KR970005587B1 - 분광광도계 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 분광광도계의 개략구성도.
제2도는 본 발명에 따른 분광광도계의 실시예에 의해 파장별로 반사율의 재현성에 대해 시험측정을 행한 결과를 나타낸 그래프.
제3도는 종래기술에 따른 분광광도계에 의해 같은 시험측정을 행한 결과를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 2 : 샘플
3 : 적분구 4 : 절환장치(회전쵸퍼)
5 : 동기용 센서 6 : 광학계(미러)
7 : 광학계(하프미러) 8 : 분광기
9 : 증폭기 10 : 광원강도 검출센서
11 : 아날로그/디지탈변환기 12 : 보상수단(보상회로)
13 : 반사율연산회로
[산업상의 이용분야]
본 발명은 분광광도계에 관한 것으로, 특히 그 광원에 펄스점등형 크세논방전관을 사용하는 분광광도계에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
분광광도계는 물체의 분광반사율을 단위측정시간내에서 측정하는 계측기로서, 색채의 칼라매칭(color matching; 색정합)에 사용되고 있다. 이 분광광도계의 광학적 배치구조에는 여러 가지 태양이 있으나, 원리적으로는 광원으로부터 세라믹체나 벨벳(velvet) 등과 같은 샘플에 대해 광(光)이 조사되고, 그 반사광을 분광기로 인도해 각 파장마다의 광강도를 검출하여 스펙트럼을 얻도록 구성되어 있다.
그런데, 분광광도계에는 여러 가지의 광원이 사용되고, 가장 일반적인 광원으로서는 텅스텐램프가 사용되고 있다. 이 텅스텐렘프로 신뢰성 높은 분광반사율을 얻기 위해서는, 발광강도를 강하게 해서 신호/잡음비(S/N비)를 높게 하는 것이 필요로 되고 있다. 그렇지만, 텅스텐램프는 발광강도를 강하게 하면 발열량이 대단히 많아지는 결점이 있다.
한편, 텅스펜램프에 비해 발열량이 적고 S/N비가 높은 광원으로서 펄스점등형 크세논방전관을 사용한 것이 알려져 있고, 예컨대 미국특허 제4,076,421호(일본 특허공개 소53-52183호에 대응)에도 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 종래기술에 있어서 펄스점등형 크세논방전관을 시용하는 이유는, 크세논방전관의 발광스펙트럼이 극히 안정되어 있고, 또 단일의 광역응답성 광검출기를 사용함으로써 점등간의 강도변화를 보상할 수 있기 때문이며, 결국 강한 광도로 짧은 시간 동안 펄스를 조사함으로써 고역필터의 전자회로가 주위의 광의 영향을 거의 받지 않도록 할 수 있기 때문이다. 이와 같이 종래기술에 있어서 펄스점등형 크세논방전관을 사용하는 경우에도 강력한 광을 얻는 것에 주안점을 두고 있는 바, 상기 공보에 기재된 분광광도계의 실제의 제품에는 약 15주울(joule)의 에너지가 입력되어 수십마이크로초의 섬광이 얻어진다.
그러나, 상술한 바와 같은 대입력으로 섬광을 발하는 광원에 의해 분광반자율을 구하는 경우에는,광원의 광강도가 너무 강하기 때문에 샘플에 따라서는 내부까지 광이 너무 들어간다거나, 일반목측의 상태로는 상관(相關)이 취해지지 않는 데이터가 얻어지고, 또 광원 자체의 발광강도의 오차가 크기 때문에 그 강도를 검출하여도 높은 반사율의 물체에서는 그 보상이 어려워 만족한 만한 높은 정밀도의 분광반사율 데이터가 얻어지지 않는다.
또, 약 15주울의 에너지를 입력해서 섬광을 얻기 위해서는, 그를 위한 충전시간도 1초 정도로 길게 필요하고, 측정에 요하는 시간으로서 실제로 허용할 수 있는 단위측정시간내에는 4∼10회 정보밖에 발광하지 않는다. 따라서, 이용할 수 있는 측정데이터의 수가 적어지는 경우도 있어 충분한 정밀도의 데이터가 얻어지지 않게 된다.
