JPS6355020B2 - - Google Patents

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JPS6355020B2
JPS6355020B2 JP57191306A JP19130682A JPS6355020B2 JP S6355020 B2 JPS6355020 B2 JP S6355020B2 JP 57191306 A JP57191306 A JP 57191306A JP 19130682 A JP19130682 A JP 19130682A JP S6355020 B2 JPS6355020 B2 JP S6355020B2
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JP
Japan
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window
light
integrating sphere
reflectance
sample
Prior art date
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JP57191306A
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English (en)
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JPS5979841A (ja
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Osamu Akyama
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Publication date
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Priority to US06/542,150 priority patent/US4575252A/en
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Priority to CA000439966A priority patent/CA1203399A/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/065Integrating spheres

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は積分球を用いた絶対反射率測定装置に
関する。反射率の測定には標準試料の反射率を
100%としたときの任意試料の反射率を測定する
相対反射率測定と、試料の真の反射率を測定する
絶対反射率測定とがあり、通常は相対反射率を測
定し、それに標準試料の絶対反射率を掛算して任
意試料の絶対反射率を求めている。しかし標準試
料の絶対反射率自体は一つの資料として提供され
ているだけで反射率が経時的に変化していても測
定者には判らないから、このような方法では真の
絶対反射率は求められず、絶対反射率測定が必要
となる。
絶対反射率の測定は原理的には単純であつても
実際にそれを実施するのは大へん困難である。そ
の中で積分球を用いる方法は原理は稍複雑である
が比較的実施容易な方法である。しかしそれでも
積分球に対して光検出器或は入射光路を移動させ
る必要があるので、装置構成は大型化し研究室的
には実行可能でも、日常業務としての測定には不
向きであり、分光光度計の一アダプターとして用
いられるような構成にすることはなお更困難なこ
とである。
本発明は上述したような状況に鑑み、小型に構
成できて測定操作も簡単であり、分光光度計の一
アダプターとしても構成可能なような積分球式絶
対反射率測定装置を提供するものである。
まず積分球を用いた絶対反射率測定の原理につ
いて略述する。第1図でIが積分球で左の窓Wi
から光が入射する。この入射光束が直接積分球内
面を照射している部分をWaとする。Wsは試料
窓、Wosは試料光出口窓、Worは対照光出口窓で
ある。また球内には入射光束の球内面Waで直接
反射した(一回目の反射)光が試料窓Wsに入射
しないように衝立Bfが設けてなる。この衝立は
2つの光の出口窓Wos,Wor何れにおいても測光
系を通しては見えないような位置にある。例えば
図は対照光を測光している状態であるが、レンズ
Lが積分球Iの内面の窓Worと反対側の面の像を
受光素子Dの前面の絞りF上に形成しており、こ
の絞りFの開口と共役な積分球Iの内面領域を
Wrとすると、衝立BrはWrの像を絞りFの開口
上に形成する光路の完全に外側にある。積分球I
の内面は一様で高い反射率rにしてある。衝立
Bfも反射率rになるように塗装してある。
入射光の光量:P 積分球内面積:S 窓Wor、Worの面積:b 試料窓面積、領域Wrの面積:a a/S=kl、b/S=k2 試料反射率:r′ とする。こゝで反射率と云つているので全部絶対
反射率のことである。測定試料を設置した状態で
対照光出口窓Worから出射光をレンズLを通して
測光する(第1図の状態)。
積分球に入射した光がWaで各方向一様に反射
され、その全反射光量はP・rである。このP・
rのうち領域Wrに入射するものはP・r・a/
S=P・r・kl。このうちWrで反射されて窓
Worから出射する光量は r・P・r・kl×k2 ……(1) 他方のWaからWr以外の方向に反射される光量は
P・r・(1−kl)でこれが積分球内面で反射さ
れる全光量はP・r・(1−kl)rであり、この
うち領域Wrに入射する光量はP・r(l−kl)
r・klで、このうち窓Worに向けて反射される光
量は P・r(l−kl)r・kl・r・k2 ……(2) 積分球内面は一様な反射率で一回反射された後再
び積分球内で反射される光のうち領域Wrに入射
し、窓Worに向け反射される光量は P・r(l−kl)r(l−kl)r・kl・r・
k2 ……(3) 以下多重反射に対して上と同じ考え方を操返し、
窓Worから取出される全光量Irは上記(1)、(2)、(3)
等の総和であり、級数の成で Ir=P・r2・kl・k2{l+r(l−kl)+r2(l−kl)
2+……} =P・r2・kl・k2l/l−r(l−kl) ……(4) となる。次にL、F、D等の測光装置を光出口窓
