JPS5939684B2 - 光学的濃度測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は濃度計、比色計等に用いられ、試料の光学的透
過または反射濃度を測定する方法に関する。

光学的濃度測定には、単光束エネルギー直接記録方式、
複光束単受光器電気的直接比方式、複光束単受光器光学
的零位方式等が知られている。

前記単光束エネルギー直接記録方式は、光源と受光器と
の間に試料を挿入し、この試料を透過した測定光を測光
し、その測光値を増幅して得た測定信号ＩＭから試料の
光学的透過濃度を測定するものである。この単光束エネ
ルギー直接記録方式は開ループ系であり、シングルビー
ムを直接増幅するものであるから、光源、受光器、増幅
器の変動がそのまま指示変動となり、測定精度が劣ると
いう欠点がある。また前記複光束単受光器光学的零位方
式は、試料を挿入した測定光路と、オプチカルウエツジ
等の減光器を挿入した比較光路の二光路を形成し、これ
らの光路を回転セクターで交互に切り換え、試料と減光
器を文明し、単一の受光器に入つた二光束の出力信号の
差を増幅し、両出力が零になるように減光器をサーボモ
ーター等で駆動してその零点位置から光学的透過濃度を
測定するものである。

この方式は完全な閉ループ系を構成しているため、受光
器、増幅器などの各要素の非直線性、雑音、外乱の影響
がほとんど問題にならず、安定性、精度の面で優れてい
る。しかしこの方式はサーボモーターで減光器を駆動し
ているため、応答速度が遅いとともに、機構が複雑で高
価になるという欠点がある。前記複光束単受光器電気的
直接比方式は、応答性を良くし、かつ構造を簡単にして
安価にするため前記複光束単受光器光学的零位方式から
、減光器とサーボモーターとを省略し測定光路の試料を
透過した測定光の出力１Ｍと、比較光路を通つた比較光
の出力１０とによつて光学的濃度Ｄを算出して指示器で
表示するようにしたものである。

この方式は、開ループ系であるが、二光束を使用してい
るため、前記単光束エネルギー直接記録方式に比べれば
、零点変動に対して安定であるが、受光器、増幅器の感
度変動があつた場合に、この感度変動がそのまま指示変
動となり測定精度が低下するという欠点がある。本発明
は上記複光束単受光器電気的直接比方式において生じる
欠点を解消するものであり、受光器、増幅器の感度変動
があつた場合でも、これらに影響されることなく正確な
測定をすることができるようにした光学的濃度測定方法
を提供することを目的とするものである。

本発明の方法は、回転セクターに光学的透過または反射
濃度既知の感度補正窓を設け、この感度補正窓を透過ま
たは反射して比較光路に入つた比較光を受光器で測定し
、この測定値１Ｓと真値ＳＳから補正係数Ｃを算出し、
この補正係数Ｃで測定光路を通つた測定光の測定値を補
正するようにしたものである。

このように、本発明は感度補正窓の真値と測定値から、
受光器、増幅器の感度変動の程度を算出して感度補正を
行なうため、感度変動があつてもこれに影響されない。
したがつてサーボモーター、減光器等を使用する光学的
零位方式を採用することなく、簡単な構成で測定精度を
上げることができ、しかも迅速に測定することが可能と
なる。以下図面を参照して本発明の方法について詳細に
説明する。

第１図は透過型の光学的濃度計の構成を示すものである
。

光源１から放射された光束は測定光路２と比較光路３と
に分割される。これらの測定光路２と比較光路３に回転
セクター４が挿入されており、この回転セタタ一４はシ
ンクロナスモーター５によつて駆動され、両光路２，３
を交互に開閉するようになつている。第２図に示すよう
に、この回転セクター４は透明の円板によつて作られ、
全体を扇形に四等分し、そのうち対向する部分の一方を
測定窓４ａとし、他方に光学的透過濃度既知のフイルタ
一を貼つて感度補正窓４ｂとしてある。

残りの対向する部分に遮光層を形成して遮光部４ｃ，４
ｄとしてある。なお回転セクター４を遮光性のある材料
で作り、測定窓４ａと感度補正窓４ｂを開口にし、この
感度補正窓４ｂにフイルタ一を貼つた構成であつてもよ
い。この回転セクター４を使用する場合は、前記測定光
路２と、比較光路３は、互に直角な角度で配置される。

