JPH0643700Y2

JPH0643700Y2 - 光源ランプ内蔵型円環照射式測光プローブ

Info

Publication number: JPH0643700Y2
Application number: JP8336688U
Authority: JP
Inventors: 徹也吉永
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2003-06-23
Also published as: JPH025034U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本考案は、被測定物からの反射光を測定する測定装置や
光電色彩計や分光測色機等に利用される光源ランプ内蔵
型円環照射式測光プローブに関する。

＜従来の技術＞従来の測光プローブを第３図乃至第５図に示す。第３図
は、光源ユニット１と測光プローブ２がライトガイド３
で接続されている装置である。光源ユニット１では、放
物線面反射鏡５の焦点5aに配置されている光源４からの
光が放物線面反射鏡５で反射されて、略円柱状の平行光
線5bとなる。この平行光線5bは凸レンズ６を透過して凸
レンズ６の焦点に集光する。この凸レンズ６の焦点の位
置近傍には、ライトガイド３の先端が配置されており、
ライトガイド３の先端に入射した光線はライトガイド３
を伝播して、ライトガイド３の他端に導かれる。このラ
イトガイド３は第５図（ａ）に示されているように、光
の透過性が良い石英製の多数のファイバ3aが外皮3bによ
って束ねられたものである。１本のファイバ3aは第５図
（ｂ）に示されているように、屈折率の異なるコア3cと
クラッド3dとを備えており、外周がプリコート3eで被覆
されている。ライトガイド３の他端は、図に示すように
測光プローブ２内で２〜３つに分岐している。測光プロ
ーブ２内では、光線はライトガイド３の分岐した２〜３
つの端部から放たれて、ライトガイド３の２〜３つの端
部の前方に配置されている凸レンズ７、７を透過して平
行光線7a、7aとなる。そして、この両方の平行光線7a、
7aは、平行光線7aの方向に対して22.5度の角度をなす２
〜３枚の反射鏡８、８で反射されて、被測定物９の上面
を図に示すように45度の入射角で照射する。この照射光
線のうち被測定物の上面に対して垂直方向に反射した光
線は、凸レンズ10で集光され、測定機器11へ導かれて測
定に利用される。

第４図は光源ランプ内蔵型測光プローブである。この装
置は、第３図に示した装置の構成とは異なり、光源ユニ
ット１と測光プローブ２が一体に設けられている。

同図に示すように、光源12は円環形状であり、この光源
12から上方に向った光は、拡散室16に設けられているラ
イトガイド13、13の端に直接に入射したり、或いは拡散
室16内で反射してからライトガイド13、13の端に入射
し、部屋14へ伝播される。すなわち、ライトガイド13、
13には拡散光が入射する。夫々のライトガイド13の他端
は、部屋14の下測の壁14bに設けた開孔14cに向けられて
取付けられているので、この開孔14cに対応する位置に
被測定物15の表面を配置すると、ライトガイド13で導か
れた光線はこの表面を照射する。この被測定物15を照射
する光線の内、被測定物15の上面に対して略垂直方向に
反射した光線は、測定機器11へ導かれて測定に利用され
る。

＜考案が解決しようとする課題＞従来の技術で述べたもののうち、第３図に示す装置の測
光プローブ２は、被測定物の上面を２〜３ケ所の上方か
ら照射するものであり、そしてこの照射光線は被測定物
の上面で反射して、この反射した光線のうち被測定物の
上面に対して垂直方向に反射した光が測定に利用されて
いる。従って、被測定物が織物のように被測定面に織り
糸による凹凸がある時は、被測定面がこの凹凸により影
が生じて、正確な反射光が得られず測定誤差の要因とな
っていた。その為に、この影が生じないように２又は３
方向から照射を行うなどの工夫がされているが、影がで
きないようにすることができなかった。また光源ユニッ
ト１において、光源４からの光を平行光線とするのに放
物線面反射鏡５を用いているが装置をあまり大きくでき
ないので反射光量が充分に得られないために測定に利用
できる光量が少なかった。また第５図（ａ）から明らか
なようにライトガイド３の先端におけるファイバ3aのコ
ア3cの占積率が100％ではない（例えば47％〜75％）の
で、ライトガイド３を伝播する光量には損失が発生す
る。これら両者が相まって被測定物を照射することがで
きる光量は光源４の全光量の数パーセントに過ない。従
って、被測定物を照射する光量を充分とすることができ
ない為に被測定物からの反射光量が少なくなる。よっ
て、装置の測定精度及び再現性を向上させることができ
ないという問題がある。

