(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空空間を有する光学特性測定用の積分球であって、
光源からの放射光を拡散反射する特性を有する反射部材と、
一主面が前記反射部材によって覆われた要素面と、
を備え、
前記中空空間を規定する内壁面は、前記一主面を前記中空空間の内方に向けた多角形形状をした前記要素面を複数組み合わせて、略球状の多面体構造に形成され、
前記反射部材は、各要素面に対応する多角形状であって、多孔質材料からなる薄板状シートであり、前記要素面の一主面に対して積層して固定されていることを特徴とする積分球。
【請求項２】
請求項１に記載の積分球において、
前記積分球は、複数の前記要素面が結合して一体的に形成された結合要素ブロックが、複数個組み合わされて略球状の多面体構造に形成されることを特徴とする積分球。
【請求項３】
請求項１に記載の積分球において、
前記内壁面を構成する反射部材は、前記要素面の多角形形状に対応した複数の多角形が連結された状態で、伸縮することなしに平面に展開される可展面に取り付けられることを特徴とする積分球。
【請求項４】
請求項２に記載の積分球において、
前記内壁面を構成する反射部材は、前記結合要素ブロックを構成する複数の要素面に対応し、複数の多角形が連結されてなり伸縮することなしに平面に展開される可展面に対応して取り付けられることを特徴とする積分球。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の積分球において、
前記反射部材は、薄板状の多孔質プラスチックであることを特徴とする積分球。
【請求項６】
請求項５に記載の積分球において、
前記多孔質プラスチックは、ポリテトラフッ化エチレンであることを特徴とする積分球。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の積分球において、
前記要素面の形状は、正多角形であることを特徴とする積分球。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の積分球において、
前記内壁面を構成する各要素面には、正五角形または正六角形の形状を有する要素面が含まれることを特徴とする積分球。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の積分球において、
前記要素面の形状は、正三角形であることを特徴とする積分球。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の積分球において、
前記反射部材は、ネジによって前記要素面の前記一主面に固定されることを特徴とする積分球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積分球の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の拡散反射率または透過率の測定、或いは電球などの光源の全光束測定には、積分球が用いられている。積分球は、球面によって規定される中空空間を有し、当該中空空間の内壁が光の拡散反射面として構成されている。
【０００３】
このような積分球としては、例えば、ポリテトラフッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等の粉末を焼結した多孔質プラスチックの固まり（ブロック）から機械加工によって球面を形成し、中空空間を構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
機械加工によって得られる積分球（以下、「機械加工積分球」とも称する）は、高反射率および高拡散性を有する固体ブロックを材料にして作成されるので、拡散反射性の面で高い性能を備えるとともに、試料が内壁に付着した場合には、洗浄等により内部を清掃することができるという特長を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１８９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記機械加工積分球の材料として用いられる多孔質プラスチックの固体ブロックは、射出成形のような簡易な加工手法ではなく、焼結によって生成されるため、固体ブロックは高価な材料となっている。このため、当該固体ブロックを材料にする積分球は、高価になる。