JP6984651B2 - 蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法、および、蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光増白試料の分光放射特性を測定する技術に関する。
試料の色彩の測定には、下記式(1)で示す全分光放射率係数Bt(I,λ)が用いられる。全分光放射率係数Bt(I,λ)は、試料の分光放射特性を示す指標の1つである。蛍光増白試料の場合、その放射光が、反射光と蛍光との和なので、蛍光増白試料の全分光放射率係数Bt(I,λ)は、下記式(2)で示される。Br(λ)は、分光反射率係数である。Bf(I,λ)は、蛍光分光放射率係数である。なお、本明細書において、数式では、下付文字が用いられており、数式以外では、下付文字が用いられていないが、両者は、同じ意味である(請求の範囲も同様である)。例えば、式(1)に含まれる「t」は、下付文字であるが、明細書では通常の文字にされており(Bt(I,λ))、両者は同じ意味である。
蛍光増白試料の全分光放射率係数Bt(I,λ)を求めるには、標準照明光が必要となる。現状において、標準照明光を近似する照明光の光源は存在するが、標準照明光の光源は実用化されていない。
そこで、近似測定法によって、蛍光増白試料の全分光放射率係数Bt(I,λ)の近似B´t(I,λ)が求められる。従来の近似測定法は、特定の二分光蛍光放射率係数を用いて、B´t(I,λ)を求める。このため、色彩の測定対象となる蛍光増白試料が、特定の二分光蛍光放射率係数と異なる二分光蛍光放射率係数を有する場合、高精度な近似B´t(I,λ)を求めることができなかった。
以上の詳細が、以下から発明の目的までの範囲で説明されている。なお、実施形態の概要が、「発明を実施するための形態」の最初で説明されている。
試料の色彩特性は、全分光放射率係数を用いて求められる。ある条件で照明・受光された試料からの放射光を第1放射光とし、同条件で照明・受光された完全拡散反射面(理想的な白色面)からの放射光を第2放射光とする。全分光放射率係数は、第1放射光と第2放射光との波長毎の比である。完全拡散反射面の反射率は、全波長に亘って1なので、比例定数を別にすれば、全分光放射率係数は、下記式(1)で表される。Bt(I,λ)は、照明光Iによる全分光放射率係数である。Rt(I,λ)は、照明光Iによる試料放射光の分光強度分布(SPD:Spectral Power Distribution)である。I(λ)は、照明光Iの分光強度分布である。
今日、多くの印刷用紙は、照明光の紫外〜紫域の成分を青域の蛍光に変換する蛍光増白剤(FWA)によって増白されている。蛍光試料の放射光は、反射光と蛍光との和である。よって、蛍光増白試料の全分光放射率係数Bt(I,λ)は、図20に示すように、分光反射率係数Br(λ)と蛍光分光放射率係数Bf(I,λ)との和である。分光反射率係数Br(λ)は、ある条件で照明・受光された試料からの反射光と、同条件で照明・受光された完全拡散反射面からの放射光との波長毎の比である。照明光Iによる蛍光分光放射率係数Bf(I,λ)は、ある条件で照明・受光された試料からの蛍光と、同条件で照明・受光された完全拡散反射面からの放射光との波長毎の比である。従って、蛍光増白試料の全分光放射率係数Bt(I,λ)は、下記式(2)で表すことができる。
分光反射率係数Br(λ)は、照明光に依存しないが、式(3)および式(4)で与えられる蛍光分光放射率係数Bf(I,λ)は、試料の二分光蛍光放射率係数F(μ,λ)と照明光の分光強度分布I(μ)とに依存するため、全分光放射率係数Bt(I,λ)も照明光の分光強度分布I(μ)に依存する。ここでのμは、照明光の波長域に含まれる励起波長を示し、λは、蛍光波長を示す。これ以外(例えば、式(1)〜式(3)のλは、照明光の波長を示す)。なお、Rf(I,λ)は、照明光Iによる蛍光の分光強度分布を示す。
従って、蛍光増白試料(例えば、蛍光増白紙、これを用紙とする印刷面)の色彩が測定される場合、照明光の分光強度分布を規定する必要がある。紙については、ISO5631−1,2,3が、それぞれCIE(国際照明委員会)の定める標準イルミナントC,D65,D50を要求し、印刷物については、ISO13655のM1条件がD50を要求している。つまり、測定用照明光は、これらの標準照明光Idに近似する相対分光強度分布をもつ必要がある。しかし、これを実用的に実現することは困難であるため、一般的には、近似測定法が用いられている。近似測定法として、例えば、Gortner−Griesserの方法(「o」はドイツ語のオー・ウムラウト)、及び、これを数値演算に置き換えた方法(例えば、特許文献1、特許文献2)がある。特許文献1、特許文献2の内容は、後で説明する。しかし、いずれの近似測定法も特定の二分光蛍光放射率係数に基づいているため、測定試料がそれから外れる二分光蛍光放射率係数をもつ場合に精度が落ちるという原理的な欠点がある。
一方、製紙業界では、蛍光増白効果のない分光反射率係数がしばしば必要とされる。現状、蛍光励起を抑制するために、測定用照明光の420nm以下の成分を除去するISO2470の測定法が一般的に用いられている。しかし、この方法には、白色度への影響が無視できない420nm以下の反射率係数が得られないという欠点がある。
特許文献1の方法を説明する。この方法は、紫外域に強度をもつ第1の照明光と、強度をもたない第2の照明光とで蛍光増白試料xを照明して、各照明光による第1、第2の全分光放射率係数Bt1(λ),Bt2(λ)を求め、これらの全分光放射率係数Bt1(λ),Bt2(λ)を、予め波長毎に設定された重み係数W(λ)によって、式(5)に示す線形結合をして、標準照明光で照明された試料の全分光放射率係数に近似する合成分光放射率係数B´t(λ)を得る。
上記の重み係数W(λ)は、以下のようにして設定される。試料に近似の励起・蛍光特性を有する蛍光基準試料が、標準照明光で照明されたとき、蛍光基準試料の全分光放射率係数がBt(λ)とする。蛍光基準試料が、前記第1、第2の照明光で照明されて、各照明光による全分光放射率係数Bt1(λ),Bt2(λ)が測定される。Bt1(λ),Bt2(λ)の線形結合W(λ)・Bt1(λ)+(1−W(λ)))・Bt2(λ)が、前記分光放射率係数Bt(λ)と等しくなるように、波長毎に、重み係数W(λ)が設定される。
特許文献2の方法を説明する。この方法は、基本的に特許文献1の方法と同じであるが、重み係数W(λ)の設定に際し、蛍光基準試料を用いない。特許文献2の方法は、蛍光基準試料の所定の二分光蛍光放射率係数と第1の照明光の分光強度分布とから、第1の照明光による蛍光分光放射率係数Bf1(λ)を、式(3)および式(4)を用いて算出し、上記二分光蛍光放射率係数と第2の照明光の分光強度分布とから、第2の照明光による蛍光分光放射率係数Bf2(λ)を、式(3)および式(4)を用いて算出し、上記二分光蛍光放射率係数と標準照明光の分光強度分布とから、標準照明光による蛍光分光放射率係数Bf(λ)を、式(3)および式(4)を用いて算出し、そして、Bf1(λ),Bf2(λ)の線形結合W(λ)・Bf1(λ)+(1−W(λ)))・Bf2(λ)が、Bf(λ)に等しくなるように、重み係数W(λ)を設定する。
上述したように、従来の近似測定法には課題があるので、近似測定法の改善が求められる。
本発明の目的は、近似測定法を改善することができる蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法、および、蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置を提供することである。
上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映した蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法は、標準照明光Idで照明された蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法であって、異なる分光強度分布をもつ複数の励起光Ik(k=1〜n)で順次、前記蛍光増白試料を照明したときに発生する試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、以下の第1〜第3の工程で前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求める。第1の工程:各励起光Ikによる前記分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求める。第2の工程:各励起光Ikによる前記蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を所与の重み係数Wkで線形結合し、式(6)によって前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める。
第3の工程:前記近似R´f(Id,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、式(7)によって、前記近似B´f(Id,λ)を求める。
発明の1又は複数の実施形態により与えられる利点及び特徴は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
以下、図面を参照して、本発明の1又は複数の実施形態が説明される。しかし、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。
実施形態の概要を説明する。実施形態は、以下の式を用いて、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める。なお、「近似」は、「近似値」と言い換えることができる。
B´t(Id,λ)=B´r(λ)+B´f(Id,λ)
B´r(λ)は、分光反射率係数Br(λ)の近似である。B´f(Id,λ)は、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似である。次に説明するように、近似B´r(λ)および近似B´f(Id,λ)は、特定の二分光蛍光放射率係数F(μ,λ)を用いることなく求められる。これにより、特定の二分光蛍光放射率係数F(μ,λ)を用いることなく、近似B´t(Id,λ)を求めることができる。実施形態によれば、近似B´r(λ)および近似B´f(Id,λ)の精度を向上させることができ、これにより、近似B´t(Id,λ)の精度を向上させることができる。
近似B´f(Id,λ)は、下記式(7)を用いて求められる。Id(λ)は、標準照明光Idの分光強度分布を示す。R´f(Id,λ)は、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似を示す。この近似R´f(Id,λ)は、下記式(6)を用いて求められる。Rf(Ik,λ)は、複数の照明光(励起光)Ik(k=1〜n)による蛍光の分光強度分布を示す。Wkは、重み係数を示す。
このように、近似B´f(Id,λ)を求めるのに、特定の二分光蛍光放射率係数が用いられるのではなく、標準照明光Idが用いられる。励起域外の波長域からは、蛍光が発生しないので、近似B´f(Id,λ)を求めるのに、励起域外の波長域は、必要でない。従って、励起域(300〜420nm)のスペクトル成分が、標準照明光の300〜420nmのスペクトル成分と一致すればよい。本発明者は、このような光源であれば、少数の単色LED(少数の上記照明光Ik)で実現できることに着目したのである。
近似B´r(λ)は、下記式(16)を用いて求められる。Ivis(λ)は、測定域照明光Ivis(可視域照明光)の分光強度分布を示す。R(Ivis,λ)は、測定域照明光Ivisによる試料放射光(=試料反射光+蛍光)の分光強度分布を示す。Rr(Ivis,λ)は、測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布を示す。Rf(Ivis,λ)は、測定域照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布を示す。式(16)の後半に示すように、R(Ivis,λ)からRf(Ivis,λ)が引き算される。従って、この近似B´r(λ)によれば、蛍光の影響を除くことができるので、製紙業界の要請に応じることができる。以下、実施形態について詳細に説明する。
〈測定原理〉
実施形態は、近似測定法を用いる。実施形態は、式(2)に基づいており、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)と、標準照明光Idによる分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)と、を求め、近似B´f(Id,λ)と近似B´r(λ)との和を求める。実施形態は、この和を、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)とする。
実施形態は、近似測定法を用いる。実施形態は、式(2)に基づいており、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)と、標準照明光Idによる分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)と、を求め、近似B´f(Id,λ)と近似B´r(λ)との和を求める。実施形態は、この和を、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)とする。
[A]蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似測定
多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)を求めるには、少なくとも励起域(300〜420nm)で、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に近似する分光強度分布をもつ照明光が必要である。しかし、これを実用的に実現することは困難である。そこで、式(6)に示すように、励起波長域内で異なる分光強度分布をもつ複数の照明光(励起光)Ik(k=1〜n)による蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を、適切な重み係数Wkで線形結合した合成蛍光の分光強度分布を用いて(式(6)の右辺)、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)を、近似することを考える(式(6)の左辺)。
多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)を求めるには、少なくとも励起域(300〜420nm)で、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に近似する分光強度分布をもつ照明光が必要である。しかし、これを実用的に実現することは困難である。そこで、式(6)に示すように、励起波長域内で異なる分光強度分布をもつ複数の照明光(励起光)Ik(k=1〜n)による蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を、適切な重み係数Wkで線形結合した合成蛍光の分光強度分布を用いて(式(6)の右辺)、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)を、近似することを考える(式(6)の左辺)。
