JP2916637B2 - 拡散分光反射率の測定装置 - Google Patents
拡散分光反射率の測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 ［発明の分野］ 本発明は反射率測定装置用の光学リードヘッド（read
head）に関し、更に詳しくは試料と光源及び測定器との
間の処理の広範な変化に対応する拡散分光反射率を測定
する精密な手段に関する。
head）に関し、更に詳しくは試料と光源及び測定器との
間の処理の広範な変化に対応する拡散分光反射率を測定
する精密な手段に関する。
［従来技術の説明］ 存在する物質の成分の試験及び測定に関する技術分野
である分析化学は、特に現代科学の最先端に浮上した生
化学の専門領域で近年急速な進歩を遂げている。これま
でに試みられたことがない新技術を応用して測定を行う
高度に洗練された分析方法や装置が必要とされている。
医学研究分野における爆発的進歩は、再現可能な結果を
得る際の高い精度、速度及び簡便さに重点を置いて分析
化学の分野の成長を促進してきた。
である分析化学は、特に現代科学の最先端に浮上した生
化学の専門領域で近年急速な進歩を遂げている。これま
でに試みられたことがない新技術を応用して測定を行う
高度に洗練された分析方法や装置が必要とされている。
医学研究分野における爆発的進歩は、再現可能な結果を
得る際の高い精度、速度及び簡便さに重点を置いて分析
化学の分野の成長を促進してきた。
醸造、化学品製造等のようなその他の産業の成長及び
発達も分析化学の分野において急速な進歩をもたらす結
果となった。
発達も分析化学の分野において急速な進歩をもたらす結
果となった。
種々の分析操作、組成物及び装置が、溶液化学技術、
自動化機器、そしていわゆる「浸漬読取り」式試験片を
はじめとする発展しつつある分野及び技術の要求に応じ
るために開発されている。
自動化機器、そしていわゆる「浸漬読取り」式試験片を
はじめとする発展しつつある分野及び技術の要求に応じ
るために開発されている。
試薬片試験具は、比較的安価で、使い易く、結果を迅
速に得ることができるため、多くの分析に適用され、特
に生物学的液体の試験分野において広く用いられてい
る。例えば、医薬や衛生の分野では、試薬試験片を単に
尿や血液のような体液試料中に浸漬するだけで、様々な
生理学的作用や異常を監視することができる。かかる試
験具によって示される色変化又は反射もしくは吸収され
た光量における変化のような検出可能な応答を観察する
ことにより、特定の健康状態や身体的機能障害を、かか
る状況の下地となる化学や医薬技術に熟練していない者
でも迅速に判断することができる。かかる試験具の多く
は半定量的に測定可能な応答を与えるものであり、多く
の努力がこれらの試験具を殆ど定量的な結果が得られる
域まで精巧なものとすることに傾けられている。例えば
所定時間後の応答を測定することにより、分析者又は観
察者は試験試料中に特定の成分又は構成要素が存在する
という正の表示のみならず、科学者又は医師が少くとも
その異常又は症状の初期的判断を行うパラメーターの範
囲内で、存在する成分の推定量を得ることができる。か
かる試験具は医師にとって便利な診断具を与えると共に
病気又は身体的機能障害の程度を迅速に測定する能力を
与える。
速に得ることができるため、多くの分析に適用され、特
に生物学的液体の試験分野において広く用いられてい
る。例えば、医薬や衛生の分野では、試薬試験片を単に
尿や血液のような体液試料中に浸漬するだけで、様々な
生理学的作用や異常を監視することができる。かかる試
験具によって示される色変化又は反射もしくは吸収され
た光量における変化のような検出可能な応答を観察する
ことにより、特定の健康状態や身体的機能障害を、かか
る状況の下地となる化学や医薬技術に熟練していない者
でも迅速に判断することができる。かかる試験具の多く
は半定量的に測定可能な応答を与えるものであり、多く
の努力がこれらの試験具を殆ど定量的な結果が得られる
域まで精巧なものとすることに傾けられている。例えば
所定時間後の応答を測定することにより、分析者又は観
察者は試験試料中に特定の成分又は構成要素が存在する
という正の表示のみならず、科学者又は医師が少くとも
その異常又は症状の初期的判断を行うパラメーターの範
囲内で、存在する成分の推定量を得ることができる。か
かる試験具は医師にとって便利な診断具を与えると共に
病気又は身体的機能障害の程度を迅速に測定する能力を
与える。
かかる試験具は、Miles Laboratories,Inc.のAmes Di
visionからCLINISTIX、MULTISTIX、DIASTIX、DEX
TROSTIX等の商標で入手可能なものをはじめとして現
在数多く入手可能であり、市販されている。
visionからCLINISTIX、MULTISTIX、DIASTIX、DEX
TROSTIX等の商標で入手可能なものをはじめとして現
在数多く入手可能であり、市販されている。
典型的な、いわゆる浸積読取り式試験具は、特定の試
