JP3095167B2 - Multi-channel Fourier transform spectrometer - Google Patents

Multi-channel Fourier transform spectrometer

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JP3095167B2
JP3095167B2 JP01091073A JP9107389A JP3095167B2 JP 3095167 B2 JP3095167 B2 JP 3095167B2 JP 01091073 A JP01091073 A JP 01091073A JP 9107389 A JP9107389 A JP 9107389A JP 3095167 B2 JP3095167 B2 JP 3095167B2
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light
spectrum
interference fringes
image sensor
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聡 河田
茂夫 南
康志 井上
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聡 河田
茂夫 南
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、フーリエ変換分光装置に関し、特に、撮
像素子を用いたマルチチャネルフーリエ変換分光装置に
関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Fourier transform spectrometer, and more particularly to a multi-channel Fourier transform spectrometer using an image sensor.

(従来の技術) ホログラフィックフーリエ変換分光法における写真乾
板に替えて、撮像素子特に固体撮像素子を用い、光学系
に三角光路コモンパス干渉系を用いた可視域のフーリエ
変換分光装置が提案されている(Appl.Opt.23,269(198
4))。
(Prior Art) A visible Fourier transform spectrometer using an image sensor, particularly a solid-state image sensor, instead of a photographic plate in holographic Fourier transform spectroscopy and using a triangular optical path common path interference system as an optical system has been proposed. (Appl. Opt. 23 , 269 (198
Four)).

この手法は、同時に多チャネルで干渉縞を検出すると
ころから、マルチチャネルフーリエ変換分光法と呼ばれ
ている。このマルチチャネルフーリエ変換分光法では、
機械的な駆動部分がないので、従来に比べ小型で堅牢な
光学系を組め、フィールド・ユースの要求を充足でき、
またマルチチャネル検出であるため、動的あるいは過渡
現象などの時間分解測定も可能であるなど多くの利点が
ある。
This method is called multi-channel Fourier transform spectroscopy because it simultaneously detects interference fringes on multiple channels. In this multi-channel Fourier transform spectroscopy,
Since there is no mechanical drive part, a compact and robust optical system can be assembled compared with the conventional one, and it can meet the demands of field use,
In addition, since multi-channel detection is used, there are many advantages such as time-resolved measurement of dynamic or transient phenomena.

第1図に上記従来例の原理図を示す。光学系は、光源
(S)と2つのミラー(M1),(M2)とビームスプリッ
タ(BS)とレンズ(L)とを備え、光を可視域のイメー
ジセンサ(IS)で受け、処理装置(P)で撮像信号を処
理し、データをフーリエ変換してスペクトル分布を得
る。
FIG. 1 shows a principle diagram of the conventional example. The optical system includes a light source (S), two mirrors (M1) and (M2), a beam splitter (BS), and a lens (L). In P), the imaging signal is processed, and the data is subjected to Fourier transform to obtain a spectral distribution.

光学系において、光源(S)から出た光は、ビームス
プリッタ(BS)によって、右回りと左回りの2光束に分
けられる。ここで、ミラー(M1)を2光束の波面が一致
する位置(破線)から平行に距離aだけ移動させると
(実線位置)、2光束は光軸に対し直交する方向に の偏移を生じる。この分離した2光束はレンズ(L)
(焦点距離:f)によつてレンズ(L)の後側焦平面の位
置に置かれたイメージセンサ(IS)上に、 の交角をもって入射しここに干渉縞(インターフェログ
ラムとも称される)を作る。この干渉縞は、レンズ
(L)の後側焦平面上で観測しているので、これは無限
遠上に局在した干渉縞すなわち等傾角干渉縞である。こ
の等傾角干渉縞は、強度に関してフーリエ変換の位置に
あるため、そのシフトインバリアント性から、光源
(S)に広がりがある場合も光源のどの点から出た光波
も同じ位置に同じ干渉縞を形成する。従って、この光学
系によつて光源の広がり(測定試料の発光面積)による
干渉縞の可視度の低下はない。
In the optical system, light emitted from the light source (S) is divided into two clockwise and counterclockwise light beams by a beam splitter (BS). Here, when the mirror (M1) is moved by a distance a in parallel from the position where the wavefronts of the two light beams coincide (broken line) (solid line position), the two light beams move in a direction orthogonal to the optical axis. Shift. The two separated light beams are converted into a lens (L)
(Focal length: f) on the image sensor (IS) placed at the rear focal plane of the lens (L), And an interference fringe (also referred to as an interferogram) is formed here. Since this interference fringe is observed on the rear focal plane of the lens (L), it is an interference fringe localized on infinity, that is, an equi-tilt interference fringe. Since this equi-tilt interference fringe is located at the position of the Fourier transform with respect to the intensity, due to its shift invariant property, even when the light source (S) has a spread, the light wave emitted from any point of the light source has the same interference fringe at the same position. Form. Therefore, with this optical system, the visibility of the interference fringes does not decrease due to the spread of the light source (the emission area of the measurement sample).

(従来技術の問題点) しかしながら、上記の光学系においては、レンズ
(L)の前に三角光路を組まねばならないために下記の
3つの問題がある。
(Problems of the Prior Art) However, in the above-described optical system, the following three problems arise because a triangular optical path must be formed before the lens (L).

(1)光学系の調整が難かしこと。(1) It is difficult to adjust the optical system.

(2)小型化されたといってもこの小型化に限界があ
り、光学系を暗箱に構成したとき、かさ張って取り扱い
上不便をきたすこと、フィールド・ユースの使い勝手に
なじみにくいこと。
(2) Even if it is miniaturized, there is a limit to this miniaturization, and when the optical system is configured in a dark box, it is bulky and inconvenient in handling, and it is difficult to adapt to field use.

(3)構造そのものによってスループツトが制限され、
分解能に制約を生じること。
(3) The throughput is limited by the structure itself,
Restricting the resolution.

光学系のスループツトは、(光源の面積×光源から見
たレンズの立体角)で与えられるが、三角光路をレンズ
の前に組む必要性から、レンズの有効径に対して光源か
らレンズまでの距離を余り短くできないために、レンズ
のF値を大きくしない限り、スループツトを大きくでき
ない。また、レンズのF値を大きくしたとしても、ビー
ムスプリッタ(BS)やミラー(M1),(M2)によるケラ
レによってスループツトは制限を受ける。
The throughput of the optical system is given by (area of the light source x solid angle of the lens viewed from the light source). The necessity of setting a triangular optical path in front of the lens causes the distance from the light source to the lens to the effective diameter of the lens. Can not be shortened so much that the throughput cannot be increased unless the F value of the lens is increased. Even if the F value of the lens is increased, the throughput is limited by vignetting caused by the beam splitter (BS) and the mirrors (M1) and (M2).

この発明は、上記の問題を解決することを目的とす
る。
An object of the present invention is to solve the above problems.

(問題点を解決するための手段) この発明のマルチチャネルフーリエ変換分光装置は、
光路に沿って、偏光子と、偏光分割複屈折素子と、検光
子と、収束性レンズと、該レンズの後方に位置する撮像
素子とを備えて構成されたことを基本的な特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The multi-channel Fourier transform spectrometer of the present invention comprises:
A basic feature is that it is provided with a polarizer, a polarization splitting birefringent element, an analyzer, a convergent lens, and an imaging element located behind the lens along the optical path.

(作用) 測定試料からの光は、偏光子により特定方向の直線偏
光成分のみ透過され、透過光は、偏光分割複屈折素子に
より異常光線と常光線に偏光分割されて2光束となり、
この複屈折素子から射出される。2つの光束はそれぞ
れ、検光子により前記偏光子が透過させたと同じ偏光成
分のみが透過され、収束性レンズは、この透過2光束を
撮像素子上に干渉縞として形成する。
(Operation) The light from the measurement sample is transmitted by the polarizer with only a linearly polarized light component in a specific direction, and the transmitted light is polarized and split into an extraordinary ray and an ordinary ray by a polarization splitting birefringent element to form two light beams.
Emitted from this birefringent element. Each of the two light beams transmits only the same polarization component as that transmitted by the polarizer by the analyzer, and the converging lens forms the two transmitted light beams as interference fringes on the image sensor.