Worの側に移し、窓Wosを通して測光装置によつ
て窓Wsにセツトされた試料を望む。このとき試
料光出口窓Wosから出射する光量Isは上と同じ考
え方で Is=P・r2・kl・r1・k2l/l−r(l−kl) ……(5) で与られる。こゝで注意すべきは、この場合試料
には積分球への入射光のWaでの一回目の反射光
は衝立Bfによつて遮蔽されて入射していないと
云うことで、このため(5)式の誘導においては、積
分球への入射光がWaで反射された後球内面で再
び反射された光が試料への第一回目の入射光とな
り、それはP・r2・klであり、そのうち窓Wosへ
向けて反射される光量は P・r2・kl・r1・k2 ……(6) でこれが対照光の場合の(1)式に対応する。こゝで
IrとIsとの比Is/Irをとると、 〔(5)式〕÷〔(4)式〕=r1 となる。従つて測光装置を窓Worの位置において
Irを測定し、次に測光装置を窓Wosに置いてIsを
測定し両測定値の比をとれば試料の絶対反射率r1
が求まる。
積分球を用いる絶対反射率測定の原理は上述し
たようなもので、上の説明からも明かなように、
測光系を2つの光出口窓WorからWosへ移し変え
ねばならないと云う難点がある。これは操作とし
ても大へんおおげさである上、装置が広い場所を
とり、分光光度計の一つのアダプタとして装置を
構成することを困難にする。測光系を光出口窓
Wor,Wos夫々に設ければ、少くとも測光系を動
かす手間は省けそうであるが、この場合2つの測
光系の感度の違いを補正する手段がなく、この補
正をするために結局2つの測光系の位置を入れ替
える必要があるから、2つの測光系を用いること
は何等の意味もないのである。
本発明はきわめて簡単な方法で上述した難点を
解消したものである。即ち本発明は第1図の装置
で測光系を窓WorからWosへ移す代りに積分球I
と軸Axを軸として回転させることにより窓Wos
の方を測光系の所へ持つて来るようにしたもので
ある。第2図はこのように積分球Iを回転させた
状態を示し、第1図の状態における測光出力Irと
第2図の状態における測光出力Isとの比Is/Irを
求めれば上述した原理によつて試料の絶対反射率
r1が測定できる。
上述した所は試料を拡散光で照明した場合の試
料面に垂直な方向の反射率Rd/oを測定するも
のである。本発明は直接光による垂直照明の場合
の拡散反射率Ro/dの測定にも適用できる。こ
れは構造としては第1図において測光系の光軸に
浴つて積分球Iに光を入射させ、窓Wiの所に測
光系を位置させる。即ち第1図の構成における光
源と測光系の位置を入れ替える。この場合に積分
球IをAx軸の周りに回転させて2つの測光値を
得て割算する所は上述した所と全く同じである。
また第3図に示すように、窓Wor及びWosが領域
Wr及び試料窓Wsを望む方向が積分球の中心を通
らないようにしておくと、拡散照射、斜反射の反
射率Rd/θの測定ができ、更にこの構成で光源
と測光系の場所を入れ替えた形にすると斜直接照
明での拡散反射率R/dを測定することができ
る。第4図は第1図の構成で、鏡MR,MR1を用
いて絞りF及び光検出器Dを積分球Iへの入射光
束の光軸の延長上に位置させたもので、分光光度
計のアダプタとして積分球Iと鏡MR,MR1、レ
ンズL等をワンセツトに構成して分光光度計の試
料室に置けるようにし、光検出器は分光光度計に
既設のものをそのまゝ用いるようにしたものであ
る。
本発明反射率測定装置は上述したような構成
で、測光系を動かす必要がないから測定操作が簡
単であり、測光系が2重に場所をとることがない
から従来装置より装置の設置面積が小さくてす
み、積分球を回転可能に支承しているだけである
から構造的には簡単であり、通常の分光光度計に
付設することにより、安価かつ簡単に絶対反射率
を測定することを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は積分球による絶対反射率測定の原理を
説明すると共に本発明の一実施例の対照光測光時
の状態を示す平面図、第2図は上記実施例の試料
光測光時の状態を示す平面図、第3図は本発明の
他の一実施例の平面図、第4図は更に他の実施例
の平面図である。 I……積分球、Wi……光入射窓、Ws……試料
窓、Wor……対照光出口窓、Wos……試料光出口
窓、Bf……衝立、L……レンズ、F……絞り、
D……光検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 積分球の中心を通る一つの平面内において、
    光の入射窓、試料窓、光の出口窓を設け、同積分
    球を上記平面内にある一つの中心線を軸として回
    転可能にし、光源及び測光系の位置を固定してお
    き、積分球を上記軸を中心として180゜回転させる
    ことにより、積分球の上記各窓と光源、測光系等
    との相対位置関係を変えるようにしたことを特徴
    とする絶対反射率測定装置。 2 光の入射窓が一つで、この窓の中心を通る一
    つの直径が積分球の回転軸であり、光の出口窓が
    2つあつて上記軸に対して対称的である特許請求
    の範囲第1項記載の絶対反射率測定装置。 3 光の出口窓が一つで、この窓の中心を通る一
    つの直径が積分球の回転軸であり、光の入射窓が
    2つあつて上記軸に対して対称的である特許請求
    の範囲第1項記載の絶対反射率測定装置。
JP57191306A 1982-10-29 1982-10-29 絶対反射率測定装置 Granted JPS5979841A (ja)

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US06/542,150 US4575252A (en) 1982-10-29 1983-10-14 Apparatus for measuring absolute reflectance
DE19833338203 DE3338203A1 (de) 1982-10-29 1983-10-20 Geraet zur messung des absoluten reflexionsgrades
CA000439966A CA1203399A (en) 1982-10-29 1983-10-28 Apparatus for measuring absolute reflectance

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