JPS61292043A

JPS61292043A - 分光測色計の光検出プロ−ブ

Info

Publication number: JPS61292043A
Application number: JP13343085A
Authority: JP
Inventors: Takusuke Izumi; 泉　卓佑; Hidetaka Kubozono; 久保園　秀隆; Tsuneo Suzuki; 鈴木　常男
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1986-12-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は分光器で分光された各光スペクトル値から演算
処理によって被測定物体の色を算出する分光測色計に使
用される被測定物体からの散乱反射光を導く光検出用プ
ローブに関する。

［従来の技術］近年、塗装、印刷２食品、化粧品等の色を測定する必要
性が増し、種々の測定器で測色されるようになっている
。従来の測色計を大別すると、干渉フィルターを用いた
簡易分光測色計と分光器を用いた自記分光光度計式測色
計とに分けられる。

簡易分光測色計は小型化が容易でかつ安価である等の長
所があるが、色を定量的にかつ正確に測定することは不
可能であった。一方、自記分光光度計式測色計において
は、色を定量的にかつ正確に測定することが可能である
が、装置が大型になり、しかも高価である。

そして、簡易分光測色計は、持運びが簡単に実施できる
ので、主に野外や生産現場等で塗装色の測定等の簡単な
品質管理用の検査機材として使用され、自記分光光度計
式測色計は、研究室等に設置され、もっばら製品開発や
各種のテスト用測定装置として使用されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、野外や生産現場等で使用する測色計にお
いても、色を定量的にかつ正確に測定する必要性が増大
している。このような現場で使用する分光測色計におい
ては小型、計量、安価でかつ一定レベルの測定精度が要
求される。このような要求に答えて、被測定物体表面か
らの散乱反射光を各波長に対応した光スペクトルに分光
する分光器、その分光器から各光スペクトル値を検出す
る光電変換素子、これ等多光電変換素子から得られる各
光スペクトル値から色を定量的に表現する三刺激値およ
び色度を算出する演算処理部等の各光学構成部材や電子
構成部材の小型化又はＩＣ化を図ることによって、分光
測色計全体を小型、軽量化する試みがなされている。

しかし、従来の分光測色計においては、標準光源から放
射される標準光を鏡等を用いて被測定物体表面に所定の
角度で照射して、この被測定物体表面にて反射される散
乱反射光のみをやはり鏡等を用いて前述の分光器の入口
スリットへ導くようにしていた。このような被測定物体
表面からの散乱反射光を検出する光検出装置は、標準光
の正反射光を排除してしかも散乱反射光を効率よく検出
する必要があるので、装置が複雑化しかつ大型化して簡
単に携帯することは困難であった。しかも被測定物体を
小さな試料に作成してこの光検出装置にセットする必要
がある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり
、その目的とするところは、光ファイバを用いて被測定
物体表面に光を照射しかつ散乱反射光を受光することに
よって、小型、軽量で簡単に携帯でき、しかも被測定物
体表面に押し当てるのみで、正確に散乱反射光を検出で
き、分光測色計全体を小型、軽量で簡単に携帯できるよ
うにした分光測色計の光検出プローブを提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］本発明の分光測色計の光検出プローブは、標準光源から
発射された標準光を被測定物体表面へ導く複数のファイ
バからなる照射用ファイバ束と、この照射用ファイバ束
にて導かれた標準光が照射された被測定物体表面からの
散乱反射光を受光して分光器へ導く複数のファイバから
なる受光用ファイバ束とを設け、ファイバ束固定機構で
もって、照射用ファイバ束および受光用ファイバ束の各
先端部を、これ等８先端部の前記被測定物体表面に対す
る相対位置と相対角度とを所定の関係に保持固定するよ
うにしたものである。

［作用］このように構成された分光測色計の光検出プローブであ
れば、標準光源から発射された標準光は照射用ファイバ
束を介して被測定物体表面に対してファイバ束固定機構
で設定された位置から、同じく設定された入射角で照射
される。また、被測定物体表面からの散乱反射光はやは
りファイバ束固定機構にて設定された位置および角度で
配置さ６一れた受光用ファイバ束で分光器へ導かれる。