すなわち、測定窓４ａが測定光路２に位置し、測定光路
２を開いているときには、遮光部４ｃ、または４ｄが比
較光路３に位置し、比較光路３を閉じるようになつてい
る。なお、感度補正窓４ｂの位置を遮光部４ｃまたは４
ｄに置き変えた場合は、測定光路２と比較光路３の位相
を１８０度にすることができる。いずれの場合も、測定
光路２と比較光路３を交互に開閉しなければならない。
前記回転セクター４の回転位置を検出し、受光器６の出
力信号がいかなる測定信号であるかを弁別するため、回
転セクター位置検出器７が設けられており、サンプリン
グ信号７ａ，７ｂ，７ｃを出力するようになつている。

前記測定光路２には、回転セクター４の測定窓４ａを通
つた測定光を平行光にするコリメーターレンズ８と、こ
の平行光を集光するコンデンサーレンズ９とが配置され
ている。

このコリメーターレンズ８とコンデンサーレンズ９の間
に試料１０が挿入され、この試料１０を透過してコンデ
ンサーレンズ９によつて集光された測定光が、前記受光
器５に入射するようになつている。この測定光路２と同
様に、比較光路３にも、コリメーターレンズ１１とコン
デンサーレンズ１２とが配置されている。前記測定光路
２と比較光路３を通つた光束は、単一の受光器６に入る
。

この受光器６の出力信号は増幅器１３によつて増幅され
た後演算回路１４に入力される。この演算回路１４では
、前記回転セクター４の位置検出器７から送られたサン
プリング信号７ａ〜７ｃにより、受光器６の出力信号を
弁別し、所定の演算を行なつて表示器１５に試料の光学
的濃度を表示するようになつている。第３図は、前記演
算回路の構成を示すものである。前記増幅器１３から送
られた出力信号はスイツチング回路１６によつて三系路
に分岐される。すなわち、測定窓４ａが比較光路３を開
いているときは、受光器６から零点チエツク信号１０が
出力され、この零点チエツク信号１０が、回転セクター
位置検出器７からの零点チエツク用サンプリング信号７
ａによつて、閉じられた零点チエツク用ホールドスイツ
チ１６ａを通り、零点チエツク用サンプリングホールド
回路１７ａに入力されて保持される。同様に、測定窓４
ａが測定光路２に位置しているときには、試料１０を透
過した測定光が受光器６に入り、測定信号１Ｍが出力さ
れる。この測定信号１Ｍは、回転セクター４の位置検出
器７からの測定用サンプリング信号７ｂにより閉じられ
た測定用ホールドスイツチ１６ｂを通つて測定用サンプ
リングホールド回路１７ｂに入力されて保持される。ま
た感度補正窓４ｂが比較光路３″に位置しているときに
得られた感度補正信号Ｓは、感度補正用サンプリング信
号７ｃにより閉じられた感度補正用ホールドスイツチ１
７ｃを通り、感度補正用サンプリングホールド回路１７
ｃに入力される。これらの零点チエツク信号１０１測定
信号１Ｍ、感度補正信号Ｓは、第１減算回路１８と第２
減算回路１９に入力され、所定の減算が行なわれる。第
２減算回路１９の出力は除算回路２０に送られ、設定器
２１によつて設定された感度補正窓４ｂの光学的透過濃
度信号（設定濃度信号）ＩＳＳとにより除算が行なわれ
る。この除算回路２０によつて得られた補正係数Ｃは乗
算回路２３に送られ、第１減算回路１８の出力信号Ｍと
乗算されて光学的透過濃度値Ｄが算出される。この光学
的透過濃度値Ｄは表示器１５に送られて表示される。光
学的透過濃度の測定に際しては測定光路２に試料１０を
挿入して、シンクロナスモーター５を回転する。

このシンクロナスモーター５により、回転セクター４が
回転し、測定光路２と比較光路３を交互に開閉する。回
転セクター４の測定窓４ａが比較光路２を開いたときは
、回転セクター位置検出器７から零点チエツク用サンプ
リング信号７ａが出力され、零点チエツク用ホールドス
イツチ１６ａを閉じ、受光器６によつて測定された零点
チエツク信号０を零点チエツク用サンプリングホールド
回路１７ａに入力する。回転セクター４の測定窓４ａが
測定光路３に位置し、この光路３が開れたときは、測定
用サンプリング信号７ｂにより、測定用ホールドスイツ
チ１６ｂが閉じられ、測定信号Ｍが測定用サンプリング
ホールド回路１７ｂに保持される。この測定信号Ｍと、
零点チエツク信号１０は、第１減算回路１８に入力され
、Ｍ−０の減算が行なわれる。