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、積分球を低コストで作成することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、内部に中空空間を有する光学特性測定用の積分球であって、光源からの放射光を拡散反射する特性を有する反射部材と、一主面が前記反射部材によって覆われた要素面とを備え、前記中空空間を規定する内壁面は、前記一主面を前記中空空間の内方に向けた多角形形状をした前記要素面を複数組み合わせて、略球状の多面体構造に形成され、前記反射部材は、各要素面に対応する多角形状であって、多孔質材料からなる薄板状シートであり、前記要素面の一主面に対して積層して固定されていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る積分球において、前記積分球は、複数の前記要素面が結合して一体的に形成された結合要素ブロックが、複数個組み合わされて略球状の多面体構造に形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る積分球において、前記内壁面を構成する反射部材は、前記要素面の多角形形状に対応した複数の多角形が連結された状態で、伸縮することなしに平面に展開される可展面に取り付けられることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る積分球において、前記内壁面を構成する反射部材は、前記結合要素ブロックを構成する複数の要素面に対応し、複数の多角形が連結されてなり伸縮することなしに平面に展開される可展面に対応して取り付けられることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項１または請求項３の発明に係る積分球において、前記反射部材は、薄板状の多孔質プラスチックであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る積分球において、前記多孔質プラスチックは、ポリテトラフッ化エチレンであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る積分球において、前記要素面の形状は、正多角形であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る積分球において、前記内壁面を構成する各要素面には、正五角形または正六角形の形状を有する要素面が含まれることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る積分球において、前記要素面の形状は、正三角形であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項１から請求項９のいずれかの発明に係る積分球において、前記反射部材は、ネジによって前記要素面の前記一主面に固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１から請求項１０に記載の発明によれば、積分球の内壁面は、一主面が反射部材によって覆われた要素面を複数組み合わせて構成されるので、反射部材の部材量を減らすことができ、積分球を低コストで作成することが可能になる。
【００１９】
また特に、請求項１に記載の発明によれば、中空空間が略球状の多面体構造に形成されるので、可塑性に乏しい反射部材であっても、積分球の内壁面を覆うことが可能となる。
【００２０】
また特に、請求項６に記載の発明によれば、反射部材としてポリテトラフッ化エチレンが用いられるので、高性能な積分球を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
＜１．第１実施形態＞
＜構成概要＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る積分球１Ａの外観を示す図である。図２は、積分球１Ａの断片を示す図である。
【００２３】
図１に示されるように、積分球１Ａは、その内部が略球状の空洞（中空）となるように、多角形の基板（この発明における「要素面」に相当し、「要素ブロック」とも称する）１０を複数組み合わせて構成されている。
【００２４】
具体的には、積分球１Ａでは、要素ブロック１０として、２０個の正六角形の要素ブロック（「六角要素ブロック」とも称する）１０Ｈと、１２個の正五角形の要素ブロック（「五角要素ブロック」とも称する）１０Ｐとが用いられている。これら各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐの一辺の長さはいずれも等しく、各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐの辺をつなぎ合わせて（接合させて）、切頂二十面体が構成される。
【００２５】
また、各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐのうち、一部の要素ブロック（「開口ブロック」または「開口要素面」とも称する）１０Ｋには、開口部（単に「開口」とも称する）ＫＮが設けられている。当該開口部ＫＮは、積分球１Ａへの入射開口および／または射出開口として機能する。すなわち、開口部ＫＮを介して、外光を積分球１Ａの内部へ導くこと、および積分球１Ａの内部から内光を出射することが可能になる。
【００２６】
上述のように積分球１Ａは、内部に中空空間（「中空領域」とも称する）を有し、当該中空空間を規定する内壁面ＮＰは、拡散反射性を有する反射部材（「拡散反射材」とも称する）２０によって覆われている。
【００２７】
