KR890004719B1

KR890004719B1 - Optical filter spectrophotometer for color measurement of double beam type

Info

Publication number: KR890004719B1
Application number: KR1019870003239A
Authority: KR
Inventors: 이인원; 정영붕
Original assignee: 재단법인 한국표준연구소; 강홍렬
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1989-11-25
Also published as: KR880012998A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Optical filter spectrophotometer for color measurement of double beam type

제 1 도는 분광 광도계의 개략도.1 is a schematic diagram of a spectrophotometer.

제 2 도는 종래 일반적인 더블빔 형식 역광학계의 개략도.2 is a schematic diagram of a conventional general double beam type reverse optical system.

제 2a 도는 광검출기에서 얻어지는 전기신호.2a is an electrical signal obtained from a photodetector.

제 3 도는 본 발명의 더블빔 형식의 역광학 분광 광도계.3 is a double beam type reverse optical spectrophotometer of the present invention.

제 4 도는 본 발명중 적분구의 표준판과 시료주위를 검게 코팅한 상태도.4 is a state in which the standard plate of the integrating sphere and the sample surroundings in the present invention are coated black.

제 5 도는 본 발명의 제 2 실시예.5 is a second embodiment of the present invention.

본 발명은 컴퓨터 배색장치나 색체측정에 사용되는 분광 광도계의 광학계에 관한 것이다. 분광 광도계는 제 1 도와 같이 분광 광도계의 광학계, 제어 및 계측 전자회로, 마이크로컴퓨터의 3구분으로 구성되는데 마이크로컴퓨터는 제어 및 계측전자회로를 통하여 광학계를 제어하며 측정된 시료의 확산반사도에서 색좌표를 계산하고 배색처방을 수행하며 광학계는 역광학계(reverse Optics)와 전방 광학계(forward optics)로 크게 구분되며 이들은 다시 싱글빔(single beam)과 더블빔(double beam)의 두형식으로 각각 구분된다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical system of a spectrophotometer used for computer colorimetric devices and colorimetric measurements. The spectrophotometer consists of three types of optical system, control and measurement electronic circuit, and microcomputer of the spectrophotometer as shown in Fig. 1. The microcomputer controls the optical system through the control and measurement electronic circuit and calculates the color coordinates from the measured diffuse reflectance of the sample. The optical system is largely divided into reverse optics and forward optics, which are further divided into two types, a single beam and a double beam.

본 발명은 상기한 형태중 더블빔형식의 역광학계에 관한 것으로 이에대한 이해를 돕기 위해 일반적인 더블빔 형식의 역광학계의 개략도인 제 2 도에 의하여 설명하면 다음과 같다. 광원(1)에서 나와 집속렌즈(2)를 거쳐 적분구(3)에 입사된 빛은 적분구(3) 전체로 확산되며 이빛은 다시 시료(4)와 기준판(5)에서 반사되어 렌즈(6)(6´)와 거울(7)(7´)로 형성된 상 광학계(imaging optics)에 의해 그 상이 초퍼(chopper)(8)를 거쳐 교대로 단색화장치(9)에 입사된다. 단색화장치(9)에서는 시료(4)와 기준판(5)에서 반사된 빛의 원하는 파장성분만이 선택된 다음 광검출기(10)에 교대로 입사되어 주어진 파장에서의 반사도에 비례하는 전기신호를 얻게되며 기준판(5)에 의한 신호와 시료(4)에 의한 신호를 비교하여 시료(4) 확산반사도를 측정하는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a double beam type reverse optical system of the above-described type and will be described with reference to FIG. Light incident from the light source 1 and entering the integrating sphere 3 through the focusing lens 2 is diffused through the integrating sphere 3, and the light is reflected back from the sample 4 and the reference plate 5 to reflect the lens ( 6) (6 ') and mirrors (7) (7') by the imaging optics (imaging optics) that the image is incident to the monochromator (9) alternately via a chopper (8). In the monochromator 9, only the desired wavelength components of the light reflected from the sample 4 and the reference plate 5 are selected and then alternately incident on the photodetector 10 to obtain an electrical signal proportional to the reflectance at a given wavelength. The diffusing reflectance of the sample 4 is measured by comparing the signal of the reference plate 5 with the signal of the sample 4.

