(57)【要約】検出器により受け取られる迷光放射の量を減少させるために２つ以上の三角形アパーチャが使用されて源から検出器へ放射を通過させる。好ましくは、２つのアパーチャは、相対的に６０°回転されて向けられている等辺三角形であって該センサからのそれらの距離に比例する寸法を有する。該源からの放射輝度における明滅およびその他の急速な強度変化の効果を減少させるためにベッセル・フィルタが使用される。該センサの出力は積分されて、時間の２の累乗であるサンプリング時間間隔でサンプリングされ、該積分器の出力が全ての放射源強度状態のもとで同じしきい値を上回ったときに読み取り値が供給されるので該メータはいろいろな信号レベルで実質的に一定の解像度を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源の放射輝度を測定するための装置であって、
センサと、
該源から該センサへ放射を通過させるための少なくとも第１の多角形アパーチャと、前記センサは該アパーチャを通過する該放射に応答して出力を供給することと、そして
該出力に応答して読み取り値を供給する回路と、
を含む装置。
【請求項２】
該源から該センサへ放射を通過させるために該第１アパーチャと部分的に重なり合わない第２の多角形アパーチャをさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記多角形アパーチャは実質的に三角形である請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記多角形アパーチャの形状は実質的に等辺三角形である請求項２記載の装置。
【請求項５】
該第１および第２のアパーチャは該アパーチャと該センサとの間の距離に実質的に比例する寸法であり、その２つのアパーチャは、互いに相対的に６０°だけ回転されているように向けられる請求項４記載の装置。
【請求項６】
該センサで受け取られる該源からの放射をフィルタリングするフィルタをさらに含んでおり、前記フィルタは人の目のそれに匹敵する時間周波数応答を有する請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記フィルタは、約１／３秒の積分期間を有するベッセル・フィルタである請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記回路は、積分器と、時間の指数関数である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングして該読み取り値を供給するサンプリング装置とを含む請求項１記載の装置。
【請求項９】
該サンプリング装置は、時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングする請求項８の装置。
【請求項１０】
前記積分器は、いろいろな信号レベルで実質的に一定の解像度を有する請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記回路はダイナミックレンジを有し、前記サンプリング装置は、該積分器の出力をサンプリングして、該出力が該ダイナミックレンジに関して所定値を上回ったときに前記読み取り値を供給する請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
該サンプリング装置は時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングし、前記所定値は該ダイナミックレンジの半分または三分の一より大きくない請求項８記載の装置。
【請求項１４】
前記積分器はＡ／Ｄ変換器を含む請求項８記載の装置。
【請求項１５】
該第１のアパーチャから実質的に焦点距離だけ離れているコリメーティングレンズをさらに含み、該レンズは該源からの放射を該アパーチャに集める請求項１記載の装置。
【請求項１６】
該源から該センサへの放射をフィルタリングする少なくとも１つのカラーフィルタをさらに含み、該装置は該源の放射輝度を少なくとも１つの所定スペクトル通過域内で測定する請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのカラーフィルタは、該装置が該源の放射輝度を１００〜３００ｎｍの範囲内の所定幅の前記少なくとも１つの所定スペクトル通過域内で測定することとなるようなカラーフィルタである請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
放射源の放射輝度を測定するための装置であって、
センサと、
該源から該センサへ放射を通過させるための少なくとも１つのアパーチャと、前記センサは該アパーチャを通過する該放射に応答して出力を供給することと、そして
該出力に応答して読み取り値を供給する回路とを含んでおり、前記回路は積分器と、該積分器の出力を時間の指数関数である時間間隔でサンプリングして該読み取り値を供給するサンプリング装置とを含む前記回路と、
を含む装置。
【請求項１９】
該サンプリング装置は、時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記積分器は、いろいろな信号レベルで実質的に一定の解像度を有する請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