図1は、7種の一般的な蛍光増白紙に関する波長と相対分光量子効率との関係を示すグラフである。図1に示すように、一般的に用いられる蛍光増白紙の相対分光量子効率には類似性があり、適切に設定した複数のタイプに分類できる。設定したタイプに適した照明光(励起光)Ikが選択され、重み係数Wkが最適化された場合、前記タイプに分類可能な蛍光増白紙について、式(6)の右辺(合成蛍光分光強度分布)は、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)のよい近似(R´f(Id,λ))となる。近似R´f(Id,λ)と標準照明光Idの既知の分光強度分布Id(λ)とから、式(7)によって、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)が求められる。以上説明したように、特定の二分光蛍光放射率係数F(μ,λ)を用いることなく、近似B´f(Id,λ)が求められる。
励起光Ikは、市場で入手可能な単色LEDの照明光を用いることができる。適切な波長の励起光Ikを用いれば、少数の単色照明光Ikでも十分な精度が得られる。
照明光が照射された蛍光増白紙からは、放射光(反射光+蛍光)が生じる。反射光の波長域と蛍光の波長域とが重畳域を有する場合、式(6)でなく、下記式(11)が用いられる。以下詳しく説明する。
図3は、各種LEDの波長と分光強度との関係を示すグラフである。簡単のために、中心波長360nmのLED(図3ではUV360)と中心波長405nmのLED(図3ではV405)を光源とする2つの単色照明光I1、I2が用いられる場合を例にして、近似R´f(Id,λ)の求め方を説明する。
図2は、7種の一般的な蛍光増白紙に単色光を照射したときの分光強度を示すグラフである。分光強度には、反射光の分光強度と蛍光の分光強度とが含まれる。図2に示すように、一般的な蛍光増白紙の蛍光域は、390〜600nmであるが、蛍光域内に強度を持つ励起光は、蛍光とそれよりはるかに強い反射光とが共存する重畳域をもつ。測定域を400〜700nmの可視域とする。中心波長360nmを有し、蛍光域(390〜600nm)に重畳域をもたない単色照明光I1による試料放射光において、400〜700nmの分光強度分布R(I1,λ)は、蛍光の分光強度分布Rf(I1,λ)を与える(各励起光Ikによる分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求める:第1種の励起光Ik1による蛍光の分光強度分布Rf(Ik1,λ)が、第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)で与えられる)。すなわち、単色照明光I1の場合、蛍光の波長域に反射光の波長域がないので、式(6)に含まれるRf(Ik,λ)を求めることができる(測定することができる)。これに対して、中心波長405nmを有し、蛍光域(390〜600nm)に重畳域(390〜430nm)をもつ単色照明光I2による試料放射光において、重畳域外(430〜700nm)では、蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)が与えられるが、重畳域内(400〜430nm)では、反射光の影響によって、蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)が与えられない。すなわち、単色照明光I2の場合、重畳域内については、式(6)に含まれるRf(Ik,λ)を求めることができない。そこで、単色照明光I2の場合、近似R´f(I2,λ)を求める。詳しく説明すると、図2に示すように、蛍光の相対的な分光強度分布は、励起波長に依存せず、ほぼ一定なので、単色照明光I2による蛍光の重畳域内の分光強度分布を、単色照明光I1による蛍光の分光強度分布Rf(I1,λr1)を用いてK・I1(λ)で置き換えることができる。但し、強度を調整する係数Kは、重畳域外の1つ以上の参照波長λr1(例えば440nm)での単色照明光I1,I2による蛍光の分光強度分布Rf(I1,λr1)とRf(I2,λr1)との比で、式(8)で与えられる。係数Kは、参照波長λr1での単色照明光I1,I2による試料放射光の分光強度分布R(I1,λr1)とR(I2,λr1)との比と言い換えることができる。
さらに、蛍光波長λは、常に励起波長μより長いことを反映する補正係数C(λ)を導入し、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の近似R´f(I2,λ)を、式(9)で与える。式(9a)は、重畳域内の場合を示し、式(9b)は、重畳域外の場合を示す。重畳域外の場合、上述したように、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)が与えられるので、これを近似R´f(I2,λ)として用いる。なお、式(9a)において、Rf(I1,λ)は、R(I1,λ)と言い換えることができ、式(9b)において、Rf(I2,λ)は、R(I2,λ)と言い換えることができる。
但し、補正係数C(λ)は、式(10)で与えられる。μは、上記励起波長を示す。補正係数C(λ)の場合、λは、蛍光波長を示す。
単色照明光I1による蛍光の分光強度分布Rf(I1,λ)と、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の近似R´f(I2,λ)と、を用いて、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)は、式(11)で与えられる。
[B]重み係数Wkの設定
重み係数Wkの設定法として、設定法1〜3がある。以下詳しく説明する。十分な数の単色励起光Ikが励起域に分布している場合、式(12)で与えられる合成励起光I´dの分光強度分布I´d(λ)が、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に近似するように、重み係数Wkが設定される(設定法1)。
重み係数Wkの設定法として、設定法1〜3がある。以下詳しく説明する。十分な数の単色励起光Ikが励起域に分布している場合、式(12)で与えられる合成励起光I´dの分光強度分布I´d(λ)が、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に近似するように、重み係数Wkが設定される(設定法1)。
設定法2を説明する。十分な数の単色励起光Ikが励起域に分布していない場合、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)が近似できない。この場合、一般的な蛍光増白紙を対象にした、式(6)の右辺で示す合成蛍光の分光強度分布が、標準照明光Idによる蛍光分光強度分布Rf(Id,λ)に近似するように重み係数Wkが最適化される。
例えば、図1に示す代表的な蛍光増白紙(紙A、紙B、紙C、紙D、紙E、紙F、紙G)の相対分光量子効率は、図4に示す4タイプに分類できる。各タイプT(T=1〜4)を代表する増白紙(紙D、紙E、紙F、紙G)の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)を得る(測定対象となる蛍光増白試料の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)が複数のタイプに分類され、複数の異なる二分光蛍光放射率係数は、複数のタイプの二分光蛍光放射率係数である)。そして、単色照明光I1による蛍光の分光強度分布Rf,T(I1,λ)、及び、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf,T(I2,λ)を、式(4)で求める各タイプのRf,T(I1,λ)とRf,T(I2,λ)を式(36)によって線形結合した合成蛍光の分光強度分布(=R´f,T(Id,λ))が、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)に近似するように、W1、W2が設定される(設定法2)。
設定法2を一般化した説明は、以下の通りである。複数の異なる二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)(T=1〜N)と、複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Ik,λ)、および、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)を以下の式(25)および式(26)で求める。二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)の場合、μは励起波長、λは蛍光波長を示す。
そして、複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Ik,λ)を、以下の式(27)で線形結合して求めた合成蛍光の分光強度分布R´f,T(Id,λ)が、複数の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)の全てについて、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)に近似するように重み係数Wkを設定する。
設定法3を説明する。前述のように、蛍光の相対的な分光強度分布は、励起波長に依存せず、ほぼ一定なので、上記Rf,T(I1,λ)、Rf,T(I2,λ)、Rf,T(Id,λ)を、1つ以上の波長λr2(例えば、励起光の反射に影響されずピークに近い波長440nm)での蛍光強度Rf,T(I1,λr2)、Rf,T(I2,λr2)、Rf,T(Id,λr2)に置き換えることができる。従って、式(13)で与えられる各タイプのR´f,T(Id,λr2)とRf,T(Id,λr2)との差の二乗和dRf×dRfが最小となるような重み係数W1、W2を最小二乗法で求めることができる(設定法3)。Rf,T(I1,λr2)、Rf,T(I2,λr2)、Rf,T(Id,λr2)は、あらかじめ取得された各タイプの波長λr2での蛍光に対する分光量子効率FT(μ,λr2)と各照明光の分光強度分布I1(μ)、I2(μ)、Id(μ)とから、式(14)および式(15)によって求められる。なお、各タイプの波長λr2での蛍光に対する分光量子効率FT(μ,λr2)とは、以下の通りである。測定対象となる蛍光増白試料の参照波長λr2での蛍光に対する分光量子効率FT(μ,λr2)が複数のタイプに分類され、複数の異なる分光量子効率は、複数のタイプの分光量子効率である。
上記では1つの標準照明光Idのための1組の重み係数Wkを設定しているが、複数の標準照明光Id(例えば、A、C、D50、D65)から選択したM個の標準照明光Id,m(m=1〜M)について、M組の重み係数Wk,mを設定し、同じ蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)にこれらの重み係数Wk,mを適用し、式(6)を用いて近似R´f(Id,λ)を求め、そして、選択された標準照明光Id,mによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,m ,λ)の近似B´f(Id,m ,λ)、および、選択された標準照明光Id,mによる全分光放射率係数Bt(Id,m ,λ)の近似B´t(Id,m ,λ)を求めることができる。
[C]分光反射率係数Br(λ)の近似測定
式(16)の前半に示すように、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)は、測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を、測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)で徐して求められる。一方、図1に示すように、一般的な蛍光増白紙の励起域は、430nmにまで及んでおり、多くの蛍光増白紙は、390〜410nmで高い量子効率をもつ。このため、蛍光増白紙を可視域(測定域)照明光Ivisで照明したときに生じる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)には、試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)だけでなく、可視域(測定域)照明光Ivisの430nm以下の成分で励起された蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)が含まれる。従って、式(16)の後半に示すように、可視域(測定域)照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)から、可視域(測定域)照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)を減じて、可視域(測定域)照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を求め、これを、可視域(測定域)照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)で除して、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を得る。
式(16)の前半に示すように、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)は、測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を、測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)で徐して求められる。一方、図1に示すように、一般的な蛍光増白紙の励起域は、430nmにまで及んでおり、多くの蛍光増白紙は、390〜410nmで高い量子効率をもつ。このため、蛍光増白紙を可視域(測定域)照明光Ivisで照明したときに生じる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)には、試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)だけでなく、可視域(測定域)照明光Ivisの430nm以下の成分で励起された蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)が含まれる。従って、式(16)の後半に示すように、可視域(測定域)照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)から、可視域(測定域)照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)を減じて、可視域(測定域)照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を求め、これを、可視域(測定域)照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)で除して、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を得る。
Rf(Ivis,λ)を推定するために、400nm〜700nmの可視域をカバーする可視域(測定域)照明光Ivisを、蛍光を励起しない430nm以上の照明光Ivis1と蛍光を励起する400nm〜430nmの照明光Ivis2とで合成する。具体的には、前者を、図3に示す分光強度分布を有する青励起の白色LED Iwb(図3ではWb)、後者を、中心波長405nmを有する単色照明光I2(図3ではV405)として、可視域(測定域)照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)を式(17)で与える。
