今回は分光器の仕組みについて説明します。
分光測色計は測定対象の物質を反射もしくは透過してきた光を波長成分で分散してサンプリングします。
つまりニュートンの実験のように光を虹の成分に分解して、それぞれの成分の強さを測定するのです。
この虹を作る機器、いわゆる分光器にいくつかのタイプがあります。
最も代表的なものはニュートンの実験でも使用したようにプリズムです。
図 - 1のように、反射してきた光に対して、プリズムで虹を作って（分散して）おいて、 センサー前のスリットをスライドさせることで各波長の強さを測定します。
この仕組みはシステムが大掛かりになるため、現在では一般的な色の測定には使用されていません。
次に現在の分光システムとして最も一般的に使用されているのがグレーティング（回折格子）を使用した分光システムです。
グレーティングはCDやDVDのように鏡面に細い溝を入れることで反射角度で異なる波長を取り出すことができるデバイスです。
CDやDVDの記録面を光に当ててみると虹色が見えると思いますが、これはグレーティングの効果によるものです。
グレーティングの原理は、図 - 2のように、光の入射角をβとした時、反射角αで、特定波長の位相差（波数X光路差）が2πの整数倍になるとき、干渉した強度（振幅）が最大になるという原理によるものです。
つまりαの角度ごとに異なる波長の成分のみが取り出せる仕組みになります。
図 - 2 グレーティング（回折格子）の仕組み
グレーティングを使用した分光システムの仕組みを図 - 3に示します。
サンプルからの光をグレーティングに入射して反射してくる光をセンサーがずらりと並んたポリクロメータ（センサーアレイ）で受光すれば、角度ごとの異なる波長の光の強度を測定できることになります。
図 - 3 グレーティングによる光の分光システム
グレーティングの仕組みでは波長解像度の高いサンプリングを行いますが、高度方向のダイナミックレンジを大きくとるためにコンボリューションにより、10nm程度の波長解像度にまとめて利用します。
グレーティングシステムの問題点は分光器とセンサーアレイの位置取りが非常に厳密に位置合わせされていなければならないことです。位置取りが１nmずれただけでも大きな測定誤差になってしまうため、振動などに衝撃などには弱くなる傾向があります。
ハンディーの測定器など、現場での使用を目的にした耐震性の良い分光器としては干渉フィルターによるフィルター方式の分光システムがあります。
干渉フィルターは、通常、誘電体や金属蒸着などの多層膜で作成される狭帯域のバンドパスフィルターが使用され、サンプリング波長ごとの16－31枚程度のフィルターを円盤の周囲に配置することで、このフィルター円盤を一回転させると全波長成分がサンプリングされる仕組みになっています。
図 - 4 フィルター円盤による光の分光システム
このサンプリング方式の特長は振動などの衝撃に強くハンディーの分光測色計に利用されています。
おすすめの参考資料
-
測色入門ウェビナー｜オンデマンドウェビナー
本ウェビナーでは、色の数値管理・デジタル化による品質管理について、測色計や標準光源装置の導入にあたって必要な知識をゼロからお伝えします。
-
なぜ昼光が必要なのでしょうか？メタメリズムを無視していませんか？｜ホワイトペーパー
メタメリズムは、物体の分光反射または透過曲線がそれぞれ異なる場合に発生します。メタメリズムを引き起こす原因と種類、防ぐ方法を徹底的にご解説します。
-
X-Rite 飲料缶測定 ゲージ R&R スタディ｜ホワイトペーパー
飲料缶メーカーがデジタルデータによって、カラーコミュニケーション、デザイン、生産をより速く、一貫性をもって行えるか、調べています。
-
自動車用のメタリック／特殊エフェクト塗料の測定を行うには？｜アプリケーションノート
MA-5 QCマルチアングル分光測色計とEFX QCソフトウェアが、自動車塗料の色評価精度を向上させ、プロセス改善のためのデータを追跡する方法をご紹介します。
関連製品一覧
色と見えの原理：オンライン（FOCA）
「色と見えの理論」のオンラインコースは色の基礎知識を提供、測色＆データの理解や、信頼のおけるカラー品質プログラムとは何かを説明します。 |
お問い合わせや、無料相談・無償機材貸出・製品見学会のお申込はこちら