この減算は零点補正のために行なうものであり、これに
より光源１の光量変動と増幅器１３のドリフトによる測
定誤差を補正することができる。感度補正窓４ｂが比較
光路３に位置しているときは、この感度補正窓４ｂを透
過した比軸光が受光器６に入り、感度補正信号Ｓが出力
される。

この感度補正信号１Ｓは感度補正用ホールドスイツチ１
６ｃを通つて感度補正用サンプリングホールド回路１７
ｃに入力される。この感度補正用サンプリングホールド
回路１７ｃに保持された感度補正用信号１Ｓと、前記零
点チエツク用サンプリングホールド回路１７ａに保持さ
れた零点チエツク信号１０とが、第２減算回路１９に入
力されＳ−０の減算が行なわれ、零点補正された感度補
正信号ＳＯが得られる。この零点補正された感度補正信
号ＳＯと、設定器２１によつて入力された感度補正窓４
ｂの光学的透過濃度の真値である設定濃度信号ＳＳとが
除算回路２０に入力され、補正係数Ｃ−ＳＳ／１Ｓ０の
除算が行なわれる。この補正係数Ｃと、前記第１減算回
路１８の出力信号である零点補正された測定信号Ｍとが
乗算回路２３に入力され、光学的透過濃度値Ｄ＝ＭＸＣ
の乗算が行なわれる。この乗算回路２３の演算出力信号
が表示器１５に入力され、試料１０の光学的透過濃度値
Ｄが表示される。第４図は、回転セクターの他の実施例
を示すものである。この実施例では回転セタタ一２４を
扇形に８等分し、測定窓を２つ設けたものである。すな
わち測定窓７ａ１遮光部７ｂ、感度補正窓７ｃ、遮光部
７ｄ、測定窓７ｅ、遮光部７ｆ、感度補正窓７９、遮光
部７ｈをこの順に設けたものである。この回転セクター
２４を使用すれば回転セクター２４の１／２回転によつ
て試料１０の光学的透過濃度を測定することができる。
第５図は色成分の測定が行なえるようにした実施例を示
すものである。

ここではｎ種類の色分解フイルタ一を装填し、測定光路
２と比較光路３とに同時に、同種類の色分解フイルタ一
が挿入されるようにした色分解フイルターターレツト板
２５を、前記コンデンサーレンズ９，１２の背後に設け
、この色分解フイルターターレツト板２５と前記回転セ
クター４とを１：ｎに連動して同一方向に回転させるよ
うになつている。すなわちシンクロナスモーター２６に
減速機２７を設け、この減速機２７を介して回転セタタ
一４と色分解フイルターターレツト板２５とを一定の回
転比ｎ：１で回転させるようになつている。これにより
、回転セクター４が１回転するごとに色分解フイルター
ターレツト板２５が１／ｎ回転し、順次色分解フイルタ
一を切り換える。なお、回転セクター４が複数回転する
ごとに、色分解フイルターターレツト板２５を１／ｎ回
転するようにしてもよい。この色分解フイルターターレ
ツト板２５に色分解フイルタ一位置検出器２８が設けら
れており、色分解フイルターターレツト板２５の位置を
検出してサンプリング信号を発生するようになつている
。色分解フイルタ一の種類数ｎが３のときには、どの色
分解フイルタ一が光路に挿入されているかを弁別するた
めに、サンプリング信号２８ａ，２８ｂ，２８ｃが出力
される。第６図は色成分の測定値を演算する演算回路お
よび表示器を示すプロツク図である。

前記色分解フイルタ一位置検出器２８から出力されたサ
ンプリング信号２８ａ〜２８ｃにより、各色成分に対応
する色成分切換用スイツチング回路２９のスイツチ２９
ａ〜２９ｃが閉じられ、色成分ごとに測定値が弁別され
る。すなわちある色分解フイルタ一が測定光路２と比較
光路３とに挿入されているときは、例えばスイツチ２９
ａが閉じられる。このとき受光器６によつて測定された
測定信号は、回転セクター位置検出器７からの零点チエ
ツク用サンプリング信号７ａ１測定用サンプリング信号
７ｂ、感度補正用サンプリング信号７ｃによつて、ホー
ルドスイツチング回路３０ａのホールドスイツチが選択
的に閉じられ、ある色成分の零点チエツタ信号１０、測
定信号１Ｍ、感度補正信号ＳＯに弁別され、演算回路３
１ａに入力される。この演算回路３１ａは第２図に示す
サンプルホールド回路１７ａ〜１７ｃ１第１減算回路１
８、第２減算回路１９、設定器２１、除算回路２０、お
よび乗算回路２３から構成されており、前記各演算を行
なつて算出された光学的透過濃度を表示器１５ａに表示
する。同様に他の色成分も、スイツチ２９ｂ，２９ｃに
よつて弁別され、各成分ごとのホールドスイツチング回
路３０ｂ，３０ｃによつて測定信号の弁別が行なわれ、
各成分ごとに演算回路３１ｂ，３１ｃで演算され、各色
成分の光学的透過濃度値が表示器１５ｂ，１５ｃに表示
される。