그러나 종래 이와같은 초퍼거울(8)을 이용한 광학계는 초퍼거울(8)를 구동하는 장치가 복잡하며 제 2(a)도와 같이 전기신호가 계속 변화하는 형태이므로 제어 및 계측회로가 매우 복잡하여 초퍼(8)를 사용하지 않는 형태에 비하여 제작이 대단히 어렵고 까다로와 생산원가가 높아진다.However, in the conventional optical system using such a chopper mirror 8, the device for driving the chopper mirror 8 is complicated and the electric signal is constantly changing as shown in FIG. 2 (a). 8) It is very difficult to manufacture compared to the form that does not use, and the production cost is high.

더블빔을 유지하며 초퍼거울을 제거하려면 단색화장치(9)를 2개 사용하면 되는 것이나 단색화장치의 가격이 초퍼거울과 복잡한 전자회로가 포함된 가격보다 비싸므로 사실상 비현실적이다. 그러므로 본 발명은 초퍼거울을 사용하지 않고 1개의 단색화장치를 사용한 더블빔(double beam)형식의 분광 광도계를 창출한 것으로서 분광 광도계에 사용되는 다색화 장치는 회절격자와 광학필터를 이용하는 것 두가지로 구분되는데 본 발명은 광학필터를 이용한 단색화장치를 사용한 것이다. 광학필터를 이용한 단색화장치는 원판에 여러개의 광학필터를 장치한 형태와 원형의 유리에 투과파장이 원판의 위치에 따라 변화하는 형태등이 있으나 본 발명은 모든 형태의 광학필터 단색화장치를 사용한 분광 광도계에 동일하게 적용된다.To maintain the double beam and remove the chopper mirror, it is necessary to use two monochromators (9), but the price of the monochromator is higher than the price including the chopper mirror and the complicated electronic circuit. Therefore, the present invention creates a double beam type spectrophotometer using one monochromator without using a chopper mirror, and the multicoloring apparatus used in the spectrophotometer is divided into two types using a diffraction grating and an optical filter. The present invention uses a monochromator using an optical filter. Monochromator using optical filter has various optical filters installed on the original plate, and the transmission wavelength of circular glass is changed according to the position of the original plate. However, the present invention is a spectrophotometer using all types of optical filter monochromators. The same applies to.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세히 서술하면 다음과 같다. 광원(11)에서 나와 집속렌즈(12)를 거쳐 적분구(13)에 입사된 빛은 적분구(13)전체로 확산되며 이빛은 다시 시료(14)와 기준판(15)에서 반사되어 각각 동일한 광학필터(16-2)을 투과하여 렌즈(17)에 의해 그 상(image)이 각각 제 1 광검출기(18)과 제 2 광검출기(18´)에 형성되고 각각의 광검출기(18)(18´)에서 검출된 전기신호의 크기를 비교하여 주어진 파장에서의 확산반사도를 측정하는 것이다. 광학필터가 부착된 원판을 회전시켜 (16-2)의 위치에 (16-3)이 오면 같은 방식으로 확산반사도를 측정하며 계속 원판을 회전시켜서 부착된 모든 광학필터로 확산반사도를 측정한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Light incident from the light source 11 and entering the integrating sphere 13 through the focusing lens 12 is diffused through the integrating sphere 13, and this light is reflected back from the sample 14 and the reference plate 15, respectively. An image is formed on the first photodetector 18 and the second photodetector 18 'by the lens 17 by passing through the optical filter 16-2, and each photodetector 18 ( 18 ') compares the magnitudes of the electrical signals detected and measures the diffuse reflectance at a given wavelength. Rotate the disc with the optical filter and measure the diffuse reflectivity in the same way when (16-3) comes to the position of (16-2), and continue to rotate the disc to measure the diffuse reflectance with all the attached optical filters.