[발명의 목적]
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안해서 이를 유효하게 해결하도록 창안된 것으로, 펄스점등형 크세논방전관을 사용하여 육안(일반목측)의 상태에 가까운 상태로 분광반사율을 측정할 수 있고, 또 단위측정 시간내에서의 발광회수를 많게 해서 높은 정밀도의 데이터를 얻을 수 있는 분광광도계를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 분광광도계는, a) 에너지의 입력으로 섬광을 발하는 펄스점등형 방전관(1)과 b) 광을 반사하는 내주면과, 이 내주면에 샘플(2)을 노출시키기 위한 수단을 갖추고, 상기 방전관(1)에 의해 발광된 광을 받아들이는 적분구(3), c) 상기 방전관(1)으로부터 발광된 광의 강도를 파장별로 검출하는 분광기(8)을 갖춘 검출수단, d) 상기 적분구(3)와 상기 분광기(8)간의 광로에 있어서 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광 및 그 내주면에 노출되는 샘플(2)로부터의 반사광이 상기 광로에 따라 진행하도록 교대로 절환하는 절환수단(4), e) 상기 절환수단(4)에 작용적으로 연결되어 상기 광이 광로를 따라 진행하도록 상기 절환수단(4)의 절환타이밍을 검지하는 동기용 센서(5) 및, f) 상기 광로를 따라 배설되어 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광 및 상기 적분구(3)의 내주면에 노출되는 샘플로부터의 반사광을 상기 분광기(8)로 인도하는 광학계(6, 7)를 구비한 분광광도계에 있어서, 상기 방전관(1)은, 크세논방전관으로, 입력에너지가 0.03주울이상 1.0주울이하이고, 발광회수가 1초동안에 11∼36회이며, g) 상기 크로세논방전관(1)의 발광강도를 검출하는 광센서(10)와, h) 상기 광센서(10)와 상기 분광기(8)에 작용적으로 연결되어, 상기 적분구(3)의 내주면에 노출되는 샘플로부터의 반사광의 강도 및 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광의 강도를 상기 크세논방전관(1)이 발광할 때마다 그 크세논방전관(1)의 발광강도에 대한 비율로 환산해서 상기 크세논방전관(1)의 발광강도의 오차를 보상하는 보상수단(12)을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
[작용]
본 발명에 따른 분광광도계에 의하면, 펄스점등형 크세논방전관으로부터 조사되는 광은 발광스펙트럼이 극히 안정되어 있는 동시에 S/N비가 높고, 단일의 광대역응답성 광검출기를 사용함으로써 발광시의 강도변화를 보상할 수 있다. 그리고 그 입력에너지가 0.03주울이상 1.0주울이하로 낮게 설정되어 있으므로, 육안(일반목축)의 상태에 가까운 상태로 분광반사율을 측정할 수 있고, 또 소망하는 발광강도가 얻어질 때까지의 충전시간도 짧아져 1초동안의 발광회수를 많이 즉 10∼36회정도로 할 수 있다. 따라서, 단위측정시간내에서 얻어지는 데이터 수도 많아져 높은 정밀도의 데이터가 얻어진다.
이때, 입력에너지가 0.03주울부다도 낮은 경우에는 광원의 발광강도가 약해져 S/N비가 낮아짐으로써 충분한 정밀도가 얻어지지 않고, 한편 1.0주울보다 높은 경우에는 광원의 발광강도가 너무 강해져 측정 조건이 목측상태로부터 벗어나게 된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 1실시예를 제1도 내지 제3도를 참조해서 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 분광광도계의 개략적인 구성을 도시해 놓은 것으로, 광원(1)으로는 펄스점등형 크세논방전관이 사용되고, 그 입력에너지는 0.03∼1.0주울로 설정되어 있다. 샘플(2)은 적분구(積分球)(3)의 내주면상에 설치되어 있다. 그리고 적분구(3)의 외측에는 회전쵸퍼(4)가 설치되어 있고, 이 회전쵸퍼(4)의 일정속도회전에 의해 샘플광(샘플로부터의 반사광)과 기준광(적분구의 내주면으로부터의 반사광)이 교대로 센서가 내장된(8)로 인도된다. 또한, 회전쵸퍼(4) 대신에 샘플광과 기준광을 교대로 분광기(8)로 인도하는 기능을 갖춘 다른 절환장치를 설치하는 것도 물론 가능하다. 상기 회전쵸퍼(4)의 외주부에는, 회전쵸퍼(4)의 회전속도에 따라 광원(1)의 발광 타이밍을 취하도록 동기용센서(5)로서 광센서가 설치되어 있다. 이 동기용센서(5)는 회전쵸퍼(4)가 샘플광 또는 기준광을 분광기(8)로 인도하는 위치에 있는 것을 검지해서, 광원(1)을 발광시키는 트리거신호를 광원으로, 또 적분구(3)으로부터의 데이터의 종류를 판별하는 판별신호를 연산회로(13)로 각각 출력한다.