前記回路はダイナミックレンジを有し、前記サンプリング装置は、該積分器の出力をサンプリングして、該出力が該ダイナミックレンジに関して所定値を上回ったときに前記読み取り値を供給する請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
該サンプリング装置は時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングし、前記所定値は該ダイナミックレンジの半分または三分の一より大きくない請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
放射源の放射輝度を測定するための装置であって、
センサと、
該源から該センサへ放射を通過させるための少なくとも１つのアパーチャと、前記センサは該アパーチャを通過する該放射に応答して出力を供給することと、
該センサで受け取られる該源からの放射をフィルタリングするフィルタと、前記フィルタは人の目のそれに匹敵する周波数応答を有することと、そして
該出力に応答して読み取り値を供給する回路と、
を含む装置。
【請求項２４】
前記フィルタは、約１／３秒の積分期間を有するベッセル・フィルタである請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
該第１のアパーチャから実質的に焦点距離だけ離れているコリメーティングレンズをさらに含み、該レンズは該源からの放射を該アパーチャに集める請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
該源から該センサへの放射をフィルタリングする少なくとも１つのカラーフィルタをさらに含み、該装置は該源からの放射輝度を少なくとも１つの所定波長通過域内で測定する請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
積分器と、時間の指数関数である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングして該読み取り値を供給するサンプリング装置とをさらに含む請求項２３記載の装置。
【請求項２８】
該サンプリング装置は、時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記積分器はＡ／Ｄ変換器を含む請求項２７記載の装置。
【請求項３０】
前記積分器は、いろいろな信号レベルで実質的に一定の解像度を有する請求項２７記載の装置。
【請求項３１】
前記回路はダイナミックレンジを有し、前記サンプリング装置は、該積分器の出力をサンプリングして、該出力が該ダイナミックレンジに関して所定値を上回ったときに前記読み取り値を供給する請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
該サンプリング装置は時間の２の累乗である時間間隔で該積分器の出力をサンプリングし、前記所定値は該ダイナミックレンジの半分または三分の一より大きくない請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
放射源の放射輝度を測定する方法であって、
アパーチャを通して源からセンサへ放射を通過させ、前記センサは該アパーチャを通過する該放射に応答して出力を供給し、そして
該センサの出力を積分し、そして
時間の指数関数である時間間隔で該センサの積分された出力をサンプリングして読み取り値を供給すること、
を含む方法。
【請求項３４】
該サンプリングは、時間の２の累乗である時間間隔で積分された出力をサンプリングする請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
放射源の放射輝度を測定する方法であって、
該源から該センサへ放射を通過させ、前記センサは該アパーチャを通過する該放射に応答して出力を供給し、
該センサで受け取られる該源からの放射を、人の目のそれに匹敵する周波数応答を有するフィルタによってフィルタリングし、そして
該出力に応答して読み取り値を供給すること、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に放射源の放射輝度を測定するためのシステムに関し、特に、性能が改善されている輝度メータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
輝度メータには広範な用途がある。それは、例えば、放射線医学において画像を精度改善のために比較できるようにＸ線源等の放射源の強度を校正するために用いられる。
【０００３】
在来の輝度メータは放射源からセンサへ放射を通すために円形アパーチャを使用した。その様な在来の輝度メータでは、使用される円形アパーチャが対称的であるので、迷光放射はアパーチャの縁で反射してセンサに到達する最大の確立を有する。
【０００４】
急速に変化する強度を有する放射源を測定するために在来の輝度メータが使用されるときには、選択されたサンプリング時間により、該メータは人の目により知覚されるそれとは大幅に異なる読み取り値を与えることがある。例えば、在来の輝度メータが例えばカソード・アレイ・チューブ・スクリーンからの放射輝度を測定するために使用されるときには、蛍光体からの放射輝度は急速に弱る。従って、該スクリーンが測定されるときに使用される在来の輝度メータのサンプリング時間により、測定される放射輝度は、該放射輝度が顕著に低下した後の蛍光体からのそれであることがあるので、該メータにより与えられる読み取り値は、人の目により観察されるそれとは顕著な量だけ異なることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