具体的には、図２に示されるように、各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐの一主面（内面）ＭＴ側には、反射部材２０がそれぞれ設けられ、当該一主面ＭＴを中空空間の内方に向けた状態で各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐの辺同士が、接着剤等により接合される。これにより、中空空間の内壁面ＮＰは、全面に渡って反射部材２０によって覆われた状態となる。
【００２８】
＜要素ブロック＞
次に、積分球１Ａを構成する要素ブロック１０および反射部材２０について詳述する。図３は、六角要素ブロック１０Ｈと反射部材２０とを示す図である。図４は、五角要素ブロック１０Ｐと反射部材２０とを示す図である。図５は、反射部材２０を要素ブロック１０に固定するネジＮＪを示す図である。図６および図７は、反射部材２０を要素ブロック１０に取り付けた様子を示す図である。
【００２９】
図３および図４に示されるように、要素ブロック１０は、プラスチックを材料としたプラスチック成形によって、一主面ＭＴが平面となるように形成される。
【００３０】
また、要素ブロック１０は、一主面ＭＴの形状が正多角形となるように形成される。より詳細には、六角要素ブロック１０Ｈの一主面ＭＴは、正六角形に形成され（図３参照）、五角要素ブロック１０Ｐの一主面ＭＴは、正五角形に形成される（図４参照）。
【００３１】
反射部材２０としては、ポリテトラフッ化エチレン（ＰＴＦＥ）またはポリクロロフッ化エチレン等の粉末を焼結して得られる薄板状の多孔質プラスチック（「多孔質焼結体シート」または「多孔質プラスチックシート」とも称する）が用いられる。
【００３２】
多孔質プラスチックシートは、可視域で９５％程度の高い反射率と、高い拡散性とを有する部材である。また、多孔質プラスチックシートは、経時的な安定性が高い部材であるとともに、優れた耐性を有し、水等による洗浄も可能な部材である。
【００３３】
また、反射部材２０は、固定される要素ブロック１０の一主面ＭＴに対応した形状および大きさを有するように作成される。すなわち、六角要素ブロック１０Ｈに対応する反射部材（「六角反射部材」とも称する）２０Ｈは、正六角形となるように作成され（図３）、五角要素ブロック１０Ｐに対応する反射部材（五角反射部材」とも称する）２０Ｐは、正五角形となるように作成される（図４）。
【００３４】
要素ブロック１０は、一主面ＭＴから他主面ＡＲにかけて複数（詳細には、六角要素ブロック１０Ｈは７つ、五角要素ブロック１０Ｐは６つ）の小穴ＨＬを有している。当該各小穴ＨＬには、他主面ＡＲ側からタッピングネジ（単に「ネジ」とも称する）ＮＪがそれぞれ挿入される。反射部材２０と要素ブロック１０とは、当該タッピングネジＮＪによって固定される（図５参照）。
【００３５】
上述のように、反射部材２０は、固定される要素ブロック１０の一主面ＭＴに対応した形状および大きさを有しているため、反射部材２０が要素ブロック１０に取り付けられた状態では、要素ブロック１０の一主面ＭＴは、反射部材２０によって覆われることになる（図６および図７参照）。
【００３６】
そして、一主面ＭＴ側に反射部材２０が取り付けられた各要素ブロック１０Ｈ，１０Ｐは、切頂二十面体の各面として用いられる。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係る積分球１Ａでは、要素ブロック１０を複数組み合わせて切頂二十面体を形成することによって、近似的に球状の中空空間が実現されている。なお、積分球１Ａでは、要素ブロック１０を複数組み合わせて中空空間が形成されるため、各要素ブロック１０のつなぎ目は、拡散反射性の低い無効部分となるが、当該無効部分の内壁面に対する面積比率は、直径２００ｍｍの積分球で１％以下であり、実用上問題とならない。
【００３８】
このように、中空空間が略球状の多面体構造に形成されることによれば、可塑性に乏しい多孔質プラスチックシートであっても、積分球１Ａの内壁面ＮＰを覆う反射部材２０として利用可能となる。
【００３９】
具体的には、薄板状（例えば、厚さ１．５ｍｍ）に形成された多孔質プラスチックシートは、可塑性に乏しいため球面への変形加工は困難であるが、要素ブロック１０の一主面ＭＴのような平面には、沿わせて取り付けることが可能である。そして、積分球１Ａのように、中空空間を略球状の多面体構造とし、多面体を構成する面（「構成面」とも称する）の位置に各要素ブロック１０をそれぞれ配置することによれば、積分球１Ａの内壁面ＮＰを全面に渡って多孔質プラスチックシートで覆うことが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態の積分球１Ａの内壁面は、一主面が反射部材によって覆われた要素面を複数組み合わせて構成されるので、反射部材の部材量を減らすことができる。これによれば、上記機械加工積分球のように固体ブロックを材料として用いる場合に比べて、材料のコストを抑えることができる。すなわち、積分球１Ａは、機械加工積分球に比べて低コストで作成することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、要素ブロック１０を複数組み合わせて多面体構造が形成されるので、各要素ブロック１０の大きさを大きくすれば、大型の積分球１Ａを容易に作成することができる。
【００４２】
