JP3700914B2 - Differential spectrum sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変干渉フィルタを利用して測定対象物体の分光スペクトルの変化、即ち微分スペクトルを簡単に検出する微分スペクトルセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、測定対象物体の分光スペクトルを解析して特徴を抽出する装置としては、例えばリモートセンシングに代表されるような大型で複雑な装置が使用されている。
【0003】
また波長可変干渉フィルタを利用したスペクトル画像分析装置では、波長可変干渉フィルタの基板間隔を変えることで、複数の透過ピークスペクトルの分布を変化させ、透過ピークスペクトルの分布変化で得られた2つの画像の差分を演算することで微分スペクトル画像を生成し、カラー表示している(特開平8−285688号)。
【0004】
即ち、このスペクトル画像分析装置は、1画素に対応してR,G,Bの各フィルタを備えた3つの受光セルを配置したCCD等のカラー撮像手段を使用し、波長可変干渉フィルタ及び撮影レンズ系により結像された物体像につき、波長可変干渉フィルタの基板間隔を2段階に変化させて得たR,G,B画像データをメモリに記憶し、2つの画像の差を演算してR,G,Bの微分スペクトル画像を生成し、カラー表示している。 このような微分スペクトル画像を生成する装置によれば、生成された微分スペクトル画像を解析することで、物体のもつ波長スペクトルのどこに特徴的なスペクトル変化があるのかを求めることができる。更に微分スペクトル画像のカラー表示によれば、スペクトルのどの帯域に特徴があるのかを容易に読みとることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリモートセンシング等における分光解析にあっては、イメージセンサで撮像したカラー画像や赤外線画像をメモリに格納した後に分光スペクトル解析を行っており、画像が冗長な情報量を持っているため、分光解析のソフト処理が複雑で処理に時間がかかる。
【0006】
また波長可変干渉フィルタを用いたスペクトル画像分析装置にあっても、波長可変干渉フィルタの基板間隔を切替えることによる異なる透過ピークスペクトルの分布変化で得た画像をメモリに記憶した後に、画素単位の差分計算で微分スペクトル画像を求めており、ソフト的な画像解析の処理負担が大きく、リアルタイムで画像処理を行おうとすると高性能で大型の装置を必要とする問題があった。
【0007】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサ自体で測定対象物体の微分スペクトル情報が直接得られるようにした微分スペクトルセンサを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の微分スペクトルセンサは、微小間隔を隔てて配置した対向面に反射膜を形成した一対の光学基板の基板間隔を変化させて分光スペクトル中の特徴部分のスペクトル光のみを透過させる波長可変干渉フィルタと、波長可変フィルタの一対の基板間隔を交流的に変化させる駆動電圧源と、波長可変干渉フィルタの後部に配置され、波長可変干渉フィルタを透過した光の交流的な変化量に対応した受光信号を直接出力する焦電素子とで構成され、センサ自体で対象物体の分光スペクトルの特徴点を示す検出信号を出力することを特徴とする
【0009】
このため本発明の微分スペクトルセンサは、センサ自体が分光スペクトルの中の特徴部分の抽出と、特徴部分での光量変化を示す微分情報を検出できるため、分光解析の妨げとなる情報を低減して有為な情報を残し、画像処理装置等によるセンサ検出信号の分光解析に必要な情報量を激減させ、センサ検出信号に基づく分光解析の処理負担を大幅に減らことができる。
【0010】
また本発明の別の形態にあっては、微分スペクトル画像を直接得るためのイメージセンサを実現するため、波長可変干渉フィルタ、波長可変フィルタの一対の基板間隔を交流的に変化させる駆動電圧源、波長可変干渉フィルタを透過した対象物体からの光線を結像する結像レンズ、及び結像レンズの結像位置に配置され、波長可変干渉フィルタを透過した光の交流的な変化量に対応した受光信号を直接出力する複数の焦電素子を受光画素として二次元配置した焦電型撮像素子で構成し、センサ自体で対象物体の分光スペクトルの特徴点を示す微分スペクトル画像の撮像信号を出力する。
