JP2004157062A

JP2004157062A - ダブルビーム法分光測色器及びその校正方法

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Publication number: JP2004157062A
Application number: JP2002324868A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tani; 卓行谷; Takashi Inomata; 考史猪俣; Naoki Kasai; 直樹笠井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】ダブルビーム法分光測色器において、受光素子の劣化状況を簡便な方法を用いて正確に把握するとともに、簡便な方法で近似式を決定し、常に既知の値への補正が成されている状態にできる分光測色器及びその校正方法の提供を目的とする。
【解決手段】光源の光量を検出する光強度検出手段を備えるダブルビーム法分光測色器を提供する。また、光源の光量を測定し、該光量が基準を満すか否かを判断し、基準を満した場合に、白色板測定のサンプル光とリファレンス光の各光量値によって、受光手段の状態を校正する。また、前記各光量値は光強度検出手段の測定光量と基準光量の比で補正された値である。また、前記各光量値は少なくとも２種の校正板のサンプル光とリファレンス光の光量値の分光反射率と既知の分光反射率から求める近似式によって補正された値である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの光源からの光をリファレンス光と、サンプル光とに分ける機構を持ち、このリファレンス光とサンプル光をそれぞれ分けて受光する受光素子を持ったダブルビーム法分光測色器において、常にある一定の測定状態を維持するために受光素子の感度を把握、校正することが可能なダブルビーム法分光測色器及びその校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダブルビーム法分光測色器においては、これまで受光素子の寿命を容易に判断することが出来なかった。これは受光素子の劣化が、その使用時間、出力電流量などの様々な要因とともに低下していくためである。これまでは、この寿命の把握のため、白色板による校正データを用いる方法や、分光測色器内のプローブの測定をするなどの作業を行ってきた。しかし、白色板の校正データを用いる場合も、分光測色器内のプローブの測定も、光源の揺らぎを含むため測定の度に値が一定とならず、寿命把握の参考とはなるが大きな誤差を含むものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３２２６５５号公報（段落番号００４０）
【０００４】
また、寿命を把握するだけでは校正を行うことは出来ず、ダブルビーム法分光測色器は、測定を行った際得られる測定値は、測定器ごとに表される固有の値である。これによって、それぞれの測色用途により測定値の差が生じる。この測定器ごとの差を無くすために、近似式を用いることでこの固有の値を既知の値に補正する。これまでの技術では、十数階調のカラーチャートが印刷されたものをダブルビーム法分光測色器により実際に測定し、その値を元に、用いた近似式の算出を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、容易に明確な寿命を定義することが出来ず、常に或る一定の閾値内での測定を行うことが不可能であるという問題点があった。また、ダブルビーム法分光測色器により得られた測定値は、測定器ごとに表される固有の値であるため、補正を行わなければ、同一のサンプルに対しても測定器により必ずしも同一の値が得られるとは限らないという問題があった。これに対し、上記のような十数階調のカラーチャートが印刷されたものを実際に測定し、その値を元に近似式の係数、指数を決定するという方法を用いた場合、カラーチャートの退色という問題や、大掛かりな測定環境が必要となり、算出までの準備に多大な手間と時間がかかるという問題点があり、常に既知の値への補正が成されている状態での測定が非常に困難であった。以上の点に鑑みて、本発明は、ダブルビーム法分光測色器において、受光素子の劣化状況を簡便な方法を用いて正確に把握するとともに、簡便な方法で近似式を決定し、常に既知の値への補正が成されている状態にできる分光測色器及びその校正方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、光源と、該光源からの光をリファレンス光とサンプル光に分割する手段と、該リファレンス光とサンプル光をそれぞれ分けて受光する受光手段と、該受光手段から得られる測定値から分光反射率を算出する演算手段からなるダブルビーム法分光測色器であって、光源の光量を検出する光強度検出手段を備えることを特徴とするダブルビーム法分光測色器である。