料成分の存在下に色変化を呈する特定の試薬もしくは反
応系を含有する吸水紙又は他の吸収性材料のような１以
上のキャリヤーマトリックスを有している。特定のマト
リックスに含有せしめられた反応体系に応じてかかる試
験具はグリコール、ケトン、ビリルビン、ウロビリノー
ゲン、潜血、ニトリット及びその他の物質の存在を検知
することができる。試験具を試料と接触させた後の特定
の時間範囲内に試料中の特定成分の存在及び濃度が表示
される。これらの試験具やその反応体系のあるものは米
国特許第3,123,443号、第3,212,855号、第3,184,668
号、第3,164,534号、第2,981,606号、第3,298,789号及
び第3,092,465号に記載されている。
料成分の存在下に色変化を呈する特定の試薬もしくは反
応系を含有する吸水紙又は他の吸収性材料のような１以
上のキャリヤーマトリックスを有している。特定のマト
リックスに含有せしめられた反応体系に応じてかかる試
験具はグリコール、ケトン、ビリルビン、ウロビリノー
ゲン、潜血、ニトリット及びその他の物質の存在を検知
することができる。試験具を試料と接触させた後の特定
の時間範囲内に試料中の特定成分の存在及び濃度が表示
される。これらの試験具やその反応体系のあるものは米
国特許第3,123,443号、第3,212,855号、第3,184,668
号、第3,164,534号、第2,981,606号、第3,298,789号及
び第3,092,465号に記載されている。
ここ数年間に亘り、化学反応体を手動操作する必要を
排除することを目的とする、プログラム制御下に読み値
を与える自動装置が開発されて、かかる試験は極めて容
易にかつ迅速に行なわれるようになった。そのような装
置は信頼し得る測定値を得る際の一要因である技手の主
観性を排除することにより試験の再現性を改良すことを
意図するものである。実験室での試料操作の正確さ及び
精度に対する関心が高まっている今日の風潮において、
信頼し得る試験結果を再現可能に得ることに重点が置か
れていることはよく知られている。光源及び光電池もし
くは他の感知手段を用いた種々の反射率測定器が、基準
光源によって照明された着色表面から反射された光の量
を測定することによって色の明度を求めるのに用いられ
ている。
排除することを目的とする、プログラム制御下に読み値
を与える自動装置が開発されて、かかる試験は極めて容
易にかつ迅速に行なわれるようになった。そのような装
置は信頼し得る測定値を得る際の一要因である技手の主
観性を排除することにより試験の再現性を改良すことを
意図するものである。実験室での試料操作の正確さ及び
精度に対する関心が高まっている今日の風潮において、
信頼し得る試験結果を再現可能に得ることに重点が置か
れていることはよく知られている。光源及び光電池もし
くは他の感知手段を用いた種々の反射率測定器が、基準
光源によって照明された着色表面から反射された光の量
を測定することによって色の明度を求めるのに用いられ
ている。
信頼し得る正確な読みが得られるための１つの要素
は、光源と測定手段とを、測定すべき試験具の表面で生
起する正（鏡面様）反射効果を最小にするような方法で
配置することである。
は、光源と測定手段とを、測定すべき試験具の表面で生
起する正（鏡面様）反射効果を最小にするような方法で
配置することである。
診断用試薬試験具の表面からの反射率測定を行う場合
は、正反射を排除して反射率測定装置内の非正反射光
（nonspecular reflected light）の測定値を得ること
が特に重要である。試薬試験片表面の発色の関数として
の分析対象物濃度に関する情報は拡散反射されたエネル
ギー中にのみ含まれている。したがって正反射成分は反
射率測定においては「ノイズ」又は不正確さを代表する
ものである。当該技術の状況は定量的結果を求める傾向
にあるが、反射率における些細な差−すなわち分析対象
物濃度における小さな変化−を分析する能力は、一部に
はかかる「ノイズ」を抑制する機器の能力によって制限
される。
は、正反射を排除して反射率測定装置内の非正反射光
（nonspecular reflected light）の測定値を得ること
が特に重要である。試薬試験片表面の発色の関数として
の分析対象物濃度に関する情報は拡散反射されたエネル
ギー中にのみ含まれている。したがって正反射成分は反
射率測定においては「ノイズ」又は不正確さを代表する
ものである。当該技術の状況は定量的結果を求める傾向
にあるが、反射率における些細な差−すなわち分析対象
物濃度における小さな変化−を分析する能力は、一部に
はかかる「ノイズ」を抑制する機器の能力によって制限
される。
測定の軸を照明の軸に対して変化させることにより正
反射の悪影響を極小化することが初期において試みられ
た。これは、例えば米国特許第3,604,815号及び第3,90
7,503号に示されている。米国特許第4,279,514号に示さ
れるように、他の装置においては、垂線に対して45゜の
角度で配置された複数の光源を用い、検体に対して垂直