【0011】
焦電素子を用いた場合には、その出力回路に、波長可変干渉フィルタの基板間隔を変化する駆動周波数に対応した検出信号の周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタを設け、ノイズを除去する。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の微分スペクトルセンサの実施形態であり、測定対象物からの光線を集光して波長スペクトルの微分成分を検出するスポット型の微分スペクトルセンサである。
【0013】
図1において、スポット型微分スペクトルセンサ1は、ケース2の開口部に続いて波長可変干渉フィルタ3を設け、続いて集光レンズ4を配置し、集光レンズ4の焦点となる集光位置にセンサチップ5を配置している。センサチップ5には図2に示すセンサチップ回路が実装されている。ここで集光レンズ4は必ずしも必要ではなく、集光レンズ4を省略した構造としてもよい。
【0014】
図2のセンサチップ回路は、赤外線検出素子として動作する焦電素子8を備えている。焦電素子8は赤外線帯域に検出感度を持ち、赤外線の受光量が変化すると、受光量の変化に対応した検出信号、即ち微分信号を出力する。焦電素子8には電源電圧+Vcが印加されており、したがって赤外線の光量変化を受けると、焦電素子8の出力として光量変化に対応した微分電圧信号が出力される。
【0015】
焦電素子8の検出信号はアンプ9で増幅された後、帯域通過フィルタ(バンドパスフィルタ)10を通って検出信号Voとして出力される。一般に焦電素子8は容量が例えば4pFと大きいことから、アンプ9をセンサチップ5に設けることが望ましい。またバンドパスフィルタ10を設けることによってアンプ9からの信号の高周波ノイズを除去する。このバンドパスフィルタ10の低域遮断周波数は、図1の波長可変干渉フィルタ3の基板間隔を変化させる交流的な駆動周波数より低い周波数とする。
【0016】
図3は、図1のスポット型微分スペクトルセンサ1に設けた波長可変干渉フィルタ3の構造である。波長可変干渉フィルタ3はファブリ・ペロー型干渉フィルタとして知られており、一対のガラス基板11a,11bの対向面に例えば200〜300オングストローム程度の厚みを有するAu等の反射膜となる透光性の金属膜12a,12bを蒸着しており、このガラス基板11a,11bを、間に圧電素子13を介して配置し、その間に微小間隔Xを設定している。
【0017】
圧電素子13はパルス駆動電圧源14による2段階の直流電圧V1,V2(但し、V1<V2)の印加を受けて、基板間隔XをX1,X2の2段階に交流的に変化させている。
【0018】
この波長可変干渉フィルタ3は、ガラス基板12b側からの入射光に対し、透光性を持つ金属膜12b,12a間で多重反射によって生ずる干渉作用に起因して図4のような複数の透過ピークスペクトルが分布して光を透過する。図4の透過ピークスペクトルにおいて、例えば実線の透過ピークスペクトルがパルス駆動電圧源14から電圧V1を印加して基板間隔をX1とした場合であり、また破線の透過ピークスペクトルの分布がパルス駆動電圧源14のパルス電圧をV2として基板間隔をX2とした場合である。
【0019】
このような交流的に変化する複数の透過ピークスペクトルの分布を作り出す図3の波長可変干渉フィルタ3を、図1のようにスポット型微分スペクトルセンサ1に配置した場合、赤外線帯域の特定の波長を測定対象の目標監視波長とし、この目標監視波長に図4の実線の透過ピークスペクトルのいずれかが位置するように、基板間隔X1即ちパルス駆動電圧源14のパルス電圧における低い方のパルス電圧V1を決める。
【0020】
このように目標監視波長に対しパルス電圧V1の基板間隔X1でピークスペクトルをセットしたならば、目標監視波長から例えば図4の破線のようにシフトした位置に透過ピークスペクトルが存在するように、パルス駆動電圧源14の高い方のパルス電圧V2によって基板間隔X2を決める。