干渉縞を作るために、偏光分割複屈折素子を用いてお
り、偏光子,偏光分割複屈折素子,検光子,収束性レン
ズ,及び撮像素子を直線上に配列することができる。
In order to form interference fringes, a polarization splitting birefringent element is used, and a polarizer, a polarization splitting birefringent element, an analyzer, a convergent lens, and an imaging element can be arranged on a straight line.

(実施例) 第2図に第1の実施例を示す。(Embodiment) FIG. 2 shows a first embodiment.

第2図において、(S)は光源、(L1)は光源(S)
の像をアパーチャ(AP)の開口に結像させるレンズ、
(L2)はコリメータレンズ、(P1)は偏光子、(W)は
偏光子(P1)を透過した偏光成分を偏光分割して2光束
にするウオラストンプリズム、(P2)は偏光子(P1)と
同じ偏光成分を透過させる検光子、(L3)は検光子(P
2)を透過した2光束の位相差分布を強度干渉縞として
結像させる結像レンズ、(IRIS)は2次元の赤外イメー
ジセンサで、結像レンズ(L3)により赤外イメージセン
サ(IRIS)の受光面上に干渉縞が作られる。
In FIG. 2, (S) is a light source, (L1) is a light source (S).
Lens that forms an image of the object at the aperture of the aperture (AP),
(L2) is a collimator lens, (P1) is a polarizer, (W) is a Wollaston prism that divides a polarized light component transmitted through the polarizer (P1) into two light beams, and (P2) is a polarizer (P1). ), An analyzer that transmits the same polarized light component as (), (L3) is an analyzer (P
2) An imaging lens that forms an image of the phase difference distribution of the two light beams transmitted through as an intensity interference fringe. (IRIS) is a two-dimensional infrared image sensor, and an infrared image sensor (IRIS) is formed by the imaging lens (L3). , Interference fringes are formed on the light receiving surface.

(FG)は、赤外イメージセンサ(IRIS)からのビデオ
信号を取り込みA/D変換しフレーム処理する画像取込み
装置、(CPU)は、画像取込み装置(FG)を制御し、取
り込まれた画像データを記憶するとともに演算処理する
コンピュータ装置である。
(FG) is an image capture device that captures video signals from an infrared image sensor (IRIS), A / D converts them, and performs frame processing. (CPU) controls the image capture device (FG) and captures captured image data. Is a computer device for storing and performing arithmetic processing.

ウオラストンプリズムは、第3図に示すように、端面
を光学軸に平行に研摩した一軸性結晶の片面を頂角αに
したプリズム1を光学軸が直交した同じ頂角をもつプリ
ズム2と同一面内で接合した複像素子である。このウオ
ラストンプリズム(W)に垂直に入射した光は、互いに
直交した偏光成分が常光線o、異常光線eとなって直進
し、プリズム1とプリズム2の界面である分離角をもっ
て、プリズム1で常光線oであったものが異常光線e
に、異常光線eであったものが常光線oになって分離す
る。このときの二光線の分離角θ=2ψは、 sinψ=(no−ne)tanα+0(α) …(1−1) で表わされる。ここで、noは常光線の屈折率、neは異常
光線の屈折率である。
As shown in FIG. 3, the Wollaston prism is a prism 1 having an apex angle α on one side of a uniaxial crystal whose end face is polished parallel to the optical axis, and a prism 2 having the same apex angle whose optical axis is orthogonal to the other. This is a multiple image element joined in the same plane. The light that is perpendicularly incident on the Wollaston prism (W) travels straight with polarization components orthogonal to each other as an ordinary ray o and an extraordinary ray e. Was an ordinary ray o, but an extraordinary ray e
Then, the extraordinary ray e becomes the ordinary ray o and is separated. Two light separation angle θ = 2ψ at this time is represented by sinψ = (n o -n e) tanα + 0 (α 3) ... (1-1). Here, n o is the refractive index of the ordinary ray, n e is the refractive index of extraordinary ray.

第2図において、アパーチャ(AP)から出た光は、コ
リメータレンズ(L2)により平行光にされ、偏光子(P
1)により紙面に対して45度成分のみが透過する。この
直線偏光はウオラストンプリズム(W)により互いに直
交する2つの直線偏光に分割され、分離角θをもって射
出する。この分割された2光束が結像レンズ(L3)によ
り、赤外イメージセンサ(IRIS)上に干渉縞を生成す
る。ただし、分割された2光束は偏光方向が直交してい
るためそのままでは干渉しないので、検光子(P2)によ
り偏光子(P1)と同じ偏光成分のみを透過させて干渉縞
を生成するようにしている。
In FIG. 2, the light emitted from the aperture (AP) is collimated by a collimator lens (L2), and is converted into a parallel light by a polarizer (P
According to 1), only the 45-degree component passes through the paper surface. This linearly polarized light is split into two linearly polarized light beams orthogonal to each other by a Wollaston prism (W) and emitted with a separation angle θ. The two split light beams form interference fringes on the infrared image sensor (IRIS) by the imaging lens (L3). However, since the two split light beams do not interfere as they are because their polarization directions are orthogonal, the analyzer (P2) transmits only the same polarization component as the polarizer (P1) to generate interference fringes. I have.

このとき生成される干渉縞強度分布I(x)は、観測
面が赤外イメージセンサ(IRIS)の受光面(x軸:2光波
がなす角を二等分する光軸に対して垂直な方向)であ
り、波数をσ、光波(光源)のスペクトル分布をS
(σ)で表わすと、 で与えられ、S(σ)は(1−2)式のフーリエ変換で
与えられる。
The interference fringe intensity distribution I (x) generated at this time is such that the observation surface is in a direction perpendicular to the optical axis which bisects the angle formed by the two light waves with the light receiving surface of the infrared image sensor (IRIS). ), The wave number is σ, and the spectral distribution of the light wave (light source) is S
Expressed as (σ), And S (σ) is given by the Fourier transform of equation (1-2).

ところで、2枚の偏光板(P1),(P2)の偏光方向を
互いに直交させると、2光束の位相差はπだけずれる。
この場合に生成される干渉縞の強度分布Ir(x)は、 となる。
When the polarization directions of the two polarizing plates (P1) and (P2) are orthogonal to each other, the phase difference between the two light beams is shifted by π.
The intensity distribution Ir (x) of the interference fringes generated in this case is Becomes

すなわち、2枚の偏光板が平行のときに対し、直交さ
せると、干渉縞の明暗が反転する。これを利用してSN比
の改善を図ることができる。即ち、(1−2)式から
(1−3)式をひく演算操作を行う。差分の強度分布Id
(x)は、 となり、バックグラウンド成分が除かれると同時に信号
成分が2倍になる。もちろん、この演算操作は、コンピ
ュータ装置(CPU)上で行うが、SN比の向上は顕著であ
る。
That is, if the two polarizing plates are perpendicular to each other, the brightness of the interference fringes is inverted. This can be used to improve the SN ratio. That is, an arithmetic operation for subtracting the expression (1-3) from the expression (1-2) is performed. Difference intensity distribution Id
(X) And the signal component is doubled at the same time as the background component is removed. Of course, this arithmetic operation is performed on a computer device (CPU), but the SN ratio is significantly improved.