도면중 참조부호 6은 모니터광을 분광기(8)로 인도하는 광학계로서의 미러(mirror)이고, 7은 샘플광을 분광기(8)로 인도하는 광학계로서의 하프미러이다. 적분구(3)의 내주면상에는 샘플설치위치와는 다른 위치에 광원강도 검출센서(10)가 설치되어 있다. 이 광원강도 검출센서(10)는 광원(1)의 1회마다의 발광에 대해 그 발광강도치를 검출하는 것이다. 이 광원강도치와 데이터치(샘플광강도 및 기준광강도)의 비를 취함으로써 광원(1)의 발광강도의 오차를 보상할 수 있다. 즉, 샘플광강도와 램프 모니터 센서(광원강도 검출센서; 10)로부터 얻어지는 램프의 발광강도의 비 및 기준광과 램프 모니터 센서(10)로부터 얻어지는 램프의 발광강도의 비를 각각 샘플광강도, 기준광강도의 환산강도치로 함으로써, 상기 오차가 보상된다.
또한, 적분구(3)부터의 샘플광 및 기준광을 수광할 수 있는 위치에 각각 별개로 분광기를 설치하고, 이들 각 분광기로부터의 신호를 증폭기(9)에 입력하도록 구성하면, 절환장치(4) 및 동기용 센서(5)를 생략할 수 있다.
분광기(8)에 내장되어 있는 센서에 의해 얻어지는 스펙트럼의 데이터신호 출력 및 광원강도 검출센서(10)에 의해 얻어지는 광원강도 신호출력은 각각 증폭기(9)와 아날로그/디지탈변환기(11)를 매개해서 보상회로(12) 및 반사율연산회로(13)에 순차적으로 입력된다. 보상회로(12)에서는 샘플광 강도치의 광원 강도치에 대한 비율 A와 기준광 강도치에 대한 비율 B가 산출되고, 반사율연산회로(13)에서는 상기 값 A의 상기 값 B에 대한 비율이 산출되어 이 비율이 샘플(2)의 반사율로서 출력된다.
또한, 상기 보상회로(12) 및 반사율연산회로(13)의 기능에 대해서는, 이들 대신 마이크로컴퓨터를 설치해도 동등한 기능이 얻어진다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 분광광도계에 의해 파장별로 분광반사율의 재현성에 대해 시험측정을 행한 결과를 나타낸 그래프이고, 제3도는 종래기술에 따른 분광광도계에 의해 같은 시험측정을 행한 결과를 나타낸 그래프이다. 이들 각 그래프의 종축은 반사율 표준편차를 나타내고, 횡축은 파장을 나타낸다. 어느 시험의 경우도, 고반사율의 샘플로서 세라믹계 백판(白板)을 사용하고, 저반사율의 샘플로서 흑색 벨벳(velvet)을 사용하였다. 측정점을
으로 표시해 놓은 꺽은 선 그래프는 고반사율샘플의 데이터를 나타내고, 마찬가지로 측정점을
으로 표시해 놓은 꺾은 선 그래프는 저반사율샘플의 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서는 광원(1)의 입력에너지를 0.15주울로 설정하였다. 또, 종래기술에서의 측정을 1초동안에 1회의 발광밖에 이루어지지 않았으나, 본 실시예에서의 측정은 1초동안에 16회의 발광이 이루어지고 있다. 도시된 바와 같이, 종래기술의 데이터에서는 특히 고반사율샘플의 경우에 오차가 크고, 이에 대해 본 발명의 실시예에서는 고반사율샘플의 경우에도 오차가 극히 작으며, 저반사율샘플의 경우에도 종래기술의 데이터와 동등하거나 혹은 그 이하의 오차로 인정되고 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 광원(1)이 발광할 때마다 데이터치와 광원강도치를 비를 취함으로써 광원(1)의 발광강도의 오차를 보상하고 있지만, 샘플광 및 모니터광 각각의 강도를 여러번 적산함으로써 얻어지는 각 적산치와, 마찬가지로 적산된 광원(1)의 발광강도의 적산치(광원강도치의 적산치)의 비를 취하면, 연산처리에 요하는 시간이 단축되어 상기 실시예와 거의 같은 정밀도로 반사율이 얻어진다.