［実施例コ以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の光検出プローブを用いた分光測色計全
体を示す模式図であり、図中１はＪＩＳ規格で定められ
た標準の光Ｃに近い分光分布特性を有する標準の光を放
射する２’　ＯＷのハロゲンランプで形成された標準光
源である。この標準光源１から放射された標準光は光検
出プローブ２の照射用ファイバ束３内へ導かれ、この光
検出プローブ２の先端面に押し当てられた被測定物体５
の表面で散乱反射されて受光用ファイバ束４を介して分
光器６の入口スリット７へ入射される。

入口スリット７を介して分光器６内へ入射された被測定
物体５表面からの散乱反射光はシャッター８を介してコ
リメータ９へ入射され、このコリメータ９で平行光線に
変換されて回折格子１０へ入射される。回折格子１０へ
入射された光は各スペクトルに分光され、凹面鏡１１に
て反射されて予め定められた焦点位置に結像する。この
スペク１−ル結像面１２には３５個の光電変換素子から
なるフォトダイオードアレイ１３が光スペクトルの波長
λの変化方向に配設されており、このフォトダイオード
アレイ１３の各光電変換素子でもって各波長λの光スペ
クトル値を同時に測定する。

実施例においては、分光器６の焦点長は１５０ｍｍで、
回折格子１０の１ｍｍ当りの刻設線数は６００本である
ので、分光器の逆分散は約１Ｑｎｍ／ｍｍである。した
がって、スペクトル結像面１２上における波長λ−３９
０ｎｍの光スペクトルから波長λ−７３０ｎｍの光スペ
クトルまでの距離は３５ｍｍである。一方、フォトダイ
オードアレイ１３を形成する各光電変換素子の受光面の
幅は約１ｍｍであるので、３５個の光電変換素子からな
るフォトダイオードアレイ１３の全幅は約３５ｍｍとな
る。したがって、１個の光電変換素子に照射される光ス
ペクトルのバンド幅は約１０ｎｍとなり、３５個の光電
変換素子で３９０　ｎｍから７３０ｒｌｌｎの波長範囲
をカバーすることが可能である。

フォトダイオードアレイ１３を形成する各光電変換素子
から出力された各光スペクトル値はそれぞれ増幅器１４
にて増幅された後マルチプレクサ１５へ入力される。マ
ルチプレクサ１５にて各増幅器１４から同時に入力され
た各光スペクトル値を示す並列信号は直列信号に変換さ
れ、ざらにＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換され
て演算処理部としてのマイクロコンピュータ１７へ入力
される。そして、このマイクロコンピュータ１７は（１
）〜（５）式を用いて色を定量的に示す三刺激値Ｘ。

Ｙ、Ｚおよび色度Ｘ、ｙを算出する。

Ｘ−ＫＫｏ　８（λ）及（λ）Ｒ（λ）　　・・・（１
）ｖ＝Ｋ”ｕｏ　ｓ（λ）マ（λ）Ｒ（λ）　　・・・
（２３ｚ−に９°　５（１）フ（λ）　Ｒに！　）　　
　・（３）ｘ＝Ｘ／　（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）　　　　　　　　
　＝・（４）ｙ＝Ｙ／　（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）　　　　　　　
　　・・・（５）ただし、Ｋ＝ｌＯＯ／Σ　Ｓ（λ）Ｖ
（λ）ここに、Ｓ（λ）マ（λ）、Ｓ（λ）マ（λ）。

Ｓ（λ）Ｚ（λ）は、それぞれ重刷係数と呼ｌよれ、前
記各波長λにおける標準の光の分光分布の値Ｓ（λ）と
各等色関数Ｘ（λ）、マ（λ）、ワ（λ）との積で示さ
れ、ＪＩＳ　　Ｚ８７２２（物体色の測定法）に１Ｑｎ
ｍバンド幅の各波長λ毎に設定されている。また、Ｒ（
λ）は各波長λに対応する被測定物体５表面における分
光立体角反射率であり、Ａ／Ｄ変換器１６から入力され
た１０ｎｍバンド幅の各波長λにおける光スペクトル値
に相当する。

そして、求められた三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚおよび色度Ｘ、
ｙは出力端子１８から出力される。