この場合、可視域(測定域)照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)は、式(18)で与えられる。
可視域(測定域)照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)は、式(9a)で与えられるR´f(I2,λ)で近似する。すなわち、R´f(I2,λ)として、Rf(Ivis,λ)が用いられる(400nm〜430nmにおいて、Ivis=I2であるので、近似することができる)。これと、式(17)と、式(18)と、を式(16)に代入し、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求める。
[D]全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)の算出
式(2)と同様にして、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)が求められる。詳しくは、式(11)を用いて、近似R´f(Id,λ)を求める。近似R´f(Id,λ)と式(7)とを用いて、近似B´f(Id,λ)を求める。式(16)を用いて、近似B´r(λ)を求める。近似B´f(Id,λ)と近似B´r(λ)との和を求める。これが近似B´t(Id,λ)である。
式(2)と同様にして、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)が求められる。詳しくは、式(11)を用いて、近似R´f(Id,λ)を求める。近似R´f(Id,λ)と式(7)とを用いて、近似B´f(Id,λ)を求める。式(16)を用いて、近似B´r(λ)を求める。近似B´f(Id,λ)と近似B´r(λ)との和を求める。これが近似B´t(Id,λ)である。
[E]全分光反射率係数Bt(Id,λ)測定の別法
別法は、重畳域について、分光反射率係数、および、式(10)に示す補正係数C(λ)を用いないで、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)を求める方法である。下記式(20a)及び式(20b)に示すように、重畳域(400≦λ<430nm)と重畳域外(λ≧430nm)とに分けて、近似B´´t(Id,λ)が求められる。以下、詳しく説明する。
別法は、重畳域について、分光反射率係数、および、式(10)に示す補正係数C(λ)を用いないで、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)を求める方法である。下記式(20a)及び式(20b)に示すように、重畳域(400≦λ<430nm)と重畳域外(λ≧430nm)とに分けて、近似B´´t(Id,λ)が求められる。以下、詳しく説明する。
測定原理の[A]で説明したように、蛍光域と励起域とが重なる重畳域の単色照明光I2(励起光)による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の重畳域成分は、該励起光による蛍光と反射光とを含む放射光の分光強度分布R(I2,λ)からは求められない。このため、式(8)、式(9a)、および、式(10)によって、単色照明光I2(励起光)による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の近似R´f(I2,λ)を求めている。式(9a)では、蛍光波長λが常に励起波長μより長いことを反映する補正係数C(λ)も導入している。こうした重畳域の煩瑣な取り扱いを避けるため、この別法が提案される。図5は、D50光源と別法で用いるId2光源とについて、波長と分光強度との関係を示すグラフである。Id2光源は、重畳域(400〜430nm)において、標準照明光Id(ここでは、D50光源)に近似する分光強度分布をもつ重畳域照明光Id2を出射する光源である。重畳域(400〜430nm)は、比較的狭い波長域であるので、小数のLEDを組み合わせるだけで、Id2光源を実現できる。別法では、蛍光分光放射率係数と分光反射率係数との和としてではなく、重畳域照明光Id2による試料放射光の分光強度分布R(Id2,λ)から直接、重畳域照明光Id2による重畳域の全分光反射率係数Bt(Id2,λ)を求める(式(19))。
図6は、別法で用いられる各種係数について、波長と分光強度との関係を示すグラフである。式(19)による重畳域のBt(Id2,λ)には、標準照明光Idの重畳域成分Id2による蛍光分光放射率係数Bf(Id2,λ)しか含まれていない。そこで、式(20a)の前半に示すように、標準照明光Idの重畳域成分Id2以外の励起成分(<400nmの成分)Id1による蛍光分光放射率係数Bf(Id1,λ)を追加する必要がある。このBf(Id1,λ)と式(19)に示すBt(Id2,λ)との和が、式(20a)の前半に示すように、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)となる。上記Bf(Id1,λ)は、式(6)および式(7)で求められる近似B´f(Id,λ)と同じ相対形状をもつ。従って、式(20a)の後半に示すように、強度係数をAとするB´f(Id1,λ)で近似できる。
重畳域外において、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)は、式(2)に基づいて、式(20b)で与えられる。すなわち、近似B´´t(Id,λ)は、式(6)および式(7)で求められる近似B´f(Id,λ)と、式(20c)で求められる分光反射率係数Br(λ)との和である。Br(λ)の求め方は、以下の通りである。ここでは、重畳域外のみを対象とするので、測定域照明光Ivisを照明光Ivis1(励起域を含まない測定域照明光)に置き換えられる。照明光Ivis1は、蛍光を励起しないので、R(Ivis1,λ)=Rr(Ivis1,λ)、かつ、Rf(Ivis1,λ)=0として、式(20c)で求められる。また、式(20a)および式(20b)は、励起光による長波長の蛍光を対象とするので、式(9a)に含まれる補正係数C(λ)は、不要になる。
強度係数Aは、式(21)で与えられる。λr3は、照明光Ivis2(励起域を含む測定域照明光、400〜430nmの照明光)の反射光の影響を受けない1つ以上の参照波長(例えば460nm)である。Bt(Id2,λr3)は、重畳域照明光Id2による全分光放射率係数である。B´f(Id,λr3)は、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数の近似である。
以上までが測定原理の説明である。
〈第1実施形態〉
図7は、第1実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置の構成を説明する説明図である。第1実施形態は、2つの単色励起光Ikを用いており、高拡散、高反射率の内壁をもつ積分球4を具える。積分球4に形成された開口1a、2a、3aから青励起の白色LED1の放射光1b(青励起の白色LEDから放射される照明光Iwb)、中心波長360nmの紫外LED2の放射光2b(単色照明光I1)、中心波長405nmの紫LED3の放射光3b(単色照明光I2)がそれぞれ入射する。白色LED1、紫外LED2、紫LED3は、それぞれ、駆動回路1d、2d、3dを介し、制御演算装置10(制御演算部)が出力する駆動信号1e、2e、3eによって順次、点灯される。放射光1b、2b、3bは、積分球4の内壁で多重拡散反射されて拡散照明光4aとなり、拡散照明光4aが試料用開口5aに置かれた試料5(蛍光増白試料)を拡散照明する。この照明により試料5から放射された放射光のうち、法線成分5bが積分球4の測定開口5cを通り、対物レンズ6によって試料光ファイバ7の入射端7aに収束、入射して、試料光ファイバ7によってデュアルチャンネル分光装置9(試料放射光分光部)の試料光スリット7bに導かれる。この照明受光系は、紙の測定に関するISO5631−1,2,3が求めるd:0°SCEジオメトリに準拠している。一方、積分球4内の照明光の一部が参照用開口8aを通って参照光ファイバ8に入射し、参照光ファイバ8によってデュアルチャンネル分光装置9の参照光スリット8bに導かれる。デュアルチャンネル分光装置9は、入射した試料放射光および参照光の分光強度分布データ9aを制御演算装置10に出力する。制御演算装置10は、白色LED1、紫外LED2、および、紫LED3を制御、点灯するとともに、デュアルチャンネル分光装置9を制御して試料放射光および参照光の分光強度分布を測定させ、送られてきた分光強度分布データと所与のデータとを用いて、試料5の蛍光分光放射率係数の近似と分光反射率係数の近似とを求め、これらから全分光放射率係数の近似を算出し、蛍光分光放射率係数の近似、分光反射率係数の近似、および、全分光放射率係数の近似を、出力データ10aとして出力する。
図7は、第1実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置の構成を説明する説明図である。第1実施形態は、2つの単色励起光Ikを用いており、高拡散、高反射率の内壁をもつ積分球4を具える。積分球4に形成された開口1a、2a、3aから青励起の白色LED1の放射光1b(青励起の白色LEDから放射される照明光Iwb)、中心波長360nmの紫外LED2の放射光2b(単色照明光I1)、中心波長405nmの紫LED3の放射光3b(単色照明光I2)がそれぞれ入射する。白色LED1、紫外LED2、紫LED3は、それぞれ、駆動回路1d、2d、3dを介し、制御演算装置10(制御演算部)が出力する駆動信号1e、2e、3eによって順次、点灯される。放射光1b、2b、3bは、積分球4の内壁で多重拡散反射されて拡散照明光4aとなり、拡散照明光4aが試料用開口5aに置かれた試料5(蛍光増白試料)を拡散照明する。この照明により試料5から放射された放射光のうち、法線成分5bが積分球4の測定開口5cを通り、対物レンズ6によって試料光ファイバ7の入射端7aに収束、入射して、試料光ファイバ7によってデュアルチャンネル分光装置9(試料放射光分光部)の試料光スリット7bに導かれる。この照明受光系は、紙の測定に関するISO5631−1,2,3が求めるd:0°SCEジオメトリに準拠している。一方、積分球4内の照明光の一部が参照用開口8aを通って参照光ファイバ8に入射し、参照光ファイバ8によってデュアルチャンネル分光装置9の参照光スリット8bに導かれる。デュアルチャンネル分光装置9は、入射した試料放射光および参照光の分光強度分布データ9aを制御演算装置10に出力する。制御演算装置10は、白色LED1、紫外LED2、および、紫LED3を制御、点灯するとともに、デュアルチャンネル分光装置9を制御して試料放射光および参照光の分光強度分布を測定させ、送られてきた分光強度分布データと所与のデータとを用いて、試料5の蛍光分光放射率係数の近似と分光反射率係数の近似とを求め、これらから全分光放射率係数の近似を算出し、蛍光分光放射率係数の近似、分光反射率係数の近似、および、全分光放射率係数の近似を、出力データ10aとして出力する。
演算制御装置10(演算制御部)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び、HDD(Hard Disk Drive)等のハードウェアプロセッサ、並びに、演算制御装置10の機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。演算制御装置10の機能の一部又は全部は、CPUによる処理に替えて、又は、これと共に、DSP(Digital Signal Processor)による処理によって実現されてもよい。又、演算制御装置10の機能の一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に替えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
図8Aは、第1実施形態に係る蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法を示すフローチャートである。標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求めるには、標準照明光Idが必要となる。励起域以外は、蛍光の発生に貢献しないので、標準照明光Idの励起域(300〜420nm)のスペクトル成分が実現できればよい。第1実施形態は、中心波長360nmを有する単色照明光I1の光源(紫外LED2)と、中心波長405nmを有する単色照明光I2の光源(紫LED3)とによって、標準照明光Idの励起域のスペクトル成分を実現する。分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求めるには、可視域(400〜700nm)の光源が必要となる。第1実施形態は、照明光Iwbの光源(白色LED1)と、中心波長405nmを有する単色照明光I2の光源(紫LED3)とによって、その光源を実現している。以下、図7および図8Aを参照して、分光放射特性の測定方法について説明する。
制御演算装置10は、照明光Iwbの光源(白色LED1)を所定時間、点灯する(#1)。
制御演算装置10は、デュアルチャンネル分光装置9から照明光Iwbの分光強度分布Iwb(λ)と、照明光Iwbによる試料放射光の分光強度分布R(Iwb,λ)を取得する(#2)。
制御演算装置10は、中心波長360nmを有する単色照明光I1の光源(紫外LED2)を所定時間、点灯する(#3)。
制御演算装置10は、単色照明光I1の分光強度分布I1(λ)と、単色照明光I1による試料放射光の分光強度分布R(I1,λ)(=Rf(I1,λ))を取得する(#4)。
制御演算装置10は、中心波長405nmを有する単色照明光I2の光源(紫LED3)を所定時間、点灯する(#5)。
制御演算装置10は、単色照明光I2の分光強度分布I2(λ)と、単色照明光I2による試料放射光の分光強度分布R(I2,λ)を取得する(#6)。
制御演算装置10は、♯4で得られたR(I1,λ)、♯6で得られたR(I2,λ)、および、式(8)によって強度係数Kを求める(#7)。
制御演算装置10は、式(10)によって補正係数C(λ)を求める(#8)。
制御演算装置10は、K、C(λ)、式(9a)、および、式(9b)によって、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の近似R´f(I2,λ)を求める(#9)。
制御演算装置10は、単色照明光I1の分光強度分布I1(λ)、単色照明光I2の分光強度分布I2(λ)、および、予め記憶している各タイプの分光量子効率FT(μ,440)を用いて、重み係数最適化サブルーチンを実行し、これにより、重み係数W1、W2を求める(#10)。
制御演算装置10は、求めた重み係数W1、W2を用いて、式(11)によって、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める(#11)。
制御演算装置10は、近似R´f(Id,λ)、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)、および、式(7)によって、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求める(#12)。
制御演算装置10は、照明光Iwbの分光強度分布Iwb(λ)、単色照明光I2の分光強度分布I2(λ)、照明光Iwbによる試料放射光の分光強度分布R(Iwb,λ)、単色照明光I2による試料放射光の分光強度分布R(I2,λ)、式(17)、および、式(18)によって、測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)、および、測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)を合成する(#13)。
