JPH08159876A - 分光測定装置 - Google Patents

分光測定装置

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JPH08159876A
JPH08159876A JP30611894A JP30611894A JPH08159876A JP H08159876 A JPH08159876 A JP H08159876A JP 30611894 A JP30611894 A JP 30611894A JP 30611894 A JP30611894 A JP 30611894A JP H08159876 A JPH08159876 A JP H08159876A
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Toshiyuki Mizuno
利幸 水野
Mitsuo Sugita
充朗 杉田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い精度で安定した測定を簡便に行える分光
測定装置を提供すること。 【構成】 基準白板を取り付ける取り付け部(103)
と、被測定試料を取り付ける取り付け部(104)と、
取り付けられた各々に対して光を照明する照明光学系
(101、102)と、照明された各々から反射される
光を光路を切り換えて同一分光器に導びく手段を含む検
出光学系とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は分光反射率の測定に関
し、特に分光反射率測定の基準となる標準反射光の測定
を行って分光反射率を求める測定技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】分光反射率の測定を行う際には、光源強
度、検出器感度、温度等に波長毎の特性の違いがあるた
め、測定を始めるにあたって反射率が既知の標準白板を
用いて波長毎のデータ出力を測定し、これを標準分光反
射強度として用い、次に標準白板に代えて被測定試料の
分光反射光強度を測定し、両測定値を用いた演算により
正確な測定を行うことが可能となる。
【0003】しかしながら、標準白板の扱いには注意を
要し、また取り外しが面倒なこともあって、通常は、最
初に測定すると特別のことがない限り再測定はせず、参
考値としてそれに代わる白板(参照白板)を測定するこ
とにより、測定中の温度や照明光強度の変動に対処する
間接的な手法を採用する場合が多い。
【0004】図3を用いて分光反射率値より色彩値を求
める従来の装置の例について説明する。光源401から
の光束は積分球402内部で拡散反射され、試料取り付
け部403に置かれた既知の反射率を持った標準白板4
03aを照射する。照射された標準白板403aからの
反射光は結像光学系404により分光器405に導かれ
て波長毎に分散される。この分散した光はフォトダイオ
ードアレイ406にて各波長に対応した素子が受光し、
増幅器およびA/D変換器407でデジタル信号に変換
され、信号処理部410のメモリ411に蓄えられる。
一方、積分球402内部で拡散反射した光は、補正用光
学系421、視野絞り422を介して光電変換素子42
3で光電変換され、増幅器およびA/D変換器424で
変換されたデジタル信号がメモリ431に蓄えられる。
この信号は、簡略化を重視する測定装置では白色の光出
力として一点だけを、高精度を重視する測定装置では定
波長と同じ数だけ分光した光強度を蓄えるのが一般的で
ある。
【0005】次いで、標準白板403aを取り外して、
代わりに被測定試料403bを取り付け、上記と同様の
プロセスによって被測定試料403bに関する同様の2
種類の信号をメモリ412及びメモリ432に蓄える。
そして、信号処理部410のCPUのコントロールによ
り、上記測定に基づいてメモリ内容と標準白板の反射率
(メモリ100)を使用して、照度補正の有無を判断し
分光反射率の計算と色彩値の計算が行われる。
【0006】以下、続いて別の試料を測定するときは、
被測定試料の反射測定のみを同様に行って、メモリのデ
ータを書換え、先のメモリの結果と照明光の補正が要る
か否かをCPUが判断し色彩計算手段で色彩値の計算が
行われる。
【0007】次に、別の従来例について図4を用いて説
明する。これは二光束の分光光度計と積分球により測定
する方式であり、図4において、光源501より発した
光束は、分光器503に入射して単色光となり、高速で
回転する光路切り換えミラー504によって、参照白色
面取付部507の試料と、被測定試料取り付け部508
に取り付けた被測定試料面508aを交互に照射する。
その他に、光を遮断して507,508のいずれにも照
射しない瞬間も作り出す。
【0008】反射光束は積分球502の内部で拡散し、
その拡散光は集光光学系509を介して受光部510で
光電変換される。受光される光強度信号は、光照射され
る部材に応じて参照側信号、試料面反射信号、ダーク
(零)信号となる。そして、弁別されたそれぞれの信号
はA/D変換された後、信号処理部520のメモリに送
られCPUからの指示で処理される。そして交互に照射
する回数が規定に達すると、分光器503で波長を変え
て別に規定された波長で同様の動作を繰り返すことによ
