JP3304692B2 - 分光測定装置 - Google Patents
分光測定装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分光測定装置に関し、特
に、二次元的な広がりを有する試料の分光測定を実行す
るための分光測定装置に関する。
に、二次元的な広がりを有する試料の分光測定を実行す
るための分光測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】二次元的な広がりを有する試料の分光測
定を高速に実行するための分光測定装置が従来提案され
ている。図４は、特開平６−３４５２５号記載の分光測
定装置のブロック構成図である。図において、棒状の光
源１０から試料１１に照射された光は、試料１１の一面
上の一次元的な測定領域（Ｙ軸方向に伸びている線領
域）を均一に照明する。この光に対する反射光はレンズ
１２を介してスリット１３上に集光され、スリット１３
を通過した光によって回折格子１４に測定領域の一次元
像が投影される。回折格子１４で分光された光は、ミラ
ー１５で反射され、光検出器１６上に結像される。光検
出器１６は多数の微小な受光素子が二次元的に配置され
たものであり、試料１１上の一次元的な測定領域に対応
した分光強度分布を検出する。すなわち、光検出器１６
上の一方向は試料１１上の一次元の測定領域の各位置に
対応しており、これと直交する方向はその各位置の分光
分布（すなわち波長方向）に対応している。
定を高速に実行するための分光測定装置が従来提案され
ている。図４は、特開平６−３４５２５号記載の分光測
定装置のブロック構成図である。図において、棒状の光
源１０から試料１１に照射された光は、試料１１の一面
上の一次元的な測定領域（Ｙ軸方向に伸びている線領
域）を均一に照明する。この光に対する反射光はレンズ
１２を介してスリット１３上に集光され、スリット１３
を通過した光によって回折格子１４に測定領域の一次元
像が投影される。回折格子１４で分光された光は、ミラ
ー１５で反射され、光検出器１６上に結像される。光検
出器１６は多数の微小な受光素子が二次元的に配置され
たものであり、試料１１上の一次元的な測定領域に対応
した分光強度分布を検出する。すなわち、光検出器１６
上の一方向は試料１１上の一次元の測定領域の各位置に
対応しており、これと直交する方向はその各位置の分光
分布（すなわち波長方向）に対応している。
【０００３】試料１１は移動ステージ（図示せず）上に
載置されており、試料１１上の一次元的な測定領域に対
して直交する軸に沿って移動される。すなわち、一次元
的な分光強度分布の測定を、Ｘ軸方向にずらしながら複
数回実行することによって、試料１１上の二次元領域の
分光強度分布が測定される。
載置されており、試料１１上の一次元的な測定領域に対
して直交する軸に沿って移動される。すなわち、一次元
的な分光強度分布の測定を、Ｘ軸方向にずらしながら複
数回実行することによって、試料１１上の二次元領域の
分光強度分布が測定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な装置では、スリット１３長手方向の分解能は、主とし
て、光検出器１６上でのスリット長手方向の投影像の範
囲における該方向に配列された受光素子数に依存してい
る。一方、スリット１３長手方向に直交する方向の分解
能は、主としてスリット１３の幅に依存している。とこ
ろが、実際上、光検出器１６上での投影像の大きさは光
学系に依存し、また、受光素子のサイズは限られている
ため、投影像の範囲内における受光素子数の自由度は小
さい。一方、スリットの幅は波長分解能と関係している
ため、同様に選択の自由度は小さい。このため、装置を
設計する際に、試料１１面上における縦方向と横方向と
の分解能を等しくすることは困難である。このように、
試料１１面上で縦方向と横方向との分解能が相違する
と、試料の載置の仕方（縦置き又は横置き）によって、
同一試料の同一領域の測定結果が相違し、信頼性や再現
性が乏しくなるという問題が生じてしまう。
な装置では、スリット１３長手方向の分解能は、主とし
て、光検出器１６上でのスリット長手方向の投影像の範
囲における該方向に配列された受光素子数に依存してい
る。一方、スリット１３長手方向に直交する方向の分解
能は、主としてスリット１３の幅に依存している。とこ
ろが、実際上、光検出器１６上での投影像の大きさは光
学系に依存し、また、受光素子のサイズは限られている
ため、投影像の範囲内における受光素子数の自由度は小
さい。一方、スリットの幅は波長分解能と関係している
ため、同様に選択の自由度は小さい。このため、装置を
