JP2558864B2 - 分光解析装置 - Google Patents

分光解析装置

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JP2558864B2 JP1046154A JP4615489A JP2558864B2 JP 2558864 B2 JP2558864 B2 JP 2558864B2 JP 1046154 A JP1046154 A JP 1046154A JP 4615489 A JP4615489 A JP 4615489A JP 2558864 B2 JP2558864 B2 JP 2558864B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物の光学特性を特定の波長に着目して
解析する分光解析装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、被測定物の分光解析にはフィルタが用いられて
いた。すなわち、光源によって照明された被測定物とTV
カメラの間に、特定波長の光のみを透過するフィルタを
配設し、TVカメラの出力から特定波長の光の二次元的画
像を得ていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来技術によれば、測定すべき光の中
心波長あるいは波長幅が異なるごとに、異なる透過特性
を有するフィルタを用いなければならなかった。例え
ば、第8図(a)のような光学像において、波長λb
cにおける第8図(b)〜(d)の分光像を得よう
とするときは、それぞれ波長λbcを透過するフ
ィルタを用いる必要があった。このため、被測定物と測
定目的に応じて、任意の中心波長と任意の波長幅で分光
画像を得ることは、極めて困難なことであった。
そこで本発明は、被測定物の分光画像を所望の中心波
長および波長幅で、簡単に求めることのできる分光解析
装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る分光解析装置は、被測定物からの反射、
透過、発光あるいは螢光等による光を受光して光学像を
形成する結像手段と、この光学像の1ラインからなる分
光対象領域を選択的に分光して分光像を形成する無収差
分光手段と、分光像の各位置における所定波長の光強度
を検出する強度検出手段と、分光対象領域を光学像の二
次元の測定対象領域で移動させる領域移動手段と、分光
対象領域の位置における強度検出手段の出力を収集し、
収集結果および収集結果に応じた分光対象領域の位置の
情報にもとづき測定対象領域内の所定波長の二次元の光
強度分布を求める解析手段と、光学像の形状に対応した
二次元平面で光強度分布を表示する表示手段と、を備え
ることを特徴とする。
ここで、被測定物を照明する光源を更に備えてもよ
い。また、強度検出手段は分光像における1波長もしく
は複数波長の光強度を検出するようにしてもよい。
〔作用〕
本発明によれば、分光手段によってライン状の分光対
象領域の分光像が形成され、強度検出手段によって分光
対象領域における特定波長の光強度が得られる。そし
て、領域移動手段によって分光対象領域は測定対象領域
の範囲に実質的に広けられるので、解析手段によってこ
の測定対象領域における被測定物の光学特性が、特定波
長の光強度分布として得られることになる。また、表示
手段を設けるようにすれば、これを視覚的に解析するこ
ともできる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
第1図は本発明の第1実施例に係る分光解析装置の構
成図である。図示の通り、被測定物1を照明する光源
は、被測定物1の裏面側に配設される透明照明部2Aもし
くは表面側に配設される反射照明部2Bから構成され、こ
れら照明部2A,2Bはそれぞれ光源としてのランプ、投光
レンズなどを有している。被測定物1からの光は結像レ
ンズ3に受光され、これによって被測定物1の光学像が
無収差分光器4の入射面41に結像される。入射面41にあ
らかじめ形成された入射スリット(後述)を透過した光
はグレーディング43で分光され、分光像が無収差分光器
4の出射面44に結像される。
この分光像はTVカメラ5により撮像され、撮像データ
はコンピュータなどの処理部6に送られて後述の処理が
施される。一方、被測定物1はX−Yステージ7によっ
て移動自在になっており、このX−Yステージ7はステ
ージ制御部8によって制御されている。従って、X−Y
ステージ7による被測定物1の移動制御により、被測定
物1の測定範囲を入射スリットで定まる一次元的な分光
対象領域から二次元的な測定対象領域に広げ、この結果
を処理部6で計算してCRT9で表示することにより、被測
定物1の分光画像が観測できる。
次に、第1図の装置における分光光学系の要部を、第
2図を参照して説明する。
第2図は、被測定物1、結像レンズ3および無収差分
光器4の関係を模式的に示す斜視図である。図示の通
り、Y字状の光学模様を有する被測定1の光学像は、無
