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日本工業規格

JIS

 C

6181

-1995

 (IEC

1040

 : 1990

)

レーザ放射パワー及びエネルギー

測定用検出器,測定器及び測定装置

Power and energy measuring detectors,

instruments and equipment for laser radiation

この規格は,1990 年第 1 版として発行された IEC 1040 (Power and energy measuring detectors, instruments and

equipment for laser radiation)

を翻訳し,技術的内容及び規格票の様式を変更することなく作成した日本工業

規格である。

なお,この規格で下線(点線)を施してある“参考”は,原国際規格にはない事項である。

1.

範囲及び目的

この規格は,光波長範囲(波長 100nm∼1mm)のレーザ放射パワー及びレーザ放射エネルギーを測定す

る測定器及び測定装置に適用する。検出器が別に提供された場合も,この規格を適用することとする。

この規格の目的は,レーザ放射パワー及びエネルギー測定用検出器,測定器,及び測定装置の特性を評

価するための試験手順及び製造標準と共に,定義及び最低要求事項を規定することである。

指示計及び測定装置の電気的安全性については,IEC 1010-1 を参照。

参考(1)  この規格の引用規格を,次に示す。

IEC 825

  Radiation safety of laser products, equipment classification, requirements, and user's guide

IEC 1010-1

  Safety requirements for Electrical equipment for measurement, control, and laboratory use−Part

1 : General requirements.

なお,IEC 825 に対応する日本工業規格は,JIS C 6802(レーザ製品の放射安全基準)-1992

である。

(2)

  この規格に関連する日本工業規格を,次に示す。

JIS C 6180-1991

  レーザ出力測定方法

JIS C 6182-1991

  レーザビーム用光パワーメータ試験方法

2.

用語

この規格の目的のために,次の定義を適用する。

2.1

校正  (Calibration)

明記された条件のもとで,測定器の指示値又は検出器の出力信号と,測定量の基準に相当する値との間

の関係を求める操作。

備考  校正の結果は,校正係数で表される場合がある。その校正係数は,一つの値又は校正曲線の形

で示される。


2

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

2.2

校正係数  (Calibration factor)

検出器入力量に対する測定器指示値の係数。

2.3

検出器  (Detector)

レーザ検出器を参照。

2.4

測定装置(レーザパワー又はエネルギー測定用)  [Equipment (for measuring laser power or energy)]

補助機器と組み合わせてレーザパワー,又はエネルギーを測定する測定器。

2.5

測定誤差  (Error of measurement)

測定値と測定量の真の値との差。

2.6

下降時定数  (Fall time constant)

定常入力を取り除いた後,検出器出力がその初期値から全変化の

e

1

まで下降するのに要する時間。

2.7

指示計(レーザ検出器用の)  [Indicator (for a laser detector)]

検出器出力をラジオメトリック単位(エネルギーの単位)で指示する機器。

2.8

個別の不確かさ (Individual uncertainties)

測定結果 が種々の(無相関な)影響量 x

i

 (i

=1, 2, 3…)  に依存する場合,変数 x

i

が与えられ,その影響

量の幅⊿x

i

が決定したとき,この⊿x

i

だけに起因する不確かさは,個別の不確かさ⊿y

i

であり,次の式で近

似される。

i

i

i

x

x

y

y

・⊿

=

2.9

測定器(レーザパワー又はエネルギー測定用)  [Instrument (for measuring laser power or energy)]

レーザ検出器と指示計とを組み合わせたもの。

2.10

放射照度 (Irradiance)

面の一点で,その点を含む面要素に入射する放射パワーd

Φをその面要素の面積 dA で除した値。

記号:E

dA

d

E

Φ

=

単位:W/m

2

2.11

レーザ (Laser)

主として,制御された誘導放出の過程によって光波長範囲の電磁放射を生成,又は増幅することができ

る機器(IEC 825 参照)

2.12

レーザ検出器(略記:検出器)  (Laser detector)

レーザ放射パワー又はレーザ放射エネルギーを物理量に変換する機器。信号処理及び表示は含めない。

2.13

レーザ放射  (Laser radiation)

制御された誘導放出の結果として生成される光波長範囲のレーザ製品によって放出されるすべての電磁

放射。

2.14

測定結果 (Measurement result)