な反射光を補集することが提案されている。
反射の悪影響を極小化することが初期において試みられ
た。これは、例えば米国特許第3,604,815号及び第3,90
7,503号に示されている。米国特許第4,279,514号に示さ
れるように、他の装置においては、垂線に対して45゜の
角度で配置された複数の光源を用い、検体に対して垂直
な反射光を補集することが提案されている。
International Commission on Illumination発行CIE
No.44（TC2.3）1979による“Absolute Methods for Ref
lectance Measurements"に報告されているように、45゜
の角度を含む配置が反射率測定を行う上で最も重要であ
ると考えられている。
No.44（TC2.3）1979による“Absolute Methods for Ref
lectance Measurements"に報告されているように、45゜
の角度を含む配置が反射率測定を行う上で最も重要であ
ると考えられている。
正反射の悪影響を低減又は排除するために、拡散室又
は積分球が組み入れられた上記の装置が構成されている
（例えば米国特許第4,171,909号参照）。しかしなが
ら、かかる構成は検体の照明に拡散光を供給するが、そ
のような構造中の積分球を組み込むことによって所用の
光学リードヘッドの寸法やコストが自ずと増大する。
は積分球が組み入れられた上記の装置が構成されている
（例えば米国特許第4,171,909号参照）。しかしなが
ら、かかる構成は検体の照明に拡散光を供給するが、そ
のような構造中の積分球を組み込むことによって所用の
光学リードヘッドの寸法やコストが自ずと増大する。
織物の表面を分析してその特定の性状を調べるため
に、織物が反射率測定の対象となることもしばしばあ
る。そのような装置の１つが米国特許第4,033,698号に
示されており、これは光を織物試料領域に対して伝送伝
受するための光学繊維束を用いている。かかる構成は非
常にコストがかかり、洗練された技術である。しかしな
がら、光源から発せられる迷走光線を有効に極小化させ
得るものではなく、そのため正反射の悪影響は残存す
る。
に、織物が反射率測定の対象となることもしばしばあ
る。そのような装置の１つが米国特許第4,033,698号に
示されており、これは光を織物試料領域に対して伝送伝
受するための光学繊維束を用いている。かかる構成は非
常にコストがかかり、洗練された技術である。しかしな
がら、光源から発せられる迷走光線を有効に極小化させ
得るものではなく、そのため正反射の悪影響は残存す
る。
米国特許第4,490,618号には繊維ウェブの表面を分析
するための光学システムが示されており、これはプリズ
ム構造を用い、該プリズムの一面を所定の圧力で繊維ウ
ェブと接触させることにより紙又は織物の表面を分析す
るものである。平行化された光線がプリズムの接触面に
導かれる。該接触面からプリズム中へ反射された光は、
次に測定器に導かれる。
するための光学システムが示されており、これはプリズ
ム構造を用い、該プリズムの一面を所定の圧力で繊維ウ
ェブと接触させることにより紙又は織物の表面を分析す
るものである。平行化された光線がプリズムの接触面に
導かれる。該接触面からプリズム中へ反射された光は、
次に測定器に導かれる。
米国特許第3,776,642号には、組成物の表面を試験す
るための実質的に平行な光線を得るための平行化レンズ
を用いた例が示されており、ここでは試験具は一定量の
分析すべき粒子の表面の性質及び特性を調べるために用
いられる。
るための実質的に平行な光線を得るための平行化レンズ
を用いた例が示されており、ここでは試験具は一定量の
分析すべき粒子の表面の性質及び特性を調べるために用
いられる。
正反射が混在するという問題以外にも、正確かつ精密
な拡散反射率測定は試料から光源及び光測定器までの距
離に大きく依存することは周知である。例えば、試料が
光源や測定器から遠ざかるにつれて測定器に到達するエ
ネルギーの大きさは減少する。このエネルギーレベルの
変化と試料の発色による同様の変化とを計器が識別する
のは不可能である。
な拡散反射率測定は試料から光源及び光測定器までの距
離に大きく依存することは周知である。例えば、試料が
光源や測定器から遠ざかるにつれて測定器に到達するエ
ネルギーの大きさは減少する。このエネルギーレベルの
変化と試料の発色による同様の変化とを計器が識別する
のは不可能である。
本発明は試料の半透明性（translucency）によって惹
起される問題に関する。「半透明性」又は「半透明」と
いう用語は入射輻射線の一部分を透過する性質と定義さ
れる。
起される問題に関する。「半透明性」又は「半透明」と
いう用語は入射輻射線の一部分を透過する性質と定義さ
れる。
発明の概要 本発明によれば、試薬パッドを照明し、非正反射光の
測定を得るための光学リードヘッドであって、試料に導
かれた光が本質的に平行化されていて非正反射光が正確
に測定されるリードヘッドが提供される。制御された光