制御演算装置10は、♯13で求めたIvis(λ)、R(Ivis,λ)、♯9で求めた近似R´f(I2,λ)、および、式(16)を用いて、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求める(#14)。式(16)に含まれる測定域照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)として、♯9で求めた近似R´f(I2,λ)を用いることができる理由を説明する。照明光Iwbは、励起域の波長成分を有しないので、蛍光は、単色照明光I2によって発生する。このため、蛍光に関しては、測定域照明光Ivisを、単色照明光I2と見なすことができる。よって、近似R´f(I2,λ)=近似R´f(Ivis,λ)≒Rf(Ivis,λ)となるのである。
制御演算装置10は、#12で得られた近似B´f(Id,λ)に、#14で得られた近似B´r(λ)を加算して、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める(#15)。
制御演算装置10は、近似B´f(Id,λ)、近似B´r(λ)、および、近似B´t(Id,λ)を出力する(#16)。
以下では、#10の重み係数最適化サブルーチンのフローについて説明する。図8Bは、このサブルーチンを示すフローチャートである。λr2は、440nmとする。図7及び図8Bを参照して、制御演算装置10には、あらかじめ取得された各タイプT(T=1〜4)の440nm蛍光に対する分光量子効率FT(μ,440)と、FT(μ,440)、Id(μ)、および、式(15)によって求められた標準照明光Idによる440nmでの蛍光強度Rf,T(Id,440)と、が保存されている。
制御演算装置10は、FT(μ,440)、単色照明光I1の分光強度分布I1(λ)、単色照明光I2の分光強度分布I2(λ)、および、式(14)を用いて、各タイプTの単色照明光I1、単色照明光I2による蛍光強度Rf,T(I1,440)、Rf,T(I2,440)を求める(#21)。
制御演算装置10は、重み係数W1、重み係数W2に初期値1を設定する(#22)。
制御演算装置10は、重み係数W1、重み係数W2によって、♯21で求めたRf,T(I1,440)、Rf,T(I2,440)を、式(11)で線形結合して、合成強度R´f,T(Id,440)を求める(#23)。
制御演算装置10は、各タイプTのR´f,T(Id,440)と、予め保存している上記Rf,T(Id,440)との差の二乗和dRf×dRfを、式(13)によって求める(#24)。
制御演算装置10は、二乗和dRf×dRfが、所与の閾値δより小さいか否かを判定する(#25)。
制御演算装置10は、二乗和dRf×dRfが、所与の閾値δより小さい場合(Yes)、♯23で用いられた重み係数W1、重み係数W2をメインルーチンに返す(#26)。
制御演算装置10は、二乗和dRf×dRfが、所与の閾値δ以上の場合(No)、重み係数W1、重み係数W2を修正するために(#27)、♯23に戻る。
図8Aおよび図8Bに示すフローでは、LED放射光の分光強度分布の温度依存性が大きいことを考慮し、測定ごとに取得した単色照明光I1の分光強度分布I1(λ)および単色照明光I2の分光強度分布I2(λ)に基づき、#10の重み係数最適化サブルーチンで、重み係数W1、重み係数W2を再設定している(すなわち、複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度を設定するための重み係数Wkが、直近の測定で取得された励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)に基づいて求められている)。しかしながら、分光強度分布I1(λ)、および、分光強度分布I2(λ)が安定している場合や変化が無視できる場合、製造時、あるいは測定前に設定、記憶した重み係数を用いてもよい。
単色LEDの分光強度分布は、素子温度に依存し、定電流駆動されるLEDの順電圧も素子温度に依存する。そこで、制御演算装置10は、定電流駆動時の順電圧と分光強度分布との相関特性をあらかじめ取得しておき、同じ駆動条件で測定時に検知した順電圧から、単色LEDの分光強度分布を推定することもできる。駆動回路1d(駆動部)は、白色LED1(単色LED)を定電流駆動する。駆動回路2d(駆動部)は、紫外LED2(単色LED)を定電流駆動する。駆動回路3d(駆動部)は、紫LED3(単色LED)を定電流駆動する。
さらに、制御演算装置10は、単色LEDの順電圧(つまり素子温度)と、その順電圧での分光強度分布I1(λ)および分光強度分布I2(λ)における重み係数W1,W2と、の関係を示すテーブルをあらかじめ求めておき、補間等によって測定時の順電圧での重み係数を求めてもよい。駆動回路1dは、白色LED1(単色LED)の順電圧を測定する電圧測定回路を具える。駆動回路2dは、紫外LED2(単色LED)の順電圧を測定する電圧測定回路を具える。駆動回路3dは、紫LED3(単色LED)の順電圧を測定する電圧測定回路を具える。これらの電圧測定回路(順電圧測定部)は、それぞれ、オペアンプと、ADコンバータとにより構成される。オペアンプの非反転入力端子と単色LEDのカソードとが接続される。オペアンプの反転入力端子と出力端子とが接続されている。オペアンプの出力端子とADコンバータの入力端子とが接続されている。
また、#7〜#9では、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布R´f(I2,λ)について、重畳域内成分の場合を、式(9a)によって求め、重畳域外成分の場合を、式(9b)によって求めている。しかしながら、重畳域外成分の場合も、式(9a)によって求めてもよい。この場合、式(10)に示す補正係数C(λ)=1となる。
〈第2実施形態〉
図9は、第2実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置の構成を説明する説明図である。図10は、第2実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置に具えられる照明光学系の平面図である。第2実施形態は、照明受光光学系のみ第1実施形態と異なる。第2実施形態の照明系は、小積分球24を具え、第1実施形態と同様に、開口1a、2a、3aから青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)、中心波長360mの紫外LED2の放射光2b(I1)、中心波長405nmの紫LED3の放射光3b(I2)がそれぞれ入射する。放射光1b、2b、3bは、小積分球24の内壁で多重拡散反射した後、放射開口24aから拡散放射される。照明受光光学系の光軸24xは、放射開口面の中心を通る放射開口面の法線と一致する。光軸24xから45°近傍の放射光成分24bが、光軸24xに関して軸対象に配置された12枚の平面鏡25a〜25l(図10)で反射される。反射された光束は、光軸24xから45°を中心とする照明光24cとなって試料5を12方位から照明する。この照明による試料放射光の法線成分5bが対物レンズ26によって、試料光ファイバ7の入射端7aに収束、入射し、試料光ファイバ7によってデュアルチャンネル分光装置9の試料光スリット7bに導かれる。この照明受光系は、印刷物の測定に関するISO13655が求める45°c:0°ジオメトリに準拠している。一方、小積分球24内の照明光の一部が、参照用開口8aを通って参照光ファイバ8に入射し、参照光ファイバ8によってデュアルチャンネル分光装置9の参照光スリット8bに導かれる。デュアルチャンネル分光装置9は入射した試料光および参照光の分光強度分布データ9aを制御演算装置10に出力する。白色LED1、紫外LED2、紫LED3の制御、および、分光強度分布データの処理は、図8Aおよび図8Bのフローによって行われる。
図9は、第2実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置の構成を説明する説明図である。図10は、第2実施形態に係る蛍光増白試料の測定装置に具えられる照明光学系の平面図である。第2実施形態は、照明受光光学系のみ第1実施形態と異なる。第2実施形態の照明系は、小積分球24を具え、第1実施形態と同様に、開口1a、2a、3aから青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)、中心波長360mの紫外LED2の放射光2b(I1)、中心波長405nmの紫LED3の放射光3b(I2)がそれぞれ入射する。放射光1b、2b、3bは、小積分球24の内壁で多重拡散反射した後、放射開口24aから拡散放射される。照明受光光学系の光軸24xは、放射開口面の中心を通る放射開口面の法線と一致する。光軸24xから45°近傍の放射光成分24bが、光軸24xに関して軸対象に配置された12枚の平面鏡25a〜25l(図10)で反射される。反射された光束は、光軸24xから45°を中心とする照明光24cとなって試料5を12方位から照明する。この照明による試料放射光の法線成分5bが対物レンズ26によって、試料光ファイバ7の入射端7aに収束、入射し、試料光ファイバ7によってデュアルチャンネル分光装置9の試料光スリット7bに導かれる。この照明受光系は、印刷物の測定に関するISO13655が求める45°c:0°ジオメトリに準拠している。一方、小積分球24内の照明光の一部が、参照用開口8aを通って参照光ファイバ8に入射し、参照光ファイバ8によってデュアルチャンネル分光装置9の参照光スリット8bに導かれる。デュアルチャンネル分光装置9は入射した試料光および参照光の分光強度分布データ9aを制御演算装置10に出力する。白色LED1、紫外LED2、紫LED3の制御、および、分光強度分布データの処理は、図8Aおよび図8Bのフローによって行われる。
小積分球24の放射開口24aからの放射光は、COS特性の配光24dをもつため、文献(米国特許第7365843、特開2010−281808号公報)に記載のように、照明光学系と試料5(試料面)との距離に変動5cが生じても、試料面での照度変化が抑制される。
〈第3実施形態〉
図11は、第3実施形態において、小積分球に入射する放射光を示す平面図である。第3実施形態に係る蛍光増白試料の測定方法は、基本的に第2の実施形態と同じ構成をもつが、図11に示すように、青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)と、中心波長355nmのLED31の放射光31b(I1)と、375nmのLED32の放射光32b(I2)と、385nmのLED33の放射光33b(I3)と、395nmのLED34の放射光34b(I4)と、405nmのLED35の放射光35b(I5)と、が対応する開口から小積分球44に入射する。図12は、第3実施形態で用いられる各放射光(Iwb、I1、I2、I3、I4、I5)の分光強度を示すグラフである。前記設定法3では、図4の4タイプの分光量子効率Ff,T(μ,440)に基づいて、5つの励起光I1〜I5の重み係数W1〜W5を最適化することができない。このため、第3実施形態では、励起光I2〜I5の重み係数W2〜W5を前記設定法1で設定する。さらに、励起光I1〜I5の外側(〜355nmおよび405nm〜)での励起を反映するために、励起光I1の重み係数W1と励起光I5の重み係数W5とを前記設定法3で設定(重み係数W5は再設定)する。
図11は、第3実施形態において、小積分球に入射する放射光を示す平面図である。第3実施形態に係る蛍光増白試料の測定方法は、基本的に第2の実施形態と同じ構成をもつが、図11に示すように、青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)と、中心波長355nmのLED31の放射光31b(I1)と、375nmのLED32の放射光32b(I2)と、385nmのLED33の放射光33b(I3)と、395nmのLED34の放射光34b(I4)と、405nmのLED35の放射光35b(I5)と、が対応する開口から小積分球44に入射する。図12は、第3実施形態で用いられる各放射光(Iwb、I1、I2、I3、I4、I5)の分光強度を示すグラフである。前記設定法3では、図4の4タイプの分光量子効率Ff,T(μ,440)に基づいて、5つの励起光I1〜I5の重み係数W1〜W5を最適化することができない。このため、第3実施形態では、励起光I2〜I5の重み係数W2〜W5を前記設定法1で設定する。さらに、励起光I1〜I5の外側(〜355nmおよび405nm〜)での励起を反映するために、励起光I1の重み係数W1と励起光I5の重み係数W5とを前記設定法3で設定(重み係数W5は再設定)する。
図13は、第3実施形態に係る蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法を示すフローチャートである。図8Aおよび図8Bのフローでは、演算で行っている線形結合の重みづけを、このフローでは、励起光Ik(k=1〜n)の強度が重み係数Wkに比例するように、LEDの点灯時間τkを制御することで行っている。重み係数Wkに基づく励起光Ikの点灯時間τkと照明光Iwbの点灯時間τwbは、あらかじめ与えられていて、Iwb、I1、I2_4(=I2+I3+I4)、I5の4種の照明光が用いられる。I2_4の補正係数C2_4(λ)、および、I5の補正係数C5(λ)は、それぞれの分光強度分布にのみ依存するので、この段階で式(10)に準じて求められる。
制御演算装置10は、照明光Iwbの光源(白色LED1)を時間τwb、点灯する(#31)。
制御演算装置10は、デュアルチャンネル分光装置9から照明光Iwbの分光強度分布Iwb(λ)と、照明光Iwbによる試料放射光の分光強度分布R(Iwb,λ)を取得する(#32)。
制御演算装置10は、中心波長355nmを有する励起光I1の光源(LED)を時間τ1、点灯する(#33)。
制御演算装置10は、励起光I1による試料放射光の分光強度分布R(I1,λ)(=Rf(I1,λ))を取得する(#34)。
制御演算装置10は、中心波長375nmを有する励起光I2の光源(LED)を時間τ2、中心波長385nmを有する励起光I3の光源(LED)を時間τ3、中心波長395nmを有する励起光I4の光源(LED)を時間τ4、点灯する(#35)。
制御演算装置10は、励起光I2+I3+I4による試料放射光の分光強度分布R(I2_4,λ)を取得する(#36)。
制御演算装置10は、中心波長405nmを有する励起光I5の光源(LED)を時間τ5、点灯する(#37)。
制御演算装置10は、励起光I5の分光強度分布I5(λ)と、励起光I5による試料放射光の分光強度分布R(I5,λ)を取得する(#38)。
制御演算装置10は、式(8)によって強度係数K2_4、K5を求める(#39)。
制御演算装置10は、K2_4、K5、C2_4(λ)、C5(λ)、式(9a)、および、式(9b)によって、励起光I2_4による蛍光の分光強度分布Rf(I2_4,λ)の近似R´f(I2_4,λ)、および、励起光I5による蛍光の分光強度分布Rf(I5,λ)の近似R´f(I5,λ)を求める(#40)。
制御演算装置10は、R(I1,λ)と近似R´(I2_4,λ)と近似R´f(I5,λ)とを足し算して、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める(#41)。
制御演算装置10は、近似R´f(Id,λ)、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)、および、式(7)によって、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求める(#42)。
