JPS628729B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサンプルを透過し又はサンプルから反
射された波長の関数としての光量を測定する光学
計器、すなわち分光光度計に関するものである。
これに対し、ラジオメータ（放射計）は光源から
の輻射線をサンプルの介在なしに測定するもので
ある。

分光光度計の光学的配置には種々の態様がある
が、最近のすべての分光光度計は波長を共通逐次
走査するという特徴をもつている。この機能は光
束を種々の波長に分離する分光光度計の単色器部
において達成される。単色器はサンプルまでの光
路中に配置されうるが、このような場合、サンプ
ルは単色光により照射される。また、単色器がサ
ンプルの後方に置かれると、サンプルは多色光に
よつて照射されるが、この配置はサンプルが励起
されて螢光を発し、これが測定されるようにする
こともできる。

単色器によつて光を成分波長に分けるための手
段は、回折格子やプリズムのような分散素子を用
いるか、干渉フイルタのような吸収素子を用いる
ものである。光の成分波長への分光は、逐次方式
で行われるので、透過率又は反射率の測定は１回
に１波長のみ可能である。ある種の利用分野にお
いては、この逐次単色化操作に要する時間が長す
ぎて実用的でないという欠点がある。たとえばサ
ンプルが移動するものである場合、実質上静止し
ているとみなされる短時間内においてのみ分光測
定が可能である。そして、このような移動サンプ
ルこそ、多くの産業分野においてその分光分析を
要求するものである。したがつて、これらの分野
においては高速の分光測光を達成する能力が重要
視される。

本発明はサンプルの透過率又は反射率を多数の
波長において同時に測定する新形式の分光光度計
を指向するものである。本発明の分光光度計はパ
ルス点灯型キセノン放電管等の光源から発する光
束をサンプルに照射し、これによつてサンプルが
反射し又は透過する光をその成分波長に分割する
と共に、各成分波長において存在するエネルギー
を同時に検出するようにしたものである。したが
つて、本発明によれば分光測光を高速で行うこと
ができる。これは、光束を異つた波長に逐次的に
走査しなくてもよいからであり、当然ながら走査
駆動機構も不要となる。

本発明の好ましい実施例において使用される分
光光度計は、サンプルの色彩を測定するために可
視スペクトル全体にわたる乱反射の測定を行うよ
うにしたものである。サンプルからの乱反射の無
接触測定にとつて特に好ましい実施例は、図にお
いてサンプル１に拡散照射する手段として軸対称
の照射光学系２を有する。この光学系２について
は後に詳述するが、これを通じてサンプル１に照
射される光は、好ましくはパルス点灯型キセノン
放電管３からなる可視白色光源より発せられるよ
うになつている。

キセノン放電管３は約10〜20マイクロ秒の強力
な短時間パルス光を発生するものである。サンプ
ルはこのような短時間パルス光に照射されるの
で、実質的に移動するものであつても、測定中の
移動距離を無視することができ、したがつて正確
な測定が可能となる。（このの点については、た
とえばG.P.Bentleyその他に与えられた米国特許
第3458261号を参照されたい）。キセノン放電管の
発光スペクトルはきわめて安定しており、単一の
広帯域応答性の光検出器を用いることにより点灯
から次の点灯までの強度変化を補償することがで
きる。（この点についてはまた、1972年３月発行
のEG＆GTech.ReportNo.Ｂ―4370におけるP.B.
Newell著“Spectral Radiance and Efficiency
of Pulsed Xenon Short Arcs”を参照された
い）。結局、強光度―短時間パルス照射は測光電
子回路をハイパスフイルター化して洩光の影響を
ほとんど受けないようにすることができる。