設計する際に、試料１１面上における縦方向と横方向と
の分解能を等しくすることは困難である。このように、
試料１１面上で縦方向と横方向との分解能が相違する
と、試料の載置の仕方（縦置き又は横置き）によって、
同一試料の同一領域の測定結果が相違し、信頼性や再現
性が乏しくなるという問題が生じてしまう。
【０００５】本発明は上記のような問題を解決するため
に成されたものであり、その目的とするところは、試料
の載置の方向に拘らず同一の測定結果が得られる分光測
定装置を提供することにある。
に成されたものであり、その目的とするところは、試料
の載置の方向に拘らず同一の測定結果が得られる分光測
定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料の二次元領域を分光測定する
ための分光測定装置であって、複数の受光素子が二次元
的に配置された光検出器上の一つの次元方向に該試料の
スリット長手方向に対応した像が投影され、他の次元方
向に光が波長に応じて分散するように光学系が構成さ
れ、該試料をスリット長手方向と直向する方向に移動し
つつ分光測定を実行することにより該試料の二次元領域
を格子状に区分した小領域毎に分光強度分布を測定する
分光測定装置において、 a)前記光検出器を構成する受光素子により検出された信
号をデジタル信号に変換しデータとして出力する変換手
段と、 b)前記変換手段から出力される各データに対し、該デー
タと同一の波長であって、且つ前記試料上において該デ
ータに対応する小領域とスリット長手方向、及びその方
向と直交する方向に隣接又は近接して位置している複数
の小領域を分光測定した結果である複数のデータを用
い、前記二つの方向における分解能の相違に基づいて予
め決められた重み付け係数を用いた積和演算を行なうこ
とにより、該二つの方向における分解能を略等しくする
ようにデータ値を修正する演算手段と、を備えることを
特徴としている。
に成された本発明は、試料の二次元領域を分光測定する
ための分光測定装置であって、複数の受光素子が二次元
的に配置された光検出器上の一つの次元方向に該試料の
スリット長手方向に対応した像が投影され、他の次元方
向に光が波長に応じて分散するように光学系が構成さ
れ、該試料をスリット長手方向と直向する方向に移動し
つつ分光測定を実行することにより該試料の二次元領域
を格子状に区分した小領域毎に分光強度分布を測定する
分光測定装置において、 a)前記光検出器を構成する受光素子により検出された信
号をデジタル信号に変換しデータとして出力する変換手
段と、 b)前記変換手段から出力される各データに対し、該デー
タと同一の波長であって、且つ前記試料上において該デ
ータに対応する小領域とスリット長手方向、及びその方
向と直交する方向に隣接又は近接して位置している複数
の小領域を分光測定した結果である複数のデータを用
い、前記二つの方向における分解能の相違に基づいて予
め決められた重み付け係数を用いた積和演算を行なうこ
とにより、該二つの方向における分解能を略等しくする
ようにデータ値を修正する演算手段と、を備えることを
特徴としている。
【０００７】
【作用】本発明に係る分光測定装置においては、反射
率、透過率、或いは蛍光分析解析などの解析の基となる
分光強度分布は、光検出器で検出された信号がそのまま
用いられるのではなく、試料上の縦方向と横方向との分
解能の相違に基づいて修正された値が用いられる。変換
手段によりデジタル信号に変換された各受光素子の検出
信号すなわちデータに対し、或る任意のデータを修正す
るに際しては、そのデータと試料上で縦方向及び横方向
にそれぞれ隣接する複数のデータが利用される。
率、透過率、或いは蛍光分析解析などの解析の基となる
分光強度分布は、光検出器で検出された信号がそのまま
用いられるのではなく、試料上の縦方向と横方向との分
解能の相違に基づいて修正された値が用いられる。変換
手段によりデジタル信号に変換された各受光素子の検出
信号すなわちデータに対し、或る任意のデータを修正す
るに際しては、そのデータと試料上で縦方向及び横方向
にそれぞれ隣接する複数のデータが利用される。
【０００８】試料上での縦方向と横方向との分解能の相
違は、スリットや光検出器など使用される光学系部品に
よりほぼ決まるため、予め基準となる試料を測定するこ
とにより把握することができる。そこで、この分解能の
相違の影響がなくなるように、演算手段は、隣接する複
数のデータを用いて中心のデータを平滑化するための演
算方法として、すべてのデータに対し、スリット長手方
向の分解能とそれに直交する方向の分解能との相違に基
づいて予め決められた重み付け係数を用いた積和演算を
行なうことでデータ値を修正し、前記両方向での分解能