制御演算装置10は、照明光Iwbの分光強度分布Iwb(λ)、励起光I5の分光強度分布I5(λ)、照明光Iwbによる試料放射光の分光強度分布R(Iwb,λ)、励起光I5による試料放射光の分光強度分布R(I5,λ)、式(17)、および、式(18)によって、測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)、および、測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)を合成する(#43)。
制御演算装置10は、♯43で求めたIvis(λ)、R(Ivis,λ)、♯40で求めた近似R´f(I5,λ)(=R´f(Ivis,λ))、および、式(16)を用いて、分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求める(#44)。
制御演算装置10は、#42で得られた近似B´f(Id,λ)に、#44で得られた近似B´r(λ)を加算して、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める(#45)。
制御演算装置10は、近似B´f(Id,λ)、近似B´r(λ)、および、近似B´t(Id,λ)を出力する(#46)。
上記では、点灯時間τkで強度を与えたが、LEDの駆動電流量ikで与えることもできる。τkやikは、測定前に既知でなければならないが、走査測定のように連続測定する場合は、制御演算装置10は、測定毎に分光強度分布Ik(λ)を取得して、次の測定のためのτkやikを求めることができる。同時点灯の場合、個々の分光強度分布Ik(λ)は実測できないが、前述のように、LEDを定電流駆動し、順電圧から分光強度分布を推定する場合は個々の分光強度分布Ik(λ)を得ることができる。
〈第4実施形態〉
第4実施形態は、全分光反射率係数の近似B´t(Id,λ)の算出に別法を用いる。第4の実施形態は、第3実施形態と基本的に同じ構成であるが、図11に示す照明受光系の小積分球44に入射する単色光の中心波長が異なる。つまり、青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)と中心波長355nmのLED31の放射光31b(I1)は変わらないが、LED32の放射光32b(I2)、LED33の放射光33b(I3)、LED34の放射光34b(I4)、LED35の放射光35b(I5)の中心波長がそれぞれ395nm、405nm、415nm、425nmとなる。図14は、第4実施形態で用いられる各放射光(Iwb、I1、I2、I3、I4、I5)の分光強度を示すグラフである。励起光I2〜I5の重み係数W2〜W5を第3の実施形態と同様に前記設定法1で設定し、励起光I1の重み係数W1のみ前記設定法3で設定する。これにより、W2・I2(λ)+W3・I3(λ)+W4・I4(λ)+W5・I5(λ)で合成される照明光Id2の分光強度分布Id2(λ)は、図5に示したように、400〜430nmでD50に近似する。照明光Id2を構成する全部の照明光(四つの照明光)のそれぞれは、五つの励起光I1〜I5のいずれかであるが、複数の照明光の少なくとも一つが、複数の励起光のいずれかであればよい。
第4実施形態は、全分光反射率係数の近似B´t(Id,λ)の算出に別法を用いる。第4の実施形態は、第3実施形態と基本的に同じ構成であるが、図11に示す照明受光系の小積分球44に入射する単色光の中心波長が異なる。つまり、青励起の白色LED1の放射光1b(Iwb)と中心波長355nmのLED31の放射光31b(I1)は変わらないが、LED32の放射光32b(I2)、LED33の放射光33b(I3)、LED34の放射光34b(I4)、LED35の放射光35b(I5)の中心波長がそれぞれ395nm、405nm、415nm、425nmとなる。図14は、第4実施形態で用いられる各放射光(Iwb、I1、I2、I3、I4、I5)の分光強度を示すグラフである。励起光I2〜I5の重み係数W2〜W5を第3の実施形態と同様に前記設定法1で設定し、励起光I1の重み係数W1のみ前記設定法3で設定する。これにより、W2・I2(λ)+W3・I3(λ)+W4・I4(λ)+W5・I5(λ)で合成される照明光Id2の分光強度分布Id2(λ)は、図5に示したように、400〜430nmでD50に近似する。照明光Id2を構成する全部の照明光(四つの照明光)のそれぞれは、五つの励起光I1〜I5のいずれかであるが、複数の照明光の少なくとも一つが、複数の励起光のいずれかであればよい。
図15は、第4実施形態に係る蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法を示すフローチャートである。ここでも線形結合の重みづけは、LEDの点灯時間τkを制御することで行っている。重み係数Wkに基づく励起光Ikの点灯時間τkと照明光Iwbの点灯時間τwbは、あらかじめ与えられている。
制御演算装置10は、照明光Iwbの光源(白色LED1)を時間τwb、点灯する(#51)。
制御演算装置10は、デュアルチャンネル分光装置9から照明光Iwbの分光強度分布Iwb(λ)と、照明光Iwbによる試料放射光の分光強度分布R(Iwb,λ)を取得する(#52)。
制御演算装置10は、中心波長355nmを有する励起光I1の光源(LED)を時間τ1、点灯する(#53)。
制御演算装置10は、励起光I1による試料放射光の分光強度分布R(I1,λ)(=Rf(I1,λ))を取得する(#54)。
制御演算装置10は、中心波長395nmを有する励起光I2の光源(LED)を時間τ2、中心波長405nmを有する励起光I3の光源(LED)を時間τ3、中心波長415nmを有する励起光I4の光源(LED)を時間τ4、中心波長425nmを有する励起光I5の光源(LED)を時間τ5、点灯する(#55)。
制御演算装置10は、励起光I2+I3+I4+I5による試料放射光の分光強度分布R(I2_5,λ)を取得する(#56)。
制御演算装置10は、式(8)によって強度係数K2_5を求める(#57)。
制御演算装置10は、K2_5、式(9a)、および、式(9b)によって、励起光I2_5による蛍光の分光強度分布Rf(I2_5,λ)の近似R´f(I2_5,λ)を求める(#58)。
制御演算装置10は、R(I1,λ)と近似R´(I2_5,λ)とを足し算して、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める(#59)。
制御演算装置10は、近似R´f(Id,λ)、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)、および、式(7)によって、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求める(#60)。
制御演算装置10は、式(19)を用いて、重畳域照明光Id2による重畳域の全分光放射率係数Bt(Id2,λ)を求める(♯61)。重畳域とは、400nm≦λ<430nmである。重畳域照明光Id2は、D50に近似する。
制御演算装置10は、λr3=460nmとし、式(21)を用いて、強度係数A2_5を求める(#62)。
制御演算装置10は、式(20a)を用いて、標準照明光Idによる重畳域の全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)を求める(#63)。
制御演算装置10は、式(20c)を用いて、重畳域外の分光反射率係数Br(λ)を求める(#64)。重畳域外とは、λ≧430nmである。
制御演算装置10は、式(20b)を用いて、標準照明光Idによる重畳域外の全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´´t(Id,λ)を求める(#65)。
制御演算装置10は、全可視域の近似B´´t(Id,λ)、すなわち、重畳域の近似B´´t(Id,λ)と重畳域外の近似B´´t(Id,λ)とを出力する(#66)。
プリンターの評価のために多数の印刷パッチを走査測定する場合、短い測定時間が求められる。この実施形態では、励起光I2〜I5を同時に点灯するので(複数の励起光Ikが同時照射されるので)、測定時間が短縮される。
〈第5実施形態〉
第5実施形態を説明する。第5実施形態は、照明光学系が第1〜第4実施形態と異なる。図16は、第5実施形態の照明受光系において、小積分球と小積分球に入射する放射光との関係を説明する説明図である。図16に示す小積分球24が図9に示す小積分球24と相違する点は、白色LED1の替わりに、白色光源21と短波長カットフィルタ22とを具えることである。白色光源21(例えば、白熱電球)は、可視全域で強度をもつ。第1〜第4実施形態では、青励起の白色LEDの放射光を、可視域照明光Ivisの蛍光を励起しない成分Ivis2としている。これに対して、第5実施形態では、図16に示すように、短波長カットフィルタ22を透過した白色光源21の放射光21aを小積分球24に入射させる。図17は、白色光源21および短波長カットフィルタ22の光学特性を説明するグラフである。このグラフは、色温度2855.6Kの白熱電球(イルミナントA)の相対分光強度分布(図ではA)と、カットオフ波長435nmのシャープカットフィルタL435の分光透過率(L435)と、両者を組み合わせた照明光の分光強度分布(L435&A)と、を示す。また、このグラフは、蛍光増白紙(紙H)の440nm蛍光に対する分光量子効率も示す。
第5実施形態を説明する。第5実施形態は、照明光学系が第1〜第4実施形態と異なる。図16は、第5実施形態の照明受光系において、小積分球と小積分球に入射する放射光との関係を説明する説明図である。図16に示す小積分球24が図9に示す小積分球24と相違する点は、白色LED1の替わりに、白色光源21と短波長カットフィルタ22とを具えることである。白色光源21(例えば、白熱電球)は、可視全域で強度をもつ。第1〜第4実施形態では、青励起の白色LEDの放射光を、可視域照明光Ivisの蛍光を励起しない成分Ivis2としている。これに対して、第5実施形態では、図16に示すように、短波長カットフィルタ22を透過した白色光源21の放射光21aを小積分球24に入射させる。図17は、白色光源21および短波長カットフィルタ22の光学特性を説明するグラフである。このグラフは、色温度2855.6Kの白熱電球(イルミナントA)の相対分光強度分布(図ではA)と、カットオフ波長435nmのシャープカットフィルタL435の分光透過率(L435)と、両者を組み合わせた照明光の分光強度分布(L435&A)と、を示す。また、このグラフは、蛍光増白紙(紙H)の440nm蛍光に対する分光量子効率も示す。
実施形態は、測定域照明部を具えてもよい。これについて説明する。測定域照明部は、全測定域(400〜700nm)で強度をもつ測定域照明光Ivisで蛍光増白試料を照明する。制御演算部(制御演算装置10)は、測定域照明部を点灯して、測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光分布Rr(Ivis,λ)を試料放射光分光部(デュアルチャンネル分光装置9)に測定させ、測定域照明光の分光強度分布Ivis(λ)と、試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)とから分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求め(式(16))、近似B´r(λ)と標準照明光による蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)との和によって、標準照明光による全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める。
測定域照明部の第1例は、青励起の白色LED(白色LED1)と、青励起の白色LEDが強度をもたない測定域で強度をもつ1つ以上の単色LED(紫LED3)と、を含み、測定域照明光Ivisが、青励起の白色LEDの放射光と、1つ以上の単色LEDの放射光とで構成される。測定域照明部の第2例は、白色光源(白色光源21)と、蛍光励起波長帯域カットフィルタ(短波長カットフィルタ22)と、蛍光励起光波長帯域で強度をもつ1つ以上の単色LED(図16に示す紫LED3、図17に示すUV360、V405)と、を含み、測定域照明光Ivisが、蛍光励起波長帯域カットフィルタを透過した白色光源の放射光と、1つ以上の単色LEDの放射光とで構成される。
次に、実施形態の効果をデータで説明する。図18は、蛍光増白紙(紙A)の分光放射特性を示すグラフである。図19は、蛍光増白紙(紙G)の分光放射特性を示すグラフである。これらのグラフの横軸は、波長を示す。これらのグラフの左縦軸は、Bt(Id,λ)、B´t(Id,λ)、Br(λ)、B´r(λ)を示し、右縦軸は、dBt(λ)、dBr(λ)を示す。B´t(Id,λ)、および、B´r(λ)は、実施形態の測定方法で測定された測定値である。Bt(Id,λ)、および、Br(λ)は、参照値である。dBt(λ)は、B´t(Id,λ)とBt(Id,λ)との差を示す。dBr(λ)は、B´r(λ)とBr(λ)との差を示す。いずれも、測定値が参照値によく一致していることが分かる。分光反射率係数については、照明光の420nm以下の成分を除去する従来の方法(ISO2470準拠の方法)では得られない420nm以下の反射率係数が得られている。
(実施形態の纏め)
[1]実施形態の一態様は、標準照明光Idで照明された蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法であって、異なる分光強度分布をもつ複数の励起光Ik(k=1〜n)で順次、前記蛍光増白試料を照明したときに発生する試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、以下の第1〜第3の工程で前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求めることを特徴とする。
[1]実施形態の一態様は、標準照明光Idで照明された蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法であって、異なる分光強度分布をもつ複数の励起光Ik(k=1〜n)で順次、前記蛍光増白試料を照明したときに発生する試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、以下の第1〜第3の工程で前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求めることを特徴とする。
第1の工程:各励起光Ikによる前記分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求める。
第2の工程:各励起光Ikによる前記蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を所与の重み係数Wkで線形結合し、式(6)によって前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める。
第3の工程:前記近似R´f(Id,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、式(7)によって、前記近似B´f(Id,λ)を求める。
これらの工程により、多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を高精度にすることができる。
[2]上記構成において、前記複数の励起光Ikが単色励起光であることを特徴とする。
