JP3895187B2 - 赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法、特に連続スキャン型フーリエ変換赤外分光装置を使用した場合の多素子検出器からのデータ取得方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＣＴやＩｎＳｂの多素子検出器はＦｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＡ）検出器と呼ばれ、１次元または２次元に配列された各素子からの光電出力をＭＯＳＦＥＴ回路により走査する機構をもち、赤外画像装置の検知デバイスとして利用されている。
【０００３】
例えば赤外画像装置としてステップスキャン型のフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）装置を使用すれば、各ステップにおいて任意の走査速度で全素子の走査を行いデータを得ることができる。
【０００４】
図６には、ＦＰＡ検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）装置を備えた赤外画像装置の信号経路の概略が示されている。同図において、ＦＴＩＲ装置５０の光源５２からの入射光は干渉計５４でインターフェログラムを発生し、試料へ照射される。試料を通過した光はＦＰＡ検出器５６で光電変換されてアナログ電気信号を生じ、該アナログ電気信号はＡ／Ｄ変換器５８でデジタル信号に変換された後コンピュータ６０へ送られ、デジタルデータとしてメモリ等の記憶手段６２へ記憶される。なお、ＣＰＵからの信号によりＦＰＡ検出器５６中のどの素子についての測定値をＡ／Ｄ変換するかを制御するためのドライバ回路５９を備えている。そしてＣＰＵ等の演算手段６４でデータを演算処理した後、最終的に得られた画像データによりディスプレイ等の表示手段６６に試料の赤外画像を表示する。
【０００５】
一方、連続スキャン型のＦＴＩＲ装置では、干渉計に備えた可動鏡の位置を正確に把握するために、可動鏡の駆動により変調されたレーザの干渉信号を基準信号として使用しており、この基準信号によるサンプリング信号に同期して検出器出力のサンプリングを行う。
【０００６】
図７には連続スキャン型ＦＴＩＲが備える干渉計の構成の一例が示されている。光源７０からの赤外光７２はビームスプリッタ７４で固定鏡７６方向と可動鏡７８方向に分割される。固定鏡７６と可動鏡７８で反射された光はビームスプリッタ７４で再び合成され、定速で移動する可動鏡７８の位置に応じた光路差により干渉光８０（インターフェログラム）を発生する。
【０００７】
一方、試料を通した干渉光８０のサンプリングと前記光路差との相関をとるための、副干渉計などと呼ばれる干渉計８２が併せて設置されている。この干渉計８２では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の単色光８４を導入し、固定鏡８６と可動鏡７８の光路差により干渉光８８を発生する。この干渉光８８は単色光によるものであるため正弦波状であり、検出後の電気信号を例えば同図に示すような櫛型信号９２に変換してサンプリングを指示する信号とすることで、サンプリング時の前記光路差を特定することができる。また、白色光９４を干渉計８２に併せて導入することで、その干渉光強度が極大となる点を前記光路差がゼロの位置として位置の基準としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多素子検出器により信号検出を行うＦＴＩＲ装置を備えた赤外画像装置では、ステップスキャン型のＦＴＩＲ装置は高価であるという問題があり、より安価な連続スキャン型を用いることが望まれていた。このために、連続スキャン型ＦＴＩＲの装置系を適用した場合にＦＰＡ検出器からデータ取得する方法を得ることが望まれていた。
本発明は前記従来技術に鑑み為されたものであり、その目的は多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型ＦＴＩＲ装置を備えた赤外画像装置におけるデータ取得方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法は、多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型フーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
一のサンプリング信号が発生するごとに一の素子の信号検出が行われるように、干渉計の基準信号による所定周波数のサンプリング信号に同期して、前記多素子検出器の各素子について、１つずつ順に走査を行い、全素子の走査が終了したらさらに前記一連の走査を繰り返しながらスキャンを行い、
