JPH0545213A - 光量測定装置のエラー検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源の寿命等によるエラーの要因を事前に検
出して、光量測定装置の保守を容易にし、測定データの
信頼性を向上する。 【作用】 スタートすると先ず白板補正のためサブルー
チンＡを実行して補正係数を求めたのち試料を測定し、
データ処理して結果を出力する。サブルーチンＡでは、
白板についてＭ回補正測定を行ない、その最大値，最小
値が許容範囲内にあれば補正係数を求める処理をしてリ
ターンし、否ならば補正測定エラーを表示してエンドへ
行く。この発明は、補正処理の前にサブルーチンＢにジ
ャンプして光源の発光量のバラツキを示す分散値を計算
し、許容範囲内にあればリターンするが、否ならば光源
エラーを表示してエンドへ行く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源の照射光が試料
によって反射又は散乱あるいは試料を透過した光量を光
電変換素子により受光して測定する光量測定装置のエラ
ー検出方法及びその装置に関し、特に光源の寿命等によ
るエラーの検出方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源により試料を照射し、その照射光が
試料によって反射又は散乱あるいは試料を透過した光量
を光電変換素子（以下「センサ」ともいう）により受光
して測定する光量測定装置は、主として反射による反射
率計，濃度計、主として透過による透過率計，濃度計，
濁度計、反射と散乱による光沢度計、主として散乱によ
る気体や液体中の浮遊物検出装置、或いは分光特性を問
題とする分光反射率計，分光透過率計，色彩計等の装置
に広く応用されている。

【０００３】比較的簡単な装置においては、白熱ランプ
を光源とし、光起電力や光導電性を利用した非蓄積型の
Ｓｅ光電池，Ｓｉダイオード，ＣｄＳ光導電体等のセン
サが使用されている。また、他の光源に比べて瞬間光量
が遥かに大きいフラッシュ光源と蓄積型のセンサとを使
用し、測定周期を短かくすることにより、暗電流と外部
光による迷光の影響を減少させ、装置の操作性を向上さ
せたものもある。

【０００４】しかしながら、白熱ランプであってもフラ
ッシュ光源を用いても、電源電圧の僅かな変動等により
測定の都度その発光量に多少のバラツキがあるため、試
料による反射又は散乱あるいは透過等の変調を受けた測
定光量を受光するセンサの他に光源を直接モニタするセ
ンサを設け、測定データをモニタデータで除算すなわち
ノーマライズすることにより、発光量のバラツキの影響
を除外していた。

【０００５】また、センサの感度（光電変換率）あるい
は色彩計等分光特性を問題とするものでは光源及びセン
サの分光特性等の経時的変化の影響を除外するため、試
料測定に先立って白板補正すなわち反射による場合は標
準白色板、透過による場合は無色透明物質（以下まとめ
て「白板」という）を測定してそれぞれ１００％（較正
データが分っていればその値）の時の測定データを記憶
し、試料を測定した時の測定データを補正していた。

【０００６】さらに、白板の測定を複数回行なってそれ
らの測定データの平均値を記憶し、白板補正を行なうも
のもあった。あるいは複数回の白板測定において、光源
の発光量にそれぞれ対応するモニタデータ又はノーマラ
イズ前の測定データのうち、その最大値と最小値がそれ
ぞれ予め設定した範囲内にあるか否かを判定することに
より、光源の劣下や白板測定が正しく行なわれたかどう
かを調べ、エラーがあれば表示するものもあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
判定の規準となる最大値，最小値の許容範囲を余り狭く
設定すれば、折角モニタデータによるノーマライズや白
板補正によって充分カバー出来るデータでもエラー表示
が頻発するという問題がある。反対に、許容範囲を広く
設定すれば、光源やその電源部の経時変化すなわち寿命
によるエラー等を検出出来ないという問題があった。

【０００８】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、光源の寿命等によるエラーの要因を事前に検出
して、光量測定装置の保守を容易にし、測定データの信
頼性を向上することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、第１の発明は、光源により試料を照射
し、その照射光が試料によって反射又は散乱あるいは試
料を透過した光量を光電変換素子により受光して測定す
る光量測定装置のエラー検出方法において、試料測定に
先立つ白板補正のための補正測定を複数回行なって、そ
れにより得られた光源の発光量に対応する複数のデータ
の分散値が予め設定した範囲内にあるか否かを判定し
て、該範囲内にあれば測定ルーチンを続行し、該範囲内
になければ光源エラーを出力するものである。

