JPH01176921A

JPH01176921A - フーリエ分光装置

Info

Publication number: JPH01176921A
Application number: JP39188A
Authority: JP
Inventors: Katsu Inoue; 井上　克; Shigeru Matsui; 繁松井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1988-01-06
Publication date: 1989-07-13
Also published as: DE3900247A1; DE3900247C2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はフーリエ分光装置に係り、特に空間的に結像さ
れた干渉縞を用いて分光スペクトルを得る装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、空間的に結像された干渉縞を光ダイオード配列で
検出し、機械的走査の必要が無いフーリエ分光装置とし
て、アプライド・オプチクス（Ａｐｐｌ、Ｏｐｔ、）　
２４　、　　（１９８５年）第３７０２頁から３７０６
頁に述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、干渉縞から直流成分を含まない、いわ
ゆるきれいな干渉形（ｃｌｅｅｍｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇ
ｒａｍ）を得ため、サブナック形（Ｓａｇｎａｃｔｙｐ
ｅ）共通光路干渉計の１枚の平面鏡を垂直方向に傾けて
、干渉縞を消滅させ、バックグランド（直流成分）信号
のみを取出し記憶しておき、前記平面鏡の傾きを適切に
調節して干渉縞を形成させ、バックグランドに干渉図形
が重なった信号を測定し、記憶されたバックグランド信
号を差引いている。

この方式によれば、極めて厳密な光学調整を必要とする
干渉計の構成平面鏡の１枚を機械的に動かすため、再現
性及び信頼性に問題があった。更に、バックグランド信
号を機械的以外の方法で得られたとしても、最低２回の
光ダイオード配列の（電子的）走査が必要である。

本発明の目的は、かがるバックグランド測定を行わず、
干渉縞信号の１回のみの走査で、きれいな干渉図形を得
る装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、干渉縞信号を用いてバックグランド信号を
計算処理により抽出し、元の干渉信号から差引く事によ
り達成される。

一般に、干渉縞はバックグランドに比し空間周波数が高
く、直流成分であるバックグランドは中央部が上に凸の
ゆるやかに変化する信号であり、この両者はフィルタリ
ングで分離されることは容易に推察される。

〔作用〕

干渉信号に含まれるバックグランド信号には入射光に含
まれている直流光成分と、光ダイオード配列自体の素子
間の感度差に依存するものが在る。

後者は、光ダイオード配列個有の特性であり、光強度分
布の−様な光で予る計測して、素子毎の感度値として記
憶して置くことは容易である。

本発明の主眼は前者、干渉図形の測定毎に変り得る直流
成分の抽出と、干渉図形からの除去の方法にある。

比較的に高い周波数で変化する雑音を平滑して、ゆっく
りした信号のみを取出す方法として、連続する奇数点の
データから中央点のデータを導く、いｂゆる移動平均法
が知られており、これにはサビツキ・ゴレイ（Ｓａｖｉ
ｚｋｙ　Ｇｏｌａｙ）の重み係数表が良く使われる。

干渉図形信号を移動平均法で平滑すれば、小刻みに上下
する干渉信号が減衰し、変化の緩漫な直流成分即ちバッ
クグランドが得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。被測
定光源１０．コリメータレンズ１２．偏光子１５．ウォ
ラストンプリズム２０．検光子２５、結像レンズ２８よ
りなる偏光干渉計によって、被測定光源１０の干渉縞２
１が、光ダイオード配列３０の上面に結像３１する。光
ダイオード配列３ｏは図示されていない駆動回路がらの
クロック信号３２によりビデオ増幅器３５を介して、Ａ
Ｄ変換器４１に読み出され、ディジタル信号４１となっ
て演算処理装置５ｏに入力する。演算処理装置５０では
、信号４１を直接又はデータ処理して一時記憶装置６０
に記憶し、適宜読出して再利用する。装置の制御は、入
力装置８０より、結果の出力は表示装置９０に、入出力
インタフェース７０を介して行われる。

今、第３図（ａ）の様な強度信号１１０が測定データと
して得られたとする。横軸１１２は光ダイオード配列３
０のビット数（素子数）Ｎに対応し、ｘ＝Ｑに相当する
中心線１１３はｉ＝Ｎ／２に、両端はｉ＝１．Ｎに対応
する。