このような構成とすることで、光源の光強度を測定することが可能となり、光源のゆらぎに左右されない校正が可能となる。
【０００７】
また、本発明の第２の発明は、光源の光量を光強度検出手段によって測定し、該光量が基準を満たしているかを判断し、基準を満たしている場合に、白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値によって、受光手段の状態を校正することを特徴とするダブルビーム法分光測色器の校正方法である。このような校正方法をとることで、光源のゆらぎによる測定精度の不安定を抑えることができ、精度の良い校正を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の第３の発明は、前記白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値は、光強度検出手段によって測定される光量と予め定められた基準光量から求められる補正係数を用いて補正された値であることを特徴とする請求項２に記載のダブルビーム法分光測色器の校正方法である。
このような校正方法をとることで、光源のゆらぎによる測定精度の不安定を抑えることができ、精度の良い校正を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の第４の発明は、前記白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値は、少なくとも２種の校正板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の光量値から求められる分光反射率と、該校正板の既知の分光反射率とから求める近似式によって補正された値であることを特徴とする請求項２又は３記載のダブルビーム法分光測色器の校正方法である。
このような校正方法をとることで、これまでよりも正確、かつ簡便に既知の値に補正することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明によるダブルビーム法分光測色器の一実施形態を説明する。図１は、本発明のダブルビーム法分光測色器の一例を示す構成概略図である。
【００１１】
ダブルビーム法分光測色器の構成の一例について、以下に説明する。
光源１から発せられる光を、直接受光部に入射させるリファレンス光と、測定対象物２に入射し、反射した光が受光制御部へと入射するサンプル光との２つに分岐させる。ダブルビーム法分光測色器の受光制御部は受光部３と、受光部３から出力された信号を増幅する制御部４から基本的に構成されている。尚、ダブルビーム分光測色器の受光制御部における受光部３は、分岐された光が、サンプル光とリファレンス光とでそれぞれ入射する際に、任意の波長ごとに光をそれぞれ抽出出来る仕組みである。また、制御部４は、基準状態を決定するための、白色板の測色による校正を行う際、抽出した各波長の測定値が均一の値となるように補正する駆動回路を持っている。
【００１２】
ダブルビーム法分光測色器の判断処理部は、受光制御部から得られるサンプル光とリファレンス光の光量値から分光反射率を算出する演算装置９と、既知の分光反射率とこのダブルビーム法分光測色器から求められる分光反射率が一致するように補正するデータ処理装置１０から基本的に構成されている。この際、データ処理装置には、補正するための近似式が記憶されており、常に既知の分光反射率に対応した値で表示部１１に出力される。
【００１３】
更に、光源１の光強度を検出する光強度検出器５と、その検出値を演算処理する判断処理部Ｂが設けられている。判断処理部Ｂは、白色板を用いた校正を行う際のリファレンス光とサンプル光の受光出力値を取り込むために、受光制御部に接続されるとともに処理データのやり取りのため、判断処理部Ａとも接続されている。
【００１４】
以上、説明したダブルビーム法分光測色器には、光源のゆらぎを判断するための判断処理部Ｂと、測色のための判断処理部Ａを設けた構成としたが、一つの判断処理部に機能をまとめても構わない。
【００１５】
次に本発明の第２の発明の校正方法について図２のフローチャートを用いて説明する。