【００１０】第２の発明は、試料を照射する光源と光電
変換素子とを備え、光源の照射光が試料によって反射又
は散乱あるいは試料を透過した光量を光電変換素子によ
り受光して測定する光量測定装置のエラー検出装置にお
いて、試料測定に先立つ白板補正のための補正測定を予
め設定した複数回行なうように制御する補正測定制御手
段と、複数回の補正測定により得られた光源の発光量に
対応する複数のデータから所要の分散値を計算する演算
手段と、その演算手段が計算した分散値が予め設定した
範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、その判定手
段が否と判定した時に光源エラーのアラームを発するか
メッセージを表示又はプリントするエラー出力手段とを
設けたものである。

【００１１】

【作用】一般に、寿命に近づいた光源はその発光量が徐
々に低下する傾向を示すが、それよりも、不安定になっ
て発光量がバラつく傾向が顕著に現われてくる。

【００１２】したがって、第１の発明による光量測定装
置のエラー検出方法によれば、複数回行なった補正測定
の光源の発光量に対応するデータの分散値が、予め設定
した範囲内にあるか否かを判定して該範囲内になければ
光源エラーを出力するから、高精度のエラー検出が行な
われる。

【００１３】第２の発明による光量測定装置のエラー検
出装置は、補正測定制御手段の制御により複数回の補正
測定が行なわれ、演算手段が得られた光源の発光量に対
応する複数のデータの分散値を計算する。判定手段はそ
の分散値が予め設定した範囲内にあるか否かを判定し、
その結果が否であればエラー出力手段が光源エラーのア
ラームを発するかメッセージを表示又はプリントするか
ら、オペレータは容易に光源が寿命に近づいていること
を知り、光源交換等の対策を実施することが出来る。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
具体的に説明する。図２は、この発明の一実施例である
分光透過率計の光学系の一例を示す概略構成図である。

【００１５】例えば冷陰極クセノン放電管からなるフラ
ッシュ光源１は、それぞれ図示しない比較的高電圧に充
電されたコンデンサとトリガ回路とに接続され、トリガ
回路から高圧トリガ信号が印加されると、コンデンサに
充電されていた電荷が放電して、数十乃至数百μｓ程度
の短時間に強力なフラッシュ光を放射する。

【００１６】その放射光はコリメータレンズ２により平
行光に変換されて試料３を照射し、試料３を透過した平
行な透過光は回折格子４により分光された後、結像レン
ズ５によってフォトダイオードアレー（光電変換素子
群）６の複数の光電変換素子であるフォトダイオードＰ
１，Ｐ２…Ｐｎからなる受光面上にスペクトル即ち分光
光量分布像を形成する。

【００１７】その分光光量分布は、それぞれ分光域に対
応する各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにより電流又は電
荷に変換され、後段の図示しない測定回路により測定さ
れるが、一般にフォトダイオードの分光感度は必ずしも
均一ではなく、フォトダイオードを構成する材質例えば
Ｓｅ，Ｇｅ，Ｓｉ等によりそれぞれ異なる特有の分光感
度特性を示すため、そのままでは正しい分光透過率特性
が得られない。

【００１８】そのため、試料を測定する前に白板補正を
行なう。即ち光学特性が試料に近似する無色透明な材質
すなわち試料が例えば写真用フィルタであればゼラチン
膜や光学ガラス、液体試料であればその溶媒又は等価の
液体等の標準試料（白板）について測定しておいた測定
データとの比をとることにより、正しい分光透過率特性
が得られる。

【００１９】一方、フォトダイオードアレー６には、フ
ォトダイオードＰｎに隣接してもう１個のフォトダイオ
ードＰｎ＋１が、光源モニタ用として設けられている。
オプティカルファイバ７の開口端７ａはフォトダイオー
ドＰｎ＋１に密接し、他の開口端７ｂはＮＤ（ニュート
ラルデンシティ）フィルタ８を介してフラッシュ光源１
に対向している。

【００２０】したがって、フラッシュ光源１が発光する
と、その放射光の一部は試料３を透過し分光されてフォ
トダイオードＰ１〜Ｐｎに入射し、同時に放射光の他の
一部はＮＤフィルタ８，オプティカルファイバ７を通っ
てモニタ用ダイオードＰｎ＋１に入射する。ＮＤフィル
タ８はモニタ光を減衰させることにより、分光されて各
フォトダイオードＰ１〜Ｐｎに入射する光量とのバラン
スをとるために設けたものである。

【００２１】図３は図２に示した実施例（分光透過率
計）の電気系の一構成例を示す回路図である。図３に示
した電気系は大別して、光源部１０と、受光部１１と、
測定手段である測定部１２と、制御部２０とから構成さ
れている。