線が伝送路に沿って光源から導かれ、複数の光トラップ
を通って検体を露光又は照明し、非正反射光は、正反射
光に妨害されずに検体から光トラップを通って伝送路に
沿って１以上の測定器に送られ、ここで非正反射光が測
定される。本発明のリードヘッドの構成により、広範に
亘る試料−光源間及び試料−測定器間の距離において試
料の照明域よりも大きい視野が測定器に用意される。リ
ードヘッド集成体の内部特性により迷走反射光が抑制さ
れる。光トラップが光源と検体との間並びに検体と測定
器との間に配置される。
測定を得るための光学リードヘッドであって、試料に導
かれた光が本質的に平行化されていて非正反射光が正確
に測定されるリードヘッドが提供される。制御された光
線が伝送路に沿って光源から導かれ、複数の光トラップ
を通って検体を露光又は照明し、非正反射光は、正反射
光に妨害されずに検体から光トラップを通って伝送路に
沿って１以上の測定器に送られ、ここで非正反射光が測
定される。本発明のリードヘッドの構成により、広範に
亘る試料−光源間及び試料−測定器間の距離において試
料の照明域よりも大きい視野が測定器に用意される。リ
ードヘッド集成体の内部特性により迷走反射光が抑制さ
れる。光トラップが光源と検体との間並びに検体と測定
器との間に配置される。
本発明の好ましい実施態様の説明 本発明の更なる利点及び特徴は以下の具体的な説明と
共に添付の図面を参照することにより、当業者には明ら
かになるであろう。
共に添付の図面を参照することにより、当業者には明ら
かになるであろう。
半透明試料（材料）について論ずれば、入射光エネル
ギーの一部分は試料の上面で反射され、その別の一部分
は試料の内部構造によって反射され、また別の部分は試
料によって吸収され、残りの一部分が透過される。これ
は第１図に模式的に示したように、入射エネルギーの大
部分は上面で反射され、エネルギーの有意量は内部反射
され、ある部分は試料成分自体によって吸収され、最終
的にその小部分がマトリックス検体の厚さに応じて透過
せしめられる。半透明マトリックスの性質に関する知識
及び分析から明らかなことは、マトリックスから反射さ
れたエネルギーは１つの表面からのものではなく、マト
リックスの深部にある程度及び容積効果によるものであ
るということである。この区域の深度は選ばれた試料上
で、少くとも0.010インチ（0.254mm）であることが実験
によって示されている。
ギーの一部分は試料の上面で反射され、その別の一部分
は試料の内部構造によって反射され、また別の部分は試
料によって吸収され、残りの一部分が透過される。これ
は第１図に模式的に示したように、入射エネルギーの大
部分は上面で反射され、エネルギーの有意量は内部反射
され、ある部分は試料成分自体によって吸収され、最終
的にその小部分がマトリックス検体の厚さに応じて透過
せしめられる。半透明マトリックスの性質に関する知識
及び分析から明らかなことは、マトリックスから反射さ
れたエネルギーは１つの表面からのものではなく、マト
リックスの深部にある程度及び容積効果によるものであ
るということである。この区域の深度は選ばれた試料上
で、少くとも0.010インチ（0.254mm）であることが実験
によって示されている。
エネルギーを反射する正確な容量は、半透明性の程度
を左右する屈折率、分光吸収率、内部構造中の粒子の大
きさ、かかる粒子の性質、試料の全体厚等の多くの要因
を依存して試料ごとに異ることが知られている。エネル
ギーが反射される半透明試料の深度におけるばらつき
は、試料から光源まで又は測定器までの距離におけるば
らつきと識別不可能であると考えられる。したがって、
試料又はマトリックスを光源及び測定器に対して再現可
能に位置決めしただけでは半透明度を異にする材料に付
随するエラーを排除することはできない。
を左右する屈折率、分光吸収率、内部構造中の粒子の大
きさ、かかる粒子の性質、試料の全体厚等の多くの要因
を依存して試料ごとに異ることが知られている。エネル
ギーが反射される半透明試料の深度におけるばらつき
は、試料から光源まで又は測定器までの距離におけるば
らつきと識別不可能であると考えられる。したがって、
試料又はマトリックスを光源及び測定器に対して再現可
能に位置決めしただけでは半透明度を異にする材料に付
随するエラーを排除することはできない。
第２図は従来技術の反射率測定装置の断面図である。
かかる装置の多くは試料を光源及び光測定器から一定の
再現可能な距離に位置決めする複雑な手段を採用してい
る。本図においては反射率を測定するための装置10が示
されている。この装置は光源12、検体又は試料保持域1
4、及び反射光測定器16を有する。照明の軸18は検体22
に対して垂直な軸20と平行である。
かかる装置の多くは試料を光源及び光測定器から一定の
再現可能な距離に位置決めする複雑な手段を採用してい
る。本図においては反射率を測定するための装置10が示
されている。この装置は光源12、検体又は試料保持域1
4、及び反射光測定器16を有する。照明の軸18は検体22
に対して垂直な軸20と平行である。