指示値に対してすべての適切な補正(校正係数を含む。

)を行った後に得られる値。

2.15

光波長範囲  (Optical spectral range)

電磁放射の 100nm から 1mm までの波長範囲。

2.16

放射エネルギー  (Radiant energy)

放射の形態で,放出,伝送又は受光されるエネルギー。

記号:Q


3

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

単位:J

2.17

放射露光量 (Radiant exposure)

面の一点で,その点を含む面要素に入射する放射エネルギーをその面要素の面積で除した値。

記号:H

Edt

dA

dQ

H

ò

=

=

単位:J/m

2

2.18

放射パワー(放射束)  [Radiant power (radiant flux)]

放射の形態で,放出,伝送又は受光されるパワー。

記号:

φ

dt

dQ

=

φ

単位:W

2.19

適用範囲  (Range of application)

確度階級以内で,信頼できる測定のために必要な検出器,測定器,又は測定装置のすべてのパラメータ

の分かっている範囲,及び検出器に対して過負荷の危険がない範囲。

2.20

相対不確かさ  (Relative uncertainty)

測定の不確かさを測定量の真の値によって除したもの。

2.21

応答の時定数  (Response time constant)

定常入力を瞬時に加えたとき,検出器出力がその初期値からその最終値の 1−

e

1

まで上昇するのに要する

時間。

参考  応答の時定数は,JIS Z 8103(計測用語)の定義によれば,検出器出力の上昇時及び下降時の

応答時定数の両方を指すが,本規格では上昇時の応答時定数として定義している。

2.22

感度 (Responsivity)

検出器出力量 Y を検出器入力量 X で除した値。

記号:S

X

Y

S

=

2.23

二乗和平方根の不確かさ (Root-sum-square uncertainty)

個別不確かさの二乗和の平方根。

2.24

校正のスペクトルバンド幅  (Calibration spectral bandwidth)

放射源のスペクトルバンド幅以外の他の条件を一定としたとき,分光感度の変化が校正不確かさの

10

1

相当する値を超えないスペクトルバンド幅。

2.25

分光感度  (Spectral responsivity)

検出器出力の変化分 dY  (

λ)  と波長λでの単一波長の検出器入力量の変化分 dX  (λ)  との商を波長λの関数

として表したもの。

記号:(

λ)

)

(

)

(

)

(

λ

λ

λ

dX

dY

S

=

2.26

測定の不確かさ 

(Uncertainty of measurement)

測定量の真の値が存在する範囲を

95%

の信頼水準で推定したもの。

2.27

待ち時間

 (Waiting time)

一定放射パワーで検出器受光面を照射し始めてから,検出器出力又は測定器指示値が,その最終静止値

に比べて校正の不確かさの

10

1

に相当する値に達するまでの時間。


4

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

2.28

ゼロドリフト

 (Zero drift)

検出器を照射しないときに生じる検出器出力又は測定器指示値の変動。

3.

要求事項

レーザ放射を測定するためのすべての検出器,測定器及び測定装置は,適正に校正され,過負荷試験に

合格し,3.1 に規定された最低要求事項を満足しなければならない。

もし,最低要求事項を満足する一方で,その性能量の範囲がある特定のパラメータに依存するときは:

a)

それらのパラメータ及びその許容範囲を記載しなければならない。

b)

この機器は,3.1 の要求事項も引き続き満足しなければならない。

3.1

最低要求事項

4.

に記載された試験方法及び試験条件を適用するときは,次の測定誤差を超えてはならない。製造業者

が検出器又は測定器の使用条件に制限をつけることによって,記載された幾つかの誤差要因が意味をもた

なくなる場合は,それらを無視することができる(

例:一定のレーザの波長を対象にして作られた測定器

の感度の波長依存性)