【００２２】光源部１０は、フラッシュ光源１と、フラ
ッシュ光源１に発光電力を供給すると共に、発光信号Ｆ
Ｓに応じてトリガ信号を出力するフラッシュ電源１４と
からなり、発光信号ＦＳが入力するとフラッシュ電源１
４内の図示しないパワーコンデンサの容量とその充電電
圧とにより決定される所定光量のフラッシュ光をフラッ
シュ光源１から放射する。

【００２３】受光部１１は、フォトダイオードアレー６
と、それを構成する各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎ＋１
に逆バイアスのＤＣ電圧を印加する電池１５とからな
る。各フォトダイオードＰ１〜Ｐｎ＋１にそれぞれ並列
に示したコンデンサＣ１〜Ｃｎ＋１は接合容量であり、
その容量は微少であるが受光光量に比例して発生した電
荷を蓄積し、測定時には電荷を放出してクリアされる。

【００２４】測定手段である測定部１２は、マルチプレ
クサ（アナログ）１６とチャージアンプ１７とＡ／Ｄコ
ンバータ１８とから構成されている。マルチプレクサ１
６は測定信号ＭＣの入力に応じてアドレスクリアされ、
クロックＣＬＫに応じてアドレスをカウントアップしな
がらそのアドレスｋに対応するフォトダイオードＰｋの
接合容量Ｃｋに蓄積された電荷を取出して次段のチャー
ジアンプ１７に出力する。アドレスがその最大値に達す
れば、クロックＣＬＫが入力してもカウントアップしな
い。

【００２５】チャージアンプ（積分増幅器）１７は、原
理的にオペアンプＯＰとそのフィードバック回路に挿入
されたコンデンサＣとスイッチＳＷとの並列回路とから
構成されたサンプルホールド回路であり、マルチプレク
サ１６からクロックＣＬＫに同期してシリアルに出力さ
れる電荷量に比例したコンデンサＣの充電電圧Ｖｓを次
段のＡ／Ｄコンバータ１８に出力する。

【００２６】例えば半導体スイッチからなるスイッチＳ
Ｗは、クロックＣＬＫに同期してＡ／Ｄコンバータ１８
がコンバートに必要な時間だけ電圧Ｖｓをホールドした
後、コンデンサＣの両端を瞬間的にショートして放電さ
せ、次に入力する電荷量の測定に備える。Ａ／Ｄコンバ
ータ１８は、改めて説明するまでもなく、チャージアン
プ１７のアナログ出力電圧Ｖｓを例えば８〜１６ビット
のデジタル測定データに変換し、次段のマイクロコンピ
ュータ（以下「ＭＣＰ」という）２１に出力する。

【００２７】制御部２０はＭＣＰ２１と制御ロジック回
路２２とから構成されている。ＭＣＰ２１は、ＣＰＵ２
３，ＲＯＭ２４，ＲＡＭ２５等からなり、ＲＯＭ２４に
予め格納されているプログラムに基づいてＣＰＵ２３が
装置全体を制御すると共に、オペレータの指示に応じて
測定開始信号ＭＳＴを制御ロジック回路２２に出力し、
測定をスタートさせる。

【００２８】また、演算手段であるＣＰＵ２３は、測定
部１２（のＡ／Ｄコンバータ１８）が出力する測定デー
タをデータ記憶手段であるＲＡＭ２５に一度記憶させた
後、複数のデータについて平均値その他の統計量の計算
あるいは統計量の平均値に対する比（相対値）を求める
と共に、測定データをモニタデータで割ってノーマライ
ズする等の計算を実行し、得られたデータをＲＡＭ２５
に格納する。

【００２９】制御ロジック回路２２は、内蔵する図示し
ない発振器が出力するかＭＣＰ２１のＣＰＵ２３から入
力するクロックＣＬＫを、測定部１２を構成するマルチ
プレクサ１６やチャージアンプ１７のスイッチＳＷやＡ
／Ｄコンバータ１８に出力すると共に、そのクロックＣ
ＬＫをカウントして測定信号ＭＣと発光信号ＦＳを形成
し、それぞれマルチプレクサ１６とフラッシュ電源１４
とに出力する。

【００３０】すなわち、測定開始信号ＭＳＴが入力する
と、制御ロジック回路２２は第１の測定信号ＭＣ１をマ
ルチプレクサ１６に出力し、マルチプレクサ１６はクロ
ックＣＬＫに応じてフォトダイオードＰ１〜Ｐｎ＋１の
接合容量Ｃ１〜Ｃｎ＋１に蓄積されていた電荷を取出し
てクリアする。一方、制御ロジック回路２２は測定信号
ＭＣ１を出力した後、クロックＣＬＫをカウントして、
（ｎ＋１）を超えた時（フォトダイオードのクリアが終
了した時）に発光信号ＦＳをフラッシュ電源１４に出力
し、さらにカウントを続行してフラッシュ光源１の発光
（数＋乃至数百μｓ）が収まった後、第２の測定信号Ｍ
Ｃ２をマルチプレクサ１６に出力する。