第７図は本発明の方法により、光学的反射濃度を測定す
る装置を示ずものである。

なお第１図に示した部分と同一の部分には同一の符号を
付してある。光源１から出た光束はそれぞれ１８０度に
隔てられた測定光路３２、比較光路３３に分割される。
測定光路３２の測定光は、コリメーターレンズ３４によ
つて平行光にされ、回転セクター３５を通つてコンデン
サーレンズ３６に入射し、試料１０を照明する。この試
料１０から反射した測定光は、コリメーターレンズ３７
によつて平行光に変えられ、ミラー３８に入射する。こ
のミラー３８で反射された測定光は、さらにミラー３９
で直角に反射され、ハーフミラー４０を透過した後、コ
ンデンサーレンズ４１を通つて受光器６に入射する。ま
た比較光路３３の比較光は、コリメーターレンズ４２と
コンデンサーレンズ４３を通り、回転セクター３５の一
部を照明する。

この回転セクター３５で反射された比較光は、コリメー
ターレンズ４４で平行光にされ、ミラー４５に入射する
。このミラー４５で反射された比較光は、前記ハーフミ
ラー４０に入射し、直角に反射されて測定光路３２と重
ねられる。前記回転セクター３５は扇形に四等分されそ
のうち対向する一対の部分を開口して測定窓３５ａ，３
５ｂが形成されている。

また残りの一対の部分は、一方を零点補正板３５ｃに、
他方を感度補正板３５ｄに形成されている。なおこれら
の零点補正板３５ｃと感度補正板３５ｄは透過率の低い
材料で作られている。この回転セクター３５の測定窓３
５ａまたは３５ｂが測定光路３２に合致して測定光路３
２を開いているときに、比較光路３３を閉じるようにす
るため、測定窓３５ａ，３５ｂの外側に環状の遮光板３
５ｅ，３５ｆが設けられている。測定に際しては、試料
１０を定位置にセツトし、シンクロナスモーター５を駆
動して、回転セクター３５を矢線方向に回転させる。

まず、比較光路３３に零点補正板３５ｃが入り、測定光
路３２に感度補正板３５ｄが入つたときには、比較光路
３３が開かれ、感度補正板３５ｄの透過率が低いため、
この測定光路３２が閉じられる。したがつて、零点補正
板３５ｃで反射された比較光は、受光器６に入射し、零
点チエツク信号１０が出力される。回転セクター３５が
さらに９０度回転すると、測定窓３５ａが測定光路３２
に入り、測定窓３５ｂと遮光板３５ｆとが比較光路３３
に入る。

比較光路３３は、遮光板３５ｆがミラー４５とハーフミ
ラー４０との間に入るために閉じられる。したがつて測
定光路３２だけが開かれ、試料１０を反射した測定光が
受光器６に入り、測定信号Ｍが出力される。回転セクタ
ーがさらに９０度回転すると、測定光路３２に零点補正
板３５ｃが入り、比較光路３３に感度補正板３５ｄが入
るため、測定光路３２が閉じられ、比較光路３３が開か
れる。零点補正板３５ｃを反射した比較光が受光器６に
入り、感度補正信号１Ｓが出力される。これらの測定信
号１Ｍ、零点チエツク信号１０１感度補正信号Ｓは、増
幅器１３で増幅された後、演算回路１４に送られ、回転
セクター３５の位置検出器７からのサンプリング信号に
よつて弁別された後、前記と同様の演算が行なわれ、そ
の算出値が表示器１５に表示される。この反射型の濃度
計の場合にもハーフミラー４０と受光器６との間に色分
解フイルターターレツト板を配置し、かつ色成分に応じ
た数の演算回路を設ければ、色成分の測定を行なうこと
ができる。本発明によれば、回転セクターに光学的透過
または反射濃度既知の感度補正窓を設け、この感度補正
窓の測定値と真値とによつて感度の変動量を算出して試
料の測定値を補正するようになつているから、増幅器、
受光器の感度変動があつても、これに影響されることな
く正確に測定することができる。