を略等しくする。
違は、スリットや光検出器など使用される光学系部品に
よりほぼ決まるため、予め基準となる試料を測定するこ
とにより把握することができる。そこで、この分解能の
相違の影響がなくなるように、演算手段は、隣接する複
数のデータを用いて中心のデータを平滑化するための演
算方法として、すべてのデータに対し、スリット長手方
向の分解能とそれに直交する方向の分解能との相違に基
づいて予め決められた重み付け係数を用いた積和演算を
行なうことでデータ値を修正し、前記両方向での分解能
を略等しくする。
【０００９】
【発明の効果】従って、本発明によれば、受光素子のサ
イズやスリット幅などとは無関係に試料の縦方向と横方
向との分解能が等しくされるため、試料の載置の方向が
相違しても同一の小領域に対しては同一の分光測定結果
を得ることができる。
イズやスリット幅などとは無関係に試料の縦方向と横方
向との分解能が等しくされるため、試料の載置の方向が
相違しても同一の小領域に対しては同一の分光測定結果
を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明による分光測定装置について図
を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施例である
分光測定装置のブロック構成図、図２は光検出器上での
結像を示す図、図３は処理動作の説明図である。
を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施例である
分光測定装置のブロック構成図、図２は光検出器上での
結像を示す図、図３は処理動作の説明図である。
【００１１】図１において、光検出器１６上に二次元的
な結像が投影されるまでの光学的な構成は図４と同一で
ある。光検出器１６上での結像に応じて光検出器１６の
各受光素子により光／電気変換された信号は、アナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０にてデジタル信号に変
換される。Ａ／Ｄ変換器２０からは光検出器１６を構成
している各受光素子に対応したデータが出力され、この
各データは順次メモリ２１内に記憶される。信号処理部
２２はメモリ２１から必要なデータを読み出し、後述す
るような処理を行なうことにより各データの値を修正す
る。反射率演算部２３は、修正されたデータによる分光
強度分布に基づいて試料１１の反射率を計算し、この結
果を表示器２４に表示する。なお、反射率以外の透過率
等の解析も必要に応じて実行され、表示器２４に表示さ
れる。勿論、表示する以外に、分析結果をプリントアウ
トするようにしても良い。
な結像が投影されるまでの光学的な構成は図４と同一で
ある。光検出器１６上での結像に応じて光検出器１６の
各受光素子により光／電気変換された信号は、アナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０にてデジタル信号に変
換される。Ａ／Ｄ変換器２０からは光検出器１６を構成
している各受光素子に対応したデータが出力され、この
各データは順次メモリ２１内に記憶される。信号処理部
２２はメモリ２１から必要なデータを読み出し、後述す
るような処理を行なうことにより各データの値を修正す
る。反射率演算部２３は、修正されたデータによる分光
強度分布に基づいて試料１１の反射率を計算し、この結
果を表示器２４に表示する。なお、反射率以外の透過率
等の解析も必要に応じて実行され、表示器２４に表示さ
れる。勿論、表示する以外に、分析結果をプリントアウ
トするようにしても良い。
【００１２】試料１１上の線領域（図１のＹ軸方向に伸
びている領域）に対応した光検出器１６上での結像は図
２のようになり、線領域内の位置ＹK(K=0〜M)に対応す
るスペクトルは、図２の横方向（波長方向）に広がる線
状の領域に投影される。試料１１上の面領域すなわち二
次元領域を測定するときには、その面領域内での線領域
の位置ＸKをK=0〜Nとするべく、試料１１をＸ軸方向に
ステップ状にずらしながらN+1個の分光強度分布を得
る。従って、Ａ／Ｄ変換されたデータは、試料１１のＸ
軸方向、Ｙ軸方向、及び波長方向の三次元を有するもの
となり、この多量のデータがメモリ２１内に記憶され
る。
びている領域）に対応した光検出器１６上での結像は図
２のようになり、線領域内の位置ＹK(K=0〜M)に対応す
るスペクトルは、図２の横方向（波長方向）に広がる線
状の領域に投影される。試料１１上の面領域すなわち二
次元領域を測定するときには、その面領域内での線領域
の位置ＸKをK=0〜Nとするべく、試料１１をＸ軸方向に
ステップ状にずらしながらN+1個の分光強度分布を得