白色校正は、ダブルビーム法分光測色器により測色を行った際、分光反射率を算出する演算装置の標準化を行うための準備処理であり、分光反射率が既知である白色校正板を用いて測色を行った際のサンプル光の検出量が基準となるように設定されている。
【００１６】
前記した受光部３中の受光素子の寿命を判断するに際し、光源の光強度を一定に保つ必要がある。この際、ダブルビーム法分光測色器の受光部３の受光素子は、特に規定は無いが、ここではフォトマルチプライヤーアレイ（ＰＭＴアレイ）とする。この光源１の光強度を一定に保つ方法として、光強度の基準を決定し、判断処理部Ｂに記憶しておく。この光源１の光強度を検出する手段として、測定対象物２に替わり校正装置内の光強度検出部５を設置する。この校正装置の光強度検出部５が、光源１の光強度を検出する（１３）。この際、光強度検出部５は、光源１以外からの外光を遮断することが望ましい。
【００１７】
光源１が基準状態であり、また受光部３の受光素子（ＰＭＴアレイ）が基準状態であるときに、白色板６の測色を行った際の、ダブルビーム法分光測色器の受光制御部の出力をリファレンス光、サンプル光でそれぞれ検出し、校正装置内の判断処理部Ｂに記憶しておく。
ＰＭＴアレイの寿命を判断するに際に、校正装置の光強度検出部５からの出力が基準状態より下がっていると判断処理部Ｂで判断した場合（１４）、光源１の光強度を光源調整手段によって基準状態に戻す（１５）、もしくは、光源の交換を行う（１７）。この光源１の光強度が基準状態に戻っている状態で、白色板６の測色を行い、ダブルビーム法分光測色器の受光制御部から出力される光量値を検出する（１６）。この検出される光量値に対し、この光量値が或る値以上であっても、若しくは、ある値以下であってもＰＭＴアレイが寿命であるという、絶対的な上限、下限の閾値を判断処理部Ｂに設定しておき、劣化状態を判断する（１８）。
【００１８】
ダブルビーム法分光測色器の受光制御部から各波長でそれぞれ出力される光量値が、上記の絶対的な上限、下限の閾値内にあったとしても、各波長でのバラツキが大きい場合は、ＰＭＴアレイは寿命であるとし、この各波長でのバラツキに対する幅の上限を判断処理部Ｂに設定しておく。
【００１９】
ダブルビーム法分光測色器の受光制御部から出力される光量値が、上記の絶対的な下限の閾値を下回っていない場合であっても、基準時の光量値を下回っている場合は、基準の光量値が出力されるようにＰＭＴアレイのゲイン調整を手動、若しくは自動で行う。上限を上回っていた場合も同様である（１９）。
【００２０】
ダブルビーム法分光測色器の受光制御部から出力される光量値が、上記の絶対的な上限、下限の閾値内にあり、また各波長でのバラツキも、バラツキに対する幅の上限を超えていない場合でも、ＰＭＴアレイのゲイン調整を行った際、各波長のバラツキが、バラツキに対する幅の上限を超えてしまう場合は、ＰＭＴアレイの寿命と判断し（２０）、受光素子の交換を行う（２１）。
【００２１】
これら上記の方法によって受光部３の受光素子の劣化状況を判断する際、その判断処理結果を判断処理部Ｂで表示する。もしくは判断処理部Ｂでの判断処理結果を示す表示装置を別途に設ける。
以上の機能を有したダブルビーム法分光測色器により、受光素子の劣化状況を正確に判断でき、ダブルビーム法分光測色器を常にある一定の測定状態に維持することができる。
【００２２】
次に本発明の第３の発明の校正方法について図３のフローチャートを用いて説明する。
前記した受光部３中の受光素子の寿命を判断するに際し、光源１の光強度を一定に保つ必要がある。この際、ダブルビーム法分光測色器の受光部３の受光素子は、特に規定は無いが、ここではフォトマルチプライヤーアレイ（ＰＭＴアレイ）とする。光源１の光強度を測定するための方法として、ここでは、測定対象物２に替わり校正装置内の光強度検出部５を設置する。この際、光強度検出部５は、光源１以外からの外光を遮断することが望ましい。
【００２３】
基準状態での光源１の光強度（Ｉ（λ）_ｔ＝０）を判断処理部Ｂで記憶しておく。ＰＭＴアレイの劣化状況を判断する測定の際に、上記の光強度検出部５により、光源１の光強度（Ｉ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}）を測定し、これを判断処理部Ｂに記憶する（２５）（２６）。また、この際、分光された各波長のＰＭＴアレイから出力される光量値（リファレンス値：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（λ）、サンプル値：Ｓａｍｐｌｅ（λ））を判断処理部Ｂにおいて検出する。これより、判断処理部Ｂにおいて、以下の計算を行う（２７）。
