(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルタと、この光学フィルタを透過した放射束が受光面に入射する位置に配置された光電変換素子とを備えた測光機器の受光装置であって、
上記光学フィルタは、フィルタ基板が互いに分光透過率特性の異なる少なくとも２つの領域に所定の面積比率で分割されてなり、一の領域以外の領域は上記フィルタ基板全体に分散配置された複数の小領域の集まりで構成され、上記一の領域は上記複数の小領域を除く残りの領域で構成され、上記少なくとも２つの領域のそれぞれは異なる所定の波長範囲の光を透過する分光透過率特性を有し、
前記光電変換素子は、上記光学フィルタの少なくとも２つの異なる領域を透過した放射束を前記面積比率で受光し、前記放射束の強度に応じた電気信号を出力すること、を特徴とする測光機器の受光装置。
【請求項２】
前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板全体に分散して穿設された複数の微小孔により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測光機器の受光装置。
【請求項３】
前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板の表面全体に分散して形成された複数の微小面積の薄膜により構成されており、上記薄膜は上記分光透過率特性と異なる少なくとも１つの分光透過率特性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の測光機器の受光装置。
【請求項４】
さらに、所定の分光透過率特性を有する少なくとも１枚の光学フィルタを備え、上記光電変換素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学フィルタおよび上記少なくとも１枚の光学フィルタを透過した放射束が受光面に入射する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測光機器の受光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照度計、輝度計、色彩計、写真撮影用露出計、紫外線強度計、黄疸計などの測光機器の受光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測光機器の受光装置は、その測光機器の測定目的に応じた所定の分光応答度特性を有するように設計される。例えば、照度計や輝度計の受光装置では、ＣＩＥ（国際照明委員会）で規定された人間の視感を代表する標準分光視感効率Ｖ(λ)に近似した分光応答度特性を有することが求められ、色彩計の受光装置では、ＣＩＥで規定された等色関数ｘ(λ)，ｙ(λ)，ｚ(λ)に近似した分光応答度特性を有することが求められる。なお、一般に等色関数を表わす記号としてバー付きのものが用いられるが、便宜上、バーを省略している。
【０００３】
このような所望の分光応答度特性を実現する手段として、従来、分光方式およびフィルタ方式の２つの方式が知られている。
【０００４】
分光方式は、プリズムや回折格子などの分光素子を用いて測定対象の放射束を分光し、波長ごとの光強度を光電変換素子で測定し、所望の分光応答度特性によって決定される波長ごとの重み係数を乗じて演算により出力値を得るものである。分光方式は、一般に分光特性的に高精度の測定が可能であるが、高価になるとともに、分光素子への光路スペースの確保が必要となるため、小型化には不利となる。
【０００５】
なお、分光素子としては、透過主波長λｉ(ｉ＝１，２，…，ｎ)のｎ種類の狭帯域バンドパスフィルタを互いに隣接させて１枚の透明基板上に配設して構成したフィルタユニットを用いて、各バンドパスフィルタの透過光を個別の受光センサで受光するマルチバンドパスフィルタ方式も知られている。このマルチバンドパスフィルタ方式は、プリズムや回折格子を用いる場合に比べて光路スペースが小さくてすむ。しかし、フィルタユニットのサイズを一定のままで波長分解能を向上しようとすると、バンドパスフィルタの個数が増加するため各フィルタの面積が小さくなり、信号レベルの低下を招くことになり、逆に、信号レベルを確保しつつ波長分解能を向上しようとすると、フィルタユニットのサイズが大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、フィルタ方式は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタ（色フィルタ）を透過した光束を所定の分光応答度特性を有する光電変換素子で受光して測定するものである。
【０００７】
光学フィルタとして、色ガラスフィルタ、アセテート染色フィルタ、ゼラチンフィルタ、蒸着干渉フィルタなどが用いられ、光電変換素子として、シリコンフォトセル、ゲルマニウムフォトセル、サーモパイル、焦電素子、光電子増倍管などが用いられる。