その次のスキャンではサンプリング点を前のスキャンから１つずらして前記同様の走査を行い、
このようにして全素子数の回数だけスキャンを繰り返した後、サンプリングデータが記憶された記憶手段から各素子ごとのデータを抜き出して、各素子ごとの、全サンプリング点のデータ列を得ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
連続スキャン型ＦＴＩＲ装置では、前述のように干渉計に備えた可動鏡の位置を正確に把握するために、可動鏡の駆動により変調されたレーザの干渉信号を基準信号として使用している。そして単一の素子による検出器を使用する場合では、この基準信号によるサンプリング信号に同期して検出器出力のサンプリングを行うことで、サンプリング点と前記可動鏡位置との相関をとっている。
【００１１】
一方、ＦＰＡ検出器はスイッチング回路のドライバにより各素子を走査して信号を検出する機構を備えている。すなわち、図１に例示された素子配列の場合では、例えば１行目の各素子から（１，１）、（１，２）・・・（１，６４）の順に走査し、次に２行目の各素子について（２，１）、（２，２）・・・（２，６４）の順に走査し、同様に３〜６４行目の各素子についても順番に走査を行う。
【００１２】
そこで本発明者らは連続スキャン型ＦＴＩＲ装置のサンプリング原理とＦＰＡ検出器が備えたこのような走査機構に基づいて検出器からのデータ取得方法を鋭意検討した結果、以下に説明する方法を見出した。図２には、図１のＦＰＡ検出器を使用した場合を例として、本発明の方法による検出器からのデータ取得の概略が示されている。同図のレーザ基準信号１０は、干渉計の可動鏡の位置と対応したＫＨｚオーダーのサンプリング信号１２を発生している。
【００１３】
本発明では同図に示すように干渉計のレーザ基準信号１０によるサンプリング信号１２に同期して各素子を１つずつ順に走査を行う。すなわち、各サンプリング信号の順に、前述の通り（１，１）、（１，２）・・・（６４，６４）まで走査する。
【００１４】
そして（６４，６４）の素子まで走査が終了したらさらに次のサンプリング信号から（１，１）、（１，２）・・・（６４，６４）まで同様に走査を繰りかえす。このように一連の走査を繰り返しながら全サンプリング点に渡りスキャンを行う。
【００１５】
そして次のスキャンでは、サンプリング点を前のスキャンから１つずらして前記同様の走査を行う。すると、各素子について前のスキャンとは１つずれたサンプリング点のデータが得られることになる。
【００１６】
そしてこのようにサンプリング点を前のスキャンから１つずらして前記同様の走査を行う各スキャンを、全素子数（６４×６４個）の回数だけ繰り返せば、
各素子について全サンプリング点のデータが得られることになる。
【００１７】
これらの全スキャンのサンプリングデータは、メモリ等の記憶手段に記憶されている。そしてメモリから各素子ごとのデータを抜き出して、各素子ごとの、全サンプリング点のデータ列として、ＣＰＵ等の演算処理装置により再構築する。
【００１８】
すなわち、図３に示すように、例えば（１，１）の素子について各スキャンで得られた飛び飛びのサンプリングデータを抜き出し、サンプリング点の順番にデータ列として再構築すれば、（１，１）の素子について全サンプリング点のデータ列が得られる。このようにして全ての素子について全サンプリング点のデータ列が得られる。
【００１９】
また、本発明者らは、ＦＴＩＲ装置の検出器としてＦＰＡ検出器を使用し、赤外画像を得る際の多素子検出器からのデータ取得方法として、以下に説明する方法が適用できることを見出した。以下、この方法について説明する。
【００２０】
すなわち、図１にも例示されたようにＦＰＡ検出器の各素子間には素子のない空間があり、その空間に対応する測定情報は得られない。
【００２１】
したがって、素子と素子の隙間の画像情報は得ることができず、画像分解能に一定の限界がある。また、もし素子と素子の隙間の画像情報が得ることができれば、得られた画像からより詳細な情報を抽出することができる可能性もある。
【００２２】
そこで、ＦＰＡ検出器を使用して赤外画像を得る際により画像分解能を向上させることを目的として検討した結果、多素子検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
試料を載置したＸＹステージを固定して最初の測定を行い、多素子検出器からのデータを取得し、
前記ＸＹステージを移動して多素子検出器の各素子が検出する試料の被測定面上の位置をずらして次の測定を行い補完データを取得する操作を１回または複数回行うことを特徴とするデータ取得方法を見出した。