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}×Ｉ（λ）_ｔ＝０／Ｉ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}−−−（ａ）
Ｓａｍｐｌｅ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}×Ｉ（λ）_ｔ＝０／Ｉ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}−−−（ｂ）
ここで、
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}：受光部３から出力されるリファレンス光の波長毎の光量値
Ｓａｍｐｌｅ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}：受光部３から出力されるサンプル光の波長毎の光量値
Ｉ（λ）_ｔ＝０：基準状態（ｔ＝０）において、光強度検出部５から出力される波長毎の光量値
Ｉ（λ）_{ｔ＝ｎｏｗ}：ＰＭＴアレイ３の劣化状況を判断する測定（ｔ＝ｎｏｗ）において、光強度検出部５から出力されるの波長毎の光量値
である。
【００２４】
上記において示される式（ａ）、式（ｂ）によって得られる値に対して、判断処理部Ｂに、この値が或る値以上であっても、若しくは、ある値以下であってもＰＭＴアレイが寿命であるという、絶対的な上限、下限の閾値を任意に設定しておき、受光素子の劣化状況を判断する（２８）。
【００２５】
また、式（ａ）、式（ｂ）から得られる値が閾値内にあり、尚且つ基準時よりその算出値が落ちている、もしくは算出値が大きくなっている場合、ＰＭＴアレイに対し、基準時の算出値に等しくなるようにゲイン調整を行う（２９）。
【００２６】
また、校正装置内の判断処理部Ｂに設定しておく式（ａ）、式（ｂ）から得られる値に対する閾値は、上記の絶対的な閾値のみでなく、算出値における各波長のバラツキの幅に対しても上限を判断処理部Ｂに設定する。判断処理部Ｂで式（ａ）、式（ｂ）によって算出される値が、絶対的な上限、下限の閾値内にあったとしても、このバラツキに対する閾値の上限、下限を超えてばらついていた場合、ＰＭＴアレイの寿命であると判断処理部Ｂにおいて判断し（３０）、受光素子を交換する（３１）。
【００２７】
校正装置内の判断処理部Ｂで式（ａ）、式（ｂ）によって算出される値が、上記の絶対的な上限、下限の閾値内にあり、また各波長のバラツキの幅も上限を超えていない場合であっても、ＰＭＴアレイのゲイン調整を行った際、各波長での算出値のバラツキの幅が上限を超えてしまう場合は、ＰＭＴアレイの寿命であると判断処理部Ｂにおいて判断し（３０）、受光素子を交換する（３１）。
【００２８】
これらの方法によって受光部３の受光素子の劣化状況を判断する際、その判断処理結果を判断処理部Ｂで表示する。もしくは判断処理部Ｂの判断処理結果を示す表示装置を別途に設ける。
【００２９】
次に本発明の第４の発明の校正方法について図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
測定対象物２を測色した際に、受光制御部から得られるサンプル光とリファレンス光の光量値から分光反射率を演算装置９において算出し、既知の分光反射率とこのダブルビーム分光測色器から求められる分光反射率が一致するようにデータ処理装置１０において補正する。この際、データ処理装置１０には補正するための近似式が記憶されているが、本校正装置による校正以前は、この近似式の係数、指数は決定されてない。このため、測定対象物２の測色を行っても補正はされない。
ここで用いられる近似式には、以下の式（ｃ）が挙げられる。
Ｒ１＝α×ｅβ^Ｒ２
Ｒ１：既知の分光反射率
Ｒ２：ダブルビーム法分光測色器より得られる分光反射率
α、β：未定数
【００３１】
前記したように従来は、十数階調のカラーチャートが印刷されたものを実際に測定し、近似式の係数、指数を決定していたが、本校正装置では、２種類以上の（２色以上の）校正板を校正装置内に設置する。
ここで、この際に用いる校正板の種類は、白色板６と灰色板７の２種類を用いたと仮定し、測定対象物２に替わり設置する。ダブルビーム法分光測色器による白色板６と灰色板７の測定をそれぞれ行うに際し、白色板６と灰色板７とは、交換して連続に測色出来るような仕掛けを校正装置内に設けることが校正時間の短縮、作業の簡易化になるので望ましい。また、この校正板の測色の際、外乱光の影響を受けないように遮光などの配慮を行うことが望ましい。
