JP2005156243A - 分光強度測定装置およびその校正方法ならびに分光反射特性測定装置およびその校正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 補正用LED42を設け、校正時には、演算制御回路36は、前記補正用LED42を点灯し、照明された受光センサアレイSAの各画素センサからの出力レベルを各画素センサに設定されている補正係数と乗算し、その演算結果が予め記憶されている基準値と一致するように前記補正係数を校正する。測定時には、演算制御回路36は、各画素センサからの出力レベルを校正された補正係数と乗算し、前記各波長成分の分光強度を求める。したがって、微弱な光電流が処理回路35内のハイゲインのアンプで増幅されても、帰還抵抗に湿度によって形成されるリーク抵抗の影響が補正される。
【選択図】 図1
Description
=Ip*(Rf+Rf’)+I1*(Rf+Rf’)
ここで、第2項はリーク電流I1の寄与であり、入射光を遮断(Ip=0)としたときの暗出力Vd=I1*(Rf+Rf’)を引くことで、以下のように影響を免れることができる。
しかしながら、前記リーク抵抗Rf’の影響は回路のゲイン変化となって現れるものであり、これによる誤差Ip*Rf’は、光電流Ip(入射光量)に比例するため、簡単には補正できない。このリーク抵抗Rf’は、湿度によって変化して、たとえば数分単位でゲイン変動をもたらすので、精度はもちろん、安定性をも損なうことになる。近年の部品の小型化と基板パターンの精細化は、前記リーク抵抗Rf’を小さくしてしまい、その影響は大きくなる傾向にあり、とりわけ屋外を含む広い環境条件での使用が求められるポータブル機器では、大きな問題となる。
1.帰還抵抗Rfを小さくする。
2.サイズの大きな部品を用い、パターン間距離を充分とる。
3.非特許文献1で示すように、前記図8において、高電位である接続点Pを取り囲むようにガードパターンGPを施し、仮想接地することで、基板との間の電位差を無くす。
4.基板に耐湿コートを施す。
OPアンプIC活用ノウハウ (玉村俊雄著 iQ出版 現場技術者実戦シリーズp153〜155)
図1は、本発明の実施の一形態の分光強度測定装置である分光輝度計31の構成を模式的に示す断面図である。この分光輝度計31は、大略的に、ポリクロメータ32と、受光光学系33と、シャッタ装置34と、処理回路35と、演算制御回路36とを備えて構成される。
Ci’=Ci/C1=(s0i/s1i)*(s01/s11)
となる。これによって、被測定光に対する出力信号s2iは、前記ゲイン補正係数Ci’によって、次式で補正される。
ところで、上述の説明では、基準画素としてi=1の画素を選んでいるが、この画素のゲインの湿度による変化は充分小さくなければならない。そのため、前記図7で示す処理回路11を参照して、前記基準画素に対応する電流電圧変換回路A1の帰還抵抗Rf1は、図8で示すリーク抵抗Rf’の影響を受けない程度に充分小さく形成されている。たとえば、フォトダイオードの感度(電流電圧変換特性)の低い短波長側を受光する画素センサS2,S3,・・・に対応した帰還抵抗Rf2,Rf3,・・・が、数百MΩ程度であるのに対して、1MΩ以下、たとえば本実施形態では数百kΩ程度に形成されている。
1.基準画素のオペアンプの入力端子を基板上のパターンと接続せずに空中に浮かせ、画素センサS1からの信号線や帰還抵抗Rf1とは、いわゆる空中配線する。この場合、入力端子は空気によって絶縁されるので、湿度の影響は無視できる。
2.基準画素のオペアンプの入力端子と帰還抵抗Rf1とを、エポキシなど水分が透過しにくい樹脂でポッティングする。ただし、この樹脂コートは、前述の従来技術で述べた蒸着による耐湿コートとは異なり、容易かつ低コストである。
3.受光センサアレイSAとは別に、その受光センサアレイSAの各画素センサS2〜Snに比べて、受光面積が大きい基準センサを近傍に配置する。この基準センサは、受光センサアレイSAに比べて充分大きな出力電流を持つもので、帰還抵抗Rfを、リーク抵抗Rf’の影響を受けない程度に小さくすることができる。
図3は本発明の実施の他の形態の分光反射特性測定装置である分光測色計51の構成を模式的に示す断面図であり、図4はその分光測色計51におけるポリクロメータ32a付近の透視斜視図である。この分光測色計51は、前述の分光輝度計31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この分光測色計51は、大略的に、ポリクロメータ32aと、前記の受光光学系33と、処理回路35aと、演算制御回路36aとを備えるとともに、クセノンフラッシュ光源52、積分球53ならびに前記クセノンフラッシュ光源52および積分球53による照明光を直接前記ポリクロメータ32aに導く光ファイバ54を備えて構成される。
次に、本発明による前記湿度ドリフトを校正した分光反射特性の算出動作を説明する。反射特性を測定する分光測色計51は、前述のように白色校正試料および被測定試料に対する試料光用と参照光用との2つの受光センサアレイSA1およびSA2の出力比D0iおよびD2iから反射特性を求めるので、試料光用および参照光用受光センサアレイSA1,SA2の対応する2つの画素センサSi,Riからの出力信号si,riに対するゲイン比G2iが変化しなければ、反射特性測定値は影響を受けない。また、ユーザが行う白色校正が基準になるので、前記ゲイン比G2iは白色校正時の比G0iに等しくなるように補正される。