通常、従来技術の装置10はまた、測定器16と試料22と
の間に光トラップ24を有している。光トラップ24の具体
的な形状は、光源12からの光伝送路26よりも大きいなら
ば広範に変化させてもよい。光トラップの壁は直接光源
12によって照明されないような形状になっている。光ト
ラップは迷光が測定器16に入るのを防止すると共に正反
射光が試料22から測定器16に入るのを防止する役割りを
する。「迷光」という用語はここでは測定器に到達する
試料以外の表面から反射されたエネルギーと定義され
る。光トラップもまた、光線が光源から光伝送路26を通
って検体22を照明し、次にこの検体から別の光伝送路28
を通って測定器16へ送られる際に、光伝送路内に存在し
ていてもよいバフル（じゃま板）27からの２次光線を低
減させる役割をする。通常、光トラップは光沢のない黒
い塗料で塗装されており、迷光を防ぐ役割のバフルをそ
の中に有していてもよい。
の間に光トラップ24を有している。光トラップ24の具体
的な形状は、光源12からの光伝送路26よりも大きいなら
ば広範に変化させてもよい。光トラップの壁は直接光源
12によって照明されないような形状になっている。光ト
ラップは迷光が測定器16に入るのを防止すると共に正反
射光が試料22から測定器16に入るのを防止する役割りを
する。「迷光」という用語はここでは測定器に到達する
試料以外の表面から反射されたエネルギーと定義され
る。光トラップもまた、光線が光源から光伝送路26を通
って検体22を照明し、次にこの検体から別の光伝送路28
を通って測定器16へ送られる際に、光伝送路内に存在し
ていてもよいバフル（じゃま板）27からの２次光線を低
減させる役割をする。通常、光トラップは光沢のない黒
い塗料で塗装されており、迷光を防ぐ役割のバフルをそ
の中に有していてもよい。
第２図に示したように、試料22が光源12及び測定器16
から遠ざかるにつれて、測定器の破線で示した視野は拡
大されて試料の異る区域から反射されたより多くのエネ
ルギーを受けるようになる。反射エネルギーが一定であ
るためには、試料は均一な表面を有することが是非必要
である。したがって、該表面の性質にばらつきや変化が
あれば読みの性質を変化させてしまうことになる。その
上、第２図の試料が光源12から遠ざかると、測定器の視
界内の試料の領域は光源の出力ビーム20の異る部分によ
って照明されるようになる。これは、第２図に、実線で
示した光源12から放射される光線によって示されてい
る。反射エネルギーが一定であるためには、光源の出力
は空間的に均一であらねばならない。
から遠ざかるにつれて、測定器の破線で示した視野は拡
大されて試料の異る区域から反射されたより多くのエネ
ルギーを受けるようになる。反射エネルギーが一定であ
るためには、試料は均一な表面を有することが是非必要
である。したがって、該表面の性質にばらつきや変化が
あれば読みの性質を変化させてしまうことになる。その
上、第２図の試料が光源12から遠ざかると、測定器の視
界内の試料の領域は光源の出力ビーム20の異る部分によ
って照明されるようになる。これは、第２図に、実線で
示した光源12から放射される光線によって示されてい
る。反射エネルギーが一定であるためには、光源の出力
は空間的に均一であらねばならない。
第３図は、光源32、検体保持域34及び光測定器36から
成る反射率測定装置30を有する本発明の装置を示す。通
常、光測定器と光源とは互いに45度の角度を成す。照明
の軸38は検体42に垂直な軸40と平行である。
成る反射率測定装置30を有する本発明の装置を示す。通
常、光測定器と光源とは互いに45度の角度を成す。照明
の軸38は検体42に垂直な軸40と平行である。
本発明によれば、反射率測定営巣値30は光トラップ44
を光測定器36と試料42との間に有する。上記のように、
光トラップの正確な形状は、その壁が、光源32によって
直接照明されないようになる光源32から試料42への光路
においてアパーチュア46より大であるならば特に制限さ
れない。したがって、光トラップ44は迷光が、試料42の
表面から光測定器36へ送られるのを防ぐと同時に、正反
射光が検体から測定器36へ送られたり、付随して起るそ
の他の反射を防ぐ役割りをする。第３図に示すように、
多数のアパーチュア46、48及び50が光源32と試料42との
間に介在せしめられている。これらのアパーチュアの役
目は光源32によって照明される試料の領域を制限して殆
ど平行化された照明を与えるためである。第３図におい
てθで示した光の開度は８゜以下であれば十分適用する
ことができる。これは第３図に、試料42の表面に交る実
線によって示した。このことは、広範に亘る試料−光源
距離において照明される試料の領域が実質的に等しくな
るようにすることを意図するものである。したがって、
例えば、第３図において試料が0.100インチ（2.54mm）
移動しても、照明の直径は20％以上拡大されることはな
い。更に、試料はいつも光源出力の同じ空間地点から照
明されることが明らかである。
を光測定器36と試料42との間に有する。上記のように、