在来の輝度メータは、或る用途には充分であるかも知れないけれども、高い性能を要求する放射線医学などにおける他の用途のためには充分なダイナミックレンジおよび解像度を提供しない。従って、性能要件が高いその様な他の用途のニーズを満たすことのできる改良された輝度メータを提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非対称的なアパーチャまたは非対称的アパーチャの組み合わせを使用することにより、センサまたは検出器により受け取られる迷光放射の量を、円形アパーチャを使用する在来の輝度メータの場合のそれと比べて減らすことができるという所見に基づく。本発明は、人の目のそれに似る時間的周波数応答を有するフィルタによって測定されるべき源からの放射をフィルタリングすることによって測定の精度を大幅に改善できるという所見にも基づく。さらに、センサの出力を積分し、時間の指数関数である時間間隔でその積分された出力をサンプリングして読み取り値を供給することによって該メータの性能を向上させることができる。この様にして、非常にまちまちな強度の放射源を測定するために該メータが使用されるときに該メータの高くて実質的に一定の解像度を達成することができる。
【０００７】
説明を単純にするために、同一の構成要素には同じ番号が付されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施態様を示す輝度メータのコンポーネントのうちの幾つかの透視図である。前述したように、在来の輝度メータにおいて大量の迷光がセンサにより検出される理由の１つは、在来の輝度メータが円形アパーチャを使用することである。円形アパーチャは対称的であるので、迷光が該アパーチャに入って通り抜けて検出器に到達しやすい。対照的に、図１の輝度メータ１０では、１つ以上の多角形アパーチャが使用されている。多角形アパーチャは非対称的であるので、検出器に到達することのできる迷光放射の量は大幅に減少される。図１に示されているように、多角形（この場合には三角形）アパーチャ１２は放射源１４から放射をセンサ１６へ通す。金属板１２ａなどの不透明な板に形成されている多角形アパーチャ１２などの非対称的アパーチャを使用することにより、センサ１６に達する放射源１４から発する迷光の量が減少される。
【０００９】
好ましくは、アパーチャ１２を通過した迷光放射の通過をさらに妨げて、センサ１６に到達する迷光放射の量をさらに減少させるために、不透明な板１８ａに形成された第２の多角形アパーチャ１８が採用されてアパーチャ１２とセンサ１６との間に置かれる。好ましくは、コリメーティングレンズ２０は源１４から供給される放射を集めて該放射をセンサ１６のアパーチャ１２および１８に結像させる。コリメーティングレンズ２０は、アパーチャ１２からその焦点距離ｆだけ離れることとなるように置かれることができる。この様にして、測定を行うために充分な強度の放射を集めるためにアパーチャ１２および１８を放射源１４の近くに置く必要はなく、輝度メータ１０はユーザにとってより便利なものとなる。
【００１０】
図１では２つのアパーチャ１２および１８は同等の寸法に見えるかも知れないけれども、図２に示されているように第２のアパーチャ（図２で１８’が付されている）をアパーチャ１２より小さい寸法とするのが好ましい。図１および２に示されているように、２つのアパーチャ１２および１８（または１８’）は、軸２２が実質的にレンズ２０およびアパーチャ１２および１８（または１８’）の中心を通るメータ１０または１０’の軸２２に沿って見られたときに正確に重ならないように向けられる。この様にして、アパーチャ１２をその隅の付近で通過する迷光放射は板１８ａ（または１８’ａ）によって遮られて、アパーチャ１８（または１８’）を通過しない。これは、図２に示されているようにアパーチャ１８’がアパーチャ１２より小さい場合に特に有効である。好ましい実施態様では、アパーチャ１２および１８（または１８’）は三角形の形状であるけれども、正方形などの他の多角形形状が可能である。一般に、多角形アパーチャ１２および１８（または１８’）の辺の数はｎであって良く、このｎは２より大きい正の整数である。明らかに、ｎの値が大きいほど、多角形アパーチャの形状は円形アパーチャに近くて、それらの多角形アパーチャはセンサに到達する迷光放射の量を減らす上で効果が小さい。
【００１１】
図２に示されているように、レンズ２０の円形アパーチャは該円錐体２４の底で該円錐体の頂点２４ａはセンサ１６にある点によって、円錐体を形成することができる。アパーチャ１２および１８’は、好ましくは、該アパーチャの三角形形状の全ての辺が図２に示されているように円錐体２４の表面に接触するような寸法である。好ましくは、アパーチャ１２および１８’は等辺三角形である。従って、図２からアパーチャ１２および１８’の寸法は実質的にセンサ１６からの距離に比例することが分かる。
【００１２】
