JP6924561B2 - 近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニット及び近赤外インタラクタンス分光測定における基準分光強度取得方法 - Google Patents
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Description
図8に示すように、インタラクタンス分光測定を行う場合、光源2からの光を照射光学系21によって試料Mに照射する。この際、試料Mの表面からの反射光ではなく、試料Mの表面を透過し内部で散乱されたのち表面から出てきた光を捉えて分光器3で分光し、検出器4で各波長の強度(スペクトル)を得る。そして、予め測定しておいた参照用の基準となる分光スペクトルと比較し、内部散乱の分光特性を評価する。これにより、試料の成分や性質を知ることができる。
尚、特許文献1でも教示されているように、この場合の反射光は、内部散乱光と呼ぶべきである。本明細書では、インタラクタンス光と呼ぶ。
基準分光強度は、全く同じ光源、照射光学系、分光器及び検出系を使用しつつ試料を経ないで取得したスペクトルである。分光測定において、このような基準分光強度を得る場合、基準白色板が使用される。基準白色板は、反射率が波長によらずほぼ100%である反射板である。図9は、インタラクタンス分光測定において基準分光強度を得る従来の方法について概念的に示した図である。
しかしながら、基準白色板110はほぼ100%反射の反射板であるので、図9(1)に示すように、試料と同じ位置に基準白色板110を配置すると検出器4は光を捉えることができず、したがって基準分光強度を得ることができない。このため、図9(2)に示すように、やむを得ず基準白色板110を光源2から少し遠い位置に配置し、反射光が分光器3を経て検出器4に入るようにして測定が行われる。
一方の表面である機能面が、白色の面であって球面の一部を成す凹面であり、且つ完全拡散面となっている基準白色板と、
光出射部と光入射部とを備えたプローブを基準白色板に対して位置決めする位置決め機構とを備えており、
位置決め機構は、光出射部からの全ての光が前記機能面の一部の領域に照射された際に、当該照射された領域以外の前記機能面内の領域を光入射部が見込むようプローブを位置決めする機構であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、
近赤外域の光を発する光源と、
光源からの光が照射された試料からのインタラクタンス光を取り込んで分光する分光器と、
分光器で分光された光を検出する検出器と
を備えた近赤外インタラクタンス分光測定器を使用した測定に際して行われる基準分光強度の取得方法であって、
請求項1記載の近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニットにおける基準白色板の機能面に対して前記光源により光照射する照射ステップと、
照射ステップにおいて機能面に照射された光の反射光を分光器に取り込んで分光し、検出器により検出して分光強度を得る検出ステップと
を有しており、
照射ステップは、機能面の一部の領域である照射領域に光を照射するステップであり、
照射領域は、前記光源からの全ての光が照射される領域であり、
検出ステップは、機能面内のうちの照射領域以外の領域からの拡散光を取り込むステップであって、照射領域に光源から直接照射されて拡散した光のうち当該照射領域以外の機能面内の領域を経ない光を取り込まないステップであるという構成を有する。
また、位置決め機構によってプローブが近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板に対して位置決めされるので、正確な基準分光強度を容易に得ることができる。
また、請求項2記載の発明によれば、正確な基準分光強度が取得できるので、精度の高い近赤外インタラクタンス分光測定が可能となる。
図1は、実施形態の近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板の正面断面図である。図1に示すように、実施形態の近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板(以下、単に基準白色板という)は、一方の側の面10が凹面となっている。この凹面10は、白色の面であって球面の一部(球凹面)を成し、且つ完全拡散面となっている。以下、この面を機能面と呼ぶ。尚、図1に示すように、球面を成す機能面10の中心軸(球の中心と球面の縁を成す円の中心とを結ぶ仮想線)は、基準白色板の板厚方向に沿っている。
図4において、内面が全て完全拡散面である球体5内に光源2を配置し、光源2からの光を内面に照射する。この際、内面の一点をAとし、この点Aの照度をeSとする。点Aに入射した照度eSの光はすべて反射され、点Aを微小面積dSの光源とみなすことができる。その時、微小面積光源dSの輝度をLSとする。そして、微小面積光源dSにより照射を受ける球面内の他の任意の点Pにおける照度をdEPとし、球面の半径をRとすると、AP間の距離は2Rcosαであるから、dEPは、以下の式1で表される。
図3に示すように、光源2からの光のすべてが球面内のある領域に照射されるようにすれば、その領域外のある一点Pにおける輝度は、光源2からの全ての光による照度に応じたものとなり、分光発光特性のような相対的な値を知る場合には十分となる。