また、近似式の係数、指数を決定するための白色板６、灰色板７の測色に際し、既知の分光反射率に補正する条件として、光源の光強度を既知の分光反射率測定時の光量値に保つことが望ましい。
【００３２】
白色板６と灰色板７をダブルビーム法分光測色器でそれぞれ測色した際、受光制御部から得られるサンプル光とリファレンス光の光量値を本校正装置の判断処理部Ｂにおいてそれぞれ検出する（３５）。この光量値に対し判断処理部Ｂにおいて、演算装置９と同様の分光反射率算出手段を持っているとし、分光反射率を算出する（３６）。また、判断処理部Ｂは、データ処理装置１０に記憶されている近似式を記憶しているとする。ここで、近似式に、白色板６、灰色板７を測色した結果よりそれぞれ求められた分光反射率をそれぞれ代入し、白色板６と灰色板７の既知の分光反射率と一致するように、決定されていない近似式の係数と指数を決定する（３７）。
この決定された係数と指数を判断処理部Ｂからデータ処理装置１０に送信し、近似式に代入する（３８）。
【００３３】
データ処理装置の近似式の係数と指数が決定された後は、測定対象物２を測色した際、演算装置９において算出される分光反射率を近似式に代入し、常に既知の分光反射率として補正した値で表示部１１に出力することが可能となる。また、これにより受光部３のＰＭＴアレイの劣化状況の差などから生じる、ダブルビーム法分光測色器ごとの分光反射率に対する機差を補正することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光源の光強度変化を測定できるため、光源のゆらぎによる受光素子への影響を少なくすることができ、受光素子の劣化状況、もしくは寿命を正確に判断することが出来る。
【００３５】
また、２種類以上の校正板を測色した際得られる測定値が既知の値と一致するように補正を行うことが出来る近似式の係数、指数を、２種類以上の校正板を測色した結果から求めるため、様々な測定対象物に対し、決定された近似式を用いることで、常にダブルビーム法分光測色器に既知の値との統一性を持たせる事が出来る。
【００３６】
従って、ダブルビーム法分光測色器の受光素子の劣化状況及び寿命を明確に、また簡便に調整、把握することが出来、また、既知の値と統一性を持たせることが出来、常に或る一定の状態で測色が可能であるように保つことができるダブルビーム法分光測色器および校正方法を提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わるダブルビーム法分光測色器の一例を示す構成概略図である。
【図２】本発明の校正方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の校正方法の別の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の校正方法の別の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・光源
２・・・測定対象物
３・・・受光部
４・・・制御部
５・・・光強度検出部
６・・・白色板
７・・・灰色板
９・・・演算装置
１０・・・データ処理装置
１１・・・表示部

Claims

光源と、該光源からの光をリファレンス光とサンプル光に分割する手段と、該リファレンス光とサンプル光をそれぞれ分けて受光する受光手段と、該受光手段から得られる測定値から分光反射率を算出する演算手段からなるダブルビーム法分光測色器であって、
光源の光量を検出する光強度検出手段を備えることを特徴とするダブルビーム法分光測色器。
光源の光量を光強度検出手段によって測定し、該光量が基準を満たしているかを判断し、基準を満たしている場合に、白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値によって、受光手段の状態を校正することを特徴とするダブルビーム法分光測色器の校正方法。
前記白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値は、光強度検出手段によって測定される光量と予め定められた基準光量から求められる補正係数を用いて補正された値であることを特徴とする請求項２に記載のダブルビーム法分光測色器の校正方法。
前記白色板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の各光量値は、少なくとも２種の校正板を測定して得られるサンプル光とリファレンス光の光量値から求められる分光反射率と、該校正板の既知の分光反射率とから求める近似式によって補正された値であることを特徴とする請求項２又は３記載のダブルビーム法分光測色器の校正方法。