また、この装置を使用して被測定物を測定中に、ライト
ガイド３に曲げ、引っ張り等の外力が加わると、ライト
ガイド３を透過中の光線にゆらぎが生じて測定誤差が原
因となるという問題がある。

また、光源ユニットと測光プローブを接続しているライ
トガイド３は、紫外線から赤外線までの各波長域に対し
て透過性が良いものでなければならず、この装置では石
英製のファイバを使用しているが、この石英製のファイ
バは非常に高価であるという問題がある。

第４図に示す光源ランプ内蔵型測光プローブでは、石英
製のライトガイド13の伝送しうる最大入射角が11.3°で
あり、入射角が約11.3°以下の様々な入射角で光線で入
射しているので、ライトガイド13の先端部から放射する
際にも屈折角が約11.3°以下の様々な屈折角をとる。そ
のため、被測定物の表面に対する入射角は均一とならな
い。なお、ライトガイドの伝送しうる最大入射角はtan
^-1｛NA（開口数）｝であり、石英製のライトガイドのNA
（開口数）は0.2であるので、最大入射角は約11.3°と
なる。被測定物の表面を照射する条件は、JISでは被測
定物の表面を45度の入射角で照射し、被測定物の表面で
反射した光線のうち被測定物の表面に対して垂直方向に
反射した光線を測定に利用すると規定されているので、
このJISの規定にあてはまらないという問題がある。ま
た、ライトガイド13を用いているので、第３図のものと
同様に光量の不足という問題もある。

本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、円環
状の光線を反射鏡で反射させて被測定物の表面を全外方
向から照射することにより、凹凸のある被測定物の表面
に対しても表面に影を生じさせないようにすることであ
る。さらに、従来の装置で使用する光源が発生する光量
と同じ光量の光源を使用した時に、被測定物の表面を照
射する光量を増加させ、測定精度及び測定値の再現性を
向上することである。そして、光源ユニットと測光プロ
ーブとを接続するライトガイドが不要とする構造とし
て、ライトガイドが原因の測定誤差と不安定性とを排除
すると共にライトガイドにかかるコストを削減すること
である。

＜課題を解決するための手段＞上記の目的を達成するために、本考案の光源ランプ内蔵
型円環照射式測光プローブは、光源と、この光源からの
光を円柱状の平行光線とする光学系と、上記円柱状の平
行光線が周壁の外面に照射されて平行光線方向に対して
略直角をなす全外方向に反射されるように上記平行光線
の中心軸線と同軸上に配置された円錐状の第１の反射鏡
と、この第１の反射鏡の周りを包囲した状態に配置され
上記第１の反射鏡で反射した上記光源を側壁の内面で反
射して環状の平行光線を形成するじょうご状の第２の反
射鏡と、この第２の反射鏡で反射されて形成された上記
環状の平行光線を側壁の内面で反射してこの側壁の内側
に配置される被測定物の表面を照射する円錐台状の第３
の反射鏡とを有するものである。

そして、請求項（１）記載の上記光源ランプ内蔵型円環
照射式測光プローブの上記光学系が、反射面に近い側の
第１の焦点とこの第１の焦点よりも反射面から遠い側の
第２の焦点を有する楕円面反射鏡と、上記第１の焦点と
第２の焦点との間に配置され、一方の焦点の位置が上記
第２の焦点の位置と一致する凹レンズとからなり、上記
光源が上記楕円面反射鏡の第１の焦点の位置に配置され
てなるものとすることが好ましい。

