JP7182243B2 - 分光測定装置及び分光測定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されている装置では、生体成分を光学的に構成する各輝点から発せられる透過光や拡散光、散乱光等の物体光は対物レンズによって一つの平行光束(物体光束)に統合された後、位相シフタである固定ミラーと可動ミラーに導かれる。固定ミラー及び可動ミラーのそれぞれで反射された物体光束は結像レンズに通され、その後、結像面上に集光し、干渉する。固定ミラーと可動ミラーは並んで配置されており、互いに平行な反射面を有している。可動ミラーは、ピエゾ素子等によりその反射面の法線方向に移動されるようになっており、該可動ミラーの移動量に応じた光路長差が固定ミラーで反射される物体光束と可動ミラーで反射される物体光束の間に生じる。したがって、可動ミラーの移動に伴い両物体光束の光路長差が変化して結像面上の干渉光の強度が変化し、いわゆるインターフェログラムが形成されるため、このインターフェログラムをフーリエ変換することにより物体光の分光特性(スペクトル)を取得することができる。
a) 測定対象物の測定点から発せられた光を一つの平行光束に統合する統合光学系と、
b) 複数の画素が二次元的に配置された受光面を有し、該受光面上の光の強度分布を検出する検出器と、
c) 前記統合光学系で統合された平行光束を第1光束と第2光束に分割し、該第1光束と該第2光束を、それらの間に光路長差を付与しつつ前記受光面に向けて出射し、前記受光面の異なる二方向のそれぞれに複数画素分の幅を持つ領域に該第1光束と該第2光束の両方を重複させて入射させる位相シフタと、
d) 前記受光面における前記第1光束の入射領域と前記第2光束の入射領域が重複する領域の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備えることを特徴とする。
前記第1反射面に対する前記平行光束の入射角と前記第2反射面に対する前記平行光束の入射角、及び前記第1反射面に対する前記平行光束の入射角と前記第2反射面に対する前記平行光束の入射角が、いずれも異なるように、前記第1反射面と前記第2反射面が構成されていることが好ましい。
前記第1反射面内の前記平行光束の入射軸と直交する軸をx軸、該x軸と直交する前記第1反射面内の軸をy軸としたとき、前記第1反射面を前記x軸を中心に所定角度回転させるとともに前記y軸を中心に所定角度回転させた仮想的な面を考える。この仮想面と平行な面であって、前記第1反射面と並んだ位置に第2反射面を設定する。仮想面が、第1反射面をx軸周りに回転していることによって、第1光束と第2光束の間に光路長差が付与され、前記仮想面が、第1反射面をy軸周りに回転していることによって、第1光束と第2光束は少なくとも一部が重複した状態で検出器の受光面に入射する。x軸周りに回転させる角度、y軸周りに回転させる角度は、統合光学系の光学条件、検出器の受光面の光強度分布を検出する検出素子の仕様(画素数、画素ピッチ等)等によって決定される。
また、第1透過部と第2透過部を屈折率が異なる別の透過型光学部材から作製し、第1透過部と大気の屈折率差と、第2透過部と大気の屈折率差の違いを利用して、第1光束の光軸に対して第2光束の光軸を傾けることもできる。
前記処理部が、前記二次元エリアセンサの或るラインで検出される光の強度分布と、別のラインで検出される光の強度分布を光路長差を揃えて足し合わせることにより光の強度分布を合算し、合算された光の強度分布に基づきインターフェログラムを求めるように構成することができる。
また、或るラインと別のラインに、光路長差が同じになる領域(同光路長差領域)が重複して存在する場合、いずれか一方のラインの同光路長差領域に含まれる画素の出力信号を、光の強度分布の算出に使用しないようにしても良く、両方のラインの同光路長差領域に含まれる画素の出力信号を積算し、平均値化した値を光の強度分布の算出に使用するようにしても良い。
a) 測定対象物の測定点から発せられた光を統合光学系によって一つの平行光束に統合し、
b) 位相シフタによって、前記統合光学系から出射された平行光束を第1光束と第2光束に分割し、該第1光束と該第2光束を、それらの間に光路長差を付与しつつ検出器の複数の画素が二次元的に配置された受光面に向けて出射し、前記受光面の異なる二方向のそれぞれに複数画素分の幅を持つ領域に該第1光束と該第2光束の両方を重複させて入射させ、
c) 前記受光面における前記第1光束の入射領域と前記第2光束の入射領域の重複領域の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得することを特徴とする。
図1(a)は、本発明に係る分光測定装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。同図に示すように、この分光測定装置1は、対物レンズ(コリメータレンズ)10、基準ミラー21及び傾斜ミラー22を有する位相シフタ20、受光面を有する検出器40、検出器40の検出信号を処理する処理部50を備えている。基準ミラー21及び傾斜ミラー22はいずれも平面状の反射面を有している。傾斜ミラー22の反射面と基準ミラー21の反射面は平行ではなく、一方の反射面に対して他方の反射面が傾斜している。また、検出器40は、複数の画素が二次元配置されたCCDカメラ等の二次元エリアセンサから成る。