光トラップの正確な形状は、その壁が、光源32によって
直接照明されないようになる光源32から試料42への光路
においてアパーチュア46より大であるならば特に制限さ
れない。したがって、光トラップ44は迷光が、試料42の
表面から光測定器36へ送られるのを防ぐと同時に、正反
射光が検体から測定器36へ送られたり、付随して起るそ
の他の反射を防ぐ役割りをする。第３図に示すように、
多数のアパーチュア46、48及び50が光源32と試料42との
間に介在せしめられている。これらのアパーチュアの役
目は光源32によって照明される試料の領域を制限して殆
ど平行化された照明を与えるためである。第３図におい
てθで示した光の開度は８゜以下であれば十分適用する
ことができる。これは第３図に、試料42の表面に交る実
線によって示した。このことは、広範に亘る試料−光源
距離において照明される試料の領域が実質的に等しくな
るようにすることを意図するものである。したがって、
例えば、第３図において試料が0.100インチ（2.54mm）
移動しても、照明の直径は20％以上拡大されることはな
い。更に、試料はいつも光源出力の同じ空間地点から照
明されることが明らかである。
測定器36の視野は相対的に制限されていない。第３図
では、試料を移動させることができ、測定器の視野はそ
れによって拡大する照明領域から反射されるエネルギー
をすべて包括すべく拡大されるような構成になってい
る。
では、試料を移動させることができ、測定器の視野はそ
れによって拡大する照明領域から反射されるエネルギー
をすべて包括すべく拡大されるような構成になってい
る。
第３図に示したように、光源32としては単一波長を用
いるのが好都合である。通常、光源としては高出力のレ
ンズ付発光ダイオード（LED）、レシーバーとしてはシ
リコン光測定器36（黒色プラスチック製の成形ハウジン
グに収容されているのが好都合である）が用いられる。
別の構成においては光源として白熱灯と共に、光測定器
36の前面に配向される、好適な、成長選択用フィルター
（図示せず）が用いられる。
いるのが好都合である。通常、光源としては高出力のレ
ンズ付発光ダイオード（LED）、レシーバーとしてはシ
リコン光測定器36（黒色プラスチック製の成形ハウジン
グに収容されているのが好都合である）が用いられる。
別の構成においては光源として白熱灯と共に、光測定器
36の前面に配向される、好適な、成長選択用フィルター
（図示せず）が用いられる。
本発明により多数の波長域における測定が容易にな
る。この場合、LEDの代わりに、それぞれ波長が異る多
数の発光要素を有する装置を用いてもよい。また、光源
として白熱灯を用いる場合、フィルターと光測定器とを
別々に用いる代わりに、多数の、フィルターと光検出器
との対から成る単一パッケージを用いてもよい。
る。この場合、LEDの代わりに、それぞれ波長が異る多
数の発光要素を有する装置を用いてもよい。また、光源
として白熱灯を用いる場合、フィルターと光測定器とを
別々に用いる代わりに、多数の、フィルターと光検出器
との対から成る単一パッケージを用いてもよい。
試料の距離に対する測定器の出力のプロットを第４図
に示す。図示のように光源及び測定器からの試料の距離
が0.030インチ（0.76mm）変化しても、反射エネルギー
は２％以上変化しない。
に示す。図示のように光源及び測定器からの試料の距離
が0.030インチ（0.76mm）変化しても、反射エネルギー
は２％以上変化しない。
本発明の装置において、リードヘッドの内表面に最初
に当って直接測定器へ反射される照明光線はない。試料
表面からリードヘッドへ反射される正反射成分があって
も、リードヘッドが低発射率材料で構成され、複数のト
ラップを組み込むことにより正反射光はすべて測定器に
到達する前に何度も反射せしめられるため、その影響
は、極小化される。したがって、測定器における迷走エ
ネルギーの大きさは非有意レベルまで低減される。
に当って直接測定器へ反射される照明光線はない。試料
表面からリードヘッドへ反射される正反射成分があって
も、リードヘッドが低発射率材料で構成され、複数のト
ラップを組み込むことにより正反射光はすべて測定器に
到達する前に何度も反射せしめられるため、その影響
は、極小化される。したがって、測定器における迷走エ
ネルギーの大きさは非有意レベルまで低減される。
本発明により用いられる単数又は複数の具体的な光源
及び測定器としては広範に及び種類のものがる。好まし
い光源はHewlett−Packard,Components of Palo Alto,C
alifornia製の発光ダイオード（LED）HLMP−3950型であ
る。しかしながら、光源は光を集中させるためにレンズ
が用いられているならばどのような好適な白熱灯又は非
白熱灯でもよいことは理解されよう。その上、光源は、
フロスト加工されていてもよく、また拡散手段と共に用
いて検体に拡散照明を行ってもよい。好適な測定器はSi
licon Detector Corporation of Newbury Park,Califor