ウオラストンプリズム(W)を用いた第1実施例の光
学系は、ウオラストンプリズム(W)内に局在した干渉
縞を観測する。この干渉縞は、等厚干渉縞であるため、
光源が広がりをもつ場合、光軸から外れた点から発せら
れる光によって生じる干渉縞は、光軸上の点から発っせ
られた光による干渉縞に対して、観測面上で若干横方向
にずれる。このため干渉縞の可視度が低下する。また、
結晶の収差による可視度の低下もある。この可視度の低
下を防ぐため、実際的には、光源の広がり(面積)を制
限する。第2図に示したアパーチャ(AP)はこの目的の
ために設けられている。
The optical system of the first embodiment using the Wollaston prism (W) observes interference fringes localized in the Wollaston prism (W). Since this interference fringe is an equal thickness interference fringe,
When the light source has a spread, the interference fringes caused by the light emitted from a point off the optical axis are slightly shifted laterally on the observation surface with respect to the interference fringe caused by the light emitted from a point on the optical axis. . For this reason, the visibility of the interference fringes decreases. Also,
There is also a decrease in visibility due to crystal aberration. In practice, in order to prevent this decrease in visibility, the spread (area) of the light source is limited. The aperture (AP) shown in FIG. 2 is provided for this purpose.

許容される立体角Ωmaxは、最大波数σmaxに対して、 Ωmax=2π/(θx・σmax) …(1−5) で与えられる。しかし、この値は、従来のマイケルソン
タイプのフーリエ変換分光器と同じ値である。従来例の
コモンパス三角光路のものに比較して、この光学系は光
源の広がりに制限を生じるが、コリメータレンズ(L2)
には、F値の小さいものを選択でき、F値が小さいコリ
メータレンズ(L2)とすれば、スループットは、コモン
パス三角光路のものと同等かそれ以上にすることが可能
である。
The allowable solid angle Ωmax is given by the following formula with respect to the maximum wave number σmax: Ωmax = 2π / (θx · σmax) (1-5) However, this value is the same as that of a conventional Michelson-type Fourier transform spectrometer. Compared to the conventional one with a common path triangular optical path, this optical system limits the spread of the light source, but the collimator lens (L2)
For example, if the collimator lens (L2) has a small F value, the throughput can be made equal to or greater than that of the common path triangular optical path.

この第1の実施例の特徴をまとめれば次の通りであ
る。
The features of the first embodiment are summarized as follows.

光学素子を直線上に配列でき、光学系の調整がきわめ
て容易であるとともに、 光学系全体を暗箱に構成すると、小型の筒型になり、
取扱い及び使い勝手がよく、フィールド・ユースにより
よくなじむ。そして、 コモンパス三角光路のものと同等のスループットを得
ることが可能である。
The optical elements can be arranged in a straight line, and the adjustment of the optical system is extremely easy.
It is easy to handle and use, and adapts well to field use. And it is possible to obtain the same throughput as that of the common path triangular optical path.

次に、より具体的に説明し、得られた結果のデータを
示す。
Next, a more specific description will be given, and data of the obtained results will be shown.

第2図のコリメータレンズ(L2)はCaF2製、焦点距離
が120mm、直径は50mmの平凸レンズを用い、結像レンズ
(L3)は同じくCaF2製、焦点距離が100mm、直径は50mm
の両凸レンズである。ウオラストンプリズム(W)は30
×30×30mm3、分離角が1度のMgF2製のものを用いた。
偏光板(P1),(P2)はともにCambridge Physical Sci
ences社製・IGP227、40mmφ、CaF2製基板の赤外グリッ
ド偏光子を使用した。また、光源(S)には、ニクロム
線を使い、ニクロム線をアパーチャ(AP)の開口上に結
像させるレンズ(L1)はCaF2製、焦点距離が40mm、直径
は30mmの両凸レンズを用いた。アパーチャ(AP)の開口
の大きさは3mmφとした。
The collimator lens (L2) shown in FIG. 2 is made of CaF 2 and a plano-convex lens having a focal length of 120 mm and a diameter of 50 mm. The imaging lens (L3) is also made of CaF 2 and has a focal length of 100 mm and a diameter of 50 mm.
Is a biconvex lens. Wollaston prism (W) is 30
× 30 × 30mm 3, the separation angle is used as one degree of MgF 2 made.
Polarizing plates (P1) and (P2) are both Cambridge Physical Sci
ences Ltd. · IGP227,40mmφ, using infrared grid polarizer of CaF 2 substrate made. The light source (S) uses a nichrome line, and the lens (L1) that forms an image of the nichrome line on the aperture of the aperture (AP) is made of CaF 2 and has a biconvex lens with a focal length of 40 mm and a diameter of 30 mm. Was. The size of the aperture of the aperture (AP) was 3 mmφ.

赤外イメージセンサ(IRIS)には、512×512画素のIR
−CDSタイプ、(株)三菱電機製・IR−5120A(1画素の
大きさは26×20μm2)を用いた。この赤外イメージセン
サ(IRIS)のビデオ信号を画素取込み装置(FG)で1画
素8ビットのディジタル信号に変換し、コンピュータ装
置(CPU)に転送し、ここでアポダイゼーション、フレ
ーム内積算及びFFTの演算を行い、スペクトル分布を出
力する。なお、SN比をさらに向上させるために、30フレ
ーム積算及び同一フレーム内の40ライン積算を行ってい
る。
The infrared image sensor (IRIS) has a 512 x 512 pixel IR
-A CDS type, IR-5120A manufactured by Mitsubishi Electric Corporation (the size of one pixel is 26 × 20 μm 2 ) was used. The video signal of this infrared image sensor (IRIS) is converted into a digital signal of 8 bits per pixel by a pixel capture device (FG) and transferred to a computer device (CPU), where apodization, intra-frame integration and FFT calculation are performed. And outputs a spectrum distribution. In order to further improve the SN ratio, integration of 30 frames and integration of 40 lines in the same frame are performed.

第4図〜第12図にこの具体例で行った結果を示す。 4 to 12 show the results obtained in this specific example.

第4図は、光源のニクロム線のインターフェログラム
である。(a)は(1−2)式で表される干渉縞の強度
分布、(b)は(1−3)式で表わされる干渉縞の強度
分布、(c)は両者の差で(1−4)式で表わされるも
ので、バックグラウンド成分が除かれかつ信号成分が2
倍になっていることがわかる。第5図はこのスペクトル
分布を示している。
FIG. 4 is an interferogram of a nichrome wire of a light source. (A) is the intensity distribution of the interference fringes represented by the equation (1-2), (b) is the intensity distribution of the interference fringes represented by the equation (1-3), and (c) is the difference between the two. 4) where the background component is removed and the signal component is 2
You can see that it has doubled. FIG. 5 shows this spectrum distribution.

ポリマ薄膜(ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン)を調べた結果である。
It is a result of examining a polymer thin film (polystyrene, polyethylene, polypropylene).

第6図に、アパーチャ(AP)の開口にポリスチレンの
薄膜を置いたときのスペクトルを示す。(a)は透過ス
ペクトル、(b)は参照光スペクトルである。この2つ
のスペクトルから求めたポリスチレンの吸収スペクトル
を同図(c)に示す。3.4μm付近にある右側の吸収
は、主鎖の飽和C−H原子団による伸縮振動によるも
の、左側の吸収はベンゼン環の不飽和C=H原子団によ
る伸縮振動によるものである。
FIG. 6 shows a spectrum when a thin film of polystyrene is placed in the aperture of the aperture (AP). (A) is a transmission spectrum and (b) is a reference light spectrum. The absorption spectrum of polystyrene obtained from these two spectra is shown in FIG. The absorption on the right near 3.4 μm is due to the stretching vibration due to the saturated CH group in the main chain, and the absorption on the left is due to the stretching vibration due to the unsaturated C = H group in the benzene ring.

第7図(a),(b)にポリエチレンの透過スペクト
ル,吸収スペクトルを示す。
7 (a) and 7 (b) show the transmission spectrum and absorption spectrum of polyethylene.

上記の吸収スペクトル(第6図(c)、第7図
(b)、第8図(b))で見られるベースラインの上下
の変動は、薄膜での多重反射の影響であると考えられ
る。
The fluctuations above and below the baseline seen in the above absorption spectra (FIGS. 6 (c), 7 (b) and 8 (b)) are considered to be due to the effect of multiple reflections on the thin film.