【０００８】
フィルタ方式における受光装置としての分光応答度特性は、光学フィルタの分光透過率特性と光電変換素子の分光応答度特性との積によって決まる。光電変換素子の分光応答度特性は、使用する素子の種類によってほぼ決まってしまうため、フィルタ方式において受光装置としての目標とする分光応答度特性は、光学フィルタの分光透過率特性の調整によって得ることになる。
【０００９】
光学フィルタを使用して所望の分光透過率特性を得るための方法として、原理的に、加法混色法および減法混色法の２種類が知られている。
【００１０】
加法混色法は、例えば図１２に示すように、分光透過率Ｔ１λの光学フィルタＦ１を透過した光束と分光透過率Ｔ２λの光学フィルタＦ２を透過した光束とを加色して所望の合成分光透過率Ｔλを得るものである。
【００１１】
加法混色法では、一般に、図１３に示すように、光学フィルタＦ１，Ｆ２を透過した光束を積分球Ｐ１により混ぜ合わせて光電変換素子Ｐ２に入射させることにより、色むらによる測定誤差を防止するようにしている。ところが、積分球を用いると、受光装置が大型化するので測光機器としての構成が複雑になる上に、積分球の形状の差によって分光応答度に差が生じたり機差が生じ易くなり、さらに受光光量が減少することにより測定の再現性が低下してしまう。
【００１２】
そこで、従来は、減法混色法がよく用いられている。減法混色法は、図１４に示すように、分光透過率Ｔ１λ，Ｔ２λの光学フィルタＦ１，Ｆ２を重ね合わせ、放射束を光学フィルタＦ１，Ｆ２に連続して透過させることにより、所望の合成分光透過率Ｔλを得るものである。
【００１３】
しかし、光学フィルタの種類が限られているため、減法混色法のみを用いて所望の分光応答度特性を有する光学フィルタを精度良く構成するのは、非常に困難であった。
【００１４】
フィルタ方式は、全波長域に亘って目的とする分光応答度特性に精度良く合わせ込むのは困難で、分光特性的には分光方式に劣るが、分光方式に比べて構成が簡素で、安価かつ小型の受光装置が実現できるため、一般に、小型で安価な測光機器では、分光方式ではなくてフィルタ方式が採用されることが多い。しかし、フィルタ方式においても、小型で安価という特徴を維持したままで、更に分光特性を向上することが望まれている。
【００１５】
そこで、従来、フィルタ方式で加法混色法の原理を利用した照度計の受光部が提案されている（特開昭６３−１５４９２０号公報）。この受光部は、分光透過率の異なる複数種類の棒状フィルタを遮光支持板に挿入して並べ、その構成割合を変えることで受光部としての分光応答度を標準比視感度（標準分光視感効率）に合致させるようにしたものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の特開昭６３−１５４９２０号公報記載の受光部では、分光応答度を標準分光視感効率に精度良く合致させるためには多数の棒状フィルタを並べることが必要になるため、棒状フィルタを保持する遮光支持板の構成が複雑で、実際の製造が容易でなく、量産性が非常に劣るとともに、フィルタ部分が大型化してしまうことになる。また、受光部へ入射する放射束のうち、棒状フィルタに入射する放射束以外は遮光支持板によって遮光されてしまうため、受光部全体としての感度が低下してしまう。しかも、上記受光部を構成する棒状フィルタの各種類の構成割合を決定するのに試行錯誤的な手段を採用せざるを得ないため、設計を行うのが容易ではない。
【００１７】
本発明は、上記光学フィルタを備え、所望の分光応答度特性を容易に、かつ精度良く得られる測光機器の受光装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光学フィルタと、この光学フィルタを透過した放射束が受光面に入射する位置に配置された光電変換素子とを備えた測光機器の受光装置であって、上記光学フィルタは、フィルタ基板が互いに分光透過率特性の異なる少なくとも２つの領域に所定の面積比率で分割されてなり、一の領域以外の領域は上記フィルタ基板全体に分散配置された複数の小領域の集まりで構成され、上記一の領域は上記複数の小領域を除く残りの領域で構成され、上記少なくとも２つの領域のそれぞれは異なる所定の波長範囲の光を透過する分光透過率特性を有し、前記光電変換素子は、上記光学フィルタの少なくとも２つの異なる領域を透過した放射束を前記面積比率で受光し、前記放射束の強度に応じた電気信号を出力すること、を特徴としている。
【００１９】
この構成によれば、例えば、フィルタ基板が互いに分光透過率特性の異なる３つの領域に所定の面積比率で分割されてなる光学フィルタの場合には、一の領域以外の第１、第２の領域は、それぞれフィルタ基板全体に分散配置された複数の小領域の集まりで構成され、上記一の領域である第３の領域は、第１、第２の領域を構成する上記複数の小領域を除く残りの領域で構成されていることから、この光学フィルタ全体の分光透過率特性は、第１、第２、第３の領域の分光透過率特性と各領域の面積比率とで決まることになる。従って、小領域の個数や各小領域の面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られることとなる。