【００３１】発光信号ＦＳに応じてフラッシュ光源１が
発光し、試料３を透過し回折格子４により分光された光
はフォトダイオードＰ１〜Ｐｎに入射し、ＮＤフィルタ
８で減光されオプティカルファイバ７を経たモニタ光は
フォトダイオードＰｎ＋１に入射する。それらの入射光
によってそれぞれ蓄積された電荷量は、測定信号ＭＣ２
とクロックＣＬＫとに応じて作動するマルチプレクサ１
６によりシリアルに取出され、チャージアンプ１７によ
ってサンプルホールドされている間に、Ａ／Ｄコンバー
タ１８によりそれぞれデジタルの測定データ（１〜ｎ）
及びモニタデータ（ｎ＋１）に変換され、ＭＣＰ２１の
ＲＡＭ２５に記憶される。

【００３２】図１は、予めＲＯＭ２４に格納されている
測定ルーチンのプログラムの一例を示すフロー図であ
り、左側の「スタート」から「エンド」に至る縦のフロ
ーは測定のメインルーチンを示し、中央のＡ及び右側の
Ｂに続く縦のフローは、エラーが発生した時のエラー表
示ルーチンを除けば、それぞれ白板補正及び分散検定の
ためのサブルーチンを示す。

【００３３】メインルーチンがスタートすると、白板補
正のための白板がセットされるのを待って白板補正（サ
ブルーチンＡ）を実行する。次に必要あれば、破線で示
したように、基準色板がセットされるのを待って基準色
測定を実行する。

【００３４】白板補正，基準色測定および試料測定は、
オペレータの操作及び測定データをＲＡＭ２５に記憶さ
せるまでのルーチンは全く同様であり、それ以降の記憶
されたデータの処理が異なる。従って、オペレータは
（例えば図示しない切換スイッチによって）、(１)白板
補正、(２)基準色測定、(３)試料測定の各モードを切換
えてから各測定の操作に入ることにより、（１)→(２)
→(３）か（１)→(３）いずれかのコースを選択するこ
とが出来る。

【００３５】試料測定においても、試料がセットされる
のを待って（通常は複数回の）測定を行ない、データ処
理に入る。フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにより得られた
ｎ個の測定データは、同時にフォトダイオードＰｎ＋１
により得られたモニタデータでそれぞれノーマライズす
ることにより、フラッシュ光源１の発光量のバラツキの
影響を除去した後、各フォトダイオード即ち各分光域毎
にそれぞれ対応する白板補正により得られた補正データ
で補正し、各変動要素の影響を除いた正しい分光分布特
性データが得られる。

【００３６】この光量測定装置が色彩計であれば、この
分光分布特性データから更にＣＩＥのＸＹＺ表色系又は
ＵＣＳ表色系の色度座標ｘ，ｙ又はｕ，ｖを計算する処
理が加わる。最後に、得られた分光分布特性データある
いは色度座標等の結果を、表あるいはグラフとして表示
又はプリントしてエンドになる。

【００３７】白板補正においてサブルーチンＡにジャン
プすると、先ず予め設定されているＭ回の補正測定を実
行して、各回毎にそれぞれの測定データ及びモニタデー
タをＲＡＭ２５に記憶する。次に、各回毎の例えば測定
データの和（Ｍ個）のうちの最大値及び最小値を検出
し、白板について予め設定してある許容最大値及び許容
最小値と比較して、いずれもその範囲内にあるか否かを
判定する。

【００３８】許容される最大値及び最小値は、各測定デ
ータをモニタデータでノーマライズすればフラッシュ光
源１の発光量のバラツキを補正し得る程度に広く設定さ
れているから、正しく操作されていればエラーと判定さ
れることはないが、白板を正しくセットしていないか、
誤って異なる補正板をセットして了った時、あるいは外
光が混入したような場合には、許容限界から外れてエラ
ーと判定され、図示しないエラー出力手段である電子ブ
ザーやディスプレー又はプリンタにより補正測定エラー
のアラームが出たり、メッセージが表示又はプリントア
ウトされて、エンドへ行く。