또, 광원강도치로부터 광원(1)의 발광강도의 오차의 정도를 검지하고, 이 검지신호에 기초해서 광원(1)으로의 입력에너지를 제어하도록 컴퓨터에 의해 피드백제어를 행하면, 광원(1)의 오차의 정도 자체를 작게 할 수 있으므로, 본 분광광도계의 측정정밀도를 한층 더 양호하게 할 수 있다.
[발명의 효과]
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 우수한 효과가 발휘된다. 즉, 펄스점등형 크세논방전관을 사용하여 일반목측의 상태에 가까운 상태로 분광반사율을 측정할 수 있고, 또 단위측정시간내에서의 발광회수를 많게 해서 정밀도가 높은 데이터를 얻을 수 있게 된다.
Claims (2)
- a) 에너지의 입력으로 섬광을 발하는 펄스점등형 방전관(1)과, b) 광을 반사하는 내주면과, 이 내주면에 샘플(2)을 노출시키기 위한 수단을 갖추고, 상기 방전광(1)에 의해 발광된 광을 받아들이는 적분구(3), c) 상기 방전관(1)으로부터 발광된 광의 강도를 파장별로 검출하는 분광기(8)를 갖춘 검출수단, d) 상기 적분구(3)와 상기 분광기(8)간의 광로에 있어서 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광 및 그 내주면에 노출되는 샘플(2)로부터의 반사광이 상기 광로를 따라 진행하도록 교대로 절환하는 절환수단(4), e) 상기 절환수단(4)에 작용적으로 연결되어 상기 광이 상기 광로를 따라 진행하도록 상기 절환수단(4)의 절환타이밍을 검지하는 동기용 센서(5) 및, f) 상기 광로를 따라 배설되어 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광 및 상기 적분구(3)의 내주면에 노출되는 샘플로부터의 반사광을 상기 분광기(8)로 인도하는 광학계(6, 7)를 구비한 분광광도계에 있어서, 상기 방전관(1)은, 크세논방전관으로, 입력에너지가 0.03주울이상 1.0주울이하이고, 발광회수가 1초동안에 11∼36회이며, g) 상기 크세논방전관(1)의 발광강도를 검출하는 광센서(10)와, h) 상기 광센서(10)과 상기 분광기(8)에 작용적으로 연결되어, 상기 적분구(3)의 내주면에 노출되는 샘플로부터의 반사광의 강도 및 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광의 강도를 상기 크세논방전관(1)이 발광할 때마다 그 크세논방전관(1)의 발광강도에 대한 비율로 환산해서 상기 크세논방전관(1)의 발광강도의 오차를 보상하는 보상수단(12)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 분광광도계.
- 제1항에 있어서, 상기 보상수단(12)은, 상기 적분구(3)의 내주면으로부터의 반사광의 강도 및 상기 샘플(2)로부터의 반사광의 강도의 적산치를 상기 크세논방전관(1)이 여러번 발광할 때마다 그 크세논 방전관(1)의 발광강도의 적산치에 대한 비율로 환산해서 상기 크세논방전관(1)의 발광강도의 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 분광광도계.
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