る。従って、Ａ／Ｄ変換されたデータは、試料１１のＸ
軸方向、Ｙ軸方向、及び波長方向の三次元を有するもの
となり、この多量のデータがメモリ２１内に記憶され
る。
【００１３】このデータに対して、以下のような信号処
理が行なわれることにより各データ値の修正が施され
る。図３は、任意の一つの波長におけるデータをＸ軸方
向及びＹ軸方向に展開して配列した状態を示している。
実際には、これらのデータはメモリ２１に記憶されてい
るが、メモリ空間上で図３のように配列されているとは
限らない。本実施例では、任意の１個のデータに対し
て、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び斜め方向にそれぞれ隣接
する連続２個のデータ、すなわち中心に存する当該デー
タを含めて合計25個のデータを用いて、中心の１個のデ
ータ値の修正が行なわれる。
理が行なわれることにより各データ値の修正が施され
る。図３は、任意の一つの波長におけるデータをＸ軸方
向及びＹ軸方向に展開して配列した状態を示している。
実際には、これらのデータはメモリ２１に記憶されてい
るが、メモリ空間上で図３のように配列されているとは
限らない。本実施例では、任意の１個のデータに対し
て、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び斜め方向にそれぞれ隣接
する連続２個のデータ、すなわち中心に存する当該デー
タを含めて合計25個のデータを用いて、中心の１個のデ
ータ値の修正が行なわれる。
【００１４】任意のデータの値Ｄx,yに対する修正値
〔Ｄx,y〕は、次の(1)式によって算出される。 〔Ｄx,y〕＝Σ[i=-2〜2]Σ[j=-2〜2]Ｄx+i,y+j・ｋij ……(1) 但し、Σ[n=-2〜2]はn=-2からn=2までの総和を表わすも
のとする。(1)式で、ｋijはＸ軸方向の重み付け係数ａi
とＹ軸方向の重み付け係数ｂjとを乗じて得られる係数
である。従って(1)式によれば、ａ0、ｂ0に対して
ａ+1、ａ-1、ａ+2、ａ-2、ｂ+1、ｂ-1、ｂ+2、ｂ-2を十
分に小さくすると平滑化の効果が小さくなり、ａ0、ｂ0
と等しい程度に大きくすると平滑化の効果は大きくな
る。そこで、光学系で発生するＸ軸方向とＹ軸方向との
分解能のアンバランスを解消するように重み付け係数を
適当に選ぶことによって、両方向の分解能をほぼ等しく
することができる。
〔Ｄx,y〕は、次の(1)式によって算出される。 〔Ｄx,y〕＝Σ[i=-2〜2]Σ[j=-2〜2]Ｄx+i,y+j・ｋij ……(1) 但し、Σ[n=-2〜2]はn=-2からn=2までの総和を表わすも
のとする。(1)式で、ｋijはＸ軸方向の重み付け係数ａi
とＹ軸方向の重み付け係数ｂjとを乗じて得られる係数
である。従って(1)式によれば、ａ0、ｂ0に対して
ａ+1、ａ-1、ａ+2、ａ-2、ｂ+1、ｂ-1、ｂ+2、ｂ-2を十
分に小さくすると平滑化の効果が小さくなり、ａ0、ｂ0
と等しい程度に大きくすると平滑化の効果は大きくな
る。そこで、光学系で発生するＸ軸方向とＹ軸方向との
分解能のアンバランスを解消するように重み付け係数を
適当に選ぶことによって、両方向の分解能をほぼ等しく
することができる。
【００１５】具体的には、上記の重み付け係数は、例え
ば次のように定められる。すなわち、既に説明したよう
に、分解能を決めている主たる要因はスリット１３の幅
と光検出器１６を構成している受光素子のサイズであ
る。これらは光学部品を選定する際に決まるものである
から、装置に固有のものである。従って、基準となる試
料を分光測定することにより、縦方向の分解能と横方向
の分解能とはそれぞれ把握される。そして、この分解能
の相違に基づいて、重み付け係数ａ0、ｂ0、ａ+1、
ａ-1、ａ+2、ａ-2、ｂ+1、ｂ-1、ｂ+2、及びｂ-2が予め
計算される。
ば次のように定められる。すなわち、既に説明したよう
に、分解能を決めている主たる要因はスリット１３の幅
と光検出器１６を構成している受光素子のサイズであ
る。これらは光学部品を選定する際に決まるものである
から、装置に固有のものである。従って、基準となる試
料を分光測定することにより、縦方向の分解能と横方向
の分解能とはそれぞれ把握される。そして、この分解能
の相違に基づいて、重み付け係数ａ0、ｂ0、ａ+1、
ａ-1、ａ+2、ａ-2、ｂ+1、ｂ-1、ｂ+2、及びｂ-2が予め
計算される。
【００１６】なお、上述のようなデータ値を修正するた
めの演算を高速に行なうために、信号処理部２２はデジ
タルシグナルプロセッサ、或いは高速の積和演算用のＬ
ＳＩ等から構成される。
めの演算を高速に行なうために、信号処理部２２はデジ