【0021】
再び図1を参照するに、ケース2に設けられた波長可変干渉フィルタ3からは、外部にフィルタ駆動用リード6a,6bが引き出されている。またセンサチップ5からは電源供給リード7aと出力リード7bが引き出されている。
【0022】
次に図1のスポット型微分スペクトルセンサの動作を説明する。図1のスポット型微分スペクトルセンサ1は、例えば火災によって発生する炎から放射される赤外線を検出する炎検出器等に使用される。図5(A)は測定対象物から光線を受光した際のスペクトルである。
【0023】
この測定対象のスペクトルに対し、図3のようにパルス駆動電圧源14からのパルス電圧V1,V2の繰返しにより波長可変干渉フィルタ3の基板間隔をX1,X2で変化させたときの複数の透過ピークスペクトルの1つが、図5(B)のように測定対象物のスペクトルの特徴部分に位置するように、パルス駆動電圧V1,V2を決めている。
【0024】
このため低い方のパルス電圧V1による基板間隔X1の設定では波長λ1、例えば3.8 μmに実線のピークスペクトルが生じ、パルス電圧V2による基板間隔X2で波長λ2、例えば4.3 μmに破線のピークスペクトルが生ずる。
【0025】
図6(A)は、図1の波長可変干渉フィルタ3の基板間隔の切替えであり、パルス駆動電圧源14からのパルス電圧V1,V2により所定の駆動周波数f0 で定まる繰返し周期で基板間隔をX1とX2に変化させている。このとき図5(A)のように測定スペクトルをもつ光線を受光したとすると、図5(B)の干渉フィルタのピークスペクトルの切替えにより、図6(B)のような波長λ1のピークスペクトルによる受光パワーと波長λ2のピークスペクトルによる受光パワーが交互に得られ、センサチップ5に集光される。
【0026】
このため、センサチップ5に設けている図2の焦電素子8に図6(B)のような受光パワー(受光量)が加わり、図6(C)のように受光パワーの立ち上がり変化と立ち下がり変化に対応した微分波形となるセンサ出力が検出信号Voとして出力される。このセンサ出力となる検出信号Voは、図5(A)の測定スペクトルの波長λ1,λ2における変化量を表わす特徴波長での微分スペクトルである。
【0027】
したがって、図6(C)のようなセンサ出力が得られたときに例えば炎検知を警報することができる。もちろん図5(A)のような特徴のあるスペクトルが得られていない場合には、波長可変干渉フィルタ3の波長λ1,λ2の各ピークスペクトルの透過で得られた受光パワーは略同レベルにあり、センサ出力としての微分波形は得られない。
【0028】
また測定スペクトル帯域全域に亘るようなノイズスペクトルを受けても測定波長λ1,λ2のそれぞれにおける受光パワーは略同じであり、その結果、微分出力となるセンサ出力にノイズスペクトルの影響は現われることはなく、高いSNを確保することができる。
【0029】
このように波長可変干渉フィルタ3の基板間隔を交流的に変化させるようにしたことで、従来の焦電型センサでは必要となるチョッパを不要にできることから、機械的駆動部品による信頼性の低下を防ぐことができる。また、目標とする特徴スペクトルをもつ対象物体が存在する場合のみ検出信号を出力することができる。
【0030】
図7は、本発明の微分スペクトルセンサの他の実施形態であり、二次元画像として微分スペクトル画像を得ることのできるイメージ型微分スペクトルセンサとしたことを特徴とする。
【0031】
図7において、イメージ型微分スペクトルセンサ20は、波長可変干渉フィルタ3に続いて結像レンズ21を設け、結像レンズ21の結像位置に撮像素子22を配置している。結像レンズ21は測定対象物23を撮像素子22に反転した倒立像24として結像する倒立光学系を例にとっている。
【0032】
波長可変干渉フィルタ3は図3の構造を持ち、パルス駆動電圧源14によって駆動周波数f0 となる電圧V1,V2(但しV1<V2)の印加により基板間隔をX1,X2で切り替えて、図4の実線と破線のような透過ピークスペクトルの分布を切り替えている。
【0033】