したがつて、複光束単受光器光学的零位方式に比べて装
置が簡略されているにも拘らず、これと同程度の精度が
得られ、しかも迅速に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する透過型濃度計の構成を示す構
成図、第２図は回転セクターの実施例を示す平面図、第
３図は演算回路の実施例を示すプロツク図、第４図は回
転セクターの別の実施例を示す平面図、第５図は色成分
を測定する透過型濃度計の実施例を示す測定光学系の構
成図、第６図はその演算回路の実施例を示すプロツク図
、第７図は反射型濃度計の構成を示す構成図である。 ２・・・・・・測定光路、３・・・・・・比較光路、４
・・・・・・回転セクター、４ａ・・・・・・測定窓、
４ｂ・・・・・・感度補正窓、４ｃ，４ｄ・・・・・・
遮光部、５・・・・・ウンクロナスモータ一、６・・・
・・・受光器、７・・・・・・回転セクターの位置検出
器、１０・・・・・・試料、１３・・・・・・増幅器、
１４・・・・・・演算回路、１５・・・・・・表示器、
１６・・・・・・スイツチング回路、１７ａ〜１７ｃ・
・・・・・サンプリングホールド回路、１８・・・・・
・第１減算回路、１９・・・・・・第２減算回路、２０
・・・・・・除算回路、２１・・・・・・設定器、２３
・・・・・・乗算回路、２５・・・・・・色分解フイル
ターターレツト板、２８・・・・・・色分解フイルター
ターレツト板の位置検出器、２９・・・・・・色成分を
弁別するスイツチング回路、３１ａ〜３１ｃ・・・・・
・演算回路、１５ａ〜１５ｃ・・・・・・表示器、３２
・・・・・・測定光路、３３・・・・・・比較光路、３
５・・・・・・回転セクター、３５ａ，３５ｂ・・・・
・・測定窓、３５ｃ・・・・・・零点補正板、３５ｄ・
・・・・・感度補正板、３５ｅ，３５ｆ・・・・・・遮
光板、Ｍ・・・・・・測定信号、ＩＯ・・・・・・零点
補正信号、［Ｓ・・・・・・感度補正信号、ＩＳＳ・・
・・・・設定濃度信号、Ｃ・・・・・・補正係数、Ｄ・
・・・・・光学的濃度値、Ｍ・・・・・・零点補正され
た測定信号、１Ｓ０・・・・・・零点補正された感度補
正信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と受光器との間に比較光路と試料を設置した測
   定光路とを形成し、回転セクターを回転してその測定窓
   により、これらの両光路を交照して光学的透過または反
   射濃度を測定する方法において、前記回転セクターに光
   学的透過または反射濃度既知の感度補正窓を設け、この
   感度補正窓を透過または反射した比較光から感度補正信
   号ＩＳを測定し、また測定窓を透過した測定光と比較光
   から測定信号ＩＭと零点チェック信号ＩＯとを測定し、
   これらの感度補正信号ＩＳと測定信号ＩＭとを零点チェ
   ック信号ＩＯで零点補正を行ない、この零点補正後の感
   度補正信号ＩＳＯと、前記感度補正窓の既知の光学的透
   過または反射濃度に対応する設定濃度信号ＩＳＳとによ
   り、補正係数Ｃを算出し、この補正係数Ｃによつて零点
   補正後の測定信号Ｍを補正するようにしたことを特徴と
   する光学的濃度測定方法。 ２ 前記感度補正信号ＩＳから零点チェック信号ＩＯを
   減算し、この減算された感度補正信号ＩＳＯで前記設定
   濃度信号ＩＳＳを除算して補正係数Ｃを算出し、前記測
   定信号ＩＭから零点チェック信号ＩＯを減算して得た測
   定信号Ｍに、この補正係数Ｃを乗算して光学的透過また
   は反射濃度値Ｄを算出するようにした特許請求の範囲第
   １項記載の光学的濃度測定方法。 ３ 前記測定信号ＩＭ、零点チェック信号ＩＯ、感度補
   正信号ＩＳは、前記回転セクターの回転位置によつて弁
   別されるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学的濃度測定方法。