【００２０】
そして、受光装置全体の分光応答度特性は、光学フィルタの分光透過率特性と、光電変換素子の分光応答度特性とによって決まるが、光学フィルタの分光透過率特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られるので、受光装置全体の分光応答度特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られることとなる。
【００２１】
なお、上記小領域は、フィルタ基板全体にほぼ均一に分散して配置されていることが好ましい。これによって、入射する放射束の偏りによる影響を殆ど無視できるレベルにすることが可能になる。
【００２２】
また、上記小領域は、フィルタ基板に孔を穿設したり、表面に薄膜を形成することによって得ることができる。また、上記一の領域に薄膜を形成し、一の領域以外の１つの領域を構成する小領域は元のフィルタ基板のままとし、当該１つの領域以外の領域にそれぞれ異なる分光透過率特性を有する薄膜を形成するようにしてもよい。また、薄膜を形成して領域を構成する場合には、フィルタ基板として、全波長域に亘って一定の透過率特性を有する透明基板を用いてもよい。
【００２３】
また、前記小領域、微小孔または微小面積の薄膜は、フィルタ基板全体にほぼ均一に分散して配置されていることが好ましい。これによって、光電変換素子の受光面における照度分布、すなわち受光面に入射する放射束の偏りによる出力電気信号レベルの誤差を殆ど無視できるレベルにすることが可能になる。
【００２４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の測光機器の受光装置において、前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板全体に分散して穿設された複数の微小孔により構成されていることを特徴としている。
【００２５】
この構成によれば、微小孔に入射する放射束は透過率１００％で通過し、微小孔以外の部分に入射する放射束は所定の分光透過率で透過するので、この光学フィルタ全体の分光透過率特性は、所定の分光透過率特性から微小孔の部分と微小孔以外の部分の面積比率とで決まる。従って、微小孔の個数や各微小孔の面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られることとなる。
【００２６】
なお、微小孔は、フィルタ基板全体にほぼ均一に分散して配置されていることが好ましい。これによって、入射する放射束の偏りによる影響を殆ど無視できるレベルにすることが可能になる。
【００２７】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の測光機器の受光装置において、前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板の表面全体に分散して形成された複数の微小面積の薄膜により構成されており、上記薄膜は上記分光透過率特性と異なる少なくとも１つの分光透過率特性を有するものであることを特徴としている。
【００２８】
この構成によれば、この光学フィルタ全体の分光透過率特性は、上記所定の分光透過率特性と、薄膜が形成されていない部分の面積比率と、薄膜の分光透過率特性と、当該分光透過率特性を有する薄膜の面積比率、すなわち複数種類の薄膜が形成されている場合には各分光透過率特性を有するそれぞれの薄膜の面積比率とで決まる。従って、薄膜の個数、種類や微小面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られることとなる。
【００２９】
なお、フィルタ基板として、全波長域に亘って一定の透過率特性を有する透明基板を用いてもよい。
【００３０】
また、微小面積の薄膜は、フィルタ基板全体にほぼ均一に分散して配置されていることが好ましい。これによって、入射する放射束の偏りによる影響を殆ど無視できるレベルにすることが可能になる。
【００３１】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測光機器の受光装置において、さらに、所定の分光透過率特性を有する少なくとも１枚の光学フィルタを備え、上記光電変換素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学フィルタおよび上記少なくとも１枚の光学フィルタを透過した放射束が受光面に入射する位置に配置されていることを特徴としている。
【００３２】
この構成によれば、所定の分光透過率特性を有する１枚または複数枚の光学フィルタを更に備えることによって、この光学フィルタと、請求項１〜３のいずれかに記載の光学フィルタと、光電変換素子との組合せにより、受光装置全体の分光応答度特性として所望の特性が更に容易に、かつ、精度良く得られることとなる。
