JPH02226027A

JPH02226027A - 分光解析装置

Info

Publication number: JPH02226027A
Application number: JP4615489A
Authority: JP
Inventors: Yu Koishi; 結小石; Motoyuki Watanabe; 渡辺　元之
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-07
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2558864B2

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〕本発明は被ｉ’ｌｌＪ定物の光学特性を特定の波長に着
目して解析する分光解析装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、被測定物の分光解析にはフィルタが用いられてい
た。すなわち、光源によって照明された被１１定物とＴ
Ｖカメラの間に、特定波長の光のみを透過するフィルタ
を配設し、ＴＶカメラの出力から特定波長の光の二次元
的画像を得ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来技術によれば、測定すべき光の中心
波長あるいは波長幅が異なるごとに、異なる透過特性を
存するフィルタを用いなければならなかった。例えば、
第９図（ａ）のような光学像において、波長λ　、λ　
、λｄにおける第９ｅ図（ｂ）〜（ｄ）の分光像を得ようとするときは、それ
ぞれ波長λ　、λ　、λｄを透過するフィルｅ夕を用いる必要があった。このため、彼、１１］定物と
測定目的に応じて、任意の中心波長と任意の波長幅で分
光画像を得ることは、極めて困難なことであった。

そこで本発明は、披／Ｉ−１定物の分光画像を所望の中
心波長および波長幅で、簡単に求めることのできる分光
解析装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る分光解析装置は、被３１１定物からの反射
、透過、発光あるいは螢光等による光を受光して光学像
を形成する結像手段と、この光学像の１ラインまたは１
点からなる分光対象領域を選択的に分光して分光像を形
成する分光手段と、この分光像の分光対象領域における
所定波長の光強度を検出する強度検出手段と、分光対象
領域を光学像の測定対象領域で移動させる領域移動手段
と、強度検出手段の出力にもとづき測定対象領域内の所
定波長の光強度分布を求める解析手段とを備えることを
特徴とする。

ここで、分光手段は無収差分光器からなるようにしても
よく、解析手段は光強度分布を二次元平面で表示する表
示手段を備えるようにしてもよい。

〔作用〕

本発明によれば、分光手段によってライン状もしくは点
状の分光対象領域の分光像が形成され、強度検出手段に
よって分光対象領域における特定波長の光強度が得られ
る。そして、領域移動手段によって分光対象領域は測定
対象領域の範囲に実質的に広げられるので、解析手段に
よってこの測定対象領域における被測定物の光学特性が
、特定波長の光強度分布として得られることになる。ま
た、表示手段を設けるようにすれば、これを視覚的に解
析することもできる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る分光解析装置の構成
図である。図示の通り、被測定物１を照明する光源は、
披ｎｊ定物１の裏面側に配設される透過照明部２Ａもし
くは表面側に配設される反射照明部２Ｂから構成され、
これら照明部２Ａ。

２Ｂはそれぞれ光源としてのランプ、投光レンズなどを
何している。被測定物１がらの光は結像レンズ３に受光
され、これによって披淋１定物１の光学像が無収差分光
器４の入射面４１に結像される。

入射面４１にあらかじめ形成された入射スリット（後述
）を透過した光はグレーディング４３で分光され、分光
像が無収差分光器４の出射面４４に結像される。

この分光像はＴＶカメラ５により撮像され、撮像データ
はコンピュータなどの処理部６に送られて後述の処理が
施される。一方、披Δ１３定物１はＸ−Ｙステージ７に
よって移動自在になっており、このＸ−Ｙステージ７は
ステージ制御部８によって制御されている。従って、Ｘ
−Ｙステージ７による被測定物１の移動制御により、被
Ｍ！定物１の訓電範囲を入射スリットで定まる一次元的
な分光対象領域から二次元的なｎ１定対象領域に広げ、
この結果を処理部６で計算してＣＲＴ９で表示すること
により、被測定物１の分光画像が観測できる。

次に、第１図の装置における分光光学系の要部を、第２
図を参照して説明する。

第２図は被」Ｉ定物１、結像レンズ３および無収差分光
器４の関係を模式的に示す斜視図である。

図示の通り、Ｙ字状の光学模様を有する被測定物１の光
学像は、無収差分光器４の入射面４１に形成される。こ
こで、入射面４１には１本のライン状の入射スリット４
２が形成されており、従ってこの入射スリット４２に対
応する被測定物１の上のラインΩが、選択的に分光像を
形成すべき分光対象領域となる。入射スリット４２を通
過した光は無収差分光器４内のグレーディング４３で反
射されて分光され、これによって出射面４４に分光像が
形成される。

ここで、図中の被測定物１上の点ｐ　　、ｐ　　。

Ｐ　は入射スリット４２の点Ｐ、Ｐ。

Ｐ　′に対応しており、この点Ｐ、Ｐ１Ｐ　′の分光像
は出射面４４のラインＰ。′Ｐ、、Ｐ　　　に対応して
いる。従って、被測定物１のラインｇの光学情報は、そ
のｙ軸方向の位置情報を保ったままで出射面４４に結像
され、その波長ごとの光強度はｙ軸と直交する軸方向（
λ軸方向）で得られることになる。

