JP2007010364A - 分光装置の波長校正方法及び分光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 センサーアレイ10における各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅と、予め与えられた該中心波長又は中心波長及び半値幅の基準値との差異を画素番号mの関数(一次関数)として表し、関数を定義する1つ以上の係数を、所定の波長基準を測定して得られたセンサーアレイ10の画素出力に基づいて決定し、該決定された係数を用いて関数から得られる差異と基準値とから、各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅を推定する。
【選択図】 図8
Description
(1)図9、10は、それぞれ各画素の分光感度の中心波長及び半値幅の、画素番号に対する非線形性を示している。これらの図に示すように、中心波長及び半値幅の画素番号に対する非線形性はかなり大きく、画素番号の関数で近似するためには、多くの係数を用いて定義する高次の関数が必要となる。そして、この多くの係数を精度良く決定するためには、この係数の個数に相応する多くの個数の波長基準が必要となる。
(2)近似関数が高次(複雑)なものになるため、波長基準の外側(両端部)の外挿部分で近似精度が急激に劣化する。
(3)各画素の分光感度を簡単な数学関数で近似できない場合には対応できない。
図1は、本発明に係る分光装置の校正方法のための概略構成図である。図1に示すように、分光装置1は、受光光学系2、ポリクロメーター3、信号処理装置4、演算処理装置5で構成され情報処理装置6に接続されている。受光光学系2は、対物レンズ21等からなり、測定対象11からの被測定光11aを受光するとともに、受光した被測定光11aをポリクロメーター3へ向けて入射させるものである。
ここで、本実施形態における波長校正方法の原理について説明する。
<基準分光感度の設定>
波長校正に先立って、予め、センサーアレイ10各画素の波長校正の基準となる分光感度(以降、基準分光感度という)として、シミュレーション(光線トレースなどを用いた光学設計)に基づく設計値が図3に示すような基準分光感度テーブルとして画素毎に(ここでは40個)作成され、これらテーブル情報が例えば情報処理装置6(後述の分光感度テーブル記憶部61)に保存されている。なお、基準分光感度テーブルの情報としては、各画素の分光感度の典型的な値(典型値)となるものが与えられることが好ましい。
上述のように、波長校正は、各画素の分光感度を求めることであるが、本発明の方法では、基準分光感度と、基準分光感度からの差異つまり偏差とを用いて各画素の分光感度を求める。実際には、被校正ポリクロメーター3の分光感度と上記基準分光感度との分光感度の形を決定する中心波長及び半値幅の差異を求め、これに基づいて、基準分光感度テーブルの修正(更新)を行う。なお、このように、修正された基準分光感度テーブルのことを、適宜、修正分光感度テーブルと表現するものとする。
<中心波長の算出>
画素番号mの分光感度における中心波長WCmの、基準値WC0mからの差dWmは、以下の式(1)で示す画素番号mの一次関数で与えられる。この一次関数は、上記図4における符号401に示す偏差の線形性を利用して与えられたものである。
dWm=A・m+B …(1)
但し、A、Bは所定の係数。
WCm=WC0m+dWm=WC0m+A・m+B …(2)
一方、画素番号mの分光感度における半値幅WDmの、基準値に対する比RWmは、以下の式(3)に示す画素番号mの一次関数で与えられる。この一次関数は、上記図5における符号402に示す幅比の線形性を利用して与えられたものである。
RWm=C・m+D …(3)
但し、C、Dは所定の係数。
Wm,n=RWm・(W0m,n−WC0m)+WCm
=RWm・(W0m,n−WC0m)+WC0m+dWm …(4)
ところで上記係数A、B、C及びDの最適な値を決定するべく、波長基準である例えば原子レベルで波長が安定しているHg−Cd(水銀−カドミウム)ランプ(輝線光源)の放射光を分光装置1(センサーアレイ10)によって測定する。このとき、センサーアレイ10上には、Hg−Cdランプの輝線スペクトルによる入射スリットの波長分散像が結像される。図6は、Hg−Cdランプから放射される輝線スペクトルを示しており、横軸は輝線スペクトルの波長を、縦軸は輝線スペクトルの相対強度を示している。同図に示すように、Hg−Cdランプからは複数の輝線が放射されるが、互いに独立し(他の輝線から独立し)ており且つ比較的強い強度を有するとともに、測定波長域である約360nm〜740nmの範囲において偏在しない例えば435.84nm、546.07nm及び643.85nmの波長の3つ(3種類)の輝線(図6における実線で表示している輝線)が波長基準として用いられる。波長基準として用いる上記輝線のことを、以降、評価輝線という。ただし、ここでは評価輝線として3つの輝線を定めているが、これに限定されず、3つ以外の個数の輝線であってもよい。