次に、交角(θ)をレンズ(L3)の倍率によって変化
させたときの結果を示す。
Next, the results when the intersection angle (θ) is changed by the magnification of the lens (L3) will be described.

第9図の(a)は横倍率が1.1倍のときの3.45μmの
干渉フィルタを透過した光のインターフェログラム、
(b)は横倍率が0.71、(c)は0.58倍のときのインタ
ーフェログラムである。対応のスペクトルを第10図
(a),(b),(c)に示す。第10図から、波数分解
が高くなると干渉フィルタの半値幅が広がることが分か
る。ちなみに、第10図(a),(b),(c)の波数分
解はそれぞれ63cm-1,40cm-1,32cm-1である。
FIG. 9 (a) is an interferogram of light transmitted through a 3.45 μm interference filter when the lateral magnification is 1.1 ×,
(B) is an interferogram when the lateral magnification is 0.71, and (c) is when the magnification is 0.58. The corresponding spectra are shown in FIGS. 10 (a), (b) and (c). From FIG. 10, it can be seen that the half-width of the interference filter increases as the wavenumber resolution increases. Incidentally, the wave number resolutions in FIGS. 10 (a), (b) and (c) are 63 cm -1 , 40 cm -1 and 32 cm -1 , respectively.

さらに検証のため、先のポリスチレンの吸収スペクト
ル(第6図(c))に対し倍率の変化による影響を調べ
た。結果を第11図に示す。波数分解が向上することによ
り2つの吸収ピークの分離度が向上しており、より細か
い分解が可能となったことが分かる。ただしチャネル数
は変わらないので分解能は同じである。
For further verification, the influence of a change in magnification on the above absorption spectrum of polystyrene (FIG. 6 (c)) was examined. The results are shown in FIG. It can be seen that the resolution of the two absorption peaks was improved by improving the wavenumber resolution, and finer resolution was possible. However, since the number of channels does not change, the resolution is the same.

第12図には吸収スペクトルの再現性を示している。ポ
リスチレンの薄膜で行った吸収スペクトルの例である。
第12図より、特にC−Hの吸収域での再現性は非常に高
いことがわかる。参照光のスペクトル強度の弱いところ
では若干のバラツキが見られる。しかし、標準偏差は、
3.3μmで0.18パーセント、3.5μmで0.91パーセント、
2.9μmで1.65パーセントでしかない。バラツキの原因
としては、主に、ニクロム線を空気中にそのままの状態
で置いたことから、対流による雰囲気の変動及びニクロ
ム線自身の変動によるものと考えられる。
FIG. 12 shows the reproducibility of the absorption spectrum. It is an example of the absorption spectrum performed with the polystyrene thin film.
From FIG. 12, it can be seen that reproducibility is particularly high especially in the C-H absorption region. Some variation is seen where the spectral intensity of the reference light is weak. However, the standard deviation is
0.18 percent at 3.3 μm, 0.91 percent at 3.5 μm,
It is only 1.65% at 2.9μm. It is considered that the cause of the variation is mainly the change of the atmosphere due to convection and the change of the nichrome wire itself because the nichrome wire was left in the air as it is.

次に、第2の実施例を説明する。 Next, a second embodiment will be described.

第13図は第2の実施例の構成を示す原理図である。
(S2)は光源、(P3)は偏光子、(SP)は偏光分割複屈
折素子としてのサバール板、(P4)は検光子、(L4)は
レンズ、(IRS)はレンズ(L4)の後側焦平面に受光面
を一致させた赤外イメージセンサである。(FG)は画像
取込み装置、(CPU)はコンピュータ装置で、これらは
第1実施例のものと同等ないし相当の装置である。
FIG. 13 is a principle diagram showing the configuration of the second embodiment.
(S2) is a light source, (P3) is a polarizer, (SP) is a Savart plate as a polarization splitting birefringent element, (P4) is an analyzer, (L4) is a lens, and (IRS) is after the lens (L4). This is an infrared image sensor in which a light receiving surface is made coincident with a side focal plane. (FG) is an image capture device, and (CPU) is a computer device, which are equivalent or equivalent to those of the first embodiment.

サバール板(SP)は、第14図に説明されるように、境
界面の法線が光学軸と45度成分をなす一軸性結晶の2枚
の平行平面板を、垂直入射光に対する主断面が直交する
ように接合した複像素子である。サバール板(SP)に垂
直に入射した光ILは、互いに直交した2つの偏光成分
が、常光線Oはそのまま直進する一方、異常光線Eは界
面で屈折して直進する。2枚目の結晶では、1枚目の結
晶における常光線Oが接合界面で屈折して異常光線Eと
なって直進する一方、1枚目の結晶における異常光線E
は接合界面で屈折して常光線Oとなり垂直入射光ILと平
行な方向に直進する。すなわち、サバール板(SP)を射
出した2光線は、入射光ILと同じ方向、板面に対しては
垂直な方向に進む。このとき2光線の間には、1枚の平
行平面板の厚みをt、常光線の屈折率をno、異常光線の
屈折率をneとすると、 だけ横方向に分離が生じる。
As shown in FIG. 14, the Savart plate (SP) is composed of two plane-parallel plates of a uniaxial crystal whose normal to the boundary surface forms a 45-degree component with the optical axis. It is a double image element joined so as to be orthogonal. The light IL that is perpendicularly incident on the Savart plate (SP) has two polarization components orthogonal to each other, and the ordinary ray O goes straight as it is, while the extraordinary ray E refracts at the interface and goes straight. In the second crystal, the ordinary ray O in the first crystal is refracted at the bonding interface to become an extraordinary ray E and travels straight, while the extraordinary ray E in the first crystal is
Is refracted at the junction interface to become an ordinary ray O and travels straight in a direction parallel to the normal incident light IL. That is, the two light beams emitted from the Savart plate (SP) travel in the same direction as the incident light IL and in a direction perpendicular to the plate surface. During this time 2 light, the thickness of one plane-parallel plate t, a refractive index n o of the ordinary ray, the refractive index of the extraordinary ray When n e, Only lateral separation occurs.

さて、第13図において、光源(S2)から出た光は、偏
光子(P3)により紙面に垂直方向の偏光成分のみ透過さ
せる。この直線偏光は、サバール板(SP)により互いに
直交する2つの直線偏光に分割され、(2−1)式で与
えられる距離dをもって分離され、光軸と平行な方向に
射出される。分離され平行に進む2光線は、検光子(P
4)により偏光子(P3)による透過成分と同じ偏光成分
のみを透過され、焦点距離fのレンズ(L4)により赤外
イメージセンサ(IRIS)上で重ね合わさり干渉縞をつく
る。
Now, in FIG. 13, the light emitted from the light source (S2) is transmitted only by the polarizer (P3) in the direction perpendicular to the paper surface. This linearly polarized light is split into two linearly polarized lights orthogonal to each other by a Savart plate (SP), separated by a distance d given by the equation (2-1), and emitted in a direction parallel to the optical axis. The two rays that are separated and travel in parallel are the analyzer (P
By 4), only the same polarization component as the transmission component by the polarizer (P3) is transmitted, and the lens (L4) having the focal length f is superimposed on the infrared image sensor (IRIS) to form interference fringes.

なお、この干渉縞は、第1の実施例と同様、偏光板
(P3),(P4)の偏光方向が互いに平行の場合と直交さ
せた場合とではその明暗が反転する。従って、容易に、
バックグラウンド成分の除去が行える。
As in the case of the first embodiment, the light and darkness of the interference fringes is reversed when the polarization directions of the polarizing plates (P3) and (P4) are parallel to each other and when they are orthogonal to each other. Therefore, easily,
Background components can be removed.