また、積分球１Ａでは、反射部材２０として優れた耐性を有する多孔質プラスチックシートが用いられるので、内壁面ＮＰへの試料の付着等により多孔質プラスチックシートが汚染された場合でも、汚染部分を洗浄することができる。
【００４３】
また、積分球１Ａでは、多孔質プラスチックシートが、多面体構造の内壁面ＮＰにネジ止めされている構成であることから、多孔質プラスチックシートが汚染された場合は、ネジＮＪを取り外して汚染部分の多孔質プラスチックシートを交換することによって、積分球１Ａの性能を回復することができる。
【００４４】
また、積分球１Ａでは、反射部材２０としてポリテトラフッ化エチレンの多孔質プラスチックシートが用いられるので、拡散反射性に優れた高性能な積分球を構成することが可能になる。
【００４５】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４６】
第１実施形態に係る積分球１Ａでは、要素ブロック１０ごとに、多孔質プラスチックシートが取り付けられていたが、第２実施形態に係る積分球１Ｂでは、複数の要素ブロック１０を結合したブロック（「結合要素ブロック」とも称する）３０ごとに、多孔質プラスチックシートが取り付けられる。図８は、結合要素ブロック３０と反射部材４０とを示す図である。
【００４７】
なお、第２実施形態に係る積分球１Ｂは、結合要素ブロック３０を作成し、当該結合要素ブロック３０を組み合わせて略球状の多面体を構成する点以外は、第１実施形態に係る積分球１Ａと同様の構成および機能（図１参照）を有している。例えば、積分球１Ｂの中空空間は、積分球１Ａと同様に、略球状の多面体（例えば、切頂二十面体）として構成される。このため、以下では、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
上述のように、第２実施形態の積分球１Ｂでは、複数の要素ブロック１０を結合した結合要素ブロック（「結合基板」とも称する）３０が、プラスチック成形によって一括して形成される。例えば、図８に示されるような３個の要素ブロック１０を組み合わせた状態の結合要素ブロック３０が形成される。
【００４９】
そして、当該結合要素ブロック３０ごとに、反射部材４０としての多孔質プラスチックシートが取り付けられる。
【００５０】
具体的には、結合要素ブロック３０を平面に展開した面（「展開面」とも称する）に対応した形状および大きさの多孔質プラスチックシートが、反射部材２０として作成される。展開面に対応した多孔質プラスチックシートは、結合要素ブロック３０を覆うように取り付けられ、ネジＮＪによって結合要素ブロック３０に固定される。
【００５１】
以上のように、第２実施形態では、結合要素ブロック３０ごとに多孔質プラスチックシートが取り付けられる。そして、結合要素ブロック３０を複数組み合わせて切頂二十面体が形成される。これによれば、要素ブロック１０同士を一つずつ組み上げる場合に比べて、組み上げの際のブロック同士の接合数を減少させることができるので、組上コストを抑制できるとともに、組上誤差の発生を防止することができる。
【００５２】
このように、複数の要素ブロック１０を組み合わせた結合要素ブロック３０に、可塑性に乏しい多孔質プラスチックシートを沿わせて取り付けることが可能であるのは、結合要素ブロック３０が伸縮することなしに平面に展開可能な可展面であることに起因する。図９は、切頂二十面体の展開図である。
【００５３】
具体的には、積分球１Ｂの中空空間を規定する内壁面ＮＰは、切頂二十面体を構成する各面（詳細には、側面および底面）の集合であることから、当該内壁面ＮＰは、図９に示されるように、伸縮することなしに平面に展開可能である。このため、可塑性に乏しい多孔質プラスチックシートであっても、図９の展開図に対応した多孔質プラスチックシートを作成することによれば、多孔質プラスチックシートを内壁面ＮＰに沿わせて取り付けることができる。
【００５４】
第２実施形態で用いられる結合要素ブロック３０は、可展面である切頂二十面体の構成面の一部であることから、当然に可展面である。このため、結合要素ブロック３０の内面を平面に展開した展開面に対応した多孔質プラスチックシートを作成することによって、多孔質プラスチックシートを結合要素ブロック３０に沿わせて取り付け、結合要素ブロック３０の全面を覆うことが可能になる。
【００５５】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００５６】
第１実施形態に係る積分球１Ａでは、一主面ＭＴが平面である要素ブロック１０が用いられていたが、第３実施形態に係る積分球１Ｃでは、一主面ＭＴの一部が曲面である要素ブロック５０が用いられる。図１０は、第３実施形態に係る要素ブロック５０と反射部材６０とを示す図である。図１１および図１２は、反射部材６０の平面展開図である。
【００５７】
なお、第３実施形態に係る積分球１Ｃは、要素ブロック５０の一主面ＭＴの一部が曲面である点以外は、第１実施形態に係る積分球１Ａと同様の構成および機能（図１参照）を有しており、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
上述のように、第３実施形態の要素ブロック５０は、一主面ＭＴにおいて、曲面を含むようにプラスチック成形される。