nia製のSD−041−11−11−011−（分離）−211型であ
る。所望により、測定器の前面にフィルターを配置して
もよい。
及び測定器としては広範に及び種類のものがる。好まし
い光源はHewlett−Packard,Components of Palo Alto,C
alifornia製の発光ダイオード（LED）HLMP−3950型であ
る。しかしながら、光源は光を集中させるためにレンズ
が用いられているならばどのような好適な白熱灯又は非
白熱灯でもよいことは理解されよう。その上、光源は、
フロスト加工されていてもよく、また拡散手段と共に用
いて検体に拡散照明を行ってもよい。好適な測定器はSi
licon Detector Corporation of Newbury Park,Califor
nia製のSD−041−11−11−011−（分離）−211型であ
る。所望により、測定器の前面にフィルターを配置して
もよい。
本質的に平行化された状態である限り、短い距離にわ
たって光の大部分を集中させ、検体を照明する光を最大
とするに好都合であれば、光源と試料との間にレンズを
介在させてもよい。更に、上記レンズは検体に伝送され
る光を制御して、求めようとする測定値を妨害する迷光
を極小化させる働きをする。
たって光の大部分を集中させ、検体を照明する光を最大
とするに好都合であれば、光源と試料との間にレンズを
介在させてもよい。更に、上記レンズは検体に伝送され
る光を制御して、求めようとする測定値を妨害する迷光
を極小化させる働きをする。
本発明の光学リードヘッドの製造に用いられる材料は
特に制限されず、金属又はプラスッチックのような好適
な不透明材料を用いてよい。好ましくは、光学リードヘ
ッドはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合
体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエ
チレン等のような黒色プラスチック成形体で構成され
る。上記のように、光トラップの形状は変化させること
ができるが、光トラップの表面は直接、用いられた光源
によって照明されてはならない。本発明の構造によれ
ば、本発明の光伝送路は迷光が検体の表面を照明するこ
とを実質的に排除する。
特に制限されず、金属又はプラスッチックのような好適
な不透明材料を用いてよい。好ましくは、光学リードヘ
ッドはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合
体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエ
チレン等のような黒色プラスチック成形体で構成され
る。上記のように、光トラップの形状は変化させること
ができるが、光トラップの表面は直接、用いられた光源
によって照明されてはならない。本発明の構造によれ
ば、本発明の光伝送路は迷光が検体の表面を照明するこ
とを実質的に排除する。
本発明に従って装置を構成することにより、小型で、
低価格で信頼性を有する反射率測定装置が製造される。
したがって、市販されている装置の数種類と比較して大
きさ及びコストが大きく低減される。
低価格で信頼性を有する反射率測定装置が製造される。
したがって、市販されている装置の数種類と比較して大
きさ及びコストが大きく低減される。
本発明は、明白で、かつ当該システム固有のその他の
利点に加えて上記の目的及び特徴をすべて達成し得るよ
うになっている。本発明の特徴は、好都合で、簡便で、
比較的コストが低く、有効で信頼性を有する装置におい
て迷走反射光を防ぐという点で特に重要であるといえ
る。
利点に加えて上記の目的及び特徴をすべて達成し得るよ
うになっている。本発明の特徴は、好都合で、簡便で、
比較的コストが低く、有効で信頼性を有する装置におい
て迷走反射光を防ぐという点で特に重要であるといえ
る。
他の変種及び修正は上記の記載から当業者には明らか
なものであり、かつ本発明の精神及び範囲を逸脱しない
範囲でなされ得るものと理解される。
なものであり、かつ本発明の精神及び範囲を逸脱しない
範囲でなされ得るものと理解される。
複数の測定器の使用；光源通路と測定器通路の逆配
置；発光波長の異る光源の使用；光源からの発光又は測
定される反射光を制限するためのフィルターの使用；及
びその他数多くの特徴は本発明が関与する技術の熟練者
によって達成し得る変種である。上記のように、これら
の及びその他の修正及び変種は本発明の精神及び範囲か
ら逸脱せずに行うことができる。
置；発光波長の異る光源の使用；光源からの発光又は測
定される反射光を制限するためのフィルターの使用；及
びその他数多くの特徴は本発明が関与する技術の熟練者
によって達成し得る変種である。上記のように、これら
の及びその他の修正及び変種は本発明の精神及び範囲か
ら逸脱せずに行うことができる。
第１図は半透明試料に入射する光線を示す模式図であ
り； 第２図は測定器の視野が試料の照明域よりも少さい従来