＜作用＞光学系は、光源からの光を円柱状の平行光線とし、この
円柱状の平行光線は平行光線の中心軸線上に配置された
円錐状の第１の反射鏡の周壁の外面で反射されて、平行
光線方向に対して直角をなす全外方向に反射する。そし
て、この反射光線は、第１の反射鏡の周りを包囲した状
態に配置されたじょうご状の第２の反射鏡の側壁の内面
で反射して、環状の光線となる。この円環状の光線は、
円錐台状の第３の反射鏡の側壁の内面で反射されて、こ
の第３の反射鏡の側壁の内側に配置される被測定物の表
面を照射する。

また、光学系を楕円面反射鏡と凹レンズとからなるもの
とすることにより、楕円面反射鏡の第１の焦点に配置さ
れた光源からの光は楕円面反射鏡で反射されて、楕円面
反射鏡の第２の焦点に向う。凹レンズは、凹レンズの焦
点と楕円面反射鏡の第２の焦点が一致するように配置さ
れているので、楕円面反射鏡で反射された光線は凹レン
ズを透過すると円柱状の平行光線となる。

＜実施例＞本考案の第１実施例を第１図を参照して説明する。第１
図は本考案の光源ランプ内蔵型円環照射式測光プローブ
の断面図である。17は光源であり、光源17からの光は光
学系18を通って円柱状の平行光線23になる。この円柱状
の平行光線23は第１の反射鏡19で反射して平行光線23の
方向に対して略直角をなして全外方向に向う。そして、
第１の反射鏡19で反射された光線は、第１の反射鏡19の
周りを包囲した状態に配置されている第２の反射鏡20で
反射されて図の下方に向う円環状の光線24になり、この
円環状の光線24は第３の反射鏡25で反射されて、被測定
物９の表面に照射される。

光学系18は、楕円面反射鏡26と凹レンズ27とからなって
いる。楕円面反射鏡26は、反射面側を下に向けて周縁を
外形が円筒状の第１フレーム28の上側の開孔縁に接合さ
れて取付けられている。凹レンズ27は、第１フレーム28
の内周に沿って設けられている円環状部材29の内周縁に
凹レンズ27の外周縁が接合されて取付けられている。そ
して、図に示すように、楕円面反射鏡26は、反射面に近
い側の第１の焦点F₁と反射面から遠い側の第２の焦点F₂
を有している。この第１の焦点F₁の位置に光源17が支持
部材30によって固定されている。また、第１の焦点F₁と
第２の焦点F₂との間に凹レンズ27が配置されており、凹
レンズ27は光源17と反対側にあるの焦点の位置が楕円面
反射鏡26の第２の焦点F₂の位置と一致している。

第１の反射鏡19は、頂角が90度の円錐状であり、周壁が
反射面である。第１の反射鏡19は、楕円面反射鏡26の第
１と第２の焦点F₁、F₂を通る中心軸線31上に頂点を上に
向けた状態で支持部材21を介して第１フレーム28に取付
けられている。

第２の反射鏡20は、外形がじょうご状であり、内面が反
射面に形成されている。そして、大径側を下に向けて第
１の反射鏡19の周りを包囲した状態であり、かつ、第１
の反射鏡19の反射面と第２の反射鏡20の反射面が略平行
な状態で円環状部材32の内面に取付けられている。

第３図の反射鏡25は、外形が円錐台状であり、内面が反
射面に形成されている。そして、図に示すようにこの第
３の反射鏡25は大径側を上側に向けて、上側開孔縁を第
１フレームの下側開孔縁に接続されて取付けられてい
る。この第３の反射鏡25は、中心軸線が楕円面反射鏡26
の中心軸線31上に配置されており、反射面は、この中心
軸線31に対して22.5度の角度になるように形成されてい
る。このように、第３の反射鏡25が中心軸線31に対して
22.5度の角度で取付けられているので、中心軸線31に平
行な光線は第３の反射鏡25で反射されて被測定物９の表
面を45度の入射角度で照射する。