図３Ａは、図２のシステム１０’の軸２２に沿って見られたときの２つのアパーチャ１２および１８’の略図であって、本発明の好ましい実施態様を示す。図１に示されている寸法とは異なって、アパーチャ１８’の寸法は、図３Ａに示されているようにアパーチャ１２の寸法より小さく示されている。さらに、２つのアパーチャの相対的方位は、それらが好ましくは約６０°である角度だけ回転され、アパーチャ１８’および板１８ａ’は迷光放射を遮るのに最善の位置にある。この様にして、アパーチャ１２の陰になる領域１２ｂを通過する迷光放射は板１８ａ’により妨げられることができ、アパーチャ１８’を通過しない。アパーチャ１８’はアパーチャ１２より小さいので、陰になる領域１２ｂは、この２つのアパーチャが同じサイズである場合よりも比較的に大きく、アパーチャ１８’はセンサへの迷光放射を妨げる上でより有効である。
【００１３】
図３Ｂは、アパーチャ１２および１８または１２および１８’の代わりに使用され得る２つのアパーチャ５２および５８の略図であり、本発明の他の実施態様を示す。アパーチャ１２および１８または１２および１８’が図３Ｂに示されているようにアパーチャ５２および５８と置き換えられる場合、その様に構成された輝度メータもセンサに到達する迷光放射の量を減らす上で効果があるけれども、図３Ｂの構成は図３Ａのそれより効果が低いであろう。
【００１４】
図４は、メータ１０のセンサ１６および他のコンポーネントのブロック図であり、ここでそのコンポーネントはセンサ１６の出力を処理するための回路を含んでおり、本発明の好ましい実施態様を示す。前述したように、放射源１４からの強度は時間がたつに連れて急速に変化することがある。例えば蛍光体から放出される放射輝度が急速に減衰するカソード・アレイ・チューブの場合にはそうである。その様な急速な変化および減衰に目は気づかない。その代わりに目は、時間がたつに連れて対数的に検出される放射の平均値を与えるように累積する。しかし、在来の輝度メータでは、源１４からの放射が測定される時間によっては、検出される源の放射輝度は人の目により観察されるそれとは全く違うことがある。これは、本発明によって、輝度メータ１０の回路７０においてセンサ１６の出力をフィルタリングするフィルタを使用することにより克服される。センサ１６はフォトダイオード、光電子増倍管または他の任意の適当なタイプの光センサであって良い。フィルタ７２は、人の目のそれに似ている時間周波数応答を有する。好ましくは、フィルタ７２は約１／３秒の積分時間を有するベッセル・フィルタを包含する。フィルタ７２の出力は、コンデンサを含むことのできる積分器７４に供給される。積分器７４の出力はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７６によりデジタル信号に変換され、その出力はマイクロプロセッサ８０に供給される。
【００１５】
人の目は、明るい日光の中で、また微かに照明されている部屋の中でも灰色の細かい陰影を見分ける驚くべき能力を持っている。しかし、在来の輝度メータは、一般にこの点で貧弱な性能を有する。この用途での輝度メータはいろいろな信号レベルで実質的に一定の解像度を達成できるので、該メータは明るい日光の中で、また微かに照明されている部屋の中でも灰色の細かい陰影を見分けることができる。これは、積分器７４、Ａ／Ｄ変換器７６およびマイクロプロセッサ８０を使用して実現される特徴により達成される。積分器７４は、フィルタ７２から出力されるアナログ信号を蓄積するコンデンサを包含する。
【００１６】
積分器７４内のコンデンサは、バス８２を通して積分器７４を制御するマイクロプロセッサ８０により初期化プロセスの一部分として放電される。この目的のために、積分器７４は該コンデンサを放電させるために該コンデンサに短絡回路を与えるために使用されることのできる第１スイッチを包含し、この第１スイッチがマイクロプロセッサ８０によりオンに切り換えられると該スイッチは該回路を閉じて積分器７４内の該コンデンサを放電させる。これは、積分器７４内のコンデンサが、バス８２を通してマイクロプロセッサ８０により制御される第２スイッチを通してフィルタ７２から電気的に切り離されるときに行われる。しかし、放電プロセス後にも該コンデンサに残留電荷があって積分器７４の出力が正確にゼロではないことがしばしばある。この値は、変換器７６によってデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ８０により読まれる。この値は、その後、精度を改善するために後の読み取り値から差し引かれることができる。
【００１７】
従って、フィルタ７２の出力を処理するプロセスを開始するために、該コンデンサを放電させて、フィルタ７２が積分器７４から電気的に切り離されたときの読み取り値を記録することにより、バス８２を通してマイクロプロセッサ８０は上記のプロセスを実行する。その後、マイクロプロセッサ８０は該第２スイッチによりフィルタ７２の出力を積分器７４に電気的に接続させて該コンデンサを充電させると共にクロックを始動させる。該コンデンサの電圧はフィルタ７２の出力に応答して高まり続ける。この電圧値はＡ／Ｄ変換器７６によってデジタル値に変換される。変換器７６はダイナミックレンジを有する。一実施態様では、変換器７６は１６ビットのダイナミックレンジを有するけれども、精度改善のために始めの１２ビットだけが使用される。該メータが微かに照明されている部屋の中で使用されるのに対して明るい日光の中で使用される場合などに、輝度メータ１０をいろいろな信号レベルに順応させるために、積分器７４がフィルタ７２の出力を積分する時間は信号レベルの差を補償するために制御される。好ましい実施態様では、これはマイクロプロセッサ８０が時間の指数関数である時間間隔で積分器７４の出力をサンプリングすることにより行われる。もし第１サンプリング時間間隔が５０ミリ秒であるならば、サンプリング時間間隔は１００ミリ秒となり、第３は１００ミリ秒で第４は２００ミリ秒、等々である。換言すると、好ましくは、変換器７６およびマイクロプロセッサ８０などの使用されるサンプリング装置は積分器の出力を時間の２の累乗である時間間隔でサンプリングする。これは、信号を対数的に蓄積する人の目の機能に似ている。Ａ／Ｄ変換器７６の出力がそのダイナミックレンジに関して一定の所定しきい値の値を上回ると、マイクロプロセッサ８０はその値を記録して、それを輝度メータ１０の出力として出力８４から供給する。