また、このマイクロコンピュータ１７には、測定された
分光立体角反射率Ｒ（λ）の実際の数字を得るための校
正用の黒色校正スイッチ１９および白色校正スイッチ２
０が取付けられている。そして、実際に被測定物体５の
色を測定する前に、黒色校正スイッチ１９を押して分光
器６のシャ少ター８を点線で示す位置まで移動させて入
射光を遮断する。するとこの黒色が測定ざ一′れマイク
ロコンピュータ１７の記憶部に反射率Ｒ（λ）が［０］
レベルとして記憶される。次に光検出プローブ２の先端
面にほぼ１に近い反射率Ｒ（λ）が得られる常用標準白
色試料２１を当接して白色校正スイッチ２０を押す。す
るとこの常用標準白色試料２１の色が測定されてマイク
ロコンピュータ１７に反射率Ｒ（λ）が［１コレベルと
記録される。そしてこれ等２つの値から実際の測定値が
校正される。

第３図は光検出プローブ２を示す切欠外観図であり、図
中３１は人が手で操作しゃすいように外径がほぼ３５ｍ
ｍに形成された円筒ケース３１であり、この円筒ケース
３１の一方側に内部に収納された照射用ファイバ束３お
よび受光用ファイバ束４の先端部を所定位置に固定する
ための支持円板３２および円錐型断面のキャップ３３が
ネジにて取付けられている。そしてこのキャップ３３の
先端面３３ａに被測定物体５または常用標準白色試料２
１を押し当てるようになっている。したがって、キャッ
プ３３は外部光を遮光する機能も有する。円筒ケース３
１側面には測定スイッチ３４が設けられており、円筒ケ
ース３１の反対端からは標準光源１に接続金具３５を介
して接続される照射用ファイバ束３および分光器６の入
口スリット７に接続金具３６を介して接続される受光用
ファイバ束４が露出している。また、測定スイッチ３４
に接続されたリード線３７は前記マイクロコンピュータ
１７へ接続されている。

前記照射用ファイバ束３は直径０．５ｍｍのプラッチッ
クファイバを約２００本まとめて被覆層で覆ったもので
あり、受光用ファイバ束４は直径０．３１のガラスファ
イバを約１００本まとめて被覆層で覆ったものである。

第１図は光検出プローブ２の内部構成を示す部分断面図
である。標準光源１側から円筒ケース３１へ入力した１
本の照射用ファイバ束３は円筒ケース３１内で５０本の
プラッチックファイバからなる４本の照射用ファイバ束
３ａ、３ｂ、３ｃ。

３ｄに分岐されて、各先端部が支持円板３２の周上４箇
所に穿設された４つの貫通孔に嵌込まれた金属製の各固
定管３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ内へ挿入されてい
る。したがって、４本に分岐された状態の各照射用ファ
イバ束３ａ〜３ｄの各直径ｄ２はほぼ４ｍ＋ｎとなる。

また、分光器６側からこの円筒ケース３１へ入力した１
本の受光用ファイバ束４はそのまま支持円板３２の中心
に穿設された貫通孔に嵌込まれた金属製の固定管３９内
へ挿入されている。この照射用ファイバ束３の直径ｄ１
はほぼ４ｍｍである。４個の固定管３８ａ。

３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは図示するように先端近傍がそ
れぞれ内側へ曲げられており、それぞれ内部に挿入され
た照射用ファイバ束３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄの光軸がキ
ャップ３３の先端面３３ａの中心位置Ａを通過するよう
に上記曲げ角度が設定されている。したがって、固定管
３つに挿入された受光用ファイバ束４の光軸と前記４本
の照射用ファイバ束３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの各光軸は
先端面３３ａの中心位置Ａ上で交叉する。支持円板３２
および各固定管３８ａ〜３８ｄ、３９は各ファイバ束３
８〜３ｄ、４の各先端部に対するファイバ固定機構を構
成している。

また、円筒ケース３１に設けられた測定スイッチ３４を
押すと、内部に収納された接点３４ａが動作してリード
線３７を介してマイクロコンピュータ１７へ測定指令信
号が送出される。

第４図は受光用ファイバ束４および照射用ファイバ束３
ａの被測定物体５表面に対する各先端部の位置および角
度関係を求めるための図である。

受光用ファイバ束４の先端面から被測定物体５までの距
離をλ１．受光用ファイバ束４の開口角度をθ１とし、
照射用ファイバ束３ａの先端面からキャップ３３の先端
面３３ａの中心位置Ａ１すなわち測定時における被測定
物体５表面の中心位置Ａまでの距離を℃２とする。また
、開口角θ１を有する受光用ファイバ束４の先端面が受
光できる被測定物体５上の円形領域の半径をａとし、被
測定物体５表面で正反射して受光用ファイバ束４に入射
できる最外側光線Ｂと照射用ファイバ束３ａの光軸との
交点と前記中心位置Ａとの距離をｅｌこの距＠ｅの被測
定物体５上の投影長をｂｌさらに前記最外側光線Ｂと照
射用ファイバ束３ａの光軸と交叉角を０２とすると、簡
単な幾何学的考察によって、半径ａは（６）式で求まる
。