測定点SPから生じた物体光は対物レンズ10を通過することにより一つの物体光束BLに統合された後、位相シフタ20の基準ミラー21及び傾斜ミラー22の各反射面に入射し、それぞれ基準反射光La及び傾斜反射光Lbとして出射される。なお、基準ミラー21と傾斜ミラー22には、それぞれ同量の物体光束BLが入射することとする。そして、基準反射光Laと傾斜反射光Lbは検出器40に向かい、その受光面41に、基準反射光Laの入射領域と傾斜反射光Lbの入射領域が重複した状態で入射し、重複領域DAに干渉像が形成される。
このような方法によれば、画素列P1の出力値からインターフェログラムを求める場合に比べて、インターフェログラムを求めるための画素数が多くなるため、広い波長範囲で且つ高い波長分解能で分光特性を取得することができる。
この実験では、図5に示すように、光源から発せられた光を集光レンズ、ピンホールに順に通過させ、対物レンズによって一つの平行光束に統合して位相シフタに導入した後、その反射光(基準反射光及び傾斜反射光)を検出器としてのカメラに入射させた。実験に用いた光源、集光レンズ、ピンホール、対物レンズ、カメラの仕様は以下の通りである。
光源:中心波長が10.6μmのレーザ光を出力するCO2レーザ(型式:RF4、アクセスレーザ社(Access Laser Company)製)
集光レンズ:焦点距離f=100mm
ピンホール:直径50μm
対物レンズ:焦点距離f=200mm
カメラ:320×240画素赤外線カメラモジュールC200V(日本アビオニクス株式会社製)
図7(b)に示すように、本実験では、CO2レーザが出力するレーザ光の中心波長である10.6μmに明確なピークを有するスペクトルが取得された。このことから、本実験に用いた分光測定装置により、レーザ光の分光特性を精度良く取得できることが分かった。
この実験では、図8に示すように、光源から発せられた光を集光レンズ、ピンホールに順に通過させ、対物レンズによって一つの平行光束に統合して位相シフタに導入した後、その反射光(基準反射光及び傾斜反射光)をカメラに入射させた。実験に用いた光源、集光レンズ、ピンホール、対物レンズ、カメラは以下の通りである。
光源:フィラメント式中赤外白色光源(Kanthal Filament IR Source, 型式:EK8620、HELIOWORKS社製)
集光レンズ:焦点距離f=100mm
ピンホール:直径1mm
対物レンズ:焦点距離f=25mm
カメラ:320×240画素赤外線カメラモジュールC200V(日本アビオニクス株式会社)
図10(a)及び(b)と図7(a)及び(b)との比較から分かるように、本実験では、インターフェログラム及びプランクの法則に従った分光特性を取得することができた。このことから、中赤外領域における分光測定の可能性が実証された。
次に、複数のライン上の画素の出力値を足し合わせる処理(合算処理)によって、分光特性の波長分解能が向上することを検証するための実験を行った。この実験に使用した分光測定装置の構成、光学条件は実験1と同じである。
上述した分光測定装置1は、位相シフタ20をミラーから構成した例であるが、これに代えて透過光学部材から位相シフタを構成することも可能である。
すなわち、図15(a)は本発明に係る分光測定装置の第2の実施形態を示している。この実施形態では、分光測定装置1Aは、透過型光学素子80、受光面41を有する検出器40、検出器40の検出信号を処理する処理部50を備えている。試料Sの測定点SPから発せられた物体光は、透過型光学素子80に入射して平行光束(物体光束)に統合された後、第1光束と第2光束に分割され、それぞれ検出器40の受光面41に面状に入射する。
これらの図から明らかなように、第1透過部82Aの表面と第2透過部82Bの表面は、それぞれ、位相シフタ部82の上下方向の中心線CLから下方及び上方に向かって凸面部81側に傾斜している。これにより、第1透過部82A及び第2透過部82Bは、中心線CLから下方及び上方に向かって厚みが徐々に小さくなる。ただし、第1透過部82Aの表面と第2透過部82Bの表面の傾斜角度はわずかに異なっている。一方、第1透過部82Aの厚みは左右方向で一定であるのに対して、第2透過部82Bの厚みは、左側の方が右側よりも大きくなっている。つまり、第2透過部82Bの表面は、中心線CLから上方に向かって傾斜しているとともに、左側から右側に向かって傾斜している。
例えば、透過型光学素子80の直径Dが6mm、透過型光学素子80から検出器40の受光面までの距離Lが20mm、検出器40の画素数が80×80、上下方向及び左右方向の画素ピッチが共に34μm、測定波長範囲が8~14μmとし、第1透過部82Aの表面に対する第2透過部82Bの表面の傾斜角(水平方向の傾斜角度)をθ、第1透過部82A及び第2透過部82Bの表面のなす角度(垂直方向の傾斜角度)をφとすると、角度θを1.12deg、角度φを177.15degとすることにより、第1光束及び第2光束は、受光面41において各光束の入射領域の少なくとも一部が重複した状態で、該受光面41に入射する。