この第2実施例の場合、従来例に示した三角光路コモ
ンパスのものと等価なソースダブリング系である。この
ため、光源に広がりがあっても可視度の低下はない。さ
らに、三角光路の場合とは異なり、レンズ(L4)の直前
にサバール板(SP)を置けることから、光学系でのケラ
レは殆どなく、非常に大きなスループットが得られる。
In the case of the second embodiment, the source doubling system is equivalent to that of the triangular optical path common path shown in the conventional example. For this reason, even if the light source is spread, the visibility does not decrease. Further, unlike the case of the triangular optical path, since the Savart plate (SP) can be placed immediately before the lens (L4), there is almost no vignetting in the optical system, and a very large throughput can be obtained.

また、第2実施例の場合、光学系で必要とされるレン
ズは1枚だけである。ウオラストンプリズムを用いた第
1実施例と比べると、第1実施例では、コリメータレン
ズ(L2)と,ウオラストンプリズム(W)内に局在した
干渉縞をイメージセンサ(IRIS)上に結像させるための
レンズ(L3)とが必須である。サバール板(SP)を用い
た第2実施例(第13図)において、仮に、レンズ(L4)
をコリメータレンズ(L2)と同じものを用いるとする
と、結像系の長さ分だけ光学系の全長を短縮することが
できる。
In the case of the second embodiment, only one lens is required in the optical system. Compared to the first embodiment using the Wollaston prism, in the first embodiment, the collimator lens (L2) and the interference fringes localized in the Wollaston prism (W) are placed on the image sensor (IRIS). A lens (L3) for forming an image is essential. In the second embodiment (FIG. 13) using a Savart plate (SP), the lens (L4)
Is the same as the collimator lens (L2), the total length of the optical system can be reduced by the length of the imaging system.

この第2実施例の特徴をまとめると次の通りである。 The features of the second embodiment are summarized as follows.

光学素子を直線上に配列でき、光学系の調整がきわめ
て容易であるとともに、素子数も少ないことから、 光学系全体を暗箱に構成するとき、筒型でよりコンパ
クトになり、手持ち操作ももちろん可能で、取り扱い,
使い勝手がよく、フィールド・ユースに好適である。
Since the optical elements can be arranged in a straight line, the adjustment of the optical system is extremely easy and the number of elements is small, so when configuring the entire optical system in a dark box, it is more compact with a cylindrical shape, and of course it can be hand-held. In, handling,
It is easy to use and suitable for field use.

最高のスループットを得ることができる。サバール板
の大きさを大きくすればそれに比例してさらにスループ
ットを大きくできる。光束量が多いことはそのまま信号
量が多いことと等価であり、しかもSN比もそれに比例し
て高くなる。
The highest throughput can be obtained. Increasing the size of the Savart plate can further increase the throughput in proportion thereto. A large amount of light flux is equivalent to a large amount of signal as it is, and the SN ratio is also increased in proportion thereto.

上記と関連して、ちなみにここで三者のスループッ
トの比較を示す。
In connection with the above, here is a comparison of the throughput of the three.

まず、サバール板の場合である。イメージセンサとし
て1画素の長さが25μm、1024チャネルからなる全長2
6.6mmのマルチチャネルイメージセンサ(例えば1次元
固体撮像素子)とする。サバール板は下記の具体的実施
例で用いたと同じ15×15×15mm3のTio2製のものとし、
レンズは焦点距離がf=60mmのものとする。このとき測
定可能な最大波数は、11300cm-1である。また、レンズ
および光源は、サバール板の直前、前後に置くものとす
る(第15図参照)。TiO2の平均屈折率は2.5であるか
ら、光源の等価的位置は射出面から15/2.5=6mmであ
る。このとき光線が射出面でケラレない光源の許容され
うる大きさは12.5mmとなる。立体角は17.4stradmm2であ
る。
First, the case of the Savart plate. As an image sensor, the length of one pixel is 25 μm and the total length is 1024 channels.
It is a 6.6 mm multi-channel image sensor (for example, a one-dimensional solid-state image sensor). The Savart plate is the same 15 × 15 × 15 mm 3 made of Tio 2 as used in the following specific examples,
The lens has a focal length of f = 60 mm. At this time, the maximum wave number that can be measured is 11300 cm −1 . The lens and the light source are placed immediately before, before and after the Savart plate (see FIG. 15). Since the average refractive index of TiO 2 is 2.5, the equivalent position of the light source is 15 / 2.5 = 6 mm from the exit surface. At this time, the allowable size of the light source with no vignetting on the exit surface is 12.5 mm. Solid angle is 17.4stradmm 2.

次に、従来例で掲げた三角光路コモンパスのものでは
第16図に示す系とする。光束幅Hを50mm、ミラー(M
1),(M2)を54mmφ、ビームスプリッタ(BS)を70.7m
mφのものとする。ここでも光源の位置は図中の三角印
△で示した位置にあり、レンズの位置は四角印□で示し
た位置にあるものとする。この場合、光束のケラレは、
光束が干渉計内で一周してきたあと再結合するビームス
プリッタ(BS)で決まる。このビームスプリッタ(BS)
の位置は、光源から316mmのところにあるが、先と同様
にf=60mmのレンズを用いると、ビームスプリッタ(B
S)によるケラレでセンサ上には全光束の約1/3しか光が
到達しない。逆に、センサ上のすべてに光が到達するに
はレンズの焦点距離はf=160mmが必要であり、さらに
光の光源の大きさ12.5mmにするには焦点距離f=223mm
のレンズが必要である。このときの立体角は1.27stradm
m2である。
Next, in the case of the triangular optical path common path listed in the conventional example, the system shown in FIG. 16 is used. Light beam width H is 50mm, mirror (M
1), (M2) 54mmφ, Beam splitter (BS) 70.7m
mφ. Also in this case, it is assumed that the position of the light source is at the position indicated by the triangle △ in the figure, and the position of the lens is at the position indicated by the square □. In this case, the vignetting of the luminous flux is
It is determined by the beam splitter (BS) that recombines after the light beam makes a round in the interferometer. This beam splitter (BS)
Is 316 mm from the light source, but if a lens with f = 60 mm is used as before, the beam splitter (B
Due to vignetting by S), only about 1/3 of the total luminous flux reaches the sensor. Conversely, the focal length of the lens needs to be f = 160 mm in order for light to reach everything on the sensor, and the focal length f = 223 mm to make the size of the light source 12.5 mm.
Lens is required. The solid angle at this time is 1.27stradm
a m 2.

第2実施例のウオラストンプリズムを用いた場合は、
ウオラストンプリズムの許容される開口の半径rは、
(1−5)式から、開口数をNとして、 で与えられる。
When the Wollaston prism of the second embodiment is used,
The radius r of the allowable aperture of the Wollaston prism is
From equation (1-5), let N be the numerical aperture. Given by

ここで、コリメータレンズ(L2)の焦点距離をf=60
mmとすると、r=3.75mmとなる。r=3.75のとき最大波
数σmaxの可視度は0となるから実際にはこれより十分
小さい値である必要がある。そこで、r=1mmとする
と、立体角は0.44stradmm2となる。
Here, the focal length of the collimator lens (L2) is f = 60
If mm, r = 3.75 mm. When r = 3.75, the visibility of the maximum wave number σmax becomes 0, so it is actually necessary that the value be sufficiently smaller than this. Therefore, if r = 1 mm, the solid angle is 0.44 stradmm 2 .

以上から、サバール板を用いた第2の実施例がいかに
大きなスループットを有するかがわかる。サバール板の
大きさを大きくすればより大きなスループットを実現で
き、またSN比を大幅に改善できることも既述の通りであ
る。
From the above, it can be seen how the second embodiment using the Savart plate has a large throughput. As described above, if the size of the Savart plate is increased, a higher throughput can be realized, and the SN ratio can be significantly improved.

次に、第2実施例の具体例を示してその性能の一例を
示す。
Next, a specific example of the second embodiment is shown to show an example of the performance.