【００５９】
具体的には、図１０に示されるように、プラスチック成形された要素ブロック５０（図１０では、六角要素ブロック５０Ｈ）の一主面ＭＴは、曲面としての錐面ＷＰ（ハッチング領域）と平面ＬＰ（ハッチング領域で囲まれた非ハッチング領域）とを有している。
【００６０】
ここで、錐面ＷＰおよび平面ＬＰを有する一主面ＭＴは可展面であるため、当該一主面ＭＴは、伸縮することなしに平面に展開することができる。
【００６１】
このため、要素ブロック５０の一主面ＭＴを平面に展開した展開面に対応する形状および大きさの多孔質プラスチックシートを、反射部材６０（図１０では、六角反射部材６０Ｈ）として用いれば、当該多孔質プラスチックシートで要素ブロック５０の一主面ＭＴを覆うことができる。
【００６２】
より詳細には、図１１に示されるような平面形状を有する多孔質プラスチックシートを作成し、図１１中の破線で折り曲げるとともに、錐面となるようにハッチング部分ＱＢ１を湾曲させることによって、一主面ＭＴの面形状に対応した反射部材６０（図１０では、六角反射部材６０Ｈ）が作成される。
【００６３】
そして、当該反射部材６０は、要素ブロック５０の一主面ＭＴに沿うように取り付けられ、小穴ＨＬごとにネジＮＪによって固定される。
【００６４】
なお、上記では、六角要素ブロック５０Ｈの一主面ＭＴに曲面が含まれる場合を例にして説明したが、五角要素ブロック５０Ｐ（不図示）の一主面において曲面が含まれていてもよい。
【００６５】
この場合も六角要素ブロック５０Ｈの場合と同様に、五角要素ブロック５０Ｐの一主面に対応した多孔質プラスチックシートが作成される。具体的には、図１２に示されるように、一主面を平面に展開した展開面に対応する形状および大きさの多孔質プラスチックシートが作成される。当該多孔質プラスチックシートを、図１２中の破線で折り曲げるとともに、錐面となるようにハッチング部分ＱＢ２を湾曲させることによって、五角要素ブロック５０Ｐの一主面に対応した五角反射部材６０Ｐが作成される。そして、当該五角反射部材６０Ｐは、五角要素ブロック５０Ｐの一主面に沿うように取り付けられる。
【００６６】
このように、一主面ＭＴに反射部材６０Ｈ，６０Ｐが取り付けられた各要素ブロック５０Ｈ，５０Ｐは、切頂二十面体の各面として用いられる。
【００６７】
以上のように、積分球１Ｃでは、一主面ＭＴにおいて曲面を含む要素ブロック５０が、切頂二十面体の構成面として採用されるため、中空空間を規定する内壁面ＮＰを、より球面に近づけることが可能になる。
【００６８】
＜４．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。
【００６９】
例えば、上記各実施形態では、切頂二十面体を形成して略球状の中空空間を実現していたがこれに限定されない。図１３は、変形例に係る積分球１Ｄの外観を示す図である。
【００７０】
具体的には、図１３に示されるように、要素ブロック９０として２０個の正三角形を採用し、当該要素ブロック９０を組み合わせて正二十面体を形成し、略球状の中空空間を実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る積分球の外観を示す図である。
【図２】積分球の断片を示す図である。
【図３】六角要素ブロックと反射部材とを示す図である。
【図４】五角要素ブロックと反射部材とを示す図である。
【図５】反射部材を要素ブロックに固定するネジを示す図である。
【図６】反射部材を要素ブロックに取り付けた様子を示す図である。
【図７】反射部材を要素ブロックに取り付けた様子を示す図である。
【図８】結合要素ブロックと反射部材とを示す図である。
【図９】切頂二十面体の展開図である。
【図１０】第３実施形態に係る要素ブロックと反射部材とを示す図である。
【図１１】反射部材の平面展開図である。
【図１２】反射部材の平面展開図である。
【図１３】変形例に係る積分球の外観を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  積分球
１０，５０，９０  要素ブロック（要素面）
１０Ｈ，５０Ｈ  六角要素ブロック
１０Ｐ，５０Ｐ  五角要素ブロック
２０  反射部材
２０Ｈ，６０Ｈ  六角反射部材
２０Ｐ，６０Ｐ  五角反射部材
３０  結合要素ブロック
４０，６０  反射部材
ＭＴ  一主面
ＡＲ  他主面
ＨＬ  小穴
ＮＪ  ネジ
ＮＰ  内壁面
【図１】
0005365034.tif 000002
【図２】
0005365034.tif 000003
【図３】
0005365034.tif 000004
【図４】
0005365034.tif 000005
【図５】
0005365034.tif 000006
【図６】
0005365034.tif 000007
【図７】
0005365034.tif 000008
【図８】
0005365034.tif 000009
【図９】
0005365034.tif 000010
【図１０】
0005365034.tif 000011
【図１１】
0005365034.tif 000012
【図１２】
0005365034.tif 000013
【図１３】
0005365034.tif 000014