図8は、図7のイメージ型微分スペクトルセンサ20に設けた撮像素子22の実施形態である。撮像素子22は赤外線二次元イメージセンサを構成しており、外部からのタイミング信号やアドレス信号等を含む制御信号を受ける制御信号入力端子26、外部制御信号に応じて撮像素子22の動作を制御する信号を出力する制御回路28、画素セル32がマトリクス状に二次元配置されたセンサアレイ31、制御回路28からのクロックCLK1に基づいて行パルスSxを出力してセンサアレイ31の中の行の選択を行う行セレクタ29、制御回路28からのクロックCLK2に基づいた列パルスSyの出力によりセンサアレイ31の中の列の選択を行う列セレクタ30、センサアレイの列に対応して設けられ、選択された画素セル32からの画素信号を増幅するオペアンプ33、センサアレイ31の列に対応して設けられオペアンプ33からの信号に含まれる高周波ノイズを除去する帯域通過フィルタ34、更に制御回路28からの制御信号SCにより制御されて帯域通過フィルタ34からの画素使用の有無を選択的に出力端子27に与えるマルチプレクサ40を備える。
【0034】
この撮像素子22における制御回路28は、行セレクタ29、列セレクタ30及びマルチプレクサ40を制御し、列セレクタ30からは図9(A)の列パルスSyがセンサアレイ31に出力され、同時に行セレクタ29からは図9(B)の行パルスSxがセンサアレイ31に出力される。即ち、図9(A)の列パルスSyは周期Tyで列パルスを出力しており、この列パルス周期Tyの間に図10(B)の行パルスSxが行方向の画素セル32の数分だけ出力され、以下これを繰り返す。
【0035】
図10は、図8のセンサアレイ31に設けている画素セル32の1つを取り出して示したセル回路図である。図10のセル回路にあっては赤外線センサとして焦電素子8を使用しており、焦電素子8の出力はアンプ9で増幅された後、トランジスタ35,36を介して画素信号Voとして出力される。
【0036】
トランジスタ35は図9(B)の行パルスSxを受けてオンし、またトランジスタ36は図9(A)の列パルスSyを受けてオンする。そして両方のトランジスタ35,36がオンした状態で、アンプ9により焦電素子8の検出信号V0が画素信号として出力される。
【0037】
焦電素子8に結像した測定対象物の像の波長スペクトルは、図5(A)(B)のように波長可変干渉フィルタ3のパルス駆動による波長λ1,λ2のピークスペクトルの交互切替えによる2つの特定スペクトルの受光パワーの入射となり、画素セル34ごとに図6(C)のようなセンサ出力、即ち微分スペクトル信号が出力される。
【0038】
この結果、図8の撮像素子22のマルチプレクサ40からはセンサアレイ31に二次元配置した複数の画素セル32による微分スペクトル画像信号を直接出力することができ、例えば監視モニタ等に微分スペクトル画像を直接表示できる。
【0039】
また撮像素子22から得られた微分スペクトル画像をパーソナルコンピュータ等の画像処理装置に読み込むことで、特定の波長に特徴を持つ微分スペクトル画像の特徴抽出を直接行うことができ、微分スペクトル画像を差分演算等により作り出す処理が不要となるため、処理負担が大幅に低減し、且つ微分スペクトル画像のリアルタイム監視等が簡単に実現できる。
【0040】
尚、図8の撮像素子22にあっては、センサアレイ31の外部にオペアンプ33を設けていることから、図10の焦電素子8を用いた場合の画素内蔵のアンプ9を設けなくてもよい。またセンサアレイ31の外部に帯域通過フィルタ34を設けていることから、画素セル32単位に独立に帯域通過フィルタを設ける必要はない。
【0041】
更に波長可変干渉フィルタ3による測定のための目標波長として、炎から放出される赤外線の波長設定を例にとっているが、測定対象物からの光線のスペクトルの特徴に応じて適宜の波長を目標監視波長とするピークスペクトルの波長設定(基板間隔の設定)で、適宜の測定対象物体に対応したセンサ機能が実現できる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、センサ自体が分光スペクトルの中の特徴部分の抽出と特徴部分での光量変化を示す微分情報を直接検出できるため、分光スペクトルの解析の妨げとなる情報を大幅に低減して有効な情報のみを残し、外部的な分光解析と微分解析を不要にして装置の処理負担を大幅に減らし、簡単に測定対象物体の微分スペクトルを検出することができる。
【0043】