干渉信号ｆ　（ｘ）は光源スペクトルＢ（ν）を用いてと表わされる。ここでヤ、はスペクトルの最大波数、ａ
は１以下正の係数で干渉縞のコントラストである。光ダ
イオード番号をｉとし、干渉光路差に換算した、ダイオ
ードのピッチをΔＸとすると抽出される光路差ｘ１は（
２）式の様になる。

ｘｉ＝　（ｉ−５１２）ΔＸ　　　　　・・・（２）測
定データ１１０は、抽出された測定値ｆ（ｘｔ）を量子
化したもので、一連の添字番号ｉを付した１次元配列数
として扱われる。

第１図ＡＤ変換器４０はクロック信号３２に同期して、
入力信号を必要充分な桁数の２進数値に変換し、演算処
理装置５ｏの管理下で一時記憶装置６０に順次記憶され
る。

第２図は、信号処理に移動平均を行う際に用いられる７
点サビツキ・ゴレイの重み係数列の例である。重み係数
１００の７個の値を、１次元配列数の連続する７個の値
に１対１対応で乗じ、それ等の積の総和または、総和を
２１で割った値（正規化）を以って、先の７個の中央点
の新値とするもので、この中央点を１次元配列内を移動
させれば、新しく得られる１次元配列数は与えられた重
みの下で平均化、される事になる。この演算は、重み係
数列と１次元配列数とのコンボリューション（ｃｏｎｖ
ｏｌｕｔｉｏｎ）と呼ばれている。

重み係数列の要素数は、演算により信号に偏りが発生せ
ぬ様一般に奇数であり、この値が大きくなればより緩慢
な変化も平滑することが出来る一方、処理時間は増加す
る。

第４図は本発明におけるデータの流れを示したもので、
データの移動演算はディジタル的に行われるものとして
説明する。

測定データ１１０は、重み係数１００とコンボリューシ
ョン演算１０５で平滑化データ１２０を出力する。ここ
で、２重線の囲みは半固定的な定数を表し、単線の囲み
は変数を表しており、夫々の囲みは１次元配列数として
別個に記憶される。

測定データ１１０と平滑化データ１２０は引算処理１１
５され、干渉図形１３０を出力する。

に但し、Ｐ＝Σｗ（ｋ）で、１／Ｐは正規化係数。

Ｍｇ　（ＸＬ）　＝ｆ　（ｘｔ）　−ｆ　（ｘｔ）　　　
−（４）と表わせる。

一方、光ダイオード配列３０の素子ｉの感度５（ｉ）は
、光ダイオードの製造精度などに関係し。

定常的使用状況では変化しないと考えられる。照度分布
が−様な白色光を、光ダイオード配列に照射した時の出
力Ｖ（ｉ）が、感度、（ｉ）に比例するから。

を−次元配列数である素子感度係数１４０として記憶し
ておき、前述の干渉図形１３０と乗算処理１３５する。

その結果、素子毎の感度差を補正した補正干渉図形１５
０を得るから、これをＦＦＴなどによるフーリエ変換処
理１５５を行う事により、光源のスペクトル図形Ｂ（ν
Ｊ）を得ることができる。

Ｂ（ｙＪ）　＝ＦＴ　（Ｃ（ｘｒ）・ｇ　（ｘｉ））　
　−（６）ここで、ＦＴはフーリエ変換を示し、添字ｊ
はスペクトル素番号である。

又、補正係数列Ｃ（ｘｔ）　　にアポダイゼーション関
数を乗じて置く事により、有限フーリエ変換時に生ずる
疑似振動を抑制することができるが、個々の素子感度の
補正ならびに、フーリエ変換に関しては、特に新規な点
は無い。

第１図の光源１０は、測定対象の発光源（ランプ、プラ
ズマ、蛍光など）そのものであっても、顕微鏡などの光
学系の出力（虚像、実像）もしくは、光フアイバ一端で
あっても良い。又、測定対象物を透過／又は反射した光
の場合にも適用できる。

この様にして、第３図（、）の測定データ１１０は中心
付近の高照度により上に凸のバックグランドを含んでい
るが、同図（ｂ）に示す平滑化データ１２０は、測定デ
ータ１１０を移動平均により振動成分を減衰させたもの
で、（ａ）（ｂ）の差即ち同図（、）の千洋図形１３０
が成牛ずることができて、干渉図形１３０には直流成分
を含んでいない。

第４図における、各演算処理要素１０５，１１５゜１４
５．１５５などは、第１図における演算処理装置内部で
適切にプログラムされた手続に依って、随意に実行され
ることは説明する迄も無く、各要素を独立したハードウ
ェアで達成する事も高速化の手法として従来から知られ
ている。