【００３３】
なお、請求項１〜４の発明において、放射束としては、可視域、紫外域および赤外域の放射束に適用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る光学フィルタの第１実施形態を示す図で、（ａ）は同実施形態である光学フィルタの平面図、（ｂ）は同光学フィルタを備えた受光部の側面図である。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、受光部１０は、光学フィルタ１および光電変換素子５からなる。この光学フィルタ１は、図１（ａ）に示すように、分光透過率特性ｆ(λ)を有するフィルム状の光学フィルタ（本実施形態では例えばアセテートフィルタ）からなるフィルタ基板２全体に複数の微小孔３がほぼ均一に分散して穿設されて構成されている。なお、微小孔３の面積は、光電変換素子５の受光面の面積に比べて十分小さいものに設定されている。
【００３６】
そして、図１（ｂ）に示すように、この光学フィルタ（以下「多孔光学フィルタ」という。）１に放射束４が入射すると、フィルタ基板２の部分に入射した放射束４１は分光透過率ｆ(λ)で透過し、微小孔３の部分に入射した放射束４２はそのまま通過（すなわち透過率１００％）して、それぞれ光電変換素子（本実施形態では例えばシリコンフォトセル）５の受光面に入射し、入射した放射束の強度に応じた電気信号（本実施形態では例えば電流）が光電変換素子５から出力される。
【００３７】
すなわち、フィルタ基板２を透過した放射束４１と、微小孔３を通過した放射束４２とは、光電変換素子５において、それらの面積比で加算されることになるため、電気的に加法混色が行われることとなる。
【００３８】
ここで、図２を用いて、多孔光学フィルタ１の分光透過率特性について説明する。図２に示すように、微小孔３の半径をｒとし、孔間隔をＰとすると、１つの微小孔３の面積は（π・ｒ２）であるので、正方形の単位面積（Ｐ２）における微小孔３以外のフィルタ基板２の部分の面積は（Ｐ２−π・ｒ２）になる。従って、多孔光学フィルタ１全体の分光透過率特性Ｆ(λ)は、
Ｆ(λ)＝ｆ(λ)・{(Ｐ２−π・ｒ２)／Ｐ２}＋(π・ｒ２／Ｐ２)…(１)
となる。
【００３９】
このように、多孔光学フィルタ１の分光透過率特性Ｆ(λ)は、フィルタ基板２の分光透過率特性ｆ(λ)に対して、微小孔３の半径ｒおよび孔間隔Ｐをパラメータとして、計算で容易に求められることとなる。
【００４０】
また、光電変換素子５の分光応答度特性をｄ(λ)とすると、多孔光学フィルタ１および光電変換素子５からなる受光部全体の分光応答度特性Ｓ(λ)は、
Ｓ(λ)＝Ｆ(λ)・ｄ(λ)  …(２)となる。
【００４１】
図３、図４は微小孔の面積比率をパラメータとしたときの多孔光学フィルタの分光透過率特性の一例を示す図である。
【００４２】
図３は細実線（面積比率０％）で示す分光透過率特性を有するシャープカットフィルタに対して面積比率10％，20％，40％，80％の微小孔を穿設したときの特性変化を示している。同図から分かるように、透過率が０％の波長範囲（480nm以下）の透過率が微小孔の面積比率に比例して上昇しており、それに応じて500nm近傍における透過率特性変化の傾斜が緩やかになっている。
【００４３】
図４は細実線（面積比率０％）で示す分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ（青フィルタ）に対して面積比率10％，20％，40％，80％の微小孔を穿設したときの特性変化を示している。同図から分かるように、図３と同様に、透過率が０％の波長範囲の透過率が微小孔の面積比率に比例して上昇しており、それに応じて半値幅が広がっている。
【００４４】
このように、第１実施形態によれば、多孔光学フィルタ１のフィルタ基板２に穿設する微小孔３の半径および孔間隔をパラメータとして分光透過率特性を計算で容易に求めることができる。従って、所望の分光透過率特性を有する多孔光学フィルタ１を作成する際に、試行錯誤を行うことなく、計算で容易に設計することができる。また、微小孔３の面積比率に応じて僅かに異なる分光透過率特性を得ることができるので、実質的に光学フィルタの特性の種類を増すこととなり、分光透過率特性の設計の自由度を増すことができる。
【００４５】
また、フィルム状のフィルタ基板２を用いているので、パンチング等により微小孔３を穿設する加工が容易に行うことができる。従って、多孔光学フィルタ１を容易に製造することができ、これによって、量産性に富み、かつ安価な光学フィルタを実現することができる。
【００４６】