이와같은 방법에 의해 측정함으로서 초퍼 미러가 생략되며 광검출기 1(18)과 광검출기 2(18´)에서 안정된 전기신호를 얻을 수 있으므로 계측 전자회로의 단순화를 가져올수 있는 것이고 가격이 저렴한 광검출기 2개를 사용하더라도 생산원가가 저렴하게 유지될 수 있는 것이다. 그러나 이러한 형태의 광학계는 기준판(15)과 시료(14)의 상을 형성렌즈(17)나 오목거울등의 상 광학계(imaging optics)와 광학필터(16-1), (16-2), (16-3)등의 광학부품에서 일어나는 빛의 산란효과에 의해 기준판(15)과 시료(14)의 상이 형성되는 광검출기 1(18)과 광검출기 2(18´)의 위치에 기준판(15)과 시료(14)에서 반사된 빛외에 적분구(13)의 다른부분에서 반사된 빛도 입사되어 측정오차가 나타난다. 적분구(13)는 내부가 확산 반사도가 높은 물질로 코팅되어 있는 구형의 장치로서 렌즈(17)의 위치를 조절하며 시료(14)와 기준판(15)을 포함하는 최소한의 상을 광검출기(18)(18´)에 형성시킬때 광검출기 1(18)과 2(18´)에 입사되는 빛은 각각 기준판(15)과 시료(14)에서 반사된 빛외에 그주위에서 반사된 빛이 렌즈(17)나 광학필터(16-1)(16-2)(16-3)에서 산란되어 입사된다. 산란된 빛은 측정오차로 나타나므로 이것을 감소시키기 위해서 제 4 도의 도시와 같이 기준판(15)과 시료(14)주위 이면을 흑색처리하여 빛의 반사를 억제한 것이다.By measuring in this way, the chopper mirror is omitted and stable electrical signals can be obtained from the photodetector 1 (18) and the photodetector 2 (18´), which leads to the simplification of the measurement electronic circuit and the low cost photodetector 2. Even with dogs, production costs can be kept low. However, this type of optical system forms images of the reference plate 15 and the sample 14, such as imaging optics such as a lens 17 or a concave mirror, optical filters 16-1, 16-2, The reference plate is positioned at the positions of the photodetector 1 (18) and the photodetector 2 (18 ') in which the images of the reference plate 15 and the sample 14 are formed by the scattering effect of light generated by optical components such as (16-3). In addition to the light reflected from (15) and the sample 14, the light reflected from the other part of the integrating sphere 13 is also incident and a measurement error appears. The integrating sphere 13 is a spherical device in which the inside is coated with a material having high diffuse reflectance. The integrating sphere 13 adjusts the position of the lens 17 and has a minimum image including the sample 14 and the reference plate 15. 18), the light incident on photodetectors 1 (18) and 2 (18 ') is reflected by the light reflected from the base plate 15 and the sample 14 in addition to the light reflected from the reference plate 15 and the sample 14, respectively. The light is scattered by the lens 17 or the optical filters 16-1, 16-2, and 16-3 and is incident. Scattered light appears as a measurement error, and in order to reduce this, the back surface around the reference plate 15 and the sample 14 is blackened to suppress the reflection of light as shown in FIG.