この構成によれば、複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)の重み付き線形結合となり、多様な標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を高精度にすることができる。
[3]上記構成において、前記単色励起光が単色LED放射光であることを特徴とする。
この構成によれば、十分な強度の単色励起光を高効率かつ低コストで得ることができる。
[4]上記構成において、複数の前記標準照明光Idの各々に対応する複数組の前記重み係数Wkを設定し、各標準照明光Idに対応する組の重み係数Wkを適用して、前記近似R´f(Id,λ)を求めることを特徴とする(〈測定原理〉[B])。
この構成によれば、複数の標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を1回の測定で求めることができる。
[5]上記構成において、前記複数の励起光Ikは、反射光域と蛍光域との重畳域外の第1種の励起光Ik1(中心波長360nmの単色照明光I1)と、前記重畳域内の第2種の励起光Ik2(中心波長405nmの単色照明光I2)と、を含み、前記第1の工程において、前記第1種の励起光Ik1による蛍光の分光強度分布Rf(Ik1,λ)を、前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)から求め(第1種の励起光Ik1の中心波長は、重畳域外なので、Rf(Ik1,λ)は、R(Ik1,λ)と等しい。)、前記第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の少なくとも一部分の近似R´f(Ik2,λ)を、前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)に基づいて推定し(重畳域内については、式(9a)を用いて、単色照明光I2による蛍光の分光強度分布Rf(I2,λ)の近似R´f(I2,λ)を求める)、残る部分を、前記第2種の励起光Ik2による試料放射光の分光強度分布R(Ik2,λ)から求めることを特徴とする(重畳域外については、式(9b)が用いられる。なお、式(9b)では、R(I2,λ)でなく、Rf(I2,λ)とされているが、式(8)に示す係数Kは、参照波長λr1での単色照明光I1,I2による試料放射光の分光強度分布R(I1,λr1)とR(I2,λr1)との比と言い換えることができる。よって、式(9b)のRf(I2,λ)は、R(I2,λ)と言い換えることができる)。
この構成によれば、第2種の励起光Ik2による試料放射光の分光強度分布R(Ik2,λ)=R´f(Ik2,λ)とならない波長域についても、第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の近似R´f(Ik2,λ)を高精度にすることができる。
[6]上記構成において、前記推定として、前記第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の少なくとも一部分の近似R´f(Ik2,λ)を、以下の第4〜第6の工程で求めることを特徴とする。
第4の工程:前記重畳域外の1つ以上の参照波長λr1での、前記第1種と前記第2種の励起光Ik1,Ik2による試料放射光の強度の比Kを以下の式(22)によって求める。式(22)は、式(8)と対応する。
第5の工程:蛍光波長λは励起波長μより長いことを反映する補正係数C(λ)を求める。
第6の工程:前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)、前記強度の比K、および、前記補正係数C(λ)から以下の式(23)によって前記近似R´f(Ik2,λ)を求める。式(23)は、式(9a)と対応する。
この構成によれば、上記一部分においても、第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の近似R´f(Ik2,λ)を高精度にすることができる。
[7]上記構成において、前記第2種の励起光Ik2の分光強度分布をIk2(μ)から、前記補正係数C(λ)を以下の式(24)で求めることを特徴とする。式(24)は、式(10)と対応する。
この構成によれば、上記一部分においても、第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の近似R´f(Ik2,λ)を高精度にすることができる。
[8]上記構成において、前記一部分が前記重畳域を含むことを特徴とする。
この構成によれば、第2種の励起光Ik2の反射光と蛍光とが重畳する波長域においても、第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の近似R´f(Ik2,λ)の精度を高くすることができる。
[9]上記構成において、前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度が重み係数Wkに比例することを特徴とする(第3実施形態)。
この構成によれば、複数の励起光を同時照射できるので、測定時間を短縮することができる。
[10]上記構成において、前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度が照射時間で制御されることを特徴とする(第3実施形態)。
この構成によれば、単純なLED駆動回路で励起光強度を制御できる。
[11]上記構成において、前記複数の励起光Ik(k=1〜n)のうち、二以上の励起光Ik(励起光I2〜I4)が同時照射されることを特徴とする(第3実施形態)。
この構成によれば、測定時間を短縮できる。
[12]上記構成において、前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度を設定するための重み係数Wkが、直近の測定で取得された励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)に基づいて求められていることを特徴とする(第1実施形態)。
この構成によれば、Wk設定のための励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)の事前測定が不要になる。特に、多数の試料の連続測定において効果が大きい。
[13]上記構成において、前記複数の励起光Ik(k=1〜n)のそれぞれが定電流駆動される単色LEDの放射光であり、前記複数の励起光Ikのそれぞれの分光強度分布Ik(μ)が、前記単色LED駆動時の順電圧と、順電圧−分光強度分布の既知の相関特性とに基づいて求められることを特徴とする(第1実施形態)。
この構成によれば、単色LEDの複数が同時点灯されても、個々に検出された各LEDの順電圧から、各励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)を推定して、Wk設定に供することができる。
[14]上記構成において、前記複数の励起光Ikの分光強度分布を以下の式(12)で線形結合して求めた合成励起光I´dの分光強度分布I´d(λ)が、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に近似するように、前記重み係数Wkを設定することを特徴とする(〈測定原理〉[B](設定法1))。
この構成によれば、多数の励起光Ikに対する重み係数Wkを、励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)に基づいて設定できる。
[15]上記構成において、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)と、複数の異なる二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)(T=1〜N、μは励起波長、λは蛍光波長)とから、以下の第7、第8の工程で前記重み係数Wkを設定することを特徴とする(〈測定原理〉[B](設定法2))。
第7の工程:前記複数の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)と、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(μ)とから、前記複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Ik,λ)、および、前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)を以下の式(25)および式(26)で求める。
第8の工程:前記複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Ik,λ)を、以下の式(27)で線形結合して求めた合成蛍光の分光強度分布R´f,T(Id,λ)が、前記複数の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)の全てについて、前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)に近似するように前記重み係数Wkを設定する。
この構成によれば、励起光Ikの数が少ない場合でも、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)の近似R´f,T(Id,λ)を合成することができる。
[16]上記構成において、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)と、参照波長λr2での蛍光に対する複数の異なる分光量子効率FT(μ,λr2)(T=1〜N、μは励起波長)とから、以下の第9、第10の工程で前記重み係数Wkを設定する(〈測定原理〉[B](設定法3))。
第9の工程:前記複数の分光量子効率FT(μ,λr2)と、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(μ)とから、前記複数の励起光Ikによる前記参照波長λr2での蛍光強度Rf,T(Ik,λr2)、および、前記標準照明光Idによる前記参照波長λr2での蛍光強度Rf,T(Id,λr2)を以下の式(28)および式(29)で求める。
第10の工程:前記蛍光強度Rf,T(Ik,λr2)を以下の式(30)で線形結合した合成蛍光強度R´f,T(Id,λr2)が、前記複数の分光量子効率FT(μ,λr2)の全てについて、前記標準照明光Idによる前記蛍光強度Rf,T(Id,λr2)に近似するように前記重み係数Wkを設定する。
この構成によれば、[12]の方法よりも、はるかに少ないデータ量と、短い処理時間とで適切な重み係数Wkを設定できる。
[17][14]の方法で設定された前記重み係数Wkの一部を[15]又は[16]の方法で再設定することを特徴とする。
この構成によれば、励起光Ikが存在しない波長領域があり、これにより、標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)を十分近似できない場合でも、適切な重み係数Wkを設定することができる。
[18]上記構成において、測定対象となる前記蛍光増白試料の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)が、複数のタイプに分類され(図4)、前記複数の異なる二分光蛍光放射率係数は、前記複数のタイプの二分光蛍光放射率係数であり、または、測定対象となる前記蛍光増白試料の前記参照波長λr2での蛍光に対する分光量子効率FT(μ,λr2)が、複数のタイプに分類され、前記複数の異なる分光量子効率は、前記複数のタイプの分光量子効率であることを特徴とする。
この構成によれば、設定された重み係数は、前記分類された被測定試料(測定対象)について、精度の高い蛍光分光放射率係数を与えることができる。
[19]上記構成において、全測定域で強度をもつ測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)と、前記測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)とから分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求め(式(16)の前半)、前記近似B´r(λ)と前記近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求めることを特徴とする。
この構成によれば、多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、全分光放射率係数の近似の精度を高くすることができる。全測定域とは、例えば、400〜700nmの波長域(可視域)である。
[20]上記構成において、前記重畳域外の前記全測定域で強度をもつ重畳域外照明光Ivis1の分光強度分布Ivis1(λ)と、前記重畳域外照明光Ivis1による試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis1,λ)と、から前記重畳域外の分光反射率係数Br(λ)を求め(式(20c))、前記分光反射率係数Br(λ)と前記近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光Idによる前記重畳域外の全分光放射率係数の近似B″t(Id,λ)を与えるとともに(式(20b))、前記重畳域で前記標準照明光Idに近似の分光強度分布をもつ重畳域照明光Id2の分光強度分布Id2(λ)と、前記重畳域照明光Id2による試料放射光の分光強度分布R(Id2,λ)と、から求めた前記重畳域照明光Id2による前記重畳域の全分光放射率係数Bt(Id2,λ)と(式(19))、前記標準照明光Idの重畳域成分以外の励起成分Id1による蛍光分光放射率係数Bf(Id1,λ)との和によって(式(20a)の前半)、前記標準照明光Idによる前記重畳域の全分光放射率係数の近似B″t(Id,λ)を求めることを特徴とする。
この構成によれば、大きくなりがちな重畳域の近似誤差を回避することができ、多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、全分光放射率係数の近似の精度を高くすることができる。
[21]上記構成において、前記重畳域で前記標準照明光Idに近似の分光強度分布をもつ前記重畳域照明光Id2が、複数の照明光の重み付き線形結合で与えられることを特徴とする(第4実施形態:W2・I2(λ)+W3・I3(λ)+W4・I4(λ)+W5・I5(λ)で合成される照明光Id2)。
重畳域は限定されているので、例えば少数の単色LEDを適切な強度で点灯することで十分な精度の近似照明光が得られる。
[22]上記構成において、前記複数の照明光の少なくとも一つは、前記複数の励起光Ikのいずれかであることを特徴とする。
この構成によれば、照明系全体として必要な照明光の数を抑えることができる。
[23]上記構成において、前記近似B´f(Id,λ)の重畳域照明光Id2によらない成分である前記Bf(Id1,λ)を以下の第11の工程および第12の工程で求めることを特徴とする。
第11の工程:前記重畳域照明光Id2の反射光の影響を受けない1つ以上の参照波長λr3での、前記重畳域照明光Id2による全分光放射率係数Bt(Id2,λr3)と、前記標準照明光Idによる蛍光放射率係数の近似B´f(Id,λr3)とから強度係数Aを、以下の式(21)によって求める。
第12の工程:前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数の近似B´f(Id,λ)と、強度係数Aとから前記Bf(Id1,λ)を、以下の式(35)によって求める。
この構成によれば、大きくなりがちな重畳域の近似誤差を回避し、簡単な演算で精度の高い全分光放射率係数の近似を与えることができる。