タルシグナルプロセッサ、或いは高速の積和演算用のＬ
ＳＩ等から構成される。
【００１７】なお、上記実施例では25個のデータを用い
て中心となるデータ値の修正を行なっているが、そのデ
ータ数はこれに限定されない。また、信号処理部２２に
おける演算方法は上記実施例に限らず、許容できる分解
能の相違などに応じて、より簡易な演算方法、或いはよ
り高精度な演算方法を用いるようにしても良い。
て中心となるデータ値の修正を行なっているが、そのデ
ータ数はこれに限定されない。また、信号処理部２２に
おける演算方法は上記実施例に限らず、許容できる分解
能の相違などに応じて、より簡易な演算方法、或いはよ
り高精度な演算方法を用いるようにしても良い。
【図１】 本発明の分光測定装置による実施例のブロッ
ク構成図。
ク構成図。
【図２】 光検出器上での結像を示す図。
【図３】 本発明による分光測定装置における処理動作
の説明図。
の説明図。
【図４】 二次元領域の分光測定を行なうための光学系
の構成図。
の構成図。
１０…光源 １１…試料 １３…スリット １４…回折格子 １６…光検出器 ２０…Ａ／Ｄ変換器 ２１…メモリ ２２…信号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 試料の二次元領域を分光測定するための
分光測定装置であって、複数の受光素子が二次元的に配
置された光検出器上の一つの次元方向に該試料のスリッ
ト長手方向に対応した像が投影され、他の次元方向に光
が波長に応じて分散するように光学系が構成され、該試
料をスリット長手方向と直向する方向に移動しつつ分光
測定を実行することにより該試料の二次元領域を格子状
に区分した小領域毎に分光強度分布を測定する分光測定
装置において、 a)前記光検出器を構成する受光素子により検出された信
号をデジタル信号に変換しデータとして出力する変換手
段と、 b)前記変換手段から出力される各データに対し、該デー
タと同一の波長であって、且つ前記試料上において該デ
ータに対応する小領域とスリット長手方向、及びその方
向と直交する方向に隣接又は近接して位置している複数
の小領域を分光測定した結果である複数のデータを用
い、前記二つの方向における分解能の相違に基づいて予
め決められた重み付け係数を用いた積和演算を行なうこ
とにより、該二つの方向における分解能を略等しくする
ようにデータ値を修正する演算手段と、 を備えることを特徴とする分光測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14957795A JP3304692B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 分光測定装置 |
| US08/651,859 US5592291A (en) | 1995-05-23 | 1996-05-21 | Spectrophotometer |
| EP96108045A EP0744600B1 (en) | 1995-05-23 | 1996-05-21 | Spectrophotometer |
| DE69614604T DE69614604T2 (de) | 1995-05-23 | 1996-05-21 | Spektrophotometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14957795A JP3304692B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 分光測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08313344A JPH08313344A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3304692B2 true JP3304692B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=15478244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14957795A Expired - Fee Related JP3304692B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 分光測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5592291A (ja) |
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