ａ−ｄｘ　／２＋／２１　　ｔａｎ（θ１　／　２　）
　　　・＝（６）また投影長すについては次式が成立し
、最終的に（７）式で求まる。

ｂ　＝　ａ　＋　ｂ　　ｔａｎ　（θ１／２）ｂ＝ａ／
（１−ｔａｎ（θｘ／２））　　　　・”（７）また、
ｌ、２＝ｅ＋ｃ、　ｅ＝Ｊ７２ｂ、　ｃ　　ｔａｎθ２
；ｄ２／２およびθ２−４５°−（θ１／２）の関係が成立するの
で、距離ρ２は（８）式で求まる。

ρ２−ａｂ＋ｄ２／２　　ｔａｎ（４５°−＜ｅｔ　／
＝Ｊ２ａ／　Ｎ−ｔａｎ（θ１／２））十６２／２　ｔ
ａｎ（４５°−（θｔ／２））・・・（８）したがって、照射用ファイバ束３ａの先端面から被測定
物体５表面の中心位置Ａまでの距離℃２はほぼ（９）式
を満足するように固定管３８ａにて設定されている。

、９２　＝５ａ／　（１−ｔａｎ（ｅｔ　／２））＋６
２／２　　ｊａｎ（４５６−（θ１／２））・・・（９
）他の照射用ファイバ束３ｂ、３ｃ、３ｄに対してもそれ
ぞれそ（９）式を満足するように各距離２２が各固定管
３８ｂ、３８ｃ、３８ｄにて設定されている。

このように各距離β２が（９）式を満たすように照射用
ファイバ束３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの先端面の位置を設
定することによって、各照射用ファイバ束３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄから出力された標準光が被測定物体５表面で
正反射されて受光用ファイバ束４に入射することを極力
抑制できる。

なお、受光用ファイバ束４に入射される標準光の正反射
光を完全に除去するためには、前記距離β２の値を（９
）以上に設定すればよいが、この値を必要以上に大きく
設定すると、受光用ファイバ束４に入射する散乱反射光
自体が小さくなるので、光検出能率が低下する。一方散
乱反射光中に正反射光が微少混入したとしても測定結果
に大きな誤差が生じることはない。したがって、実施例
においては前記路ＩＩρ２を（９）式を満足するように
設定している。

ちなみに、実施例においては受光用ファイバ束４の開口
角度θ１＝３０°とし、受光用ファイバ束４の先端面か
ら被測定物体５までの距離β１＝８゜５ＩＩｌｌとした
とき、照射用ファイバ束３ａの先端面から中心位置Ａま
での距離β２　＝１２．Ｏｍｍを得た。

したがってこれ等の装置を直径３５ｍｌ１ｌの円筒ケー
ス３１内に余裕を持って収納できる。

このように構成された光検出プローブ２であれば、光検
出プローブ２自体を前述の寸法で示すように非常に小型
に形成することができると共に、円筒ケース３１等をプ
ラッスチック等の軽量材料で形成することによって、全
体の重量も低減できる。また、製造費も従来の光検出装
置に比較して大幅に低減できる。

さらに、光検出プローブ２と標準光源１および分光器６
とは光ファイバ束３，４で接続されているので、被測定
物体５表面がどのような位置、角度に存在したとしても
、操作者がキャップ３３の先端面３３ａを被測定物体５
表面に軽く押し当てるのみで正確に被測定物体５表面か
らの散乱反射光を検出することが可能である。

このように光検出プローブ２を小型、軽量および簡単に
携帯できるように構成したので、分光測色計全体を野外
や生産現場等に簡単に持ち運べ、その場で色を定量的に
かつ正確に測定することが可能である。