収差分光器4の入射面41に形成される。ここで、入射面
41には1本のランイン状の入射スリット42が形成されて
おり、従ってこの入射スリット42に対応する被測定物1
の上ラインlが、選択的に分光像を形成すべき分光対象
領域となる。入射スリット42を通過した光は無収差分光
器4内のグレーディング43で反射されて分光され、これ
によって出射面44に分光像が形成される。
ここで、図中の被測定物1上の点P0,P1,P2は入射スリ
ット42の点P0′,P1′,P2′に対応しており、この点
P0′,P1′,P2′の分光像は出射面44のライP0″,P1″,
P2″に対応している。従って、被測定物1のラインl光
学情報は、そのy軸方向の位置情報を保ったままで出射
面44に結像され、その波長ごとの光強度はy軸と直交す
る軸方向(λ軸方向)で得られることになる。
次に、第1図および第2図の装置における分光像の処
理を、第3図を参照して説明する。
第2図に示す如く出射面44に形成された分光像は、CC
Dカメラなどからなる第1図のTVカメラ5で撮像され、
ビデオ信号はA/D変換されて処理部6におけるイメージ
メモリに記憶される。第3図(a)はM×N画素の二次
元イメージメモリに記憶された分光像の一例を示してい
る。ここで、N画素のλ軸は波長に対応し、M画素のy
軸は被測定物1のラインlにおけるy方向位置に対応し
ている。このイメージメモリの光強度情報は、第3図
(b)に示すように、それぞれ中心波長λ12,…
λ、波長幅Δλ1,Δλ2,…Δλで積分または平均化
される。すると、第3図(c)に示す如く、y軸方向に
おける各波長ごとの空間的な光強度分布が求められるの
で、これを第3図(d)に示す如く、各波長ごとのイメ
ージメモリM1,M2,…Mnに記憶する。これにより、被測定
物1におけるラインlが設定されたx方向の位置x0にお
いて、y軸方向の光強度分布が、中心波長λ0…λ
ごとにイメージメモリM1,M2,…Mnに格納される。
なお、上記説明においてテレビカメラ5の必要なとこ
ろ(つまり、λ±Δλi/2のところ)のみを走査し、
各波長毎にビデオ信号を積分する等した後A/D変換し、
直接イメージメモリM1〜Mnに格納しても良い。
以上の処理が終了すると、一次元的な分光対象領域が
二次元的な広がりを有する測定対象領域で移動させられ
る。すなわち、第1図の処理部6はステージ制御部8に
指令を与え、これによってステージ制御部8はX−Yス
テージ7を駆動することになる。すると、第2図に示す
入射スリット42がx軸方向に移動するので、先に示した
x方向の位置x0とは異なる位置x1において、同様の分光
分析がされる。これにより、第3図(d)のイメージメ
モリM1,M2,…Mnには、次の位置x1での分光強度分布が格
納される。以下、同様の処理をx方向の全ての位置につ
いて実行すると、イメージメモM1,M2,…Mnには、波長λ
01,…λの分光強度分布が、x−yの二次元平面に
おいて記憶される。このため、第1図のCRT9において、
各波長λ01,…λごとの分光画像を被測定物1と同
一の二次元平面で表示できることになる。
ここで、分光器として無収差分光器4を用いることの
有用性を、第4図により簡単に説明する。
例えば第4図(a)のような分光スペクトルを持つ光
を、分光器の入射スリット42に入射すると、従来の分光
器では出射面44での分光像が同図(b)のようになる。
すなわち、分光出力像に歪みとボケが生じてしまう。こ
れに対し、無収差分光器を用いると、同図(c)の如く
出力像に歪みやボケは現れない。すなわち、入射スリッ
ト42に光が入射する位置Q0,Q1,Q2により出力像が歪むこ
とがなく、また波長軸(λ軸)と直交する軸(空間軸)
の分解能も向上する。
次に、第5図を参照して本発明の第2実施例を説明す
る。
第5図はその要部構成図である。そして、これが第1
実施例と比較して特徴的なことは、無収差分光器4の出
射面44の前面に、波長軸(λ軸)に直交するスリット幅
が可変なスリット44ssを有する出射スリット板44sが設
けられ、このスリット44ssに対向してラインセンサ51が
設けられていることである。この実施例によれば、無収
差分光器4により形成される分光像は第1実施例のもの
と同様であるが、無収差分光器4の出射面44には上記の
スリット44ssがあるので、特定波長の光のみがラインセ
ンサ51に届くことになる。従って、出射側のスリット44
ssのλ軸方向の中心位置によってラインセンサ51で検出
される中心波長が定まり、スリット44ssの幅を変える事
により検出される波長幅を任意に定められることにな
る。
このため、スリット44ssおよびラインセンサ51を波長
軸(λ軸)方向に走査して結果をイメージメモリM1,M2,
…Mnに記録すれば、被測定物1のラインl′における光
強度が、y軸方向の位置情報を保持したままで波長ごと
に記録できる。よって、第1実施例と同様に被測定物1
を移動させて上記の処理を繰り返せば、二次元平面で分
光画像を観測できる。
第6図は上記第5図の第2実施例に係る変形例の要部
を示している。
これらの変形例に共通する特徴は、無収差分光器4の