[24]上記構成において、前記測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)から前記測定域照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)を減じて、前記試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を求めることを特徴とする(式(16))。
測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を用いることにより、標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)の精度を高くすることができる。
[25]上記構成において、
前記測定域照明光Ivisは、励起域を含まない第1の測定域照明光Ivis1と、励起域を含む第2の測定域照明光Ivis2とで構成され、
前記第1の測定域照明光Ivis1の分光強度分布Ivis1(λ)および前記第1の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis1,λ)と、
前記第2の測定域照明光Ivis2の分光強度分布Ivis2(λ)および前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)とから、前記蛍光増白試料の分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を以下の第13〜第16の工程で求めることを特徴とする。
前記測定域照明光Ivisは、励起域を含まない第1の測定域照明光Ivis1と、励起域を含む第2の測定域照明光Ivis2とで構成され、
前記第1の測定域照明光Ivis1の分光強度分布Ivis1(λ)および前記第1の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis1,λ)と、
前記第2の測定域照明光Ivis2の分光強度分布Ivis2(λ)および前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)とから、前記蛍光増白試料の分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を以下の第13〜第16の工程で求めることを特徴とする。
第13の工程:前記測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)を、前記第1、第2の測定域照明光の分光強度分布Ivis1(λ)とIvis2(λ)との和で与える(式(17))。
第14の工程:前記測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)を、前記第1、第2の測定域照明光によるR(Ivis1,λ)とR(Ivis2,λ)との和で与える(式(18))。
第15の工程:前記第2の測定域照明光Ivis2による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)を求める。
第16の工程:前記Rf(Ivis2,λ)を、Rf(Ivis,λ)として、以下の式(31)によって、前記近似B´r(λ)を求める。
この構成により得られた近似B´r(λ)を用いて、精度の高い全分光放射率係数の近似を求めることができる。第1の測定域照明光Ivis1は、蛍光を励起しないので、Rf(Ivis2,λ)は、Rf(Ivis,λ)と等しい。
[26]上記構成において、前記第2の測定域照明光の分光強度分布Ivis2(λ)と、前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)と、反射光域と蛍光域との重畳域外の第1種の励起光の分光強度分布Ik1(λ)と、前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)とから、以下の第17〜第20の工程で前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)を求めることを特徴とする。
第17の工程:前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)の前記重畳域外成分を、前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)から求める。重畳域外では、Rf(Ivis2,λ)とR(Ivis2,λ)とが等しいので、R(Ivis2,λ)をRf(Ivis2,λ)にすることができる。
第18の工程:前記重畳域外の1つ以上の参照波長λr4での、前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λr4)と前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λr4)との比K´を、以下の式(32)によって求める。
第19の工程:蛍光波長λは励起波長μより長いことを反映する補正係数C´(λ)を求める。
第20の工程:前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)と、前記強度比K´と、前記補正係数C´(λ)とから、前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)の重畳域内成分の近似R´f(Ivis2,λ)を、以下の式(33)によって求める。重畳域内では、近似R´f(Ivis2,λ)をRf(Ivis2,λ)と見なすのである。
この構成により得られた近似R´f(Ivis2,λ)を用いて、精度の高い全分光放射率係数の近似を求めることができる。式(32)は、式(8)を意味する。式(33)は、式(9a)を意味する。Ivis2がI2、Ik1がI1、λr4がλr1に対応する。
[27]上記構成において、前記第2の測定域照明光の分光強度分布Ivis2(λ)から、前記補正係数C´(λ)を、以下の式(34)によって求めることを特徴とする。
この構成によれば、第2の測定域照明光Ivis2による蛍光分光強度分布の近似R´f(Ivis2,λ)の精度が向上する。式(34)は、式(10)を意味する。
[28]実施形態の他の態様に係る蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置は、分光強度分布が異なる複数の励起光Ik(k=1〜n)で前記蛍光増白試料を照明する複数の励起光照明部と、前記励起光Ikによって照明された前記蛍光増白試料から放射された放射光である試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)を測定する試料放射光分光部(デュアルチャンネル分光装置9)と、制御演算部と、を備え、前記制御演算部が、前記複数の励起光照明部を順次点灯して、前記試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)を前記試料放射光分光部に測定させ、前記試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求め、前記蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)と所与の重み係数Wkとを用いて、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を、以下の式(6)によって求め、
前記近似R´f(Id,λ)と前記標準照明光Idの既知の分光強度分布Id(λ)とから、前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を、以下の式(7)によって求めることを特徴とする。
本発明の第2局面によれば、多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を高精度にすることができる。
[29]上記構成において、前記複数の励起光Ikのそれぞれが単色LEDの放射光であることを特徴とする。
この構成によれば、高効率の励起光照明部を低コストで実現することができる。
[30]上記構成において、励起光分光部(デュアルチャンネル分光装置9)をさらに具え、前記制御演算部は、前記励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)を前記励起光分光部に測定させ、前記分光強度分布Ik(λ)に基づいて、前記重み係数Wkを求めることを特徴とする(式(12))。
この構成によれば、励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)の変動に対応した重み係数Wkを設定することができる。
[31]上記構成において、前記単色LEDを定電流駆動する駆動部と、前記駆動時の前記単色LEDの順電圧を測定する順電圧測定部と、をさらに具え、前記制御演算部は、前記順電圧測定部が測定した順電圧に基づいて前記励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)を推定し、推定した分光強度分布Ik(λ)に基づいて、前記重み係数Wkを求めることを特徴とする。
この構成によれば、励起光分光部を具えることなく、励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)の変動に対応した重み係数Wkを設定することができる。
[32]上記構成において、全測定域で強度をもつ測定域照明光Ivisで前記蛍光増白試料を照明する測定域照明部をさらに具え、前記制御演算部は、前記測定域照明部を点灯して、前記測定域照明光による試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を前記試料放射光分光部に測定させ、前記測定域照明光の分光強度分布Ivis(λ)と、前記試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)とから分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求め(式(16))、前記近似B´r(λ)と前記標準照明光による蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光による全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求めることを特徴とする。
この構成によれば、多様な二分光蛍光放射率係数をもつ蛍光増白紙について、精度の高い全分光放射率係数の近似を求めることができる。
[33]上記構成において、前記測定域照明部は、青励起の白色LEDと、前記青励起の白色LEDが強度をもたない測定域で強度をもつ1つ以上の単色LEDと、を含み、前記測定域照明光Ivisが、前記青励起の白色LEDの放射光と、前記1つ以上の単色LEDの放射光とで構成されることを特徴とする。
この構成によれば、高効率の測定域照明手段を低コストで実現できる。
[34]上記構成において、前記測定域照明部は、白色光源と、蛍光励起波長帯域カットフィルタと、蛍光励起光波長帯域で強度をもつ1つ以上の単色LEDと、を含み、前記測定域照明光Ivisが、前記蛍光励起波長帯域カットフィルタを透過した前記白色光源の放射光と、前記1つ以上の単色LEDの放射光とで構成されることを特徴とする。
この構成によれば、凹凸の少ない分光強度分布をもつ測定域照明光を実現できる。
本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
2017年3月21日に提出された日本国特許出願特願2017−054885は、その全体の開示が、その全体において参照によりここに組み込まれる。
本発明によれば、蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法、および、蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置を提供することができる。
Claims (34)
- 標準照明光Idで照明された蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法であって、
異なる分光強度分布をもつ複数の励起光Ik(k=1〜n)で順次、前記蛍光増白試料を照明したときに前記蛍光増白試料から放射される試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)とから、以下の第1〜第3の工程で前記標準照明光Idによる蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)を求める、蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第1の工程:各励起光Ikによる前記分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求める。
第2の工程:各励起光Ikによる前記蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を所与の重み係数Wkで線形結合し、以下の式(6)によって前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を求める。
- 前記複数の励起光Ikが単色励起光である、請求項1に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記単色励起光が単色LED放射光である、請求項2に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 複数の前記標準照明光Idの各々に対応する複数組の前記重み係数Wkを設定し、
各標準照明光Idに対応する組の重み係数Wkを適用して、前記近似R´f(Id,λ)を求める、請求項1に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。 - 前記複数の励起光Ikは、反射光域と蛍光域との重畳域外の第1種の励起光Ik1と、前記重畳域内の第2種の励起光Ik2と、を含み、
前記第1の工程において、前記第1種の励起光Ik1による蛍光の分光強度分布Rf(Ik1,λ)を、前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)から求め、
前記第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の少なくとも一部分の近似R´f(Ik2,λ)を、前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)に基づいて推定し、残る部分を、前記第2種の励起光Ik2による試料放射光の分光強度分布R(Ik2,λ)から求める、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。 - 前記推定として、前記第2種の励起光Ik2による蛍光の分光強度分布Rf(Ik2,λ)の少なくとも一部分の近似R´f(Ik2,λ)を、以下の第4〜第6の工程で求める、請求項5に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第4の工程:前記重畳域外の1つ以上の参照波長λr1での、前記第1種と前記第2種の励起光Ik1,Ik2による試料放射光の強度の比Kを以下の式(22)によって求める。
第6の工程:前記第1種の励起光Ik1による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)、前記強度の比K、および、前記補正係数C(λ)から以下の式(23)によって前記近似R´f(Ik2,λ)を求める。