そして、このゲイン比D2i’から、分光反射特性が前述の手順で求められる。
12 マルチプレクサ
13 ゲイン可変アンプ
14 アナログ/デジタル変換器
21 電流電圧変換回路
31 分光輝度計
32,32a ポリクロメータ
33 受光光学系
34 シャッタ装置
35,35a 処理回路
36,36a 演算制御回路
39 結像光学系
40 回折格子
42 ゲイン補正用LED
51 分光測色計
52 クセノンフラッシュ光源
53 積分球
54 光ファイバ
A オペアンプ
A1〜An 電流電圧変換回路
Ri リーク抵抗
RF1〜RFn 帰還抵抗
Rf 帰還抵抗
Rf’ リーク抵抗
R1〜Rn 画素センサ
S1〜Sn 画素センサ
SA;SA1,SA2 受光センサアレイ
SL;SL1,SL2 入射開口
Claims (9)
- 被測定光を波長分離手段で複数の波長成分に分離して、複数の受光手段でそれぞれ受光し、各波長成分の分光強度を求めるようにした分光強度測定装置において、
校正時に前記各受光手段を照明する補正用照明手段と、
前記校正時には、前記補正用照明手段を点灯し、照明された各受光手段からの出力レベルを各受光手段に設定される補正係数と演算した結果が予め記憶されている基準値と一致するように前記補正係数を設定し、測定時には、各受光手段からの出力レベルを設定された補正係数と演算し、前記各波長成分の分光強度を求める演算制御手段とを含むことを特徴とする分光強度測定装置。 - 前記受光手段に隣接して、前記補正用照明手段からの照明光のモニター用に、前記受光手段よりもゲイン変動が小さいモニター用受光手段をさらに備え、
前記演算制御手段は、前記複数の受光手段から得た補正用出力を前記モニター用受光手段の出力で相対化することを特徴とする請求項1記載の分光強度測定装置。 - 前記モニター用受光手段の後段のアンプのゲインを高くするとともに、該モニター用受光手段における電流電圧変換回路の帰還抵抗の抵抗値を、1MΩ以下とすることを特徴とする請求項2記載の分光強度測定装置。
- 前記補正用照明手段の点灯中は、前記被測定光を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の分光強度測定装置。
- 前記補正用照明手段による照明光は、該補正用照明手段からの直達光であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の分光強度測定装置。
- 被測定光を複数の波長成分に分離して、各波長成分の分光強度を求めるようにした分光強度測定装置を校正するための方法において、
前記各波長成分に分離された被測定光をそれぞれ受光する複数の受光手段を、校正時に照明する補正用照明手段を設け、
前記補正用照明手段を点灯し、照明された各受光手段からの出力レベルを各受光手段に設定される補正係数と演算した結果が予め記憶されている基準値と一致するように前記補正係数を設定し、
測定時には、各受光手段からの出力レベルを設定された補正係数と演算し、前記各波長成分の分光強度を求めることを特徴とする分光強度測定装置の校正方法。 - 照明手段からの照明光によって照明された被測定試料の反射光および前記照明光そのものである参照光を、波長分離手段でそれぞれ複数の波長成分に分離して、前記反射光および参照光毎に設けられた複数の受光手段でそれぞれ受光し、演算制御手段で相互に対応する各波長成分の受光レベルの相対比を求めることで、前記被測定試料の分光反射特性を求めるようにした分光反射特性測定装置において、
校正時に前記反射光用および参照光用の各受光手段を照明する補正用照明手段を備え、
前記演算制御手段は、前記校正時には、補正用照明手段を点灯し、照明された各受光手段からの出力レベルの相対比を各受光手段に設定される補正係数と演算した結果が予め記憶されている基準値と一致するように前記補正係数を設定し、測定時には、各受光手段からの出力レベルの相対比を設定された補正係数と演算し、前記各波長成分の相対比を求めることを特徴とする分光反射特性測定装置。 - 前記補正用照明手段による照明光は、該補正用照明手段からの直達光であることを特徴とする請求項7記載の分光反射特性測定装置。
- 照明手段からの照明光によって照明された被測定試料の反射光および前記照明光そのものである参照光を、それぞれ複数の波長成分に分離して受光し、相互に対応する各波長成分の受光レベルの相対比を求めることで、前記被測定試料の分光反射特性を求めるようにした分光反射特性測定装置を校正するための方法において、
前記反射光および参照光の各波長成分に分離された被測定光をそれぞれ受光する複数の受光手段を、校正時に照明する補正用照明手段を設け、
前記補正用照明手段を点灯し、照明された反射光および参照光用の各受光手段からの相互に対応する各波長成分の受光レベルの相対比を、前記各波長成分に設定される補正係数と演算した結果が予め記憶されている基準値と一致するように前記補正係数を設定し、
測定時には、前記各波長成分の出力の相対比を設定された補正係数と演算し、前記被測定試料の分光反射特性を求めることを特徴とする分光反射特性測定装置の校正方法。
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