また、多孔光学フィルタ１は、フィルタ基板２に、光電変換素子５の受光面に比べて十分小さい多数の微小孔３をほぼ均一に分散して穿設して構成され、全フィルタ領域を透過した放射束を光電変換素子５の単一の受光面で受光するようにしたので、積分球による光学的な加法混色と等価な効果が、電気的に達成することができる。従って、積分球を備えていないので、受光部１０として、小型化が可能になる。また、分光応答度の差や機差が生じたり、受光光量が低下するなどの積分球を備えることによる欠点を解消することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図５は本発明に係る光学フィルタの第２実施形態を示す図である。図５（ａ）において、同第２実施形態である光学フィルタ（以下「薄膜光学フィルタ」という。）１１は、基板（本実施形態では例えば透明基板）１２の表面に対して、第１実施形態の微小孔に相当する部分以外に薄膜１３を形成したもので、薄膜光学フィルタ１１を透過した放射束は、第１実施形態と同様に、光電変換素子（図示省略）の受光面に入射するようにしている。薄膜１３は、塗料の印刷や、合成樹脂や金属類の蒸着などによって形成すればよい。
【００４８】
なお、薄膜１３の形成領域は、図５（ｂ）に示すように、逆でもよい。すなわち、基板１２上に多孔パターンが形成されたマスクをセットした状態で印刷または蒸着によって薄膜１３を形成し、マスクを除去することによって、微小面積の薄膜１３が基板１２上に分散配置された薄膜光学フィルタ１１を容易に製造することができる。
【００４９】
図５（ｂ）において、薄膜１３の半径をｒとし、間隔をＰとし、薄膜１３の分光透過率特性をｆ(λ)とし、基板１２の透過率をｔとすると、薄膜光学フィルタ１１の分光透過率特性Ｆ(λ)は、
Ｆ(λ)＝ｔ・{ｆ(λ)・π・ｒ２／Ｐ２＋(Ｐ２−π・ｒ２)／Ｐ２}…(３)
となる。このように、薄膜光学フィルタ１１の分光透過率特性Ｆ(λ)は、基板１２の透過率ｔおよび薄膜１３の分光透過率特性ｆ(λ)に対して、薄膜１３の半径ｒおよび間隔Ｐをパラメータとして、計算で容易に求めることができる。
【００５０】
また、光電変換素子の分光応答度特性をｄ(λ)とすると、薄膜光学フィルタ１１および光電変換素子からなる受光部全体の分光応答度特性Ｓ(λ)は、上記式(２)と同様になる。
【００５１】
このように、第２実施形態によれば、薄膜光学フィルタ１１の基板１２に形成する薄膜１３の半径および間隔をパラメータとして分光透過率特性を計算で容易に求めることができる。従って、所望の分光透過率特性を有する薄膜光学フィルタ１１を作成する際に、試行錯誤を行うことなく、計算で容易に設計することができる。また、薄膜１３の面積比率に応じて僅かに異なる分光透過率特性を得ることができるので、実質的に光学フィルタの特性の種類を増すこととなり、分光透過率特性の設計の自由度を増すことができる。
【００５２】
また、印刷や蒸着等により薄膜１３を形成する加工は容易に行うことができるので、薄膜光学フィルタ１１を容易に製造することができ、これによって、量産性に富み、かつ安価な光学フィルタを実現することができる。
【００５３】
また、薄膜光学フィルタ１１は、基板１２に、光電変換素子の受光面に比べて十分小さい多数の薄膜１３をほぼ均一に分散して形成することにより構成され、または、逆に、光電変換素子の受光面に比べて十分小さい多数の小領域の透明部分をほぼ均一に分散して形成し、この透明部分以外の領域に薄膜１３を形成することにより構成され、いずれも、全フィルタ領域を透過した放射束を光電変換素子の単一の受光面で受光するようにしたので、積分球による光学的な加法混色と等価な効果が、電気的に達成することができる。従って、積分球を備えていないので、受光部として、小型化が可能になる。また、分光応答度の差や機差が生じたり、受光光量が低下するなどの積分球を備えることによる欠点を解消することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図６は本発明に係る測光機器の受光装置の一実施形態である照度計の受光部を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。なお、図１と同一物には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
この照度計（測光機器）の受光部（受光装置）２０は、拡散球２１、フィルタホルダ２２、第１フィルタ（本実施形態では例えばガラスフィルタ）２３、多孔光学フィルタ１、第２フィルタ（本実施形態では例えばガラスフィルタ）２４、マスク２５および光電変換素子５から構成されている。
【００５６】
拡散球２１は、照度計として要求される基本性能の１つである斜入射光特性を良好にするための半球状の拡散部材、フィルタホルダ２２は、第１フィルタ２３、多孔光学フィルタ１および第２フィルタ２４を保持するための部材、マスク２５は、アパーチャ２５ａにより光電変換素子５に入射する放射束を制限する部材である。
【００５７】
ここで、第１フィルタ２３の分光透過率特性をf1(λ)とし、第２フィルタ２４の分光透過率特性をf2(λ)とし、多孔光学フィルタ１の分光透過率特性をＦ(λ)とし、光電変換素子５の分光応答度特性をｄ(λ)とし、受光部２０全体の分光応答度特性Ｓ(λ)とする。
【００５８】
このとき、受光部２０全体の分光応答度特性Ｓ(λ)は、
Ｓ(λ)＝f1(λ)・f2(λ)・Ｆ(λ)・ｄ(λ)  …(４)