。これら試験を検出器ではなく測定器又は測定装置に対して適用する場合,感度は校

正係数に置き換える。

3.1.1

時間による感度の変化±

5%

3.1.2

検出器受光面上の感度の不均一性±

5%

3.1.3

照射中の感度の変化±

2%

3.1.4

感度の温度依存性±

5%

3.1.5

無偏光放射に対する感度の入射角依存性±

2%

3.1.6

感度の放射パワー又は放射エネルギー依存性(非直線性)±

5%

3.1.7

感度の波長依存性±

5%

3.1.8

直線偏光放射に対する感度の偏光依存性±

2%

3.1.9

繰返しパルス放射の時間に関する平均誤差±

5%

3.1.10

ゼロドリフト±

5%

3.1.11

校正の不確かさ±

10%

3.2

確度階級の仕様をもつ検出器,測定器又は測定装置に対する追加要求事項

確度階級の階級分けを行う場合(次の階級分け参照)

,製造業者が検出器,測定器又は測定装置の使用条

件に制限をつけることによって,その誤差が意味をもたなくなる場合を除いて,3.1.13.1.11 に記載され

たすべての誤差要因を考慮しなければならない。

感度の温度依存性,非直線性及び波長依存性による測定誤差を,表,特性曲線及び関数補正によって,

確度階級を満足するように使用者が補正するときは,階級の表示に“

L

(制限付きを表す。

)の文字を付

け加えなければならない。確度階級を満足する条件が補正の手段を用いる場合に限定されたり,又は特別

に空調された部屋の中でゼロドリフトを十分小さく抑えることによって,その測定誤差が確度階級を満足

するようなときにも,同様のことが適用される。

備考

階級の表示は,パーセント表示による測定の不確かさのおおよその推定値を提供するものであ

る。測定の不確かさは,個々の場合に,測定条件及び個別の不確かさを解析することによって

だけ厳密に記述できる。それは,階級表示によって推定される値よりも大きかったり,又は小

さかったりする。

3.2.1

クラス 20


5

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

3.1

の要求事項を満足する検出器,測定器及び測定装置は,クラス

20

に含める。

3.2.2

クラス 10

個別の不確かさの絶対値の総和が

20%

を超えず,二乗和平方根の不確かさが

8%

を超えてはならない。

3.2.3

クラス 5

個別の不確かさの絶対値の総和が

10%

を超えず,二乗和平方根の不確かさが

4%

を超えてはならない。

3.2.4

クラス 2

個別の不確かさの絶対値の総和が

4%

を超えず,二乗和平方根の不確かさが

1.6%

を超えてはならない。

3.2.5

クラス 1

個別の不確かさの絶対値の総和が

2%

を超えず,二乗和平方根の不確かさが

0.8%

を超えてはならない。

3.3

校正

検出器,測定器又は測定装置は,少なくとも

1

点以上の波長

λ

で標準放射計との比較によって校正され

なければならない。放射源は,波長

λ

の単色放射,又はスペクトルバンド幅が

λ

の近傍に制限された多色放

射を用いる(2.24 参照)

3.4

過負荷

4.12

による過負荷試験が実施された後でも,最低要求事項及びそれぞれの確度階級の要求事項を満足し

なければならない。

3.5

使用者による動作点検

クラス

5

,クラス

2

及びクラス

1

の検出器,測定器及び測定装置は,使用者が正常な動作を点検できる

ような何らかの手段(

例:吸収体の電気的加熱,補助的な放射源)をもっていなければならない。その場

合,定格指示値からの相対偏差,すなわち,その階級の最大許容不確かさの

2

1

の値が測定できなければな

らない。

4.

試験

試験を検出器ではなく測定器又は測定装置に適用する場合,感度は校正係数に置き換えることとする。

4.1

感度の経時変化

4.1.1

照射時の経時変化

検出器受光面の中心部を最大許容放射照度の少なくとも

80%

以上(最大

100%

)で,次のような条件で

照射した後,感度の非可逆性相対変化を測定する(この過程で,照射面積が検出器受光面の

80%

未満のと

きは,感度の均一性試験をさらに全受光面にわたり行う。

a)

連続波レーザのパワー及び繰返しパルスレーザの平均パワー測定用検出器の場合

連続波レーザ,又は検出器指定の波長範囲で発光する他の連続波放射源を用いて,

100

時間照射す

る。

b)

パルスレーザのパルス・エネルギー測定用検出器の場合

レーザパルスを

1 000

パルス照射する。ここで,パルスの間隔は,検出器の下降時定数より短くて

はならない(最大許容放射照度は,試験レーザのパルス持続時間によることがある)