特に微分スペクトル画像を出力するイメージセンサ型とした場合には、センサから直接、分光スペクトルの中の特徴波長についての微分スペクトル画像信号が得られ、通常のモニタを使用することで直接微分スペクトル画像の監視表示ができ、画像処理装置でセンサからの微分スペクトル画像を読み込むことで、測定対象物体の特徴解析及び判断を簡単且つ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】単一のセンサチップを用いた本発明の実施形態の説明図
【図2】焦電素子を用いた図1のセンサチップの回路図
【図3】図1の波長可変干渉フィルタの構造図
【図4】図3の波長可変干渉フィルタの基板間隔を2段階に変化させたときの複数のピークスペクトル分布の説明図
【図5】図1の実施形態における測定波長スペクトルと波長可変干渉フィルタによる特徴ピークスペクトルの切替え説明図
【図6】図1の実施形態における波長可変干渉フィルタの基板間隔切替え、センサ受光パワー及びセンサ検出信号の説明図
【図7】撮像素子を用いた本発明の実施形態の説明図
【図8】図7の撮像素子の説明図
【図9】図8の撮像素子における列パルスと行パルスのタイムチャート
【図10】図8の画素セルの回路図
【符号の説明】
1:スポット型微分スペクトルセンサ
2:ケース
3:波長可変干渉フィルタ
4:集光レンズ
5:センサチップ
6a,6b:フィルタ駆動用リード
7a:電源供給リード
7b:出力リード
8:焦電素子
9:アンプ
10:バンドパスフィルタ
11a,11b:ガラス基板
12a,12b:金属膜
13:圧電素子
14:パルス駆動電圧源
20:イメージ型微分スペクトルセンサ
21:結像レンズ
22:撮像素子
24:倒立像
26:制御信号入力端子
27:画像信号出力端子
28:制御回路
29:行セレクタ
30:列セレクタ
31:センサアレイ
32:画素セル
33:オペアンプ
34:帯域通過フィルタ
40:マルチプレクサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a differential spectrum sensor that simply detects a change in a spectral spectrum of an object to be measured, that is, a differential spectrum, using a variable wavelength interference filter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device that analyzes a spectral spectrum of an object to be measured and extracts features, for example, a large and complicated device represented by remote sensing has been used.
[0003]
Further, in the spectral image analysis apparatus using the wavelength tunable interference filter, by changing the substrate interval of the wavelength tunable interference filter, the distribution of a plurality of transmission peak spectra is changed, and two images obtained by changing the distribution of the transmission peak spectra are obtained. A differential spectrum image is generated by calculating the difference between them and displayed in color (Japanese Patent Laid-Open No. 8-285688).
