JPH10132662A - ダブルビーム積分球 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料と参考白色面の法線方向が積分球の中心
を向いていると共に、光トラップが試料と参考白色面で
共用されるダブルビーム積分球を提供すること。 【解決手段】 積分球１０の北極に設置される光トラッ
プ１６と、この積分球の南極近傍に設けられると共に、
試料４０の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致
する姿勢で装着される試料面開口１１と、この積分球の
赤道上に設置される入射窓１２と、この積分球の南極近
傍に設けられると共に、参考白色面５０の法線方向が当
該積分球の中心方向とほぼ一致する姿勢で装着される標
準面開口１３と、この積分球の光トラップ近傍に設けら
れる測定用測光窓１４ａ及び参考用測光窓１４ｂとを備
えるダブルビーム積分球であって、前記測定用測光窓を
前記試料に対する測定側測光窓からの正反射光が当該光
トラップに反射する位置に設け、前記参考用測光窓をこ
の参考白色面に対する参考側受光器からの正反射光が当
該光トラップに反射する位置に設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分光測定器等に用
いられる二光路（ダブルビーム）の積分球装置に関し、
特に標準試料、測定試料並びに光トラップの配置の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は反射物体測定の場合の照明及び受
光の幾何学的条件の説明図で、例えばＪＩＳ−Ｚ８７２
２に解説されている。図において、積分球１０は、球の
内壁に拡散反射率の大きい白色塗料が塗布されたもの
で、入射窓１２を通して球内に入射した光は、球の内壁
で拡散反射を繰り返して測光窓１４を通って球の外部に
出る構造となっている。光トラップ１６は、正反射光を
吸収するもので、例えば平滑な鏡面試料を置いたとき、
その正反射光の少なくとも９５％を吸収するものであ
る。光トラップの有無は、測定値への影響が大きく、特
に物体の色に重点を置く場合には、光トラップを用いて
正反射光を除いて測定する。受光器２０の方向は、試料
の法線方向に対して６〜１０°程度傾いている。受光器
２０の方向が、試料の法線方向と一致すると、受光の開
口が光トラップと同様の効果を与え、レンズ面の反射等
でその性能が左右される為である。

【０００３】図４は従来の二光路（ダブルビーム）の積
分球装置の構成図である。ここでは、光源３０が積分球
１０の上面（北極）に位置し、受光器２０が積分球１０
の赤道上に位置している。積分球１０の底面（南極）に
は、試料４０と参考白色面５０が設置されている。参考
白色面５０を用いて光源３０の光度や受光器２０の感度
の変動を補償して、試料４０の測定が正確に行われるよ
うにする。ここでは、光源３０から照射された光は分光
器３２を介して、例えば５ｎｍ幅の波長間隔で分光され
て、交照ミラー３４により試料４０と参考白色面５０を
交互に照らし、反射光は受光器２０で検出される。光ト
ラップ１６は、試料４０と参考白色面５０からの正反射
光に対して共用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４の従来装
置によれば、積分球１０の底面に設置された試料４０と
参考白色面５０の法線方向が、積分球１０の中心に対し
て１０°程度傾いているので、試料４０と参考白色面５
０の領域は積分球１０の本来予定する球面とは相違して
いる。そのため、積分球１０を加工して試料４０と参考
白色面５０を装着するのに際して手間がかかると共に、
積分球１０の内壁が完全な球面からは乖離しているので
積分球の本来予定する完全な拡散光を得るについて誤差
を生ずる恐れがあるという課題があった。

【０００５】他方、従来装置として試料４０と参考白色
面５０の法線方向が積分球１０の中心を向いているダブ
ルビーム積分球も知られているが、光トラップ１６が試
料４０と参考白色面５０のそれぞれに対して設けられて
いる。光トラップ１６が積分球に２箇所設けられている
と、構成が複雑になると共に、参考白色面５０を用いて
光源３０の光度や受光器２０の感度の変動を補償して試
料４０の正確な測定値を得ることが困難になるという課
題があった。本発明は上述の課題を解決したもので、試
料と参考白色面の法線方向が積分球の中心を向いている
と共に、光トラップが試料と参考白色面で共用されるダ
ブルビーム積分球を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、積分球１０の北極に設置された光トラップ１６
と、この積分球の南極近傍に設けられると共に、試料４
０の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致する姿
勢で装着される試料面開口１１と、この積分球の赤道上
に設置される入射窓１２と、この積分球の南極近傍に設
けられると共に、参考白色面５０の法線方向が当該積分
球の中心方向とほぼ一致する姿勢で装着される標準面開
口１３と、この積分球の光トラップ近傍に設けられる測
定用測光窓１４ａ及び参考用測光窓１４ｂとを備えるダ
ブルビーム積分球であって、前記測定用測光窓を前記試
料に対する測定側測光窓からの正反射光が当該光トラッ
プに反射する位置に設け、前記参考用測光窓をこの参考
白色面に対する参考側受光器からの正反射光が当該光ト
ラップに反射する位置に設けることを特徴としている。