図に示す光源３からの発光は照射光学系２に入
る前に、まず拡散スクリーン１７に入射する。ス
クリーン１７を透過しかつ拡散した光は約45゜の
角度で照射光学系２に入る。照射光学系２は軸対
称の環状体からなつている。すなわち照射光学系
２は好ましくは鏡面からなる円筒形反射面１８を
有し、入射した光束をサンプル１にその法線に関
して約45゜の円錐環に沿つて入射させる。バツフ
ル１９のセツトはそのサンプル照射光の範囲を約
45゜付近にのみ制限するものである。

円筒鏡１８及び２枚のバツフル１９からなる物
理的構成は２つのガラス環２０に支持される。こ
のガラス環２０はまた、照射光学系を塵埃等から
保護するものである。円筒鏡１８から反射した光
束はサンプルに入射し、その表面に均一な照度の
円形スポツト２１を形成する。このスポツトの均
一性は拡散スクリーン１７の拡散度によつて制御
される。照射スポツトは照射光学系の外側に位置
し、したがつて無接触測定を可能にするものであ
る。

サンプル１により乱反射された光はレンズ２２
に集束され、光学繊維束２３の受光端に結像す
る。さらに光学繊維束２３から出た光はレンズ２
４によつてスリツト６の部分で焦点を結ぶように
なつている。スリツト６の目的は光束の角度範囲
を制限してから後方の光学系に通過させることで
ある。スリツト６に通過した光束はレンズ７によ
つてコリメート（平行化、すなわち整正）され、
分散素子８に入射する。分散素子８はプリズム又
は回折格子を採用することができるが、図におい
ては、好ましい分散素子として反射性回折格子が
示してある。

回折格子８は入射光を波長に応じた角度で回折
することにより、複数の成分波長に分離する。た
とえば、赤色線は波長700mmであつてＲ及びR′線
で示す軌跡をとり、菫色線は波長400mmであつて
Ｖ及びV′線で示す軌跡をとる。レンズ９はこれ
らの光束の焦点を、直線的に配列された検出器１
０の各々に結ばせる。たとえば、赤色線は一端の
光検出器１０における点R″で、また菫色線は他
端の光検出器１０における点V″で焦点を結ぶほ
か、400mmから700mmまでの他のすべての成分波長
線は対応する光検出器１０上に焦点を結ぶように
なつている。したがつて、光検出器アレー１０の
平面には可視スペクトル像が形成される。なお、
上のレンズ７、回折格子８及びレンズ９からなる
分光系に換えて凹面状に形成された回折格子のみ
を用いることができる。すなわち凹面回折格子は
光束の焦点を合わせるという凹面鏡の機能を兼ね
るからである。したがつて、このような凹面回折
格子は図に示された平面回折格子とその前後のレ
ンズとの組合せと均等である。また、これらのレ
ンズの少くとも一つを凹面鏡と置換することも可
能であり、これによつても図示の光学系と同様機
能を遂行させることができる。

好ましい実施例において、アレーを構成する光
検出器はシリコンホトダイオードからなつてい
る。各ホトダイオードは一つの挾帯域波長のみを
検出するものである。この帯域幅はスリツト６の
幅と、各ホトダイオードの受光面の幅とに支配さ
れ、波長そのものは光検出器アレーの位置の関数
となる。アレーを構成する検出器数は同時に測定
される異つた波長の数に等しい。好ましい実施例
においては18個の光検出器、すなわちホトダイオ
ードを用い、波長380〜720mmを20mmの等間隔で抽
出・測定するようになつている。そして各光検出
器の幅と、その中心から隣接検出器の中心までの
距離との関係は、数種の色彩を測定する場合の確
度に影響を与えるものであり、本発明において、
この“幅”対“距離”の値は0.6〜0.9、好ましく
は約0.8とすることにより最長の結果を得た。

キセノン放電管３の背後にはパルス照射強度を
監視する参照検出器１２を配置する。この光検出
器１２の出力信号はアレー１０の光検出器から出
る信号を基準化してキセノン放電管３における発
光強度の変動を補償するものである。