と表わされる。
【００５９】
そして、本実施形態では、この受光部２０全体の分光応答度特性Ｓ(λ)が、
Ｓ(λ)≒Ｖ(λ)    …(５)
となるように設計されている。なお、Ｖ(λ)はＣＩＥで規定されている標準分光視感効率である。
【００６０】
次に、受光部２０の分光応答度特性Ｓ(λ)の設計について説明する。まず、多孔光学フィルタ１を用いない従来の設計手法について説明する。図７はフィルタおよび光電変換素子のみを用いて、受光部の分光応答度特性Ｓ(λ)を設計する場合の手法を説明するための図、図８はフィルタの板厚と誤差量との関係を示す図である。
【００６１】
この場合、通常は、フィルタなどの放射吸収層への入射放射強度と透過放射強度の関係を表わすLambert−Beerの法則を用いてフィルタの板厚を調整することによって、分光応答度特性の設計を行う。
【００６２】
なお、Lambert−Beerの法則とは、透明で均一な媒体内を通過する放射量（光量）がどのように減衰するかを記述するもので、媒体への入射放射量（光量）をＩ０、媒体の吸収係数をｂとすると、厚さｘの媒体を通過する放射量（光量）Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０・exp(−ｂ・ｘ)
で与えられるという法則である。
【００６３】
実際のフィルタ設計においては、ある厚さｘ０のガラスフィルタの分光透過率Ｔ(λ，ｘ０)を測定しておけば、Lambert−Beerの法則を各波長に適用することにより、任意の厚さｘのガラスフィルタの分光透過率Ｔ(λ，ｘ)を計算で求めることができる。
【００６４】
例えば図７（ａ）に示すように、第１、第２フィルタ３１，３２および光電変換素子５を重ね合わせ、図７（ｂ）に示すように、標準分光視感効率Ｖ(λ)に近似する分光応答度特性Ｓ(λ)の受光部３０を構成する。
【００６５】
この分光応答度特性Ｓ(λ)は、
Ｓ(λ)＝f31(λ)・f32(λ)・ｄ(λ)  …(６)
と表わされる。ただし、f31(λ)，f32(λ)は第１、第２フィルタ３１，３２の分光透過率特性である。
【００６６】
このとき、第１、第２フィルタ３１，３２および光電変換素子５の組合せにおいて、第１、第２フィルタ３１，３２の種々の板厚に対する分光透過特性f31(λ)，f32(λ)をLambert−Beerの法則を用いて算出し、分光応答度特性Ｓ(λ)を求め、標準分光視感効率Ｖ(λ)に対する誤差量fsを算出する。そして、図８に示すように、種々の板厚と誤差量fsとの関係を求めておき、誤差量fsが最小になる板厚の組合せを求めることによって、フィルタの設計を行う。
【００６７】
ここで、誤差量fsは、ＪＩＳ（日本工業規格）のＣ1609−1993に規定されている可視域相対分光応答度特性（標準分光視感効率からの外れ）を表わすパラメータで、下記式(７)で定義されている。
fs＝[{Σ|Ｓ'(λ)rel−Ｖ(λ)|・Δλ}／{ΣＶ(λ)Δλ}]×100（％）…(７)
なお、Ｓ'(λ)relは、
Ｓ'(λ)rel＝{ΣＰ(λ)Ａ・Ｖ(λ)・Δλ}／{ΣＰ(λ) Ａ・Ｓ(λ)rel・Δλ}・Ｓ(λ)rel    …(８)
で表わされる。
【００６８】
また、Ｓ(λ)relは相対分光応答度、Ｐ(λ)Ａは温度2856Ｋの黒体放射の相対分光分布、Δλは測定波長間隔（5nm）で、Σの積算はλ＝380nm〜780nmの範囲で行うようになっている。
【００６９】
図８に戻って、誤差量fsが最小になる板厚の組合せを検討すると、第１フィルタ３１の板厚が1.45mm、第２フィルタ３２の板厚が1.64mmのときに、fs＝6.14％で最小となる。
【００７０】
図９に、この組合せによる相対分光応答度Ｓ(λ)と標準分光視感効率Ｖ(λ)との比較を示す。同図から明らかなように、誤差量fsを更に低減するためには、450〜510nmの波長範囲の応答度を低下させ、510〜550nmの範囲の応答度を増大させる必要がある。しかし、450〜550nmの波長範囲のみの特性を好適に補正するような分光透過特性を有するフィルタは従来存在しなかった。
【００７１】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、シャープカットフィルタからなるフィルタ基板２に微小孔３を分散配置してなる多孔光学フィルタ１を備えており、この多孔光学フィルタ１として、図１０に示すような分光透過率特性を有するものを採用している。これによって、450〜510nmの波長範囲の応答度を低下させている。ところが、これだけでは510〜550nmの波長範囲の応答度も低下してしまうことになる。
【００７２】
そこで、第１フィルタ３１（図７）の板厚を少しだけ薄くして透過率を増大させたものを第１フィルタ２３（図６）として採用し、これによって、510〜550nmの波長範囲の応答度を増大させている。なお、第２フィルタ２４（図６）としては、第２フィルタ３２（図７）と同一の板厚のものを採用している。
【００７３】