4.1.2

保存時の経時変化

検出器を周囲温度

40

±

2

℃及び相対湿度

95%

以上で

10

日間保存した後,感度の相対変化を測定する。

4.2

感度の位置特性(不均一性)

受光面の各面要素を時間的に一定の放射照度のビームによって,一点ずつ照射したときに,検出器出力

の最大相対変化を測定する。


6

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

ピーク値に対して

e

1

の点で測定したビーム径は,受光面の対角線寸法の

10

1

とし,

1mm

又は校正に使用さ

れる電磁放射の波長の

20

倍のいずれか小さい方よりも大きくなければならない。

参考

各面要素を連続的に照射するときは,検出器の応答の時定数及び下降時定数の和の

10

倍以上の

時間間隔で測定する。

また,JIS C 6182 に規定のビーム径の定義を適用する場合は,ピーク値に対して

2

1

e

の点で測

定したビ−ム径が受光面の対角線寸法の

7

1

以下とする。

4.3

照射中の感度の変化

時間的に一定の最大許容放射パワー(連続波レーザパワー測定用検出器の場合)

,又は下降時定数の

4

倍の繰返し周期のレーザパルスで最大許容パルスエネルギー(パルスレーザの出力エネルギー測定用検出

器の場合)によって

1

時間照射し,その期間中の感度の可逆性相対変化を測定する。製造業者がパルス占

有率の限界値を仕様に明記しているときは,明記された限界値の

2

倍で試験しなければならない。

4.4

感度の温度依存性

周囲温度

0

40

℃の範囲内で,感度の可逆性相対変化を測定する。その場合,試料及び環境が温度安定

状態になるまで必ず待たなければならない。

4.5

無偏光放射に対する感度の入射角依存性

無偏光放射を用いて,明記された照射方向を中心に

5

°の円すい内で,感度の最大相対変化を測定する。

検出器が明記された照射の方向に対して入射角の偏差を

5

°よりも小さく保つための補助調整器を含む場

合は,明記された調整の不確かさ以内で感度の相対変化を測定する。

4.6

感度の放射パワー又は放射エネルギー依存性(非直線性)

製造業者によって明記された放射パワー又は放射エネルギーに対する適用範囲内で,感度の定格値から

の最大相対偏差を測定する。

一連の測定中は,

ビームの空間分布とともにビーム径は変化してはならない。

検出器が非直線性の部分を補正できる専用の校正器を含んでいる場合,又は製造業者が校正曲線,表,

又は放射パワー(放射エネルギー)と出力との関係を示した数式を提供する場合には,残りの残留誤差を

測定する。

4.7

感度の波長依存性

明記された波長範囲で,分光感度の相対変化を測定する。製造業者が校正曲線,表,又は関数補正の形

で分光感度を提供する場合,そこに示された分光感度と実際の分光感度との最大相対偏差を測定によって

求めるか,又は校正手順から推定する。

4.8

直線偏光放射に対する感度の入射角依存性

偏光面の異なるそれぞれの直線偏光放射に対して,明記された照射方向を中心に

5

°の円すい内(又は

調整の不確かさによって与えられた円すい以内)で,感度の最大相対変化を測定する。

4.9

時間に関する平均化

レーザパルス繰返し周波数及びパルス占有率に対して明記された適用範囲内で,連続波放射に対する感

度からの最大相対偏差を測定する。その場合,算術平均値を時間に関する放射パワーの平均値としてみな

す。

4.10

ゼロドリフト

検出器,測定器又は測定装置を

10

分間予熱後,温度傾斜

5

±

0.5K/h

及び空気流速度

1m/s

以上での

1

間の動作期間中,それぞれの測定レンジの最大指示値又は最大出力に対する最大相対ゼロドリフトを測定

する。製造業者がゼロドリフトに対する補正方法を示している場合は,それによって補正後の残留誤差を

測定する。製造業者によって提供された取扱説明書の中で,温度傾斜及び空気流速度について明白に制限


7

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

がつけられている場合は,それらの制限条件のもとで測定を行わなければならない。

4.11

校正

校正の正確さは,製造業者によって明示された校正波長で,試験する検出器,測定器又は測定装置を標

準放射計と比較することによって評価しなければならない。

その場合,検出器受光面の中央部分

50%

に,放射照度の最大値の

63% [(1

e

1

)

