JP2507820B2 - 分光測定装置 - Google Patents

分光測定装置

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JP2507820B2 JP32212889A JP32212889A JP2507820B2 JP 2507820 B2 JP2507820 B2 JP 2507820B2 JP 32212889 A JP32212889 A JP 32212889A JP 32212889 A JP32212889 A JP 32212889A JP 2507820 B2 JP2507820 B2 JP 2507820B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、放射に対して大気の吸収が存在する赤外波
長域において、放射源からある距離をおいた位置での分
光放射照度分布を測定するための分光測定装置である。
従来の技術 現在、赤外放射を利用した産業応用が注目されてお
り、遠赤外放射の効果の測定や放射源の開発が行われて
いるにもかかわらず、その定量的な測定において十分な
精度が得られないという問題がある。この原因の一つ
は、大気中のH2OやCO2による放射の吸収にある。たとえ
ば放射大の温度が1000〜2000Kとすると、上記の吸収が
問題となるのは、1.4,1.8,2.6,2.7,6.3μm(H2O)およ
び4.3μm(CO2)の波長帯である。これらの吸収は、当
然測定雰囲気の湿度やCO2濃度によってその大きさが変
化する。分光放射照度測定は、一般に分光放射照度の値
の付いた標準放射源(黒体炉など分布温度によって、そ
れから得られるの分光放射輝度が決定できる標準を使っ
て分光放射照度標準の値付けを行う。)と試料放射源と
の比較測定によって行なうが、測定の雰囲気によって放
射の大気による吸収が異なるため、その分光吸収率を求
め、それによる補正を行う必要がある。従来この、大気
の吸収測定は、分光測定装置とコリメータ光学系を組み
合わせて、放射源との距離を変えて、ある波長における
放射の吸収を求め、その波長における光路長の単位長さ
当りの吸収を測定し、その値から、分光放射照度測定を
行う放射源から、分光測定器の入射光学系、すなわち拡
散面までの距離における大気の吸収の補正係数をもとめ
ていた(中川靖夫他:平成元年照明学会全国大会93)。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記方法では、実際の分光放射照度測定
の前に、別の光学系を組み込んで吸収を測定することに
なり、この吸収の測定から分光放射照度の測定までの
間、測定雰囲気の湿度やCO2濃度を一定に保つ必要があ
り、特に分光器に波長走査形の回折格子分光器などを使
用する場合、これらの測定が長時間を要するため、十分
な測定精度を維持することが難しいという問題があっ
た。
本発明は、上記従来技術に基づき、放射の大気による
吸収が生じる波長を含む波長帯域での、放射源の分光放
射照度測定を行う場合において、大気の吸収の補正を短
時間に効率よく行ない、測定雰囲気の湿度やCO2濃度の
変化による測定値への影響を抑え、測定精度を向上させ
ることを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、放射源からの放射
を拡散して分光器に導く入射光学系と、前記放射を分光
分散する分光器と、前記分光器で分光分散した放射を検
出する受光器と、放射源の分布温度と大気の吸収を検出
するモニタ受光器と、前記放射源と前記入射光学系の間
の光路上に着脱自在に挿入して光路を切り替え前記モニ
タ受光器に放射を導くミラーと、前記モニタ受光器前面
に少なくとも3個以上の複数の種類の帯域フィルタを切
り換えるフィルタターレットを具備し、前記フィルタタ
ーレットに装着した第一の帯域フィルタおよび第二の帯
域フィルタは、大気による放射の吸収のない波長に透過
帯域をもちかつその波長帯域がお互いに異なるものであ
り、それぞれの帯域フィルタと前記モニタ受光器と組み