[0004]
That is, this spectral image analysis apparatus uses a color imaging means such as a CCD in which three light receiving cells each having R, G, and B filters corresponding to one pixel are arranged, and a variable wavelength interference filter and a photographing lens. R, G, B image data obtained by changing the substrate interval of the wavelength tunable interference filter in two stages for the object image formed by the system is stored in the memory, and the difference between the two images is calculated to obtain R, G and B differential spectrum images are generated and displayed in color. According to such an apparatus for generating a differential spectrum image, by analyzing the generated differential spectrum image, it is possible to determine where there is a characteristic spectrum change in the wavelength spectrum of the object. Furthermore, according to the color display of the differential spectrum image, it is possible to easily read which band of the spectrum has the characteristics.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional spectral analysis in remote sensing or the like, the spectral image is analyzed after storing the color image or infrared image captured by the image sensor in the memory, and the image has redundant information amount. Spectral analysis software processing is complicated and takes time.
[0006]
In addition, even in a spectral image analyzer using a wavelength tunable interference filter, an image obtained by changing the distribution of different transmission peak spectra by switching the substrate interval of the wavelength tunable interference filter is stored in a memory, and then a difference in pixel units. Since the differential spectrum image is obtained by calculation, the processing load of software image analysis is large, and there is a problem that a high-performance and large-sized apparatus is required when performing image processing in real time.
[0007]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to provide a differential spectrum sensor in which differential spectrum information of an object to be measured can be directly obtained by the sensor itself.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the differential spectrum sensor of the present invention changes spectral distance between a pair of optical substrates in which a reflective film is formed on the opposing surfaces arranged at a minute interval, thereby changing the spectral light of the characteristic portion in the spectral spectrum. a variable wavelength interference filter for transmitting only a driving voltage source to alternating current varying the pair of substrate gap of the tunable filter is disposed at the rear of the variable wavelength interference filter, AC of light transmitted through the wavelength-tunable interference filter And a pyroelectric element that directly outputs a received light signal corresponding to the amount of change , and the sensor itself outputs a detection signal indicating a characteristic point of the spectrum of the target object.
For this reason, the differential spectrum sensor of the present invention is capable of detecting characteristic information in the spectral spectrum and detecting differential information indicating a change in the amount of light in the characteristic spectrum, thereby reducing information that hinders spectral analysis. Remaining valuable information, the amount of information necessary for the spectral analysis of the sensor detection signal by the image processing apparatus or the like can be drastically reduced, and the processing load of the spectral analysis based on the sensor detection signal can be greatly reduced.
[0010]
In another embodiment of the present invention, in order to realize an image sensor for directly obtaining a differential spectrum image, a wavelength variable interference filter, a drive voltage source for alternatingly changing a pair of substrate intervals of the wavelength variable filter, An imaging lens that forms an image of the light beam from the target object that has passed through the tunable interference filter, and light reception that is arranged at the imaging position of the imaging lens and that corresponds to the AC variation of the light that has passed through the tunable interference filter A plurality of pyroelectric elements that directly output signals are constituted by pyroelectric imaging elements that are two-dimensionally arranged as light receiving pixels, and the sensor itself outputs an imaging signal of a differential spectrum image that indicates a characteristic point of the spectral spectrum of the target object.
[0011]
When a pyroelectric element is used, a band-pass filter that passes the frequency band of the detection signal corresponding to the drive frequency that changes the substrate interval of the variable wavelength interference filter is provided in the output circuit to remove noise.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a differential spectrum sensor according to the present invention, which is a spot-type differential spectrum sensor that collects a light beam from a measurement object and detects a differential component of a wavelength spectrum.
[0013]
In FIG. 1, the spot-type
[0014]
The sensor chip circuit of FIG. 2 includes a
[0015]
The detection signal of the
[0016]
FIG. 3 shows the structure of the wavelength
[0017]
The piezoelectric element 13 receives the application of two-stage DC voltages V1 and V2 (where V1 <V2) from the pulse drive voltage source 14, and changes the substrate interval X in two stages of X1 and X2.
[0018]
This wavelength
[0019]
When the
[0020]
In this way, if the peak spectrum is set at the substrate interval X1 of the pulse voltage V1 with respect to the target monitoring wavelength, the pulse is set so that the transmission peak spectrum exists at a position shifted from the target monitoring wavelength as shown by a broken line in FIG. The substrate interval X2 is determined by the higher pulse voltage V2 of the drive voltage source 14.
