囲光（バイアス照明光）の照度分布を把握し、それに好適な反射角度特性を決定するのに有効である。
【００３５】
受光部をフォトセンサおよびこのフォトセンサの受光角を規定する遮光部材から構成すれば、受光範囲を一定間隔で区画し、他の領域からの光がフォトセンサに入射することを防止する。受光部の受光角を駆動部による受光部の回転ピッチ角と同じかそれよりも小さく設定すれば、測定空間全体の照度をくまなく測定することが可能になる。
【００３６】
駆動部に受光部を水平面に沿って回転させる第１駆動手段と、前記受光部を垂直面に沿って回転させる第２駆動手段とを備えれば、受光部の受光方向を自在に変えることができる。制御部は、駆動部によって向けられた受光部の方向を示す方向データと、この方向から受光した拡散光の照度を示す照度データとを格納する記憶手段を備えていることが好ましい。記憶手段に方向データと照度データとを記憶することで、空間の照度分布の算出や極座標表示への変換などを自在に行うことができる。
【００３７】
照度測定装置は表示部を更に備え、照度を測定した空間の照度分布を極座標表示自在にすることも好ましい。表示部に空間の照度分布を極座標表示すれば、空間の正確な照度分布を直感的にひと目で把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の照度測定装置を示す説明図である。
【図２】図２は、図１の受光部の詳細を示す断面図である。
【図３】図３は、受光部の動きを示す拡大斜視図である。
【図４】図４は、本発明の照度測定装置による測定方法を説明する平面図である。
【図５】図５は、実施例における測定環境を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の照度測定装置による各測定点での照度データを示す表である。
【図７】図７は、本発明の検証結果を示す極座標グラフである。
【図８】図８は、従来の照度測定装置による検証結果を示す極座標グラフである。
【図９】図９は、他の実施例における測定環境を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の検証結果を示す極座標グラフである。
【符号の説明】
１０  照度測定装置
１１  受光部
１２  駆動部
１３  制御部
１８  第１回転装置（第１駆動手段）
１９  第２回転装置（第２駆動手段）
２３  メモリ（記憶手段）
２５  ディスプレイ（表示部）
３２  フォトセンサ
３３  遮光筒（遮光部材）
【図１】
2004191195.tif 000003
【図２】
2004191195.tif 000004
【図３】
2004191195.tif 000005
【図４】
2004191195.tif 000006
【図５】
2004191195.tif 000007
【図６】
2004191195.tif 000008
【図７】
2004191195.tif 000009
【図８】
2004191195.tif 000010
【図９】
2004191195.tif 000011
【図１０】
2004191195.tif 000012