×

100%]

以上を照射しな

ければならない。校正の不確かさを求める場合,3.に示された誤差要因を考慮に入れて,標準放射計の不

確かさ及び値付けの不確かさを考察する。これらの照射条件は,例えば,開口絞りによってガウスビーム

の中心部分を切り出す方法を用いて実現してもよい。

参考

開口絞りを用いる場合は,回折光が入射しないように注意する。

他の試験方法を用いる場合,それらの方法が同じ結果をもたらすことを証明しなければならない。

4.12

過負荷

過負荷試験は,次の条件で検出器の全受光面を照射して行う。

a)

レーザの(平均)出力パワー測定用検出器の場合

応答時定数の

10

倍の時間又は

10

分間のいずれか大きい方の時間,最大許容放射照度の

2

倍のパワ

ーを照射する。

b)

レーザパルスのパルスエネルギー測定用検出器の場合

最大許容パルスエネルギーの

2

倍のエネルギーのパルスを,下降時定数の繰返し周期で,

1

パルス

ずつ合計

10

パルス照射する。

製造業者が仕様に明記した波長範囲のレーザ又は他の放射源は,この試験の放射源として使用すること

ができる。

5.

取扱説明書

レーザ放射測定用のすべての検出器,測定器又は測定装置には,少なくとも次の内容を含んだ取扱説明

書を添付しなければならない。

5.1

特性データ

検出器又は測定器についての次の特性データを,取扱説明書に明示しなければならない。

校正での測定条件を含む感度又は校正係数;

応答時定数及び下降時定数;

待ち時間(連続波レーザ検出器の場合)

3.1.1

3.1.11 に明記された測定の不確かさ;

スペクトルバンド幅(可能な限り,波長範囲による差異を明示したもの)

波長範囲;

補正表,補正曲線,補正式;ただし,3.1 の最低要求事項又は 3.2 の階級要求事項を満足するために

必要な場合;

検出器の有効受光面積又は限界開口絞り。

明示されたこれらの特性データの適用に関して何らかの制限を伴う場合には,この事実を取扱説明書に

記載しなければならない[一つの例として,感度又は校正係数の波長依存性を補正しなければならないよ

うな検出器,測定器又は測定装置を,二つ以上の波長(線)で同時に発光するようなレーザを測定するた

めに使用しなければならない場合は,それらの発光線が一つのスペクトルバンド幅の中に入っているとき

に限り使用できるということを明示しなければならない。


8

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

もしも,不確かさが 3.1 に記載の要因以外の環境条件(振動,電界,磁界)に起因するならば,それら

を明示するとともに,それらの影響を評価することが望ましい。

5.2

限界値

a)

連続波レーザ測定用検出器,測定器及び測定装置

放射照度及び放射パワーに対する最大許容値を明示する。

b)

パルスレーザ用検出器,測定器及び測定装置

放射照度,放射露光量及びパルスエネルギーの最大許容値を,パルス持続時間の関数として表した

表,グラフ又は数式を明示する。加えて,最大許容パルス繰返し周波数についても同様に明示するこ

と。

5.3

特殊な取扱方法

最低要求事項又は階級の要求事項が 3.2 に記載されたような一定の制限条件でだけ守られるとき(例え

ば,コーン型カロリメータの場合の空気の対流のない部屋の条件,又は測定結果の補正の必要性など。

それらの要求事項は,制限条件も含めて詳細に明示しなければならない。

5.4

パワーレンジ(エネルギーレンジ)

直線性が確認され,上限値が規定されたパワー(エネルギー)の測定範囲をパワーレンジ(エネルギー

レンジ)と呼ぶ。

5.5

調整

取扱説明書には,レーザビームに関する検出器の位置決め及び調整の方法を含める。

5.6

損傷

それぞれの検出器の種類に特有な

(例えば,

過負荷による。

損傷の危険性に対する注意を促すとともに,

感度の変化の有無及びその程度について明示しなければならない。

5.7

危険

レーザ利用の安全性についての法規を考慮して,検出器からの反射光によって,人間及び物体がどの程

度危険にさらされるか明示しなければならない。

5.8

保守

確度階級を維持するために必要な保守の方法を明示する。

5.9

保存条件

確度階級を維持するために考慮に入れなければならない保存条件(

例:温度範囲,相対湿度)を明示す

る。

5.10

動作点検の範囲

検出器,測定器又は測定装置がその正常な動作を試験するために補助的な機器を含む場合,この試験に

よって点検されない測定器の構成部品について明示する(例えば,点検のために電気的加熱機器を使用し

たとき,検出器の吸収体は,何も点検されていないというようなこと。

6.