合わせて、標準放射源の分光分布の2つの波長のエネル
ギー比から、前記標準放射源の分布温度を求めてモニタ
し、前記フィルターターレットに装着した残りの帯域フ
イルタは、放射に対する大気中の各吸収成分の吸収波長
帯域に透過帯をもつものであり、分光放射照度標準放射
源で測定系の分光応答度を校正するとき、前記モニタ受
光器を組み合わせて標準放射源を測定し、この測定値と
先に求めた標準放射源の分布温度から大気中の各吸収成
分に対する補正係数を求め、分光測定の結果に対して大
気中の各吸収を補正する構成である。
また、放射源からの放射を拡散しその拡散放射を分光
器に導く入射光学系と、分光分散する分光器と、分光分
散した放射を検出する受光器と、放射源と前記入射光学
系の間の光路上に配置して放射を変調する光チョッパ
と、前記分光器によって単色光にし前記検出器で検出し
た信号を同期検波するロックインアンプと、前記検出器
での検出と同時に前記光チョッパの反射光を検出して放
射源の分布温度と大気の吸収を検出するモニタ受光器
と、前記モニタ受光器前面に少なくとも3個以上の複数
の種類の帯域フィルタを切り換えるフィルタターレット
を具備し、前記フィルタターレットに装着した第一の帯
域フィルタおよび第二の帯域フィルタは、大気による放
射の吸収のない波長に透過帯域をもちかつその波長帯域
がお互いに異なるものであり、それぞれの帯域フィルタ
と前記モニタ受光器と組み合わせて、標準放射源の分光
分布の2つの波長のエネルギー比から、前記標準放射源
の分布温度を求めてモニタし、前記フィルターターレッ
トに装着した残りの帯域フィルタは、放射に対する大気
中の各吸収成分の吸収波長帯域に透過帯をもつものであ
り、分光放射照度標準放射源で測定系の分光応答度を校
正するとき、前記モニタ受光器を組み合わせて標準放射
源を測定し、この測定値と先に求めた標準放射源の分布
温度から大気中の各吸収成分に対する補正係数を求め、
分光測定の結果に対して大気中の各吸収を補正する構成
としたものである。
作用 上記の手段によって、放射の大気による吸収が生じる
波長を含む波長帯域での、放射源の分光放射照度測定を
行う場合において、請求項(1)では、分光放射照度測
定の間に、必要に応じてミラーの脱着により光路を切り
替え、大気の吸収による補正を行うことができ、かつ測
定放射源の分布温度のモニタも可能となる。
したがって大気の吸収の補正を短時間に効率よく行
い、測定雰囲気の湿度やCO2濃度の変化による測定値へ
の影響を抑え、測定精度を向上させることができる。ま
た、請求項(2)では、分光出力を同期検波するため
に、分光器への入力放射を変調するチョッパを光路に斜
めに配置し、その反射光を前記フィルタターレットとモ
ニタ受光器に導くことにより、分光測定と同時に大気の
吸収による補正を行うことができ、かつ測定放射源の分
布温度のモニタも可能となる。したがってこの場合も、
測定雰囲気の湿度やCO2濃度の変化による測定値への影
響を抑え、測定精度を向上させることができる。物体色
の測定に分光測定を使用する場合、精度の高い測定が可
能となる。
実施例 本発明の一実施例を図面を使って説明する。第1図に
において1は測定しようとする放射源である。放射源1
からの放射を拡散板2に照射し、その拡散光を凹面ミラ
ー3および4により分光器5の入射スリットに導き、前
記分光器5で分光分散された単色光を検出器6で検出し
分光測定を行う。このとき、前記放射源1と前記拡散板
2の間の光路にミラー7を挿入し、前記放射源1からの
放射を、フィルタターレット8を通して熱形検出器9に
導く。このとき、前記放射源1から前記熱形検出器9の
受光面までのフィルタの厚みを除く光路長は、前記放射
源1から前記拡散板2までの光路長と等しくする。
前記フィルタターレット8には、中心透過波長3.5μ
mと7μmの、大気の吸収の無い波長域に透過帯域を持
つ帯域フィルタと、中心透過波長4.3μmの大気中のCO2
のみの吸収波長を含む帯域フィルタおよび中心透過波長
6.3μmの大気中のH2Oのみの吸収波長を含む帯域フィル
タを装着する。
第2図に大気中のガスの吸収スペクトルを示す。前記