図に示されている33は、この測光プローブを使用して被
測定物９を測定する時に、被測定物９を第３の反射鏡25
の下側の所定の位置に配置することができるようにする
位置決め用部材であり、中央に開孔部が設けられてい
る。被測定物９を測定する時は、被測定物９をこの位置
決め用部材33の下面に当接させて、測定しようとする表
面を位置決め用部材33の中央に設けた開孔部に対応させ
る。これにより、被測定物９を測定することができる位
置に配置することができる。

34は、凸レンズであり、被測定物９に照射された光線の
うち、被測定物９の表面に対して垂直に反射した光線は
この凸レンズ34を透過して、凸レンズ34の焦点に集光す
る。そして、凸レンズ34の焦点近傍位置にはライトガイ
ド35の先端が配置されており、焦点に集められた光線は
測定光としてライトガイド35を通ってライトガイド35の
他端が接続されている測定機器11へ導かれる。

上述した光源ランプ内蔵型円環照射式測光プローブの作
用を説明する。

楕円面反射鏡26の第１の焦点F₁に配置された光源17から
放たれた光のうち、楕円面反射鏡26で反射された光線
は、楕円面反射鏡26の第２の焦点F₂の方向に向う。そし
て、凹レンズ27が楕円面反射鏡26の第１と第２の焦点
F₁、F₂の間に配置されており、また、凹レンズ27の焦点
位置と第２の焦点F₂の位置とを一致させて配置されてい
るので、この第２の焦点F₂に向う光線は、凹レンズ27を
透過することによって円柱状の平行光線23になる。この
円柱状の平行光線23は、頂角が90度の円錐状の第１の反
射鏡19の周壁の外面で反射されて、平行光線23の方向に
対して直角をなす全外方向に反射される。そして、この
反射光線は、第１の反射鏡19の周りを包囲した状態に配
置されたじょうご状の第２の反射鏡20の側壁の内面で反
射されて、楕円面反射鏡26の中心軸線31方向に平行であ
り、下方に向う円環状の光線24となる。この円環状の光
線24は、第３の反射鏡25の側壁の内面で反射されて、位
置決め用部材33の開孔部に45度の角度で入射する。従っ
て、被測定物９の表面を位置決め用部材33の開孔部に対
応させて配置しておくことにより、この開孔部に入射す
る光線は45度の入射角で被測定物９の表面を照射する。
この照射光線のうち被測定物９の表面に対して垂直に反
射する光線は、被測定物９の上方に設けられている凸レ
ンズ34を透過して凸レンズ34の焦点に集光する。そし
て、この光線はライトガイド35を通って測定機器11へ導
かれて、測定光として利用される。

第２実施例を第２図を参照して説明する。第２実施例の
光学系18は、放物線面反射鏡36と凸レンズ37と凹レンズ
27とからなっている。そして、光学系18以外の他の構成
部分は第１実施例と同等であるのでその詳細な説明を省
略する。

光学系18の放物線面反射鏡36は、反射面側を下に向けて
周縁を外形が円筒状の第１フレーム28の上側の開孔縁に
接続されて取付けられている。凸レンズ37は、外周が第
１フレーム28の内周に対応する大きさに形成されてお
り、放物線面反射鏡36の中心軸線38上に第１フレーム28
の内側に取付けられている。そして、図に示すように放
物線面反射鏡36は、焦点F₃を有しており、この焦点F₃の
位置に光源が17が支持部材30によって固定されている。
また、放物線面反射鏡36の焦点F₃の下側に位置に凸レン
ズ37と更にその下側に凹レンズ27が配置されている。そ
して、凸レンズ37は凸レンズ37の下側に焦点F₄を有して
おり、この焦点F₄の位置に凹レンズ27の焦点が一致して
いる。