[0021]
Referring again to FIG. 1, filter driving leads 6 a and 6 b are drawn out from the wavelength
[0022]
Next, the operation of the spot type differential spectrum sensor of FIG. 1 will be described. The spot-type
[0023]
With respect to the spectrum to be measured, a plurality of transmission peaks when the substrate interval of the wavelength
[0024]
For this reason, when the substrate interval X1 is set by the lower pulse voltage V1, a solid peak spectrum is generated at the wavelength λ1, for example, 3.8 μm, and a broken line peak spectrum is generated at the wavelength λ2, for example, 4.3 μm, at the substrate interval X2 by the pulse voltage V2. .
[0025]
FIG. 6A shows the switching of the substrate interval of the
[0026]
For this reason, the light receiving power (light receiving amount) as shown in FIG. 6B is added to the
[0027]
Therefore, when the sensor output as shown in FIG. 6C is obtained, for example, a flame detection can be warned. Of course, when the spectrum having the characteristic as shown in FIG. 5A is not obtained, the received light power obtained by the transmission of the peak spectra of the wavelengths λ1 and λ2 of the
[0028]
In addition, the received light power at each of the measurement wavelengths λ1 and λ2 is substantially the same even when receiving a noise spectrum over the entire measurement spectrum band, and as a result, the influence of the noise spectrum does not appear on the sensor output that is the differential output. , High SN can be secured.
[0029]
Thus, by changing the substrate interval of the wavelength
[0030]
FIG. 7 shows another embodiment of the differential spectrum sensor of the present invention, which is an image type differential spectrum sensor capable of obtaining a differential spectrum image as a two-dimensional image.
[0031]
In FIG. 7, the image type differential spectrum sensor 20 is provided with an imaging lens 21 following the wavelength
[0032]
The wavelength
[0033]
FIG. 8 is an embodiment of the image sensor 22 provided in the image type differential spectrum sensor 20 of FIG. The image sensor 22 constitutes an infrared two-dimensional image sensor, and controls a control
[0034]
The control circuit 28 in the image pickup device 22 controls the row selector 29, the
[0035]
FIG. 10 is a cell circuit diagram showing one of the pixel cells 32 provided in the sensor array 31 of FIG. In the cell circuit of FIG. 10, the
[0036]
The transistor 35 is turned on in response to the row pulse Sx in FIG. 9B, and the transistor 36 is turned on in response to the column pulse Sy in FIG. Then, the detection signal V0 of the
[0037]
The wavelength spectrum of the image of the measurement object formed on the
[0038]
As a result, the differential spectrum image signal by the plurality of pixel cells 32 two-dimensionally arranged on the sensor array 31 can be directly output from the
[0039]
In addition, by reading the differential spectrum image obtained from the image sensor 22 into an image processing apparatus such as a personal computer, the feature extraction of the differential spectrum image having a characteristic at a specific wavelength can be directly performed, and the differential spectrum image is subjected to a difference calculation. Therefore, the processing load is greatly reduced, and real-time monitoring of the differential spectrum image can be easily realized.
[0040]
In the imaging device 22 of FIG. 8, since the
[0041]
Further, as an example of setting the wavelength of infrared rays emitted from the flame as a target wavelength for measurement by the wavelength
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the sensor itself can directly detect the differential information indicating the extraction of the characteristic portion in the spectral spectrum and the change in the amount of light in the characteristic portion. Therefore, information that hinders the analysis of the spectral spectrum. Is significantly reduced, leaving only effective information, eliminating the need for external spectral analysis and differential analysis, greatly reducing the processing load on the apparatus, and easily detecting the differential spectrum of the measurement object.