【０００７】本発明の構成によれば、測定用測光窓から
の正反射光が、測定側測光窓→試料→光トラップとなる
経路を経ると共に、参考用測光窓からの正反射光が、参
考側測光窓→参考白色面→光トラップとなる経路を経る
ので、光トラップが試料と参考白色面とで共用される。
試料面開口１１では、試料４０の法線方向が積分球の中
心方向とほぼ一致する姿勢で装着される。また、標準面
開口１３では、参考白色面５０の法線方向が積分球の中
心方向とほぼ一致する姿勢される。この結果、積分球の
内壁は試料と参考白色面とで実質的に球面の一部をな
し、拡散反射の特性が理論値に近いものとなり、正確な
測定値が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示す構成図で、（Ａ）
は光路を示す正面図、（Ｂ）は側面図である。ここで
は、積分球１０に光源３０を付随させ、分光器及び受光
器を二台持って、試料４０及び参考白色面５０に拡散光
を照明した後、反射光をそれぞれ分光して同時測定を可
能にしたものである。図において、積分球１０には、試
料面開口１１、標準面開口１３、入射窓１２、測定用測
光窓１４ａ、参考用測光窓１４ｂ及び光トラップ１６が
設けられている。試料面開口１１は、積分球１０の南極
近傍に設けられるもので、試料４０の装着姿勢は試料４
０の法線方向が積分球１０の中心方向とほぼ一致するも
のとなっている。標準面開口１３は、積分球１０の南極
近傍に設けられるもので、参考白色面５０の装着姿勢は
参考白色面５０の法線方向が積分球１０の中心方向とほ
ぼ一致するものとなっている。

【０００９】入射窓１２は、積分球１０の赤道面上に設
けられたもので、光源３０が装着されている。測定用測
光窓１４ａは、積分球１０の光トラップ１６近傍に設け
られるもので、積分球１０の外側には測定側分光器４２
及び測定側受光器４４が装着される。参考用測光窓１４
ｂは、積分球１０の光トラップ１６近傍に設けられるも
ので、積分球１０の外側には参考側分光器５２及び参考
側受光器５４が装着される。光トラップ１６は、積分球
１０の北極上に設けられている。バッフル１８は、積分
球１０の入射窓１２と試料面開口１１、標準面開口１３
との間に設けられた遮蔽板で、光源３０から試料４０や
参考白色面５０が直接照射されるのを防止する。尚、測
定側分光器４２には、測定用測光窓１４ａからの光を導
く受光光学系も付設されている。参考側分光器５２に
も、参考用測光窓１４ｂからの光を導く受光光学系が付
設されている。

【００１０】このように構成された装置の動作について
説明する。光源３０からの光は、入射窓１２をへて積分
球１０の内壁で拡散され、試料４０及び参考白色面５０
を照明する。試料４０からの反射光は、測定用測光窓１
４ａを介して測定側分光器４２及び測定側受光器４４に
送られる。参考白色面５０からの反射光は、参考用測光
窓１４ｂを介して参考側分光器５２及び参考側受光器５
４に送られる。尚、測定用測光窓１４ａ及び参考用測光
窓１４ｂへの正反射方向成分は、光トラップ１６を開閉
させることで、ＳＣＩ(specular component include)と
ＳＣＥ(specular component exclude)の条件で測定が可
能である。

【００１１】図２は本発明の他の実施例を示す構成図
で、（Ａ）は光路を示す正面図、（Ｂ）は側面図であ
る。ここでは、積分球１０に分光器及び受光器を付随さ
せ、光源３０からの光を分光し、単色光として後積分球
１０に導入し、交照ミラー３４を用いて試料４０と参考
白色面５０を交互に照明し、試料４０と参考白色面５０
からの拡散反射光を受光している。これによれば、白色
光照明による蛍光の影響を調べることが可能となる。図
において、積分球１０には、試料面開口１１、標準面開
口１３、測定用入射窓１２ａ、参考用入射窓１２ｂ、測
光窓１４及び光トラップ１６が設けられている。試料面
開口１１、標準面開口１３及び光トラップ１６は、図１
の構成と同様である。