り、それぞれの波長に対して三種の分光反射出力を求め
る。この取り込み回数を多くすることで、光源の変動や
ノイズに対して強くすることができる。
【0009】分光透過率の測定は、まず、高反射の白板
507bを取り付け部507に取り付け、既知の分光反
射率を持った標準白色板507aを取り付け部508に
取り付け、上記の方法によってダークを除いた標準分光
反射強度信号を信号処理部520のメモリに取り込む。
次いで、標準白色板507aを被測定試料508aに取
り替えて、同様にして被測定試料508aの分光反射強
度を測定してメモリに取り込んだ後、両信号の比を計算
すると共に色彩値の計算を行う。
【0010】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
述した図3の第1の従来例によれば、標準白板の測定は
最初に一回のみ行うだけなので、時間の経過につれて反
射率測定値が不正確となる可能性が高い。すると図5に
示すような、いわゆるドリフト誤差が発生し、色彩値も
不正確なものとなる。図5において、実線は測定最初の
分光透過率の値、点線は30分後、破線は1時間後等の
値である。さらなる問題として、標準白板と試料とは別
々に測定されるために、低い反射率域にある試料は積分
球効率の変化により反射率精度が悪くなるので色彩値の
誤差となる。
【0011】また、前述した図4の第2の従来例によれ
ば、光源が共通化されることや多数回の測定データを用
いるため精度は良くなるが、面倒な試料取り付け作業を
頻繁に行う必要がある。加えて、高速駆動部が有り構成
が複雑なため、装置が大きく高価なものとなるなどの問
題もある。
【0012】本発明は上記従来例の有する課題を解決す
べくなされたものであり、高い精度で安定した測定を簡
便に行える分光測定装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するため本発明の分光測定装置は、基準白板を取り付け
る取り付け部と、被測定試料を取り付ける取り付け部
と、取り付けられた各々に対して光を照明する照明光学
系と、照明された各々から反射される光を光路を切り換
えて同一分光器に導びく手段を含む検出光学系とを有す
ることを特徴とするものである。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は分光反射率測定によって色彩値を求める色彩測定装
置の実施例の構成を示す図である。
【0015】同図において、101は光源を含む照明光
学系、102は積分球、103は既知の反射率を持った
標準白板を取り付ける取り付け部、104は被測定試料
を取り付ける取り付け部であり、これら取り付け部は積
分球102の球面に近接して設けられている。105は
結像光学系で視野絞り106によって測定面積が決めら
れる。107aは標準白板からの反射光を結像するため
の二次結像レンズ、107bは被測定試料からの反射光
を結像するための二次結像レンズで、それぞれ光路は折
り曲げミラー108a、108bで曲げられる。109は
反射ミラーとなっている光路切り換えプリズムで、標準
白板と被測定試料からの光を切り替えていずれか一方を
分光計110へ導く。111は光電変換手段としてのラ
インセンサであり、分光された波長毎の光強度を出力す
る。112は増幅器、113はA/D変換器、また12
0は信号処理部であってCPU、メモリ、反射率計算手
段、反射率補正手段、色彩値計算手段等を含む。
【0016】一方、130は反射率補正部であって以下
の部材を含む。すなわち、集光光学系131、摺り硝子
と一体になった第二の視野絞り132で二つの視野に分
けられる。それぞれの視野内の光は近接して配置された
波長選択フィルタ133S、133L、光電変換素子のフ
ォトダイオード134S、134Lにより予め決められた
波長の出力信号となり、増幅器135、A/D変換器1
36で変換された信号は信号処理部120のメモリに導
かれる。
【0017】次に動作手順について説明する。既知の反
射率を持った標準白板を取り付け部103に、また被測
定試料を取り付け部104に予め決められた方法で取り
付ける。なお、試料取り付け位置の違いによる照度の違
いは、積分球なので発生しないものの、局所的な汚れな
ども考えられるので、変化がないことを確かめた後に測
定を開始する。
【0018】光源101から光束は積分球102内で拡
散反射され、取り付け部103に置かれた標準白板と取
り付け部104におかれた被測定試料をそれぞれ照射す
る。そして、これらよりの反射光は結像光学系105に
より視野絞り106上にそれぞれ結像し、視野絞りを通
過した光束はそれぞれ別々の光学系107a、107bを
通って光路切り換えプリズム109に達する。ここでは
まず、標準白板の光路を開く(プリズム109を図1の
実線の位置に配置する)ことによって、標準白板からの
反射光を分光器110に導いて、波長毎に強度を測定し
てデータをメモリに蓄える。これと同時に、反射率補正
部130も作動し、標準白板を含む積分球内の光強度を
測定する。すなわち、集光光学系131により集められ
た光束は視野絞り132で2つに分けられ、一方の光路
は短波長が透過する波長選択フィルタ133S、もう一
方は同様に長波長が透過する波長選択フィルタ133L