放物線面反射鏡36の焦点F₃に配置されている光源17から
の光は放物線面反射鏡36に反射されて、放物線面反射鏡
36の中心軸線38に平行な円柱状の光源となる。この平行
光線は、凸レンズ37を透過して、凸レンズ37の焦点F₄に
集光する方向に屈折し、更に凹レンズ27を透過して、細
い円柱状の平行光線39になる。この円柱状の平行光線39
は第１実施例と同様に第１、第２及び第３の反射鏡19、
20、25に反射されて、位置決め用部材33の下面に当接し
て配置されている被測定物９の表面を45度の入射角で照
射する。そして、この照射光線のうち、被測定物９の表
面に対して垂直に反射する光線は、凸レンズ34を透過し
て集光し、ライトガイド35を通って測定機器11へ導かれ
て、測定光として利用される。

＜考案の効果＞本考案は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

請求項（１）記載の光源ランプ内蔵型円環照射式測光プ
ローブは、光学系によって得られた平行光線を第１と第
２の反射鏡で反射させて円環状の光線としている。従っ
て被測定物の表面を全外方向から照射することができる
から、表面に凹凸のある被測定物であっても凹凸による
影ができにくいので、測定精度及び再現性が向上すると
いう効果がある。また、全くライトガイドを使用しない
で、反射鏡によって光線を被測定物の表面に導き、照射
する構成であるので、ライトガイドにより光量の損失が
なくなる。これにより、被測定物の表面を照射する光量
を従来のものと比較して増加させることができるので、
測定精度が向上するという効果がある。更に、光線がラ
イトガイドを透過するときに生じるゆらぎを解消するこ
とができるので、安定性及び再現性が向上するという効
果がある。また、ライトガイドにかかる費用を削減する
ことができるという効果もある。

請求項（２）記載の光源ランプ内蔵型円環照射式測光プ
ローブは、楕円面反射鏡を使用しているので、従来の測
光プローブに使用されている放物線面反射鏡及びその他
の反射鏡よりも同じ光量を放つ光源から多くの反射光線
を得ることができる。そして、この多くの反射光線を被
測定物の表面に照射することにより、測定に利用するこ
とができる光線が増加する。これによって、測定精度及
び再現性が向上するという効果がある。ちなみに、第１
の実施例と第３図に示したものとを比較すると、上記照
射光量が５〜８倍となった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１実施例を示す縦断面図、第２図
はこの考案の第２実施例を示す縦断面図、第３図は光源
ユニットと測光プローブがライトガイドで接続されてい
る従来の装置を示す断面図、第４図は従来の光源ランプ
内蔵型測光プローブを示す縦断面図、第５図（ａ）はラ
イトガイドの拡大断面図、第５図（ｂ）はファイバの拡
大断面図である。 17……光源、18……光学系、19……第１の反射鏡、20…
…第２の反射鏡、25……第３の反射鏡、26……楕円面反
射鏡、27……凹レンズ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源からの光を円柱状の平行
光線とする光学系と、上記円柱状の平行光線が周壁の外
面に照射されて平行光線方向に対して略直角をなす全外
方向に反射されるように上記平行光線の中心軸線と同軸
上に配置された円錐状の第１の反射鏡と、この第１の反
射鏡の周りを包囲した状態に配置され上記第１の反射鏡
で反射した上記光線を側壁の内面で反射して環状の平行
光線を形成するじょうご状の第２の反射鏡と、この第２
の反射鏡で反射されて形成された上記環状の平行光線を
側壁の内面で反射してこの側壁の内側に配置される被測
定物の表面を照射する円錐台状の第３の反射鏡とを有す
ることを特徴とする光源ランプ内蔵型円環照射式測光プ
ローブ。
【請求項２】上記光学系が、反射面に近い側の第１の焦
点とこの第１の焦点よりも反射面から遠い側の第２の焦
点を有する楕円面反射鏡と、上記第１の焦点と第２の焦
点との間に配置され、一方の焦点の位置が上記第２の焦
点の位置と一致する凹レンズとからなり、上記光源が上
記楕円面反射鏡の第１の焦点の位置に配置されているこ
とを特徴とする請求項（１）記載の光源ランプ内蔵型円
環照射式測光プローブ。