E=Σm’(R’m’−Rm’)2 …(5)
(A)波長基準(校正基準)として、Hg−Cdランプ等による“輝線”(輝線光源)を用いずともよく、要は、分光特性が既知(分光特性が変化しない)の光源であればよい。例えば、異なるカットオフ波長を有する複数のシャープカット特性のフィルター又はカラーフィルター(基準の分光透過率をもつもの)或いはカラータイル(基準の分光反射率をもつもの)を白熱光源と組み合わせて波長基準としてもよい。
2 受光光学系
21 対物レンズ
3 ポリクロメーター
4 信号処理装置
5 演算処理装置
6 情報処理装置(演算処理部)
7 入射スリット板
7a 入射スリット
8 結像レンズ(結像光学系)
9 回折格子(結像光学系)
10 センサーアレイ(受光センサ)
11 測定対象
11a 被測定光
Claims (6)
- 被測定光が入射する入射スリットと、
複数の画素を有する受光センサと、
前記入射スリットに入射した被測定光による前記入射スリットの波長分散像を前記受光センサの画素上に結像する結像光学系とを備える分光装置の波長校正方法であって、
前記受光センサにおける各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅と、予め与えられた該中心波長又は中心波長及び半値幅の基準値との差異を画素番号の関数として表し、前記関数を定義する1つ以上の係数を、所定の波長基準を前記分光装置により測定して得られた前記受光センサの画素出力に基づいて決定する第1の工程と、
該決定された係数を用いて前記関数から得られる差異と前記基準値とから、各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅を推定する第2の工程とを有することを特徴とする分光装置の波長校正方法。 - 前記第1の工程において、前記各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅の基準値を、シミュレーション又は実測に基づいて求めることを特徴とする請求項1記載の分光装置の波長校正方法。
- 各画素の前記推定された中心波長又は中心波長及び半値幅によって、予め与えられた各画素の基準分光感度を修正し、該修正した基準分光感度を各画素の分光感度とする第3の工程をさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載の分光装置の波長校正方法。
- 前記第3の工程において、前記波長基準としての輝線を前記分光装置により実測して得られる所定の画素の実測画素出力値と、前記所定の画素の前記修正された基準分光感度及び輝線波長に基づき算出される算出画素出力値との誤差を閾値より小さくする該修正された基準分光感度を前記各画素の分光感度とすることを特徴とする請求項3記載の分光装置の波長校正方法。
- 前記第3の工程において、前記各画素の基準分光感度をシミュレーション又は実測に基づいて求めることを特徴とする請求項3又は4記載の分光装置の波長校正方法。
- 被測定光が入射する入射スリットと、
複数の画素を有する受光センサと、
前記入射スリットに入射した被測定光による前記入射スリットの波長分散像を前記受光センサの画素上に結像する結像光学系とを備える分光装置であって、
前記受光センサにおける各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅と、予め与えられた該中心波長又は中心波長及び半値幅の基準値との差異を画素番号の関数として表し、
前記関数を決定する1つ以上の係数を、所定の波長基準を前記分光装置により測定して得られた前記受光センサの画素出力に基づいて決定し、該決定された係数を用いて前記関数から得られる差異と前記基準値とから、各画素の分光感度の中心波長又は中心波長及び半値幅を推定する演算を行う演算処理部を備えることを特徴とする分光装置。
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