【００１８】
明るい日光の中では、積分器７４内のコンデンサの電圧は急速に高まって、数サンプリング時間間隔後に変換器７６の出力を急速に該しきい値より上回らせ、このときマイクロプロセッサ８０は変換器７６の出力を所定しきい値と比較して、このしきい値を上回ったときに出力８４に読み取り値を供給する。しかし、微かに照明されている部屋では、変換器７６の出力が該しきい値を上回るためにコンデンサの電荷が増加するためにはもっと多くのサンプリング時間間隔が必要となるかも知れない。該メータが明るい日光の中でおよび微かに照明されている部屋の中で（即ち、源１４の異なる放射輝度信号レベルで）使用されるとき、同じしきい値がマイクロプロセッサ８０により使用されるので、出力８４は該メータが異なる放射輝度信号レベルで使用されるにもかかわらず実質的に一定の解像度読み取り値を提供する。該しきい値は、変換器７６のダイナミックレンジの半分または三分の一に設定されることができる。時間の２の累乗であるサンプリング時間間隔は、変換器７６の一部分を形成することのできる浮動小数点ラダー回路によって簡単に実現されることができる。代わりの実施態様では浮動小数点ラダー回路を使用する代わりに類似の機能がマイクロプロセッサ８０によって明らかに実行されることができる。時間の２の累乗以外のサンプリング時間間隔が明らかに使用されることができて、これは本発明の範囲内にある。
【００１９】
所望の場合には、アパーチャ１８とセンサ１６との間に帯域フィルタを使用することができる。好ましくは、このフィルタは図１に示されているようにセンサ１６の上の１６ａ等の材料の層から成ることができる。該フィルタの通過域の幅は、如何なる値を有することもできて、好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲内にある。この様にして、該通過域またはフィルタ１６ａ内の源１４からの放射の放射輝度だけがメータ１０によって測定される。
【００２０】
図５は、放射の３つの異なる波長範囲で源からの放射輝度を同時に測定するための輝度メータのコンポーネントの幾つかの透視図である。センサ１１６は“赤”領域にスペクトル通過域を有するフィルタ１１６ａを有することができ、センサ１２６は“青”領域に通過域を有するフィルタ１２６ａを有することができ、センサ１３６は“緑”領域に通過域を有するフィルタ１３６ａを有する。この様にして、３つの“赤”、“青”、および“緑”全ての波長範囲内の同じ源からの異なる放射輝度が同時に検出されることができる。
【００２１】
上記でいろいろな実施態様を参照して本発明を説明したけれども、本発明の範囲から逸脱せずに変更および修正を行うことができることが理解され、それは添付されている請求項およびその同等物によってのみ画定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好ましい実施態様を示す輝度メータのコンポーネントの透視図である。
【図２】
図１および３Ａの２つの三角形アパーチャおよび図１のレンズの略図であり、図１および３Ａの実施態様を説明するためにその２つのアパーチャの好ましい寸法を示す。
【図３Ａ】
２つの三角形アパーチャと、図１の実施態様に使用されるときのその相対的方位との略図であり、本発明の好ましい実施態様を示す。
【図３Ｂ】
図１の実施態様において三角形アパーチャの代わりに使用されることのできる２つの実質的に正方形のアパーチャの略図であり、代わりの実施態様を示す。
【図４】
図１のセンサと、該センサの出力を処理するための回路とのブロック図であり、本発明の実施態様を示す。
【図５】
３つの異なる波長範囲のための別々の光路と異なるセンサとを有する輝度メータの透視図であり、本発明の他の実施態様を示す。
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004502159.tif 000005
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2004502159.tif 000013
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2004502159.tif 000017
2004502159.tif 000018
2004502159.tif 000019
2004502159.tif 000020
2004502159.tif 000021
2004502159.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004502159.tif 000023
【国際調査報告】
2004502159.tif 000024
2004502159.tif 000025