[0043]
In particular, in the case of an image sensor type that outputs a differential spectrum image, a differential spectrum image signal for a characteristic wavelength in the spectral spectrum can be obtained directly from the sensor. Monitoring display can be performed, and by reading the differential spectrum image from the sensor with the image processing apparatus, it is possible to easily and quickly perform feature analysis and determination of the measurement target object.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention using a single sensor chip. FIG. 2 is a circuit diagram of the sensor chip of FIG. 1 using a pyroelectric element. FIG. 4 is an explanatory diagram of a plurality of peak spectrum distributions when the substrate interval of the wavelength tunable interference filter of FIG. 3 is changed in two stages. FIG. 5 is a diagram illustrating measured wavelength spectra and wavelength tunable interference in the embodiment of FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of switching of characteristic peak spectrum by a filter. FIG. 6 is an explanatory diagram of switching of a substrate interval of a tunable interference filter, sensor light reception power and sensor detection signal in the embodiment of FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of the image sensor of FIG. 7. FIG. 9 is a time chart of column pulses and row pulses in the image sensor of FIG. 8. FIG. 10 is a circuit diagram of the pixel cell of FIG. Description】
1: Spot type differential spectrum sensor 2: Case 3: Wavelength variable interference filter 4: Condensing lens 5: Sensor chip 6a, 6b: Filter driving lead 7a: Power supply lead 7b: Output lead 8: Pyroelectric element 9: Amplifier 10:
Claims (3)
該波長可変フィルタの一対の基板間隔を交流的に変化させる駆動電圧源と、
前記波長可変干渉フィルタの後部に配置され、前記波長可変干渉フィルタを透過した光の交流的な変化量に対応した受光信号を直接出力する焦電素子と、
で構成され、センサ自体で対象物体の分光スペクトルの特徴点を示す検出信号を出力することを特徴とする微分スペクトルセンサ。 A wavelength tunable interference filter that transmits only the spectral light of the characteristic part in the spectral spectrum by changing the substrate interval of the pair of optical substrates in which the reflection films are formed on the opposing surfaces arranged at a minute interval;
A drive voltage source for alternatingly changing the distance between the pair of substrates of the tunable filter;
A pyroelectric element that is disposed at the rear of the wavelength tunable interference filter and directly outputs a received light signal corresponding to an AC change amount of light transmitted through the wavelength tunable interference filter;
A differential spectrum sensor characterized by outputting a detection signal indicating a feature point of a spectrum of a target object by the sensor itself .
該波長可変フィルタの一対の基板間隔を交流的に変化させる駆動電圧源と、
前記波長可変干渉フィルタを透過した対象物体からの光線を結像する結像レンズと、
前記結像レンズの結像位置に配置され、前記波長可変干渉フィルタを透過した光の交流的な変化量に対応した受光信号を直接出力する複数の焦電素子を受光画素として二次元配置した焦電型撮像素子と、
で構成され、センサ自体で対象物体の分光スペクトルの特徴点を示す微分スペクトル画像の撮像信号を出力することを特徴とする微分スペクトルセンサ。 A wavelength tunable interference filter that transmits only the spectral light of the characteristic part in the spectral spectrum by changing the substrate interval of the pair of optical substrates in which the reflection films are formed on the opposing surfaces arranged at a minute interval;
A drive voltage source for alternatingly changing the distance between the pair of substrates of the tunable filter;
An imaging lens that forms an image of a light beam from a target object that has passed through the variable wavelength interference filter;
A focusing device in which a plurality of pyroelectric elements, which are arranged at the imaging position of the imaging lens and directly output a light receiving signal corresponding to an AC change amount of light transmitted through the wavelength variable interference filter, are two-dimensionally arranged as light receiving pixels. An electric imaging device;
A differential spectrum sensor characterized by outputting an imaging signal of a differential spectrum image indicating a feature point of a spectrum of a target object by the sensor itself .
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JP (1) | JP3700914B2 (en) |
-
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- 1998-12-25 JP JP36903998A patent/JP3700914B2/en not_active Expired - Lifetime
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