光源(S2)は第1実施例と同様、ニクロム線である。
偏光子(P3),検光子(P4)はともに、Polaroid社製・
HR型である。サバール板(SP)は15×15×15mm3の大き
さで平均屈折率が2.5のTiO2製のものである。レンズ(L
4)は、熔融石英製、焦点距離が80mm、直径が50mmの平
凸レンズである。赤外イメージセンサ(IRS)には浜松
ホトニクス社製・N214−06近赤外ビジコンを用いてい
る。この近赤外ビジコンからのビデオ信号は、第1実施
例と同様、フレームグラバ・画像取込み装置(FG)、コ
ンピュータ装置(CPU)で制御、処理され、スペクトル
分布を得る。なお、30フレーム積算及び同一フレーム内
の40ラインの積算を行うことでSN比の向上を図ってい
る。
The light source (S2) is a nichrome wire as in the first embodiment.
Both polarizer (P3) and analyzer (P4) are manufactured by Polaroid.
HR type. The Savart plate (SP) is made of TiO 2 having a size of 15 × 15 × 15 mm 3 and an average refractive index of 2.5. Lens (L
4) is a plano-convex lens made of fused quartz with a focal length of 80 mm and a diameter of 50 mm. For the infrared image sensor (IRS), N214-06 near infrared vidicon manufactured by Hamamatsu Photonics KK is used. The video signal from the near-infrared vidicon is controlled and processed by a frame grabber / image capturing device (FG) and a computer device (CPU), as in the first embodiment, to obtain a spectral distribution. The S / N ratio is improved by integrating 30 frames and integrating 40 lines in the same frame.

第17図に光源であるニクロム線の干渉縞の強度分布を
示す。(a)は(1−2)式で表される干渉縞、(b)
は(1−3)式で表される干渉縞、(c)はそれらの差
で(1−4)式で与えられるもので、バックグラウンド
成分が除かれ信号成分が2倍になっていることがわか
る。同様に、1.3μmの発振波長をもつ半導体レーザか
ら得られる干渉縞の強度分布を第18図に示す。第18図
(a),(b),(c)はそれぞれ(1−2)式,(1
−3)式,(1−4)式で与えられるものに対応する。
FIG. 17 shows the intensity distribution of the interference fringes of the nichrome line as the light source. (A) is an interference fringe represented by the equation (1-2), (b)
Is the interference fringe represented by the equation (1-3), and (c) is the difference between them, which is given by the equation (1-4). The background component is removed and the signal component is doubled. I understand. Similarly, FIG. 18 shows the intensity distribution of interference fringes obtained from a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.3 μm. FIGS. 18 (a), (b) and (c) show equations (1-2) and (1), respectively.
-3) and (1-4).

第17図(c),第18図(c)の干渉縞からフーリエ変
換して得られたスペクトル分布をそれぞれ第19図
(a),(b)に示す。このシステムで得られたスペク
トルの波数分解は、100cm-1であった。分光波長領域は
1−2μmであるが、これは近赤外ビジコンと偏光板の
分光特性によって決められる。
FIGS. 19 (a) and 19 (b) show spectral distributions obtained by Fourier transforming the interference fringes of FIGS. 17 (c) and 18 (c), respectively. The wave number resolution of the spectrum obtained with this system was 100 cm -1 . The spectral wavelength range is 1-2 μm, which is determined by the spectral characteristics of the near-infrared vidicon and the polarizing plate.

上記第2実施例の有用性を示すために、これを近赤外
拡散反射分析に用いた例を示す。第20図は装置の構成原
理図であり、第13図と同一の参照符号のものは同一ない
し相当のものを示している。(SB)は試料を置くサンプ
ルベース台で、レンズ(L5)は光源(S2)の拡散光束を
サンプルベース台(SB)上に集光させるレンズである。
なお、この集光系のレンズ(L5)は、焦点距離が50mm、
直径は60mmである。
In order to show the usefulness of the second embodiment, an example in which it is used for near-infrared diffuse reflection analysis will be described. FIG. 20 is a diagram showing the principle of construction of the apparatus, and the same reference numerals as those in FIG. 13 indicate the same or corresponding elements. (SB) is a sample base table on which the sample is placed, and the lens (L5) is a lens that focuses the diffused light beam of the light source (S2) on the sample base table (SB).
The focusing lens (L5) has a focal length of 50 mm,
The diameter is 60mm.

近赤外拡散反射分析法は非破壊で前処理(粉砕のみ)
が簡単なため、農産物や食品中の蛋白質、水分、油分な
どの定量分析に広く用いられている。特にカナダ国では
小麦の蛋白質の定量に近赤外分光法が公定化されてい
る。
Near-infrared diffuse reflectance analysis is non-destructive and pre-treated (pulverization only)
Because of its simplicity, it is widely used for quantitative analysis of protein, moisture, oil, etc. in agricultural products and foods. Particularly in Canada, near-infrared spectroscopy has been officially approved for the determination of wheat protein.

近赤外域(0.8−2.7μm)の吸収は、分子の基準振動
の倍音吸収や結合吸収である。これらの吸収は中赤外域
での基準振動に比べてはるかに弱いため、吸収に非線形
性がない。またC−H、N−H、O−H、C−O等の有
機化合物に含まれる結合の倍音吸収が近赤外域に存在す
ることから、近赤外域は有機物質の定量分析に適してい
る。ただし、倍音吸収と結合吸収はスペクトル幅が広
く、また多くの吸収バンドが存在するため、吸収ピーク
は重畳し複雑な吸収スペクトルを示す。そのため構造的
に重要なスペクトルの識別が困難となるため定性分析に
は適さない。
The absorption in the near infrared region (0.8-2.7 μm) is the overtone absorption or the binding absorption of the normal vibration of the molecule. Since these absorptions are much weaker than the normal vibration in the mid-infrared region, there is no nonlinearity in the absorption. In addition, since the overtone absorption of the bond contained in organic compounds such as CH, NH, OH, and CO exists in the near infrared region, the near infrared region is suitable for quantitative analysis of organic substances. . However, since the overtone absorption and the coupling absorption have a wide spectrum width and many absorption bands, the absorption peaks overlap and show a complicated absorption spectrum. This makes it difficult to identify structurally important spectra, and is not suitable for qualitative analysis.

近赤外域の吸収スペクトルの測定には、拡散反射分析
法がよく用いられる。この方法では、試料を粉末状に
し、粉末中を多重透過した拡散反射光を観測する。拡散
反射光もBeerの法則を満たし、濃度と吸光度は比例関係
にある。
Diffuse reflection analysis is often used to measure the absorption spectrum in the near infrared region. In this method, a sample is made into a powdery state, and diffuse reflection light that has been transmitted multiple times through the powder is observed. Diffuse reflected light also satisfies Beer's law, and concentration and absorbance are proportional.

もっともこの方法の欠点は、試料からの拡散反射光が
弱いことにある。従来の分散型分光器では、積分球を用
いていたが、フィールド・ユースを考慮した場合、適し
た計測器とはいえない。一方、近赤外拡散反射分析法で
得られるスペクトルは細かな構造をもたないため、分解
能は高い必要はない。したがって、フィールド・ユース
での近赤外拡散分析法を行うにはマルチチャネルフーリ
エ変換分光法が最適である。
However, a disadvantage of this method is that the diffuse reflection light from the sample is weak. Conventional dispersive spectrometers use an integrating sphere, but are not suitable for field use. On the other hand, the spectrum obtained by the near-infrared diffuse reflectance analysis does not have a fine structure, and therefore does not need to have high resolution. Therefore, multi-channel Fourier transform spectroscopy is optimal for performing near-infrared diffusion analysis in field use.

第20図のシステムで測定した結果を第21図〜第26図に
示す。なお、ここに示される拡散反射スペクトルにおい
て、縦軸は近赤外域で特別な吸収をもたない白色板の反
射光強度に対する試料の拡散反射光強度の比を表し、反
射率Rを用いてlog(1/R)とした。この値は吸光度スケ
ールになっていて成分量に比例する。
The results measured with the system of FIG. 20 are shown in FIGS. 21 to 26. In the diffuse reflection spectrum shown here, the vertical axis represents the ratio of the diffuse reflected light intensity of the sample to the reflected light intensity of the white plate having no special absorption in the near-infrared region. (1 / R). This value is on an absorbance scale and is proportional to the amount of the component.