表示及び銘板

銘板を検出器,測定器又は測定装置に取り付けるとともに,少なくとも次の情報を提供する。

製造業者名;

製造番号,製造年;

確度階級;

最大放射照度,

W/mm

2

又は放射露光量,

J/mm

2


9

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

波長範囲。

最大許容放射エネルギー又は最大許容放射パワーがパラメータ(

例:波長,パルス持続時間)に依存す

る場合,その詳細が明記されている取扱説明書の関連項目を参照するための指示を銘板に明記する。

電子部会  オプトエレクトロニクス専門委員会  構成表

氏名

所属

(委員会長)

田  中  俊  一

東京理科大学

日  高  建  彦

工業技術院電子技術総合研究所

佐  藤  卓  蔵

財団法人光産業技術振興協会

中  島  一  郎

通商産業省機械情報産業局

倉  重  有  幸

工業技術院標準部

吉  田  淳  一

日本電信電話株式会社

波  平  宜  敬

国際電信電話株式会社

津  田      宏

東京電力株式会社

佐々木  孝  一

東日本旅客鉄道株式会社

弘  田  康  英

日体放送協会

荻      雅  勇

住宅・道路整備公団

長  滝  清  敬

日本道路公団

大久保  勝  彦

古河電気工業株式会社

橋      利  雄

富士通株式会社

斧  田  誠  一

株式会社日立製作所

西  江  光  昭

住友電気工業株式会社

田  中  英  吉

社団法人日本電気計測器工業会

立  川      明

社団法人日本電子機械工業会

江  本  俊  夫

社団法人日本電線工業会

(専門委員)

J.

  P.  スターン

米国電子業界日本事務所

P.

  キ  ャ  ロ  ル

GEC

マルコーニジャパン

(関係者)

藤  瀬  雅  行

国際電信電話株式会社

川  原  淨  彦

島田理化工業株式会社

前  田  昌  昭

財団法人日本品質保証機構

石  川  邦  夫

株式会社島津製作所

(事務局)

市  村      修

工業技術院標準部電気規格課

三  野  英  樹

工業技術院標準部電気規格課

松  尾  充  久

工業技術院標準部電気規格課


10

C 6181-1995 (IEC 1040 : 1990)

財団法人  光産業技術振興協会光測定器標準化委員会(平成

5

年度)  構成表

氏名

所属

(委員長)

藤  瀬  雅  行

国際電信電話株式会社

青  山  耕  一

日本電信電話株式会社

芦  川  栄  晃

株式会社東芝

足  立  正  二

安藤電気株式会社

石  川  邦  男

株式会社島津製作所

川  原  淨  彦

島田理化工業株式会社

栗  原  史  郎

工業技術院標準部(

1993

6

月まで)

倉  重  有  幸

工業技術院標準部(

1993

7

月から)

坂  野  伸  治

株式会社日立製作所

佐  藤  宗  純

工業技術院電子技術総合研究所

立  川  義  彦

横河電機株式会社

波  平  宜  敬

国際電信電話株式会社

早  川  弘  一

古河電気工業株式会社

堀  松  哲  夫

株式会社富士通研究所

前  田  昌  昭

財団法人日本品質保証機構

森      秀  夫

アンリツ株式会社

森      基  祐

セイコー電子工業株式会社

山  下  純一郎

三菱電機株式会社

山  田      剛

株式会社フジクラ

渡  辺  幸  光

株式会社アドバンテスト

(オブザーバ)

古  川  真  一

日本電信電話株式会社

(事務局)

戒  能  賢  明

財団法人光産業技術振興協会(

1993

7

月まで)

米  山  俊  一

財団法人光産業技術振興協会(

1993

8

月から)

山  下      建

財団法人光産業技術振興協会