第1の実施形態では、基準ミラー121の反射面に入射する物体光束の光軸とyz平面が平行になるように構成したが、基準ミラー121を傾斜ミラー122側にやや傾けても良い。つまり、物体光束の光軸を挟んで基準ミラー121と傾斜ミラー122の両方が前記光軸側に傾くように、対物レンズ10、基準ミラー121及び傾斜ミラー122を配置しても良い。
第2の実施形態では、統合光学系と位相シフタと一つの光学素子から構成したが、別々の光学素子から構成することも可能である。
10…対物レンズ(コリメータレンズ)
20…位相シフタ
21…基準ミラー(第1反射面)
22…傾斜ミラー(第2反射面)
40…検出器
41…受光面
50…処理部
80…透過型光学素子
81…凸面部
82…位相シフタ部
82A…第1透過部
82B…第2透過部
Claims (5)
- a) 測定対象物の測定点から発せられた光を一つの平行光束に統合する統合光学系と、
b) 複数の画素が二次元的に配置された受光面を有し、該受光面上の光の強度分布を検出する検出器と、
c) 前記統合光学系で統合された平行光束を第1光束と第2光束に分割し、該第1光束と該第2光束を、それらの間に光路長差を付与しつつ前記受光面に向けて出射し、前記受光面の異なる二方向のそれぞれに複数画素分の幅を持つ領域に該第1光束と該第2光束の両方を重複させて入射させる位相シフタと、
d) 前記受光面における前記第1光束の入射領域と前記第2光束の入射領域が重複する領域の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備えることを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、前記平行光束が斜め方向から入射するように並んで配置された平面状の第1反射面及び平面状の第2反射面を有しており、
前記第1反射面に平行であって該第1反射面に入射する前記第1光束と直交する軸をx軸、該第1反射面に平行であってx軸に垂直な軸をy軸としたときに、前記第2反射面は、前記第1反射面をx軸周りに所定の角度回転させ、y軸周りに所定の角度回転させた仮想面に平行である
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有し該光導入面と該光導出面が互いに平行な第1透過部と、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有し該光導入面に対して該光導出面が傾いている第2透過部とを備えており、前記第1透過部の光導入面と前記第2透過部の光導入面が同一面上に位置するように構成されていることを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1~3のいずれに記載の分光測定装置において、
前記検出器が二次元エリアセンサから成り、
前記処理部が、前記二次元エリアセンサの或るラインで検出される光の強度分布と、別のラインで検出される光の強度分布を光路長差を揃えて足し合わせることにより光の強度分布を合算し、合算された光の強度分布に基づきインターフェログラムを求めることを特徴とする分光測定装置。 - a) 測定対象物の測定点から発せられた光を統合光学系によって一つの平行光束に統合し、
b) 位相シフタによって、前記統合光学系から出射された平行光束を第1光束と第2光束に分割し、該第1光束と該第2光束を、それらの間に光路長差を付与しつつ検出器の複数の画素が二次元的に配置された受光面に向けて出射し、前記受光面の異なる二方向のそれぞれに複数画素分の幅を持つ領域に該第1光束と該第2光束の両方を重複させて入射させ、
c) 前記受光面における前記第1光束の入射領域と前記第2光束の入射領域の重複領域の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得することを特徴とする分光測定方法。
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Citations (3)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2012181060A (ja) | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Kagawa Univ | 分光特性測定装置及びその校正方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Marja-Leena Junttila,Stationary Fourier-transform spectrometer,APPLIED OPTICS,1992年,Vol.31 No.21,pp.4106-4112 |
小島大輔,結像型ワンショットフーリエ分光イメージングによる高時間分解能計測,2011年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集,2011年,pp.1059-1060 |
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