또 다른 실시예로써의 초퍼거울을 사용하지 않는 더블빔형태의 역광학 분광 광도계는 광원(11)에 안정된 출력을 내는 직류전원(20)을 연결하면 빛 세기의 순간적(1분 이하)인 변화는 무시되므로 광학필터가 1회전하는 1분 이하의 시간내에서는 광원(11)의 출력은 일정하다. 따라서 제 5 도와 같이 같은 순간에 기준판(15)의 상이 통과하는 광학필터(16-2)와 시료(14)의 상이 통과하는 광학필터(16-3)은 서로 달라도 이들의 크기를 이들과 연결된 마이크로컴퓨터에 입력한다음 같은 광학필터(16-1,2,3,4)를 통과했을때의 컴퓨터에 입력된 기준판(15) 광신호와 시료(14)의 광신호를 비교하도록 한 것이다. 또 모든 더블빔 형식의 확산반사도 측정용 분광 광도계는 기준판(15)이 필요한데 일반적인 형태는 기준판(15)을 적분구(13) 외부에서 부착하는 형식을 취하고 있으나 확산반사도가 높은 물질로 코팅되어 있는 적분구(13) 내부면을 직접 기준판으로 사용하여 적분구(13)의 제작을 간편히 하고 기준판을 외부에서 부착할 필요가 없게 하여 사용을 간편하게한 것이다.In another embodiment, a double beam type reverse optical spectrophotometer that does not use a chopper mirror may have an instantaneous change of light intensity (less than one minute) when a direct current power source 20 having a stable output is connected to the light source 11. Since it is neglected, the output of the light source 11 is constant within 1 minute or less when the optical filter rotates once. Therefore, the optical filter 16-2 through which the image of the reference plate 15 passes and the optical filter 16-3 through which the image of the sample 14 pass at the same moment as the fifth diagram may be connected to their sizes. The optical signal of the reference plate 15 inputted to the computer and the optical signal of the specimen 14 are compared with each other after passing through the same optical filter 16-1, 2, 3, 4 after being input to the microcomputer. In addition, all the double beam type spectrophotometers for measuring diffuse reflectance require a reference plate 15. The general form of attaching the reference plate 15 outside the integrating sphere 13 is coated with a material having high diffuse reflectance. By using the inner surface of the integrating sphere 13 directly as a reference plate, the production of the integrating sphere 13 is simplified, and the reference plate does not need to be attached from the outside, thereby simplifying its use.

이와같이된 본 발명의 더블빔 형태의 역광학 분광 광도계는 제작원가가 고등한 초퍼밀러의 사용을 지양하여 기기자체의 가격을 저렴하게 하여 가격 경쟁력을 높이는 것이며, 기준판(15)을 적분구(13)자체로 대제하게 하여 그 사용과 제작을 간편하게 하며 기기자체의 품질을 향상하게한 효과가 있는 것이다.The double beam type reverse optical spectrophotometer of the present invention thus avoids the use of a high-cost chopper miller, thereby lowering the price of the device itself, thereby increasing the price competitiveness, and integrating the reference plate 15 into the integrating sphere 13 It has the effect of simplifying its use and production and improving the quality of the device itself.

Claims

In the known double beam spectrophotometer in which the light emitted from the light source 11 is incident and diffused through the focusing lens 12 into the integrating sphere 13 and reflected from the sample 14 and the reference plate 15, the sample ( 14 and the reference plate 15, which are respectively transmitted through the same optical filter (16-1), (16-2), (16-3) and the like, respectively, the image of each photodetector by the lens 17 (18) An optical filter spectrophotometer for measuring color of a double beam type in which diffuse reflectance is measured by comparing the magnitudes of electrical signals formed and detected in (18 ').

A stable direct current power source is connected to the light source 11, and the light reflected from the sample 14 and the reference plate passes through each lens 17 (17 ') and the optical filter 16-2 (16-3). The electrical signals generated by forming images on two photodetectors 18 (18 ') are stored in a computer and the disc is continuously rotated to repeat the same measurement for all optical filters attached to the disc. Diffuse reflectance is calculated by comparing the light reflected from the sample plate and the reference plate through the optical filter 16-1 among the data input to the computer. An optical filter spectrophotometer for color measurement in the form of a double beam, calculated in the same way as it passes.

The apparatus according to any one of claims 1 to 2, wherein the peripheral portion to which the sample (14) and the reference plate (15) of the integrating sphere (13) are attached is blacked to suppress reflection and scattering of light.

Apparatus according to any one of claims 1-2, which uses the inner surface of the integrating sphere (13) directly as a reference plate.