放射源1に、分光放射分布が黒体放射に近い標準放射源
を使って測定系の分光感度の校正を行う場合、中心透過
波長3.5μmと7μmの、大気の吸収の無い波長域に透
過帯域を持つ帯域フィルタと前記熱形検出器9によっ
て、標準放射源の2つの波長のエネルギー比から分布温
度を求め、この値をモニタしながら標準放射源の点灯電
力を調整し、分光分布の値が付けられた電力値に設定す
る。
このとき、標準放射源の分布温度または、ある測定雰
囲気でのある距離における大気の吸収を含めた分光分布
を予測し、この値に対して中心透過波長4.3μmの、大
気中のCO2のみの吸収波長を含む帯域フィルタ、および
中心透過波長6.3μmの、大気中のH2Oのみの吸収波長を
含む帯域フィルタと前記熱形検出器9とから、このとき
のCO2およびH2Oによる吸収を求め、大気の吸収がない場
合、あるいは、ある湿度や炭酸ガス濃度での放射源から
ある距離での放射照度を求める。この値から測定系の分
光感度の校正を行う。
第3図に、本発明の異なる実施例の光学系について示
す。なお、第1図と共通する素子には同一番号を付して
いる。図において1は測定しようとする放射源である。
放射源1からの放射を光路に光チョッパ10を45゜に挿入
して変調し、拡散板2に照射し、その拡散光を凹面ミラ
ー3および4により分光器5の入射スリットに導き、前
記分光器5で分光分散された単色光を検出器6で、前記
光チョッパ10と同期して、ロックインアンプ11で検出し
分光測定を行う。このとき、前記光チョッパ10での反射
放射を、フィルタターレット8を通して熱形検出器9に
導く。このとき、前記放射源1から前記熱形検出器9の
受光面までのフィルタの厚みを除く光路長は、前記放射
源1から前記拡散板2までの光路長と等しくする。前記
フィルタターレット8には、中心透過波長3.5μmと7
μmの、大気の吸収の無い波長域に透過帯域を持つ帯域
フィルタと、中心透過波長4.3μmの、大気中のCO2のみ
の吸収波長を含む帯域フィルタ、および中心透過波長6.
3μmの、大気中のH2Oのみの吸収波長を含む帯域フィル
タを装着する。前記放射源1に、分光放射分布が黒体放
射に近い標準放射源を使って測定系の分光感度の校正を
行う場合、中心透過波長3.5μmと7μmの、大気の吸
収の無い波長域に透過帯域を持つ帯域フィルタと前記熱
形検出器9によって、標準放射源の2つの波長のエネル
ギー比から分布温度を求め、この値を常時モニタしなが
ら標準放射源の点灯電力を調整し、監視し、分光分布の
値が付けられた電力値に設定する。
このとき、標準放射源の分布温度または、ある測定雰
囲気でのある距離における大気の吸収を含めた分光分布
を予測し、この値に対して中心透過波長4.3μmの、大
気中のCO2のみの吸収波長を含む帯域フィルタ、および
中心透過波長6.3μmの、大気中のH2Oのみの吸収波長を
含む帯域フィルタと前記熱形検出器9とから、このとき
のCO2およびH2Oによる吸収を求め、大気の吸収がない場
合、あるいは、ある湿度や炭酸ガス濃度での放射源から
ある距離での放射照度を求める。この値から測定系の分
光感度の校正を行う。
なお、この装置により、大気中の他のガスの吸収、例
えばNO(吸収波長5.3μm)やCO(4.7μm)も同様に補
正できる。
発明の効果 以上のように、本発明の構成によって、放射の大気に
よる吸収が生じる波長を含む波長帯域での、放射源の分
光放射照度測定を行う場合において、分光放射照度測定
の間に、必要に応じてミラーの脱着により光路を切り替
え、大気の吸収による補正を行うことができ、かつ測定
放射源の分布温度のモニタも可能となる。したがって大
気の吸収の補正を短時間に効率よく行い、測定雰囲気の
湿度やCO2濃度の変化による測定値への影響を抑え、測
定精度を向上させることができる。また、分光出力を同
期検波するために、分光器への入力放射を変調するチョ
ッパを光路に斜めに配置し、その反射光を前記フィルタ
ターレットとモニタ受光器に導くことにより、分光測定
と同時に大気の吸収による補正を行うことができ、かつ