【００３９】したがって、上記の判定では、大幅な光量
低下が発生しない限り光源の寿命判定は困難である。そ
のため、この発明では、上記の最大値及び最小値が許容
範囲に収まっているデータについて、以下説明するよう
な分散検定を行なう。

【００４０】分散検定からサブルーチンＢにジャンプす
ると、測定により得られた各回毎のデータのうち、フラ
ッシュ光源１の発光量に対応するＭ個の例えばモニタデ
ータ（白板であるから測定データ又はその和で代用して
もよい）について統計計算を行ない、平均値及びバラツ
キを示す範囲Ｒ（＝最大値−最小値）又はσ（標準偏
差）等の分散値を求める。

【００４１】分散値としては一般に、Ｍが小さければ範
囲Ｒ、Ｍが大きければσが適する。また、範囲Ｒ又はσ
を平均値で割った相対的な分散値をとれば、経時的な発
光量の変化を除外して不安定性によるバラツキをより正
しく捉えることが出来る。

【００４２】次に、分散値として選択した範囲Ｒ又はσ
あるいはそれらの相対値のうちの何れかを、予め選択し
た分散値に対応して設定した範囲内にあるか否かを判定
し、範囲内にあればサブルーチンＡの分散検定にリター
ンし、否であれば光源エラーのアラームかメッセージを
出力してエンドへ行くから、オペレータは光源エラーの
原因（第１はフラッシュ光源の寿命）を調べて処置すれ
ばよい。

【００４３】補正測定，光源のいずれのエラーもなく分
散検定にリターンすれば、次の補正処理に進み、各測定
データを同時に得られたモニタデータで割ってノーマラ
イズした後、各フォトダイオード毎にＭ個のノーマライ
ズデータの平均値の逆数を求める。白板補正ならばその
逆数を１００倍すれば補正係数が得られる。

【００４４】これらの補正係数は、試料測定の時にそれ
ぞれ対応するノーマライズされた測定データに乗算する
ことにより、補正された正しい分光光量特性が得られる
ものである。各分光域に対応するＮ個のフォトダイオー
ド毎の補正係数が求められれば、補正処理を終ってサブ
ルーチンＡからメインルーチンの白板補正にリターンす
る。

【００４５】以上説明したように、この発明によれば、
光源の不安定性による発光量のバラツキを検定すること
により光源の寿命を判定するから、従来の発光量の低下
によるものに比べて精度の高い判定を行なうことが出来
る。

【００４６】また、実施例に示したように、従来の発光
量低下による判定と併用すれば更に判定の精度が高まる
ことはいうまでもない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
光源の寿命等によるエラーの要因を事前に検出して、光
量測定装置の保守を容易にし、測定データの信頼性を向
上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における測定ルーチンのプロ
グラムの一例を示すフロー図である。

【図２】この発明の一実施例である分光透過率計の光学
系の一例を示す概略構成図である。

【図３】図２に示した実施例の電気系の構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

１ フラッシュ光源（光源） ３ 試料 ６ フォトダイオードアレー １０ 光源部 １１ 受光部 １２ 測定部 ２０ 制御部 ２３ ＣＰＵ（補正測定制御手段，演算手段，判定手
段） Ｐ１，Ｐ２…Ｐｎ，Ｐｎ＋１ フォトダイオード（光電
変換素子）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源により試料を照射し、その照射光が
   前記試料によって反射又は散乱あるいは前記試料を透過
   した光量を光電変換素子により受光して測定する光量測
   定装置のエラー検出方法において、 試料測定に先立つ白板補正のための補正測定を複数回行
   なって、それにより得られた前記光源の発光量に対応す
   る複数のデータの分散値が予め設定した範囲内にあるか
   否かを判定し、該範囲内にあれば測定ルーチンを続行
   し、該範囲内になければ光源エラーを出力することを特
   徴とする光量測定装置のエラー検出方法。
2. 【請求項２】 試料を照射する光源と光電変換素子とを
   備え、前記光源の照射光が前記試料によって反射又は散
   乱あるいは前記試料を透過した光量を前記光電変換素子
   により受光して測定する光量測定装置のエラー検出装置
   において、 試料測定に先立つ白板補正のための補正測定を予め設定
   した複数回行なうように制御する補正測定制御手段と、 複数回の前記補正測定により得られた前記光源の発光量
   に対応する複数のデータから所要の分散値を計算する演
   算手段と、 その演算手段が計算した前記分散値が予め設定した範囲
   内にあるか否かを判定する判定手段と、 その判定手段が否と判定した時に、光源エラーのアラー
   ムを発するかメッセージを表示又はプリントするエラー
   出力手段とを設けたことを特徴とする光量測定装置のエ
   ラー検出装置。