【００２３】
以下、上述の方法について説明する。
図４には、上述の方法が適用される測定部の一例が示されている。同図に示すように、試料２０はＸＹステージ２２上に載置されており、試料に照射された赤外光２４は固定された多素子検出器２６で検出される。前述したように、多素子検出器２６の素子配列には、素子と素子の間に隙間があるのでその部分の画像情報は得ることができず、画像分解能に一定の限界がある。
【００２４】
そこで、本発明者らはこの問題点を解決するために検討を行った結果、次の方法により解決できることを見出した。すなわち、まず試料２０を載置したＸＹステージ２２を固定して最初の測定を行い、多素子検出器からのデータを取得する。
【００２５】
そして、この最初の測定では得られなかった、各素子に対応する試料２０の被測定面上の測定範囲以外の隙間部分についてのデータを得るために、ＸＹステージ２２を移動することで多素子検出器２６の各素子が検出する試料２０の被測定面上の位置をずらして次の測定を行い補完データを取得する。
【００２６】
このことを、図１の素子配列の一部をとりだして示した図５により説明すると、ＸＹステージを矢印方向に素子ピッチ幅の半分程度ずらすことで、次の測定では各素子に対応する試料２０の被測定面上の測定範囲が最初の測定時の前記隙間部分に対応することになり、前回の測定では得られなかった部分のデータを得ることができることになる。
【００２７】
このように、最初の測定で得られたデータ及び次の測定で得られた補完データの両方を画像データとし、これに基づいて画像を得ることができるので、画像分解能を向上することができる。
なお、検出器の各素子間の隙間は、場合により異なるので、隙間が広い場合には、各測定ごとにＸＹステージを移動して補完データを得るための測定を複数回行うことで分解能を向上できる。
以上説明したように上述の方法によれば、画像分解能を向上することができるという効果がある。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型ＦＴＩＲ装置を備えた赤外画像装置におけるデータ取得方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＰＡ検出器の素子配列の一例を示した概略図である。
【図２】本発明の方法の説明図である。
【図３】本発明の方法の説明図である。
【図４】多素子検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からデータを取得する方法において、画像分解能を向上させるための一方法が適用される測定部である。
【図５】多素子検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からデータを取得する方法において、画像分解能を向上させるための一方法を説明した概略図である。
【図６】赤外画像装置の信号経路の概略を示した説明図である。
【図７】干渉計の構成の概略を示した説明図である。
【符号の説明】
１０：レーザ基準信号、１２：サンプリング信号、２０：試料、２２：ＸＹステージ、２４：赤外光、２６：多素子検出器、５０：ＦＴＩＲ装置、５２：光源５２、５４：干渉計、５６：ＦＰＡ検出器、５８：ＡＤ変換器、５９：ドライバ回路、６０：コンピュータ、６２：記憶手段、６４：演算手段、６６：表示手段、７０：光源、７２：赤外光、７４：ビームスプリッタ、７６：固定鏡、７８：可動鏡、８０：干渉光、８２：干渉計、８４：単色光、８６：固定鏡、８８：干渉光、９０：櫛型信号、９４：白色光

Claims (1)

1. 多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型フーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
   一のサンプリング信号が発生するごとに一の素子の信号検出が行われるように、干渉計の基準信号による所定周波数のサンプリング信号に同期して、前記多素子検出器の各素子について、１つずつ順に走査を行い、全素子の走査が終了したらさらに前記一連の走査を繰り返しながらスキャンを行い、
   その次のスキャンではサンプリング点を前のスキャンから１つずらして前記同様の走査を行い、
   このようにして全素子数の回数だけスキャンを繰り返した後、サンプリングデータが記憶された記憶手段から各素子ごとのデータを抜き出して、各素子ごとの、全サンプリング点のデータ列を得ることを特徴とする赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法。

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