【００１２】測定用入射窓１２ａは、積分球１０の光ト
ラップ１６近傍に設けられるもので、測定用入射窓１２
ａの正反射光は試料４０で反射して光トラップ１６に到
る。参考用入射窓１２ｂも、積分球１０の光トラップ１
６近傍に設けられるもので、参考用入射窓１２ｂの正反
射光は参考白色面５０で反射して光トラップ１６に到
る。ここでは、測定用入射窓１２ａと参考用入射窓１２
ｂは、積分球の北極と南極とを結ぶ中心線に対して、左
右対称に設けられている。測定用入射窓１２ａ及び参考
用入射窓１２ｂに入射する光学系は、積分球１０の北極
上に設置された光源３０、分光器３２、交照ミラー３４
及び反射ミラーよりなっている。測光窓１４は、積分球
１０の赤道面上に設けられたもので、受光器２０が設け
られている。

【００１３】このように構成された装置の動作を次に説
明する。光源３０からの光は、分光器３２により単色光
となり、交照ミラー３４に送られる。交照ミラー３４が
測定用入射窓１２ａから試料４０を照明するモードで
は、試料４０からの反射光は、測光窓１４を介して受光
器２０に到る。他方、交照ミラー３４が参考用入射窓１
２ｂから参考白色面５０を証明するモードでは、参考白
色面５０からの反射光も測光窓１４を介して受光器２０
に到る。

【００１４】次に、測定用入射窓１２ａから試料４０に
到る試料用光路と、参考用入射窓１２ｂから参考白色面
５０に到る参考用光路の幾何学的関係について説明す
る。図示するように、試料用光路と参考用光路とは交差
している。そして、試料４０と参考白色面５０は、積分
球１０の中心に正対して配置されている。これによれ
ば、光源３０は試料４０と参考白色面５０に対称な位置
に配置され、且つ光トラップも試料４０と参考白色面５
０で共用されている。そこで、試料４０と参考白色面５
０の測定光学系は対称性が高く、また試料４０と参考白
色面５０の法線方向は積分球１０の中心方向と大略一致
しているので、積分球１０の内壁が球面形状に近くなっ
ている。

【００１５】この関係は図１の実施例でも同様である。
即ち、測定用測光窓１４ａから試料４０に到る試料用光
路と、参考用測光窓１４ｂから参考白色面５０に到る参
考用光路の幾何学的関係について説明する。図示するよ
うに、試料用光路と参考用光路とは交差している。そし
て、試料４０と参考白色面５０は、積分球１０の中心に
正対して配置されている。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
トラップが試料４０と参考白色面５０で共用されると共
に、試料４０と参考白色面５０の法線方向は積分球１０
の中心方向と大略一致している積分球としたので、積分
球１０に対する試料４０と参考白色面５０の取付けが容
易で、且つ積分球の本来予定する完全な拡散光に近く、
分光測定が正確にできる積分球が得られるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図３】反射物体測定の場合の照明及び受光の幾何学的
条件の説明図である。

【図４】従来の二光路（ダブルビーム）の積分球装置の
構成図である。

【符号の説明】

１０ 積分球 １１ 試料面開口 １２ 入射窓 １３ 標準面開口 １４ 測光窓 １６ 光トラップ １８ バッフル ２０ 受光器 ３０ 光源 ４０ 試料 ５０ 参考白色面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積分球（１０）の北極に設置される光トラ
   ップ（１６）と、 この積分球の南極近傍に設けられると共に、試料（４
   ０）の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致する
   姿勢で装着される試料面開口（１１）と、 この積分球の赤道上に設置される入射窓（１２）と、 この積分球の南極近傍に設けられると共に、参考白色面
   （５０）の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致
   する姿勢で装着される標準面開口（１３）と、 この積分球の光トラップ近傍に設けられる測定用測光窓
   （１４ａ）及び参考用測光窓（１４ｂ）と、 を備えるダブルビーム積分球であって、 前記測定用測光窓を前記試料に対する測定側測光窓から
   の正反射光が当該光トラップに反射する位置に設け、前
   記参考用測光窓をこの参考白色面に対する参考側受光器
   からの正反射光が当該光トラップに反射する位置に設け
   ることを特徴とするダブルビーム積分球。
2. 【請求項２】積分球（１０）の北極に設置される光トラ
   ップ（１６）と、 この積分球の南極近傍に設けられると共に、試料（４
   ０）の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致する
   姿勢で装着される試料面開口（１１）と、 この積分球の南極近傍に設けられると共に、参考白色面
   （５０）の法線方向が当該積分球の中心方向とほぼ一致
   する姿勢で装着される標準面開口（１３）と、 この積分球の光トラップ近傍に設けられる測定用入射窓
   （１２ａ）及び参考用入射窓（１２ｂ）と、 この積分球の赤道上に設置される測光窓（１４）と、 を備えるダブルビーム積分球であって、 前記測定用入射窓を前記試料に対する測定側入射窓から
   の正反射光が当該光トラップに反射する位置に設け、前
   記参考用入射窓をこの参考白色面に対する参考側受光器
   からの正反射光が当該光トラップに反射する位置に設け
   ることを特徴とするダブルビーム積分球。