第21図(a)は参照光の干渉縞、(b)は小麦粉によ
る干渉縞であり、第22図(a)は参照光のスペクトル、
(b)は小麦粉のスペクトルで、第23図が小麦粉の拡散
反射スペクトルである。
FIG. 21 (a) shows interference fringes of the reference light, (b) shows interference fringes due to flour, FIG. 22 (a) shows the spectrum of the reference light,
(B) shows the spectrum of flour, and FIG. 23 shows the diffuse reflection spectrum of flour.

1.4μm付近のピークは、O−H原子団の基準振動の
1次倍音、1.7μm付近のピークはC−H原子団の基準
振動の1次倍音、1.2μm付近のピークはC−H原子団
の基準振動の2次倍音である。C−H原子団の倍音吸収
から高次の吸収の方が小さいことがわかる。
The peak near 1.4 μm is the first harmonic of the normal vibration of the O—H atomic group, the peak near 1.7 μm is the first harmonic of the normal vibration of the CH atomic group, and the peak near 1.2 μm is the CH atomic group. Is the second harmonic of the reference vibration of. It can be seen from the overtone absorption of the CH atomic group that the higher-order absorption is smaller.

第24図、第25図に、でんぷん、米の粉末の拡散反射ス
ペクトルを示す。それぞれの吸収ピークの高さは各成分
量に相関する。
FIG. 24 and FIG. 25 show the diffuse reflection spectra of starch and rice powder. The height of each absorption peak correlates with the amount of each component.

第26図に水で湿らせた小麦粉の拡散反射スペクトルを
示す。第23図と比較すると、1次,2次のC−H原子団の
倍音吸収のピークに対して、1次のO−H原子団の倍音
吸収のピークが増加するのがわかる。O−H原子団によ
る吸収が水分量が増加しただけ強くなっていることを示
している。
FIG. 26 shows the diffuse reflection spectrum of flour moistened with water. In comparison with FIG. 23, it can be seen that the peak of the overtone absorption of the primary OH group increases with respect to the peak of the overtone absorption of the primary and secondary CH groups. This indicates that the absorption by the OH atomic group is increased as the water content increases.

尚、上記の実施例では、イメージセンサを赤外域のも
のとしたが、可視域及び/または紫外域のイメージセン
サでも全く同様に適用できることは言うまでもない。イ
メージセンサは、好ましくは固体撮像素子、より好まし
くは、特にフィールド・ユースを考慮して1次元固体撮
像素子とする。
In the above embodiment, the image sensor is in the infrared region. However, it goes without saying that the image sensor in the visible region and / or the ultraviolet region can be applied in exactly the same manner. The image sensor is preferably a solid-state image sensor, more preferably a one-dimensional solid-state image sensor particularly considering field use.

また、第2の実施例では、サバール板にTiO2を用いた
が、可視紫外用のマルチチャネルフーリエ変換分光シス
テムを構築するには、方解石を用いる。イメージセンサ
(撮像素子)は、撮像管であってもよいが、好ましくは
固体撮像素子をもって構成する。
In the second embodiment, TiO 2 is used for the Savart plate. However, calcite is used to construct a multi-channel Fourier transform spectroscopy system for visible and ultraviolet. The image sensor (imaging device) may be an imaging tube, but is preferably configured by a solid-state imaging device.

なおまた、上述の実施例では、標準TV走査方式を採用
した2次元撮像素子と画像取込み装置によって、干渉縞
をサンプリングしているため、分解能は、TVの走査線の
本数あるいは画像取込み装置の画素数によって相当程度
制限を受けていると考えられる。実施例では、分解能は
128(画像取込み装置の画素数は256であり、位相補正は
行わず、FFTの後、絶対値をとる手法をとっていること
から、256の半分となっている)であるが、帯域は5120c
m-1までの場合、波数分解は40cm-1となる。上述のいず
れの実施例でも実際には使用してはいないが、1次元の
赤外固体撮像素子は利用可能なものが開発されつつあ
り、例えば、三菱電機グループにおいては4096×4エレ
メントのショットキーバリアタイプのプラチナ・シリサ
イドのアレイ検出器が発表されている。例えばこのイメ
ージセンサを用いると、分解能は16倍向上し、波数分解
は2.5cm-1となる。又、通常のフーリエ変換分光装置に
おいて行なわれているように、位相補正を行ってFFTの
後に絶対値をとらず実部を求める手法をとれば、分解能
はさらに2倍向上し、波数分解は1.25cm-1を実現する。
これは、現在知られているFTIR(赤外フーリエ変換分光
光度計)と同等の性能であり、本発明にかかる分光光度
計は分解能の点でも従来例とほぼ同等とでき、かつ非駆
動かつきわめてコンパクトなシステム構成であり、高速
サンプリングであるなどの優れた特徴も備えている。
In the above-described embodiment, the interference fringes are sampled by the two-dimensional image sensor and the image capturing device adopting the standard TV scanning method. Therefore, the resolution is determined by the number of TV scanning lines or the pixel of the image capturing device. It is considered that the number is considerably restricted. In an embodiment, the resolution is
128 (the number of pixels of the image capture device is 256, phase correction is not performed, and the method of taking the absolute value after FFT is used, so it is half of 256), but the bandwidth is 5120c
For m −1 , the wavenumber resolution is 40 cm −1 . Although not actually used in any of the above-described embodiments, a one-dimensional infrared solid-state imaging device that can be used is being developed. For example, the Mitsubishi Electric Group has a 4096 × 4 element Schottky Barrier-type platinum silicide array detectors have been announced. For example, when this image sensor is used, the resolution is improved 16 times, and the wave number resolution is 2.5 cm −1 . Also, if a method of obtaining the real part without taking the absolute value after the FFT is performed by performing phase correction as performed in a normal Fourier transform spectroscope, the resolution is further improved by a factor of 2, and the wave number resolution is increased by 1.25. cm -1 is achieved.
This is equivalent to the performance of a currently known FTIR (infrared Fourier transform spectrophotometer), and the spectrophotometer according to the present invention can be almost equivalent to the conventional example in terms of resolution, and is non-driven and extremely non-driven. It has a compact system configuration and also has excellent features such as high-speed sampling.

(発明の効果) 以上のように、この発明によれば、光束のスループッ
トを従来例と同等もしくはそれ以上にできるうえ、光学
系を直線上に組めるので光学系の調整が容易になるとと
もに、光学系をフィールド・ユースに適した筒型でより
コンパクトなものとできる効果がある。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the throughput of the light beam can be made equal to or higher than that of the conventional example, and the optical system can be assembled in a straight line, so that the adjustment of the optical system becomes easy and the optical system is easily adjusted. The effect is that the system can be made more compact with a cylindrical shape suitable for field use.