測定放射源の分布温度のモニタも可能となる。したがっ
てこの場合も、測定雰囲気の湿度やCO2濃度の変化によ
る測定値への影響を抑え、測定精度を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の分光測定装置の構成図、第
2図は大気中のガスの吸収スペクトル図、第3図は本発
明の異なる実施例の分光測定装置の構成図である。 1……放射源、2……拡散板、3……第一の凹面ミラ
ー、 4……第二の凹面ミラー、5……分光器、6……検出
器、 7……ミラー、8……フィルタターレット、9……熱形
検出器、10……光チョッパ、11……ロックインアンプ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放射源からの放射を拡散して分光器に導く
    入射光学系と、前記放射を分光分散する分光器と、前記
    分光器で分光分散した放射を検出する受光器と、放射源
    の分布温度と大気の吸収を検出するモニタ受光器と、前
    記放射源と前記入射光学系の間の光路上に着脱自在に挿
    入して光路を切り替え前記モニタ受光器に放射を導くミ
    ラーと、前記モニタ受光器前面に少なくとも3個以上の
    複数の種類の帯域フィルタを切り換えるフィルタターレ
    ットを具備し、 前記フィルタターレットに装着した第一の帯域フィルタ
    および第二の帯域フィルタは、大気による放射の吸収の
    ない波長に透過帯域をもちかつその波長帯域がお互いに
    異なるものであり、それぞれの帯域フィルタと前記モニ
    タ受光器と組み合わせて、標準放射源の分光分布の2つ
    の波長のエネルギー比から、前記標準放射源の分布温度
    を求めてモニタし、 前記フィルターターレットに装着した残りの帯域フイル
    タは、放射に対する大気中の各吸収成分の吸収波長帯域
    に透過帯をもつものであり、分光放射照度標準放射源で
    測定系の分光応答度を校正するとき、前記モニタ受光器
    を組み合わせて標準放射源を測定し、この測定値と先に
    求めた標準放射源の分布温度から大気中の各吸収成分に
    対する補正係数を求め、分光測定の結果に対して大気中
    の各吸収を補正することを特徴とする分光測定装置。
  2. 【請求項2】放射源からの放射を拡散しその拡散放射を
    分光器に導く入射光学系と、分光分散する分光器と、分
    光分散した放射を検出する受光器と、放射源と前記入射
    光学系の間の光路上に配置して放射を変調する光チョッ
    パと、前記分光器によって単色光にし前記検出器で検出
    した信号を同期検波するロックインアンプと、前記検出
    器での検出と同時に前記光チョッパの反射光を検出して
    放射源の分布温度と大気の吸収を検出するモニタ受光器
    と、前記モニタ受光器前面に少なくとも3個以上の複数
    の種類の帯域フィルタを切り換えるフィルタターレット
    を具備し、 前記フィルタターレットに装着した第一の帯域フィルタ
    および第二の帯域フィルタは、大気による放射の吸収の
    ない波長に透過帯域をもちかつその波長帯域がお互いに
    異なるものであり、それぞれの帯域フィルタと前記モニ
    タ受光器と組み合わせて、標準放射源の分光分布の2つ
    の波長のエネルギー比から、前記標準放射源の分布温度
    を求めてモニタし、 前記フィルターターレットに装着した残りの帯域フィル
    タは、放射に対する大気中の各吸収成分の吸収波長帯域
    に透過帯をもつものであり、分光放射照度標準放射源で
    測定系の分光応答度を校正するとき、前記モニタ受光器
    を組み合わせて標準放射源を測定し、この測定値と先に
    求めた標準放射源の分布温度から大気中の各吸収成分に
    対する補正係数を求め、分光測定の結果に対して大気中
    の各吸収を補正することを特徴とする分光測定装置。
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