技術の装置の平面断面図であり； 第３図は光検出器の視野が試料の照明域よりも大きい本
発明による装置の平面断面図であり； 第４図は試料の距離に対する光検出器の出力のプロット
である。 10,30……反射率測定装置、12,32……光源、16,36……
測定器、24,44……光トラップ
り； 第２図は測定器の視野が試料の照明域よりも少さい従来
技術の装置の平面断面図であり； 第３図は光検出器の視野が試料の照明域よりも大きい本
発明による装置の平面断面図であり； 第４図は試料の距離に対する光検出器の出力のプロット
である。 10,30……反射率測定装置、12,32……光源、16,36……
測定器、24,44……光トラップ
フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド・エイチ・シャーファー アメリカ合衆国、インヂアナ 46573、 ワカルサ、イースト・ウォーターフォー ド・ストリート 612 (56)参考文献 特開 昭62−127652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−142442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−94495（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166281（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】光源（32）と、該光源から発せられた光に
露光された際にその反射率が測定される表面を有する試
料（42）を支持する手段と、該試料を照射するため該光
源からの光を光伝送路に沿って通過させるための手段
と、該試料の表面から反射された光を検出するための検
出手段（36）と、該検出手段が非正反射光を受取るため
の検出視野は該試料の照射領域よりも大きいことと、該
試料に入射する該光源からの光が本質的に平行化された
光線であって開度８゜以下の拡散を有することと、を含
む拡散分光反射率の測定装置において、 光トラップ（44）を備え、該光トラップは該光源から照
射される光及び該試料からの反射光が通過する該光伝送
路を有し、該試料の表面からの迷光が該検出手段に導か
れるのを防止するようになっていることと、該試料が該
光源との距離を変更できる手段に載置されていること
と、を特徴とする拡散分光反射率の測定装置。 - 【請求項２】光源からの光が表面に対して垂直な角度で
照射する請求項１記載の装置。 - 【請求項３】光源が発光ダイオードである請求項１記載
の装置。 - 【請求項４】光源が白熱灯である請求項１記載の装置。
- 【請求項５】光源が拡散面を有する請求項１記載の装
置。 - 【請求項６】光源からの光が検体を照明する前に通過す
る複数の窓を有する請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US074073 | 1987-07-16 | ||
| US07/074,073 US5028139A (en) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | Readhead for reflectance measurement of distant samples |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432154A JPS6432154A (en) | 1989-02-02 |
| JP2916637B2 true JP2916637B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=22117545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63172839A Expired - Lifetime JP2916637B2 (ja) | 1987-07-16 | 1988-07-13 | 拡散分光反射率の測定装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5028139A (ja) |
| EP (1) | EP0299314B1 (ja) |
| JP (1) | JP2916637B2 (ja) |
| AU (1) | AU603233B2 (ja) |
| CA (1) | CA1321487C (ja) |
| DE (1) | DE3876321T2 (ja) |
| ES (1) | ES2037144T3 (ja) |
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| JP2521282Y2 (ja) * | 1991-04-18 | 1996-12-25 | 株式会社フジタ | クレーン付き水平リフト装置 |
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