このように、第３実施形態によれば、多孔光学フィルタ１の微小孔３の面積比率と第１フィルタ２３の板厚とで最適の組合せを求めることによって、図９において標準分光視感効率Ｖ(λ)からの外れ量が大きい450〜550nmの波長範囲の特性を適正に補正して、図１１に示すように、標準分光視感効率Ｖ(λ)に精度良く近似する分光応答度特性を得ることができ、受光部２０全体として所望の分光応答度特性を得ることができる。図１１の例では、誤差量fs≒３％となり、ＪＩＳのＣ1609−1993に規定される可視域相対分光応答度特性として、精密級を実現することができた。
【００７４】
なお、上記説明では、多孔光学フィルタ１の採用に伴って、第１フィルタ２３（図６）の板厚のみを変化させ、第２フィルタ２４（図６）の板厚は変化させていないが、第１、第２フィルタ２３，２４の特性によっては、両者の板厚を変化させて多孔光学フィルタ１も含めた全体としての分光透過率特性の最良バランスを求めることが必要となる場合がある。このような場合でも、第１、第２フィルタ２３，２４も、多孔光学フィルタ１も、全てのフィルタ要素について分光透過率特性を計算で求めることができるので、第１、第２フィルタ２３，２４の板厚と多孔光学フィルタ１の微小孔の面積比率とをパラメータとして、計算で分光応答度特性を容易に設計することができるとともに、所望の分光応答度特性が得られる板厚および面積比率を高精度で求めることができる。
【００７５】
なお、本発明は、上記第１〜第３実施形態に限られず、例えば以下に示すような変形形態（１）〜（７）を採用することができる。
【００７６】
（１）上記第１、第３実施形態では多孔光学フィルタ１（図１、図６）としてアセテートフィルタからなるフィルタ基板２を用いており、上記第３実施形態では、第１、第２フィルタ２３，２４（図６）として色ガラスフィルタを用いているが、これらに限られず、それぞれ、色ガラスフィルタ、アセテート染色フィルタ、ゼラチンフィルタ、蒸着干渉フィルタなどを用いることができる。
【００７７】
（２）上記各実施形態では、光電変換素子５（例えば図１）として、シリコンフォトセルを用いているが、これに限られず、ゲルマニウムフォトセル、サーモパイル、焦電素子、光電子増倍管などを用いることができる。
【００７８】
（３）上記各実施形態では、微小孔３（図１）および薄膜１３（図５（ｂ））からなる小領域の形状を円形としているが、これに限られず、任意の形状でもよく、また、全ての小領域が同一形状である必要はない。また、それぞれ小領域を規則的に格子状に配列しているが、これに限られない。
【００７９】
すなわち、この微小孔または薄膜からなる小領域については、光電変換素子５の受光面の面積（図６ではアパーチャ２５ａの面積）に対して十分小さい面積の小領域が、受光面の全範囲に亘ってほぼ均一に分散配置されていればよい。これによって、光電変換素子５の受光面における放射照度分布（受光面への入射放射束の偏り）による出力電気信号レベルの誤差、すなわち測光機器における測定誤差を殆ど無視できるレベルにすることができる。
【００８０】
（４）上記第２実施形態では、薄膜光学フィルタ１１は、基板１２として透過率ｔの透明基板上に薄膜１３を形成したものとしているが、これに限られず、基板１２として、分光透過率特性がｔ(λ)の光学フィルタからなるフィルタ基板を用いてもよい。この変形形態によれば、薄膜光学フィルタ１１の分光透過率特性Ｆ(λ)は、
Ｆ(λ)＝ｔ(λ)・{ｆ(λ)・π・ｒ２／Ｐ２＋(Ｐ２−π・ｒ２)／Ｐ２}…(９)
となる。
【００８１】
（５）上記第２実施形態では、薄膜１３を１種類としているが、これに限られず、互いに異なる分光透過率特性を有する複数種類の薄膜を形成するようにしてもよい。これによって、更に、異なる分光透過率特性を有する薄膜光学フィルタ１１を実現することができる。
【００８２】
（６）上記第３実施形態では、多孔光学フィルタ１を１枚のみ用いているが、これに限られず、異なる分光透過率特性を有する多孔光学フィルタ１を複数枚用いてもよい。また、多孔光学フィルタ１に代えて、薄膜光学フィルタ１１を用いるようにしてもよい。
【００８３】
（７）上記第３実施形態では、測光機器の受光装置として照度計の受光部を例にした場合について説明しているが、これに限られず、輝度計、色彩計、写真撮影用露出計、紫外線強度計、黄疸計などの測光機器一般の受光装置に適用することができる。
【００８４】
すなわち、上記第３実施形態では、受光部２０（図６）全体の分光応答度特性として、標準分光視感効率Ｖ(λ)に近似させるようにした例について説明したが、これに限られず、例えばＣＩＥの等色関数ｘ(λ)，ｙ(λ)，ｚ(λ)に近似させるような場合に適用することができ、その他の分光応答度特性に対しても適用することができる。なお、一般に等色関数を表わす記号としてバー付きのものが用いられるが、便宜上、バーを省略している。
【００８５】