出射面44側には、それぞれ3つのスリット44sa〜44sc
設けられ、これによって中心波長の異なる(λab
)3つの光の強度を検出するようになっていることで
ある。すなわち、第6図(a)では出射スリット板44s
において、3つのスリット44sa〜44scが波長軸方向に並
べて形成され、これらにはそれぞれ光ファイバ束52a〜5
2cが設けられている。そして、光ファイバ束52a〜52cの
出射光はラインセンサ51a〜51cに導かれている。この例
によれば、3つの異なる波長の光を同時に検出し、これ
を処理部(図示せず)に送って処理することができる。
第6図(b)の例では、1個のラインセンサ51が設け
られ、これがスライドボックス53の作用により矢印A方
向に移動可能になっている。この例によれば、ラインセ
ンサ51をそれぞれスリット44sa〜44scの位置に移動設定
することで、異なる波長の光を検出することができる。
第6図(c)の例では、分光器の結像面44に結像され
た分光像をリレーするレンズ54と、このレンズ54からの
光を反射させる回転ミラー55、及びスリット幅可変なス
リット57を有するスリット板58を備える。この例によれ
ば、回転ミラー55を軸56を中心に回転させることで、ラ
インセンサ51に44からの光をスリット板58上で波長方向
にスキャンし、スリット57を通過した光を入射できる。
本発明は上記の実施例に限定されることなく、種々の
変形が可能である。
例えば、被測定物1を照明する透過型あるいは反射型
の光源は必須ではなく、被測定物1が発光性あるいは螢
光性の物体であるときは、無光源とできる。また、光源
を用いるときは、キセノンランプ等の白色源のほか、レ
ーザ光源を用いてもよい。
入射スリット等で定められる分光対象領域を、二次元
的な広がりを持つ測定対象領域で移動させる手法は、被
測定物1をX−Yステージ7で移動させるものに限ら
ず、例えば第7図のようにしてもよい。同図において、
ミラー31は2本の軸31,32を中心としてスキャン可能に
なっている。このようにすれば、被測定物1を移動させ
ずにミラー31を回転させることで、入射スリット42への
結像位置を変えることができる。なお、光ファイバ束を
用いたり、2枚以上のミラーを用いたりしても、同様に
結像位置の移動が可能である。
〔発明の効果〕 以上、詳細に説明した通り本発明では、分光手段によ
ってライン状の分光対象領域の分光像が形成され、強度
検出手段によって分光対象領域における特定波長の光強
度が得られる。そして、領域移動手段によって分光対象
領域は測定対象領域の範囲に実質的に広げられるので、
解析手段によってこの測定対象領域における被測定物の
光学特性が、特定波長の光強度分布として得られること
になる。このため、被測定物の分光画像を所望の中心波
長および波長幅で、CRT等の画面上で簡単に求めること
ができる。
本発明の分光解析装置は、生物、物理、化学等の基礎
研究をはじめ、工業製品の検査等の幅広い分野に応用で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る分光解析装置の第1実施例の構成
図、第2図は第1実施例の要部説明図、第3図は第1実
施例における分光像の処理を説明する図、第4図は無収
差分光器の特色を示す図、第5図は第2実施例の要部説
明図、第6図は第2実施例の変形例を示す図、第7図は
本発明の変形例の説明図、第8図は分光画像解析の説明
図である。 1……被測定物、2……光源、3……結像レンズ、4…
…無収差分光器、5……TVカメラ、6……処理部、7…
…X−Yステージ、8……ステージ制御部、41……入射
面、42……入射スリット、44……出射面、51……ライン
センサ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物からの光を受光して光学像を形成
    する結像手段と、 前記光学像の1ラインからなる分光対象領域を選択的に
    分光して分光像を形成する無収差分光手段と、 前記分光像の各位置における所定波長の光強度を検出す
    る強度検出手段と、 前記分光対象領域を前記光学像の二次元の測定対象領域
    で移動させる領域移動手段と、 前記分光対象領域の位置における前記強度検出手段の出
    力を収集し、収集結果および前記収集結果に応じた前記
    分光対象領域の位置の情報にもとづき前記測定対象領域
    内の前記所定波長の二次元の光強度分布を求める解析手
    段と、 前記光学像の形状に対応した二次元平面で前記光強度分
    布を表示する表示手段と、 を備えることを特徴とする分光解析装置。
  2. 【請求項2】前記被測定物を照明する光源を更に備える
    請求項1記載の分光解析装置。
  3. 【請求項3】前記強度検出手段は前記分光像における1
    波長もしくは複数波長の光強度を検出することを特徴と
    する請求項1記載の分光解析装置。
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