である。それぞれフォトダイオード134S、134Lで
受光された光出力の信号は、増幅器135、A/D変換
器136を経て信号処理部120の決められたメモリ
に、標準白板を照明したときの照度信号として蓄えられ
る。
【0019】次に、プリズム109を図1の斜線に示す
位置に切り替えて、取り付け部104の被測定試料から
の反射光束を分光器110に導く。そして、上述した標
準白板と同様のプロセスで測定してデータをメモリに蓄
える。また同時に、反射率補正部130によって積分球
102内の光強度を再度測定し、信号処理部120にお
いて先の白色時と比較して補正しメモリの内容を更新す
る。この補正は照明の変動や装置内温度変化等によるも
ので、かかる変化分は波長毎に細かく変動することはな
く、短波長側と長波長側での比率の差を検出すればよ
い。従って本実施例では二点間の直線変化で行うこと
し、例えば、標準白板の測定後、被測定試料の測定中に
照度変動した場合の波長毎の補正値は、以下のように求
めることができる。
【0020】測定された変動量は以下の式(1)(2)
のようになる。
【0021】CS=CλS/WS …(1) CL=CλL/WL …(2) (ここで、CSは短波長側の照度変動量、CLは長波長側
の照度変動量、CλSは試料測定中の短波長照度出力、
S は標準白板測定中の短波長照度出力、CλLは試料
測定中の長波長照度出力、WLは標準白板測定中の長波
長照度出力、を表す)
【0022】従って、求める波長λの補正した値はS
(λ)は以下の式(3)のようになる。
【0023】 S(λ)=RSλ・〔(λL−λ)CS+(λ−λS)CL〕/(λL−λS) …(3) (ここで、RSλは試料の測定出力、λSは試料測定中の
短波長、λLは試料測定中の長波長、を表す)
【0024】試料の波長毎反射率R(λ)は以下の式
(4)のようになる。
【0025】 R(λ)=〔S(λ)/RW(λ)〕・WR(λ) …(4) (ここで、S(λ)は被測定試料の補正された分光反射出
力、RW(λ)は標準白色板の分光反射出力、WR(λ)は標
準白色板の分光反射率、を表す)
【0026】これらは、信号処理部120のCPUのコ
ントロールにより、メモリ内のデータに基づいて照度補
正の有無を判断し、分光反射率の計算と色彩値の計算を
行う。
【0027】続いて別の試料を測定するときは、試料を
変えて以上と同様のプロセスを行えばよい。
【0028】なお、図1の測定装置の変形例として図2
のようにしても良い。すなわち、図1での光路切り換え
プリズム109を、図2においてはプリズム209のよ
うに回転式することによって、狭い場所での光路切り換
えを可能としている。また、図1に示すレンズ131に
変えて、図2においては光ファイバ製のライトガイド2
31Fを使用することによって、装置の構造設計を容易
にし且つコンパクト化を達成している。
【0029】また以上の説明においては、測定波長域を
短波長と長波長に2分別した例を示したが、3つ又は4
つ、あるいはそれ以上の波長に分別すれば、より精密な
測定システムが実現できる。
【0030】以上説明した実施例によれば、既知の分光
反射率を持った白色板との比較を常に行うためドリフト
の発生を防ぐことができる。また標準白板と測定試料の
どちらを測定しているときでもこれらは積分球に同時に
取り付けてあるため積分球効率が変化しない。さらに温
度や照明光の変動補正の検出を複数行うため、白色光で
の補正に比べ精度の向上がはかれ、測定波長と比べて検
出波長間隔が長いので構成およびコスト上も有利であ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、高い精度で安定した測
定を簡便に行える分光測定装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成図である。
【図2】図1の実施例の変形例の構成図である。
【図3】第1の従来例の構成図である。
【図4】第2の従来例の構成図である。
【図5】分光反射率がドリフトにより変動した例のグラ
フ図である。
【符号の説明】
101 光源 102 積分球 103 反射率既知の標準白板 104 被測定試料 109 光路切り換えプリズム 110 分光計 111 ラインセンサ 120 CPU回路部 130 反射率補正部 131 集光光学系 209 回転式の光路切り換えプリズム 231F ファイバ製ライトガイド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準白板を取り付ける取り付け部と、被
    測定試料を取り付ける取り付け部と、取り付けられた各
    々に対して光を照明する照明光学系と、照明された各々
    から反射される光を光路を切り換えて同一分光器に導び
    く手段を含む検出光学系とを有することを特徴とする分
    光測定装置。
  2. 【請求項2】 照明光が含む複数の波長域の各々の波長
    域に対する強度を検出する手段をさらに有することを特
    徴とする請求項1記載の分光測定装置。
JP30611894A 1994-12-09 1994-12-09 分光測定装置 Withdrawn JPH08159876A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20020305