更に、上記各実施形態では、測定対象が可視光の場合を例にして説明しているが、これに限られず、紫外域や赤外域などの放射束一般に対して適用することができる。この場合には、光電変換素子として、これらの放射束に対して感度を有するものを用いればよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、光学フィルタと、この光学フィルタを透過した放射束が受光面に入射する位置に配置された光電変換素子とを備えた測光機器の受光装置であって、上記光学フィルタは、フィルタ基板が互いに分光透過率特性の異なる少なくとも２つの領域に所定の面積比率で分割されてなり、一の領域以外の領域は上記フィルタ基板全体に分散配置された複数の小領域の集まりで構成され、上記一領域は上記複数の小領域を除く残りの領域で構成され、上記少なくとも２つの領域のそれぞれは異なる所定の波長範囲の光を透過する分光透過率特性を有し、前記光電変換素子は、上記光学フィルタの少なくとも２つの異なる領域を透過した放射束を面積比率で受光し、前記放射束の強度に応じた電気信号を出力するので、小領域の個数や各小領域の面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性を容易に、かつ精度良く得ることができる。
【００８７】
また、受光装置全体の分光応答度特性は、光学フィルタの分光透過率特性と、光電変換素子の分光応答度特性とによって決まるが、光学フィルタの分光透過率特性として所望の特性が容易に、かつ精度良く得られるので、受光装置全体の分光応答度特性として所望の特性を容易に、かつ精度良く得ることができる。
【００８８】
また、請求項２の発明によれば、前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板全体に分散して穿設された複数の微小孔により構成されているので、この光学フィルタ全体の分光透過率特性は、所定の分光透過率特性から微小孔の部分と微小孔以外の部分の面積比率とで決まることから、微小孔の個数や各微小孔の面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性を容易に、かつ精度良く得ることができる。
【００８９】
また、請求項３の発明によれば、前記複数の小領域は、所定の分光透過率特性を有する光学フィルタからなるフィルタ基板の表面全体に分散して形成された複数の微小面積の薄膜により構成されており、上記薄膜は上記分光透過率特性と異なる少なくとも１つの分光透過率特性を有するものであるので、薄膜の個数、種類や微小面積を変更することにより、光学フィルタ全体の分光透過率特性として所望の特性を容易に、かつ精度良く得ることができる。
【００９０】
また、請求項４の発明によれば、所定の分光透過率特性を有する１枚または複数枚の光学フィルタを更に備えることによって、この光学フィルタと、請求項１〜３のいずれかに記載の光学フィルタと、光電変換素子との組合せにより、受光装置全体の分光応答度特性として所望の特性を更に容易に、かつ精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る光学フィルタの第１実施形態を示す図で、（ａ）は同実施形態である光学フィルタの平面図、（ｂ）は同光学フィルタを備えた受光部の側面図である。
【図２】  多孔光学フィルタの微小孔の形状や間隔を説明する図である。
【図３】  微小孔の面積比率をパラメータとしたときの多孔光学フィルタの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図４】  微小孔の面積比率をパラメータとしたときの多孔光学フィルタの分光透過率特性の一例を示す図である。
【図５】  （ａ）（ｂ）は本発明に係る光学フィルタの第２実施形態を示す図である。
【図６】  本発明に係る測光機器の受光装置の一実施形態である照度計の受光部を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図７】  フィルタおよび光電変換素子のみを用いて、受光部の分光応答度特性を設計する場合の手法を説明するための図である。
【図８】  フィルタの板厚と誤差量との関係を示す図である。
【図９】  図７による相対分光応答度と標準分光視感効率との比較を示す図である。
【図１０】  図６に用いられる多孔光学フィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図１１】  第３実施形態による相対分光応答度と標準分光視感効率との比較を示す図である。
【図１２】  加法混色法を説明する図である。
【図１３】  加法混色法で用いられる積分球を示す図である。
【図１４】  減法混色法を説明する図である。
【符号の説明】
１  多孔光学フィルタ
２  フィルタ基板
３  微小孔
５  光電変換素子
１０，２０  受光部
１１  薄膜光学フィルタ
１２  基板
１３  薄膜
２３  第１フィルタ
２４  第２フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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