赤外域においては、さまざまな分子が分子内の原子間
の振動や分子の回転による吸収を行うため、この波長域
を用いた物質の定量分析,定性分析が広く行なわれてい
るが、撮像素子に赤外域の固体撮像素子を用いるとこの
ような赤外分光分析システムを本発明によってセンサ化
することができ、広範囲に、フィールド・ユースな物質
の計測が可能となる。
In the infrared region, various molecules absorb due to vibration between atoms in the molecule or rotation of the molecule, so quantitative analysis and qualitative analysis of substances using this wavelength range are widely performed. If an infrared solid-state imaging device is used, such an infrared spectroscopy system can be made into a sensor according to the present invention, and a wide variety of field-use substances can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来例の要部を示す光路図、 第2図はこの発明の第1の実施例を示す図、 第3図はウオラストンプリズムの機能の説明図、 第4図(a)は(1−2)式で表わされるニクロム線の
干渉縞の強度分布を示すグラフ、第4図(b)は(1−
3)式で表わされるニクロム線の干渉縞の強度分布を示
すグラフ、第4図(c)はこれらのバックグラウンドを
除去した干渉縞の強度分布を示すグラフ、 第5図はニクロム線のスペクトル分布を示すグラフ、 第6図(a)はポリスチレンの透過スペクトルを示す
図、第6図(b)はポリスチレンの参照光スペクトルを
示す図、第6図(c)はポリスチレンの吸収スペクトル
を示す図、 第7図(a)はポリエレンの透過スペクトルを示す図、
第7図(b)はポリエチレンの吸収スペクトルを示す
図、 第8図(a)はポリプロピレンの透過スペクトルを示す
図、第8図(b)はポリプロピレンの吸収スペクトルを
示す図、 第9図(a)は3.45μmの干渉フィルタによる干渉縞で
横倍率1.1倍の場合を示す図、第9図(b)は0.71倍の
場合を示す図、第9図(c)は0.58倍の場合を示す図、 第10図(a)は3.45μmの干渉フィルタによる干渉縞で
横倍率1.1倍の場合のスペクトルを示す図、第10図
(b)は0.71倍の場合のスペクトルを示す図、第10図
(c)は0.58倍の場合のスペクトルを示す図、 第11図(a)はポリスチレンの吸収スペクトルで倍率を
1.1倍にしたときのスペクトルを示す図、第11図(b)
は0.71倍の場合のスペクトルを示す図、第11図(c)は
0.58倍の場合のスペクトルを示す図、 第12図はポリスチレンの吸収スペクトルの再現性を示す
図、 第13図はこの発明の第2の実施例を示す図、 第14図はサバール板の機能の説明図、 第15図はサバール板のスループットを説明するための
図、 第16図は従来例のスループットを説明するための図、 第17図(a)は(1−2)式で表わされるニクロム線の
干渉縞の強度分布を示すグラフ、第17図(b)は(1−
3)式で表わされるニクロム線の干渉縞の強度分布を示
すグラフ、第17図(c)はこれらのバックグラウンドを
除去した干渉縞の強度分布を示すグラフ、 第18図(a)は(1−2)式で表わされる半導体レーザ
の干渉縞の強度分布を示すグラフ、第18図(b)は(1
−3)式で表わされる半導体レーザの干渉縞の強度分布
を示すグラフ、第18図(c)はこれらのバックグラウン
ドを除去した干渉縞の強度分布を示すグラフ、 第19図(a)はニクロム線のスペクトル分布を示す図、
第19図(b)は半導体レーザのスペクトル分布を示す
図、 第20図は第2の実施例を適用した装置構成を示す図、 第21図(a)は参照光の干渉縞を示す図、第21図(b)
は小麦粉の干渉縞を示す図、 第22図(a)は参照光のスペクトルを示す図、第22図
(b)は小麦粉のスペクトルを示す図、 第23図は小麦粉の拡散反射スペクトルを示す図、 第24図はでんぷんの拡散反射スペクトルを示す図、 第25図は米の拡散反射スペクトルを示す図、 第26図は水分の多い小麦粉の拡散反射スペクトルを示す
図である。 P1……偏光子、W……ウオラストンプリズム、P2……検
光子、L3……レンズ、IRIS……撮像素子としての赤外イ
メージセンサ、FG……画像取込み装置、CPU……コンピ
ュータ装置、P3……偏光子、SP……サバール板、P4……
検光子、L4……レンズ、IRS……撮像素子としての赤外
イメージセンサ。
FIG. 1 is an optical path diagram showing a main part of a conventional example, FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is an explanatory diagram of the function of a Wollaston prism, FIG. FIG. 4B is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the nichrome line represented by the equation (1-2), and FIG.
A graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the nichrome line represented by the expression 3), FIG. 4 (c) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes with these backgrounds removed, and FIG. 5 is a spectrum distribution of the nichrome line. Fig. 6 (a) is a diagram showing a transmission spectrum of polystyrene, Fig. 6 (b) is a diagram showing a reference light spectrum of polystyrene, Fig. 6 (c) is a diagram showing an absorption spectrum of polystyrene, FIG. 7 (a) shows a transmission spectrum of polyethylene.
FIG. 7 (b) shows the absorption spectrum of polyethylene, FIG. 8 (a) shows the transmission spectrum of polypropylene, FIG. 8 (b) shows the absorption spectrum of polypropylene, FIG. 9 (a) ) Is a diagram showing an interference fringe caused by a 3.45 μm interference filter at a lateral magnification of 1.1 times, FIG. 9B is a diagram showing a case of 0.71 times, and FIG. 9C is a diagram showing a case of 0.58 times. Fig. 10 (a) is a diagram showing a spectrum when the lateral magnification is 1.1 times with the interference fringes by the 3.45 µm interference filter, Fig. 10 (b) is a diagram showing the spectrum when the magnification is 0.71 times, and Fig. 10 ( c) is a diagram showing a spectrum when the magnification is 0.58 times, and FIG. 11 (a) is a graph showing the magnification of the absorption spectrum of polystyrene.
FIG. 11 (b) shows a spectrum when the magnification is 1.1 times.
Is a diagram showing a spectrum at 0.71 times, and FIG.
FIG. 12 shows the spectrum of polystyrene at 0.58 times, FIG. 12 shows the reproducibility of the absorption spectrum of polystyrene, FIG. 13 shows the second embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows the function of the Savart plate. FIG. 15 is a diagram for explaining the throughput of the Savart plate, FIG. 16 is a diagram for explaining the throughput of the conventional example, and FIG. 17 (a) is nichrome represented by the formula (1-2). FIG. 17B is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the line, and FIG.
FIG. 17 (c) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the nichrome line represented by the expression 3), FIG. 17 (c) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes from which these backgrounds have been removed, and FIG. FIG. 18 (b) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the semiconductor laser expressed by equation (2), and FIG.
-3) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes of the semiconductor laser expressed by the equation, FIG. 18 (c) is a graph showing the intensity distribution of the interference fringes from which these backgrounds have been removed, and FIG. 19 (a) is nichrome. Diagram showing the spectral distribution of the line,
FIG. 19 (b) is a diagram showing a spectrum distribution of the semiconductor laser, FIG. 20 is a diagram showing a device configuration to which the second embodiment is applied, FIG. 21 (a) is a diagram showing interference fringes of the reference light, FIG. 21 (b)
Is a diagram showing interference fringes of flour, FIG. 22 (a) is a diagram showing a spectrum of reference light, FIG. 22 (b) is a diagram showing a spectrum of flour, FIG. 23 is a diagram showing a diffuse reflection spectrum of flour FIG. 24 is a diagram showing a diffuse reflection spectrum of starch, FIG. 25 is a diagram showing a diffuse reflection spectrum of rice, and FIG. 26 is a diagram showing a diffuse reflection spectrum of flour having a high moisture content. P1 ... Polarizer, W ... Wollaston prism, P2 ... Analyzer, L3 ... Lens, IRIS ... Infrared image sensor as image sensor, FG ... Image capture device, CPU ... Computer device P3 ... Polarizer, SP ... Savart plate, P4 ...
Analyzer, L4 ... Lens, IRS ... Infrared image sensor as an image sensor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−245622(JP,A) 特開 昭59−105508(JP,A) 特開 平2−147843(JP,A) 特開 昭62−251627(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 3/45 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-2-245622 (JP, A) JP-A-59-105508 (JP, A) JP-A-2-147784 (JP, A) JP-A 62-245 251627 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01J 3/45

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源からの光路に沿って、偏光子と、偏光
分割複屈折素子としてのサバール板と、検光子と、収束
性レンズと、該レンズの後側焦平面に位置する赤外域固
体撮像素子とを備えることを特徴とするマルチチャネル
フーリエ変換分光装置。
Along a light path from a light source, a polarizer, a Savart plate as a polarization splitting birefringent element, an analyzer, a convergent lens, and an infrared solid located at a rear focal plane of the lens. A multi-channel Fourier transform spectrometer, comprising: an imaging element.
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