本発明の別の実施例を第５図のデータ流れ図を用いて説
明すると、第４図同様に得られた平滑化データ１２０と
、干渉図形１３０は、割算処理１６５によりバックグラ
ンド補正を受ける。即ち。

ｇ’　（Ｘｌ）　＝ｇ　（ｘｔ）　／ｆ　（ｘｔ）　　
　　−（７）となり、光ダイオード配列３０の受光面に
おけるバックグランドの局所的、非対称な強度分布、例
えば一部の干渉縞が不当に強かったり、逆に小さ過ぎた
りした様な信号を整形することが出来る。

この結果に第４図同様、素子感度係数を補正し。

補正干渉図形１５０を得て、フーリエ変換１５５へ出力
する。第３図のバックグランドの強度分布は、中央部が
高く周辺部が低く、一種のアポダイゼーション（窓関数
）がアナログ的に乗ぜられているが、理論的にはバック
グランド補正を行った上で正しいアポダイゼーションを
行うべきである。

第６図は、測定データから平滑化データ及び干渉図形を
計算する具体的方法を示したもので、測定データ１１０
が、時系列的にｆ　（Ｘｌ）　、　ｆ　（ｘｚ）・・・
ｆ　（ｘ、）と与えられる場合を考える。重み係数１０
０は、第７図の表の７個の値と保持しているものとし、
部分データ１２５は到来する測定データの最新の７個分
が記憶されている。

部分データｆ　（ｘｔ−ａ）　＋＋　ｆ　（ｘｔ）　−
ｆ　（ｘ＊＋ａ）は対応する重み係数ｗ（−３）・・・
Ｗ（０）・・・ｗ（３）と掛合わされ、総和が計算され
てレジスタ１２７に記憶される。ここで５ビツトの右シ
フト（即ち１／３２）を行ない正規化された平滑値ｆ（
ｘｔ）が計算される。これを順次ｌ力すれば平滑データ
１２０となり、部分データの中央点の値ｆ　（ｘｔ）と
の差ｇ　（ｘ−）が干渉図形１３０となる。これ等は必
要に応じ、１次元配列として第１図の記憶装置６０に記
憶され、以後のデータ処理に用いられる。

部分データ１２５の記憶方法としては、最も早く到来記
憶された値の記憶位置に最新の値を書込む、７を法とす
るポインタ方式が好適である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、−回の測定で得られた測定データのみ
を使用して、直流成分の除去及び又はバックグランド強
度補正を行った干渉図形を得ることができるので、測定
に要する時間が半減し、光学系を機械的に可動する部分
が不要となり高信頼性が達成できる。

一般に直流成分を含む干渉信号をフーリエ変換すると、
スペクトル図形の低波数域に大きな疑似振動波形が現わ
れる。この結果、演算処理装置のダイナミックレンジが
縮小し、測定対象となるスペクトル領域に減衰し切れな
い高ピツチの疑似振動波形が重畳してスペクトルの質を
損う。

本発明によれば、データ処理のみにより測定信号中の直
流成分をほぼ完全に除去できるので、その効果は大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は移動平均
の重み係数を示す図、第３図はデータ処理前後の信号波
形を示す図、第４図〜第６図はデータの流れ図、第７図
は７点重み係数の別の例を示す図である。１０・・・光源、１２．２８・・・レンズ、１５．２５
・・・偏光板、２０・・・ウォラストンプリズム、２１
゜３１・・・干渉縞像、３０・・・光ダイオード配列、
３５・・・ヴイデオ増幅器、４０・・・ＡＤ変換器、５
０・・・演算処理装置、６０・・・−時記憶装置、７０
・・・入出力インタフェース、８０・・・操作入力装置
、９０・・・表示出力装置、１２０・・・平滑化データ
、１５０・・・補正干渉図形。第　１　口／６Ｕ第５０

Claims

【特許請求の範囲】

１、被測定光源の干渉縞を空間的に結像させる偏光干渉
計、結像した干渉縞を電気信号に変換する検知器、この
検知器からの電気信号を量子化し一群のデータ点として
記憶する手段、前記一群のデータ点の移動平均値を求め
る手段、求められた移動平均値と前記一群のデータ点と
の差をフーリエ変換する手段とより構成したことを特徴
とするフーリエ分光装置。