また、基板に硫酸バリウムを塗布することで基準白色板とする技術も知られており、これを応用しても良い。例えばアルミ等の金属を加工して一方の側の表面が所定の曲率の球凹面となっている基板を製作する。そして、その表面に、硫酸バリウム粉末を分散剤中に分散させた硫酸バリウム塗料を吹き付け、分散剤を蒸発させて硫酸バリウムを固定する。これにより、実施形態の基準白色板が得られる。
図5は、実施形態の基準白色板が好適に使用される近赤外インタラクタンス分光測定装置の概略図である。図5に示すように、この測定装置は、装置本体8とプローブ9とを備えている。そして、フレキシブルケーブル32が装置本体8とプローブ9とをつなぐようにして設けられており、光ファイバ31はこのフレキシブルケーブル32内に収められている。装置本体8内には、分光器3、検出器4、コンピュータ6の他、データ処理回路81及びインターフェース82等が設けられている。
光源2としては、上記使用波長範囲の光を発する高輝度の点光源であることが好ましく、本実施形態ではハロゲンランプが使用されている。この他、クリプトンランプ等も使用できる場合がある。また、小さなスポットに光を照射して測定精度や測定効率を高める観点から、封体の先端(光出射端)がレンズ状になっているレンズランプが好適に用いられる。
分光器3は、使用波長範囲において光を波長ごとに必要な分解能で分解できるものである。分光器3としては、回折格子を使用したもの、またフーリエ変換型の分光器、その他すべての分光器を採用し得る。
この実施形態では、フレーム100は円筒状の部材となっている。フレーム100の底板部には、基準板用開口が形成されている。基準板用開口はフレーム100と同軸の円形であり、基準板用開口の縁には段差が形成されている。段差の径は、白色基準板1の外径に適合しており、段差に落とし込まれることで白色基準板1が装着されている。
上記実施形態では、フレーム100は、段差に落とし込むことでプローブ9の位置決めがされる構造であったが、これはあくまで一例であり、他に多くの構造が考えられる。例えば、プローブ9の筐体92の前板部921に突起が少なくとも二つ形成されており、突起が嵌り込む孔又は凹部がフレームに形成されていて、突起が孔又は凹部に嵌り込むことで位置決めがされる構造が考えられる。このように特定の部材の形状によって位置決めがされる場合の他、動く機構(駆動機構)によって位置決めがされる場合もある。例えば、基準白色板1を保持するホルダーに対してマイクロメーターのような精密送り機構を設けて位置決めしたり、サーボモータを含むサーボ機構を設けて位置決めしたりする構成が考えられる。
10 機能面
11 照射領域
12 取り込み領域
100 フレーム
2 光源
3 分光器
31 光ファイバ
4 検出器
6 コンピュータ
Claims (2)
- 近赤外インタラクタンス分光測定を行う際、参照用の基準分光強度を得るために使用される近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニットであって、
一方の表面である機能面が、白色の面であって球面の一部を成す凹面であり、且つ完全拡散面となっている基準白色板と、
光出射部と光入射部とを備えたプローブを基準白色板に対して位置決めする位置決め機構とを備えており、
位置決め機構は、光出射部からの全ての光が前記機能面の一部の領域に照射された際に、当該照射された領域以外の前記機能面内の領域を光入射部が見込むようプローブを位置決めする機構であることを特徴する近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニット。 - 近赤外域の光を発する光源と、
光源からの光が照射された試料からのインタラクタンス光を取り込んで分光する分光器と、
分光器で分光された光を検出する検出器と
を備えた近赤外インタラクタンス分光測定器を使用した測定に際して行われる基準分光強度の取得方法であって、
請求項1記載の近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニットにおける基準白色板の機能面に対して前記光源により光照射する照射ステップと、
照射ステップにおいて機能面に照射された光の反射光を分光器に取り込んで分光し、検出器により検出して分光強度を得る検出ステップと
を有しており、
照射ステップは、機能面の一部の領域である照射領域に光を照射するステップであり、
照射領域は、前記光源からの全ての光が照射される領域であり、
検出ステップは、機能面内のうちの照射領域以外の領域からの拡散光を取り込むステップであって、照射領域に光源から直接照射されて拡散した光のうち当該照射領域以外の機能面内の領域を経ない光を取り込まないステップであることを特徴とする近赤外インタラクタンス分光測定における基準分光強度取得方法。
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JP2016132926A JP6924561B2 (ja) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | 近赤外インタラクタンス分光測定用基準白色板ユニット及び近赤外インタラクタンス分光測定における基準分光強度取得方法 |
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