第５図は本発明の他の実施例の光検出プローブを示す部
分断面図であり、この実施例においては、固定管３９で
固定支持された受光用ファイバ束４の先端面にレンズ４
０を取付けている。このようにレンズ４ｏを取付けるこ
とによって、受光用ファイバ束４の開口角度θ１を強制
的に小さくできるので、受光用ファイバ束４に開口角度
が比較的大きい安価なプラッスチックファイバを使用す
ることが可能である。したがって全体の製造費をさらに
低減できる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。実施例においては円筒ケース３１に入力した標準光源
１からの照射用ファイバ束３を４個の照射用ファイバ束
３ａ〜３ｄに分岐して、被測定物体５表面に標準光を照
射するようにしたが、３個又は２個の照射用ファイバ束
に分岐してもよい。この場合は支持円板３２の固定管３
８の取付は位置を１２０°間隔又は１８０°間隔に設定
すればよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の分光測色計の光検出プロー
ブによれば、光ファイバを用いて被測定物体表面に光を
照射し散乱反射光を受光するようにしている。したがっ
て安価で、小型、軽量で簡単に携帯でき、しかも被測定
物体表面に押し当てるのみで、正確に散乱反射光を検出
でき、分光測色計全体を小型、軽量で簡単に携帯できる
ものとしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる分光測色計の光検出
プローブを示す部分断面図、第２図は分光測色計全体の
構成を示す模式図、第３図は光検出プローブを示す切欠
外観図、第４図は各ファイバ束の先端部の設定位置およ
び設定角度を求めるための図、第５図は本発明の他の実
施例の分光測色計の光検出プローブを示す部分断面図で
ある。１・・・標準光源、２・・・光検出プローブ、３・・・
照射用ファイバ束、４・・・受光用ファイバ束、５・・
・被測定物体、６・・・分光器、７・・・入口スリット
、８・・・シャッター、９・・・コリメータ、１０・・
・回折格子、１１・・・凹面鏡、１２・・・スペクトル
結像面、１３・・・フォトダイオードアレイ、１４・・
・増幅器、１５・・・マルチプレクサ、１６・・・Ａ／
Ｄ変換器、１７・・・マイクロコンピュータ、１８・・
・出力端子、１９・・・黒色校正スイッチ、２０・・・
白色校正スイッチ、２１・・・常用標準白色試料、３１
・・・円筒ケース、３２・・・支持円板、３３・・・キ
ャップ、３３ａ・・・先端面、３４・・・測定スイッチ
、３５．３６・・・接続金具、３７　・・・リード線、
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ。３８ｄ、３９・・・固定管、４０・・・レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）標準光を発射する標準光源と；該標準光源から発
射された標準光を被測定物体の表面に照射させて該被測
定物体表面からの散乱反射光を得る光検出プローブと；
該光検出プローブにて得られた散乱反射光を回折格子を
用いて光スペクトルに分光する分光器と；測定波長領域
のうち所定の測定波長単位に対応して前記分光器の光ス
ペクトル結像面上に配置され、前記光スペクトルを受光
する複数の光電変換素子と；該光電変換素子から得られ
た前記所定の測定波長単位ごとの光スペクトル値から前
記被測定物体の三刺激値および色度を算出する演算処理
部とからなる分光測色計において：前記光検出プローブ
は、前記標準光源から発射された前記標準光を前記被測
定物体の表面へ導く複数のファイバからなる照射用ファ
イバ束と；該照射用ファイバ束により導かれた標準光が
照射された被測定物体の表面からの散乱反射光を受光し
て前記分光器へ導く複数のファイバからなる受光用ファ
イバ束と；前記照射用ファイバ束および受光用ファイバ束の各先端
部を、該各先端部の前記被測定物体の表面に対する相対
位置と相対角度とを所定の関係に保持固定するファイバ
束固定機構とを具備したことを特徴とする分光測色計の
光検出プローブ。
（２）前記ファイバ固定機構は、前記照射用ファイバ束
の各先端部における光軸が前記被測定物体表面に対して
略４５°に傾斜させるとともに前記被測定物体表面に対
して略９０°に設定された前記受光用ファイバ束の光軸
と前記被測定物体表面上で交叉するように保持固定する
とともに、前記照射用ファイバ束の先端部から前記被測
定物体の表面までの距離を、この照射用ファイバ束から
照射されて前記被測定物体の表面にて反射された正反射
光が前記受光用ファイバ束に入射する略限界距離に設定
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
分光測色計の光検出プローブ。