- 前記一部分が前記重畳域を含む、請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度が重み係数Wkに比例する、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度が照射時間で制御される、請求項9に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の励起光Ik(k=1〜n)のうち、二以上の励起光Ikが同時照射される、請求項9に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の励起光Ik(k=1〜n)の強度を設定するための重み係数Wkが、直近の測定で取得された励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)に基づいて求められている、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の励起光Ik(k=1〜n)のそれぞれが定電流駆動される単色LEDの放射光であり、
前記複数の励起光Ikのそれぞれの分光強度分布Ik(μ)が、前記単色LED駆動時の順電圧と、順電圧−分光強度分布の既知の相関特性とに基づいて求められる、請求項12に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。 - 前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と、
前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)と、
複数の異なる二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)(T=1〜N、μは励起波長、λは蛍光波長)とから、以下の第7、第8の工程で前記重み係数Wkを設定する、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第7の工程:前記複数の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)と、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(μ)とから、前記複数の励起光Ikによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Ik,λ)、および、前記標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf,T(Id,λ)を以下の式(25)および式(26)で求める。
- 前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)と、
前記標準照明光Idの分光強度分布Id(λ)と、
参照波長λr2での蛍光に対する複数の異なる分光量子効率FT(μ,λr2)(T=1〜N、μは励起波長)とから、以下の第9、第10の工程で前記重み係数Wkを設定する、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第9の工程:前記複数の分光量子効率FT(μ,λr2)と、前記複数の励起光Ikの分光強度分布Ik(μ)と、前記標準照明光Idの分光強度分布Id(μ)とから、前記複数の励起光Ikによる前記参照波長λr2での蛍光強度Rf,T(Ik,λr2)、および、前記標準照明光Idによる前記参照波長λr2での蛍光強度Rf,T(Id,λr2)を以下の式(28)および式(29)で求める。
- 設定された前記重み係数Wkの一部を請求項15又は請求項16の方法で再設定する、請求項14に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 測定対象となる前記蛍光増白試料の二分光蛍光放射率係数FT(μ,λ)が、複数のタイプに分類され、前記複数の異なる二分光蛍光放射率係数は、前記複数のタイプの二分光蛍光放射率係数であり、または、測定対象となる前記蛍光増白試料の前記参照波長λr2での蛍光に対する分光量子効率FT(μ,λr2)が、複数のタイプに分類され、前記複数の異なる分光量子効率は、前記複数のタイプの分光量子効率である、請求項15又は請求項16に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 全測定域で強度をもつ測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)と、
前記測定域照明光Ivisによる試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)とから分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求め、
前記近似B´r(λ)と前記近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光Idによる全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。 - 前記重畳域外の前記全測定域で強度をもつ重畳域外照明光Ivis1の分光強度分布Ivis1(λ)と、前記重畳域外照明光Ivis1による試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis1,λ)と、から前記重畳域外の分光反射率係数Br(λ)を求め、
前記分光反射率係数Br(λ)と前記近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光Idによる前記重畳域外の全分光放射率係数の近似B´´t(Id,λ)を与えるとともに、
前記重畳域で前記標準照明光Idに近似の分光強度分布をもつ重畳域照明光Id2の分光強度分布Id2(λ)と、前記重畳域照明光Id2による試料放射光の分光強度分布R(Id2,λ)と、から求めた前記重畳域照明光Id2による前記重畳域の全分光放射率係数Bt(Id2,λ)と、
前記標準照明光Idの重畳域成分以外の励起成分Id1による蛍光分光放射率係数Bf(Id1,λ)との和によって、前記標準照明光Idによる前記重畳域の全分光放射率係数の近似B´´t(Id,λ)を求める、請求項5、請求項8、請求項8を引用する請求項9から請求項18のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。 - 前記重畳域で前記標準照明光Idに近似の分光強度分布をもつ前記重畳域照明光Id2が、複数の照明光の重み付き線形結合で与えられる、請求項20に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記複数の照明光の少なくとも一つは、前記複数の励起光Ikのいずれかである、請求項21に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記近似B´f(Id,λ)の重畳域照明光Id2によらない成分である前記Bf(Id1,λ)を、以下の第11の工程および第12の工程で求める、請求項20に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第11の工程:前記重畳域照明光Id2の反射光の影響を受けない1つ以上の参照波長λr3での、前記重畳域照明光Id2による全分光放射率係数Bt(Id2,λr3)と、
前記標準照明光Idによる蛍光放射率係数の近似B´f(Id,λr3)とから強度係数Aを、以下の式(21)によって求める。
強度係数Aとから前記Bf(Id1,λ)を、以下の式(35)によってを求める。
- 前記測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)から前記測定域照明光Ivisによる蛍光の分光強度分布Rf(Ivis,λ)を減じて、前記試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を求める、請求項19に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
- 前記測定域照明光Ivisは、励起域を含まない第1の測定域照明光Ivis1と、励起域を含む第2の測定域照明光Ivis2とで構成され、
前記第1の測定域照明光Ivis1の分光強度分布Ivis1(λ)および前記第1の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis1,λ)と、
前記第2の測定域照明光Ivis2の分光強度分布Ivis2(λ)および前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)とから、前記蛍光増白試料の分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を、以下の第13〜第16の工程で求める、請求項24に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第13の工程:前記測定域照明光Ivisの分光強度分布Ivis(λ)を、前記第1、第2の測定域照明光の分光強度分布Ivis1(λ)とIvis2(λ)との和で与える。
第14の工程:前記測定域照明光Ivisによる試料放射光の分光強度分布R(Ivis,λ)を、前記第1、第2の測定域照明光によるR(Ivis1,λ)とR(Ivis2,λ)との和で与える。
第15の工程:前記第2の測定域照明光Ivis2による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)を求める。
第16の工程:前記Rf(Ivis2,λ)を、Rf(Ivis,λ)として、以下の式(31)によって、前記近似B´r(λ)を求める。
- 前記第2の測定域照明光の分光強度分布Ivis2(λ)と、前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)と、反射光域と蛍光域との重畳域外の第1種の励起光の分光強度分布Ik1(λ)と、前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)とから、以下の第17〜第20の工程で前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)を求める、請求項5を引用しない請求項25に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定方法。
第17の工程:前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)の前記重畳域外成分を、前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λ)から求める。
第18の工程:前記重畳域外の1つ以上の参照波長λr4での、前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λr4)と前記第2の測定域照明光による試料放射光の分光強度分布R(Ivis2,λr4)との比K´を、以下の式(32)によって求める。
第20の工程:前記第1種の励起光による試料放射光の分光強度分布R(Ik1,λ)と、前記強度比K´と、前記補正係数C´(λ)とから、前記第2の測定域照明光による蛍光の分光強度分布Rf(Ivis2,λ)の重畳域内成分の近似R´f(Ivis2,λ)を、以下の式(33)によって求める。
- 蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置であって、
分光強度分布が異なる複数の励起光Ik(k=1〜n)で前記蛍光増白試料を照明する複数の励起光照明部と、
前記励起光Ikによって照明された前記蛍光増白試料から放射された放射光である試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)を測定する試料放射光分光部と、
制御演算部と、を備え、
前記制御演算部が、前記複数の励起光照明部を順次点灯して、前記試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)を前記試料放射光分光部に測定させ、
前記試料放射光の分光強度分布R(Ik,λ)から蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)を求め、
前記蛍光の分光強度分布Rf(Ik,λ)と所与の重み係数Wkとを用いて、標準照明光Idによる蛍光の分光強度分布Rf(Id,λ)の近似R´f(Id,λ)を、以下の式(6)によって求め、
- 前記複数の励起光Ikのそれぞれが単色LEDの放射光である、請求項28に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。
- 励起光分光部をさらに具え、
前記制御演算部は、前記励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)を前記励起光分光部に測定させ、前記分光強度分布Ik(λ)に基づいて、前記重み係数Wkを求める、請求項28又は請求項29に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。 - 前記単色LEDを定電流駆動する駆動部と、
前記駆動時の前記単色LEDの順電圧を測定する順電圧測定部と、をさらに具え、
前記制御演算部は、前記順電圧測定部が測定した順電圧に基づいて前記励起光Ikの分光強度分布Ik(λ)を推定し、
推定した分光強度分布Ik(λ)に基づいて、前記重み係数Wkを求める、請求項29に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。 - 全測定域で強度をもつ測定域照明光Ivisで前記蛍光増白試料を照明する測定域照明部をさらに具え、
前記制御演算部は、前記測定域照明部を点灯して、前記測定域照明光による試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)を前記試料放射光分光部に測定させ、
前記測定域照明光の分光強度分布Ivis(λ)と、
前記試料反射光の分光強度分布Rr(Ivis,λ)とから分光反射率係数Br(λ)の近似B´r(λ)を求め、
前記近似B´r(λ)と前記標準照明光による蛍光分光放射率係数Bf(Id,λ)の近似B´f(Id,λ)との和によって、前記標準照明光による全分光放射率係数Bt(Id,λ)の近似B´t(Id,λ)を求める、請求項29から請求項31のいずれか一項に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。 - 前記測定域照明部は、青励起の白色LEDと、前記青励起の白色LEDが強度をもたない測定域で強度をもつ1つ以上の単色LEDと、を含み、前記測定域照明光Ivisが、前記青励起の白色LEDの放射光と、前記1つ以上の単色LEDの放射光とで構成される、請求項32に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。
- 前記測定域照明部は、白色光源と、蛍光励起波長帯域カットフィルタと、蛍光励起光波長帯域で強度をもつ1つ以上の単色LEDと、を含み、前記測定域照明光Ivisが、前記蛍光励起波長帯域カットフィルタを透過した前記白色光源の放射光と、前記1つ以上の単色LEDの放射光とで構成される、請求項32に記載の蛍光増白試料の分光放射特性の測定装置。
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