光検出器１０及び１２によつて生成された信号
は信号処理回路１１に供給され、そこで測定目的
に応じた電子回路的処理を施される。この処理
は、検出信号の増幅、並びに適当なプログラム制
御下で表示又はデジタル処理を行うためにデジタ
ル形式に変換すること等を含むものである。しか
しながら、信号処理回路自体は本発明の要件では
ない。

【図面の簡単な説明】

図は集光球を用いた本発明の好ましい一実施例
を示す略線図である。 １……サンプル、２……照射光学系、３……キ
セノン放電管、６……スリツト、７……コリメー
タレンズ、８……回折格子、９，２２，２４……
集束レンズ、１０……光検出器アレー、１１……
信号処理回路、１２……参照検出器、１６……校
正用、１７……拡散スクリーン、１８……円筒
鏡、１９……バツフルセツト、２３……光学繊維
束。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ フラツシユ光源と、 Ｂ 前記フラツシユ光源から放射された光を拡散
   させてからサンプルに入射させるための手段
   と、 Ｃ 前記サンプルから反射された光を分離するた
   めの手段と、 Ｄ 分離された光の異なつたスペクトル部分に存
   在する各エネルギーを分離的に受け入れるため
   の光電検出手段とを備えた分光光度計におい
   て、 Ｅ 前記光を拡散及び入射させるための手段が (i) フラツシユ光源３の正面に配置された拡散
   板１７と、 (ii) 前記拡散板１７により拡散された光を反射
   してサンプル１に入射させるために、前記拡
   散板１７の正面においてこの板１７と平行な
   横断面を有するように配置された高反射性表
   面の内壁１８を有する円筒部とからなり、 Ｆ 前記光を分離するための手段が (i) 前記サンプル１から反射した光を集束する
   ための集束光学系２２，２３と、 (ii) 前記集束した光を通すための入口スリツト
   ６と、 (iii) 前記スリツト６を通過した光のスペクトル
   成分を空間的に分離するための手段と、 (iv) 前記分離された光を一平面内の異なつた位
   置において焦点を合わせるための手段９とか
   らなり、 Ｇ 前記分光光度計の光電検出手段が前記平面内
   に集束されたスペクトル部分の強度を個々に、
   かつ同時に検出するための多数の光検出器１０
   のアレーからなることを特徴とする並列検知式
   分光光度計。 ２ 前記内壁１８の高反射性表面が前記拡散光を
   偏向させて前記サンプルに対し、その法線を環状
   に包囲する約45゜の角度範囲において入射させる
   ための環状反射面からなり、前記円筒部がさらに
   前記入射光を前記サンプル法線に関し約45゜の付
   近においてのみ許容するための環状バツフルセツ
   ト１９を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の分光光度計、 ３ 前記集束光学系が ａ 前記サンプルからその法線に関しわずかな角
   度範囲内において乱反射した光を集束しかつ焦
   点を合わせるためのレンズ２２と、 ｂ 前記レンズ２２によつて集束しかつ焦点を合
   せられた光を導くための光学繊維束２３とから
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１又は
   ２項に記載の分光光度計。 ４ 前記フラツシユ光源における発光強度の変動
   を補償すべくそのフラツシユを監視するための参
   照検出器１２を有する特許請求の範囲第１〜３項
   のいずれかに記載の分光光度計。 ５ 前記アレーを構成する複数の光検出器１０の
   各受光面の輻が隣接受光面間の中心から中心まで
   の距離の約0.8である特許請求の範囲第１〜４項
   のいずれかに記載した分光光度計。 ６ 光を成分波長に分離してその分離された光の
   焦点を合わせるための手段が、 ａ 前記スリツトを通過した光をコリメートする
   ための第１のレンズ７と、 ｂ 前記コリメートされた光をその成分波長に分
   離するための分散素子８と、 ｃ 前記分離された光の焦点を合わせるための第
   ２のレンズ９とからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の分光
   光度計。 ７ 前記分散素子８が反射性回折格子からなる特
   許請求の範囲第６項に記載の分光光度計。