次に、第１図および第２図の装置における分光像の処理
を、第３図を参照して説明する。

第２図に示す如く出射面４４に形成された分光像は、Ｃ
ＣＤカメラなどからなる第１図のＴＶ左カメラで撮像さ
れ、ビデオ信号はＡ／Ｄ変換されて処理部６におけるイ
メージメモリに記憶される。

第３図（ａ）はＭＸＮ画素の二次元イメージメモリに記
憶された分光像の一例を示している。ここで、Ｎ画素の
λ軸は波長に対応し、Ｍ画素のｙ軸は被測定物１のライ
ンｇにおけるｙ方向位置に対応している。このイメージ
メモリの光強度情報は、第３図（ｂ）に示すように、そ
れぞれ中心波長λ　、Ａ　、・・・λ　、波長幅Δλ　
、Δλ２．・・・１　　２　　　　ｎ　　　　　　　Ｌ Δλ　で積分または平均化される。すると、第３Ω 図（ｃ）に示す如く、ｙ軸方向における各波長ごとの空
間的な光強度分布が求められるので、これを第３図（ｄ
）に示す如く、各波長ごとのイメージメモリＭ　　、　
Ｍ　２　、・・・Ｍ　に記憶する。これにｎより、被測定物１におけるラインｐが設定されたＸ方向
の位置ＸＯにおいて、ｙ軸方向の光強度分布が、中心波
長λ　、λ１．・・・λ　ごとにイメーｎジメモリＭ、Ｍ２．・・・Ｍ　に格納される。

ｉ　　　　　　　　　　　　　ｎなお、上記説明においてテレビカメラ５の必要なところ
（つまり、λ　±ΔλＩ／２のところ）のみを走査し、
各波長毎にビデオ信号を積分する等した後Ａ／Ｄ変換し
、直接イメージメモリＭ１〜Ｍ　に格納しても良い。

以上の処理が終了すると、−次元的な分光対象領域が二
次元的な広がりを有する測定対象領域で移動させられる
。すなわち、第１図の処理部６はステージ制御部８に指
令を与え、これによってステージ制御部８はＸ−Ｙステ
ージ７を駆動することになる。すると、第２図に示す入
射スリット４２がＸ軸方向に移動するので、先に示した
Ｘ方向の位置Ｘｏとは異なる位置Ｘｔにおいて、同様の
分光分析がされる。これにより、第３図（ｄ）のイメー
ジメモリＭ　　、Ｍ　　、・・・Ｍ　には、次の１　　
２　　　　ｎ位置ｘ１での分光強度分布が格納される。以下、同様の
処理をＸ方向の全ての位置について実行すると、イメー
ジメモＭ　　、Ｍ　　、・・・Ｍ　には、波１　　２　
　　　ｎ長λ　、λ　、・・・λ　の分光強度分布が、ｘ−ｙｏ
　　　１　　　　ｎの二次元平面において記憶される。このため、第１図の
ＣＲＴ９において、各波長λ　、λ　、・・・ｌ λ　ごとの分光画像を被測定物１と同一の二次元平面で
表示できることになる。

ここで、分光器として無収差分光器４を用いることの有
用性を、第４図面の簡単な説明する。

例えば第４図（ａ）のような分光スペクトルを持つ光を
、分光器の入射スリット４２に入射すると、従来の分光
器では出射面４４での分光像が同Ｓ　（ｂ）のようにな
る。すなわち、分光出力像に歪みとボケが生じてしまう
。これに対し、無収差分光器を用いると、同図（ｃ）の
如く出力像に歪みやボケは現れない。すなわち、入射ス
リット４２に光が入射する位置Ｑ、Ｑ１．Ｑ２により出
力像が歪むことがなく、また波長軸（λ軸）と直交する
ｆｌ＆　（空間軸）の分解能も向上する。

次に、第５図を参照して本発明の第２実施例を説明する
。

第５図はその要部を示す構成図である。そして、これが
前述の第１実施例と異なる点は、入射面４１にはスリッ
トではなく、入射ピンホールＰが設けられ、これによっ
て点状の分光対象領域が設定されていることである。そ
して、これに対応してＴＶカメラに変えて（ＴＶカメラ
でもよい）−次元のラインセンサ５１が出射面４４に対
向して設けられていることである。この実施例によれば
、被測定物１の座標（ｘ、ｙｏ）の点Ｐの光学像は入射
面４１の入射ピンホールＰに形成され、これがグレーデ
ィング４３で分光されて出射面４４に分光像が形成され
る。この分光像の光強度はラインセンサ５１によって波
長ごとに読み出され、処理部６中のＡ／Ｄ変換器６１で
ディジタルデータに変えられて処理部６中のラインメモ
リ６２に格納される。従って、ラインメモリ６２には被
測定物ｌの点Ｐにおける分光された光強度信号が記憶さ
れる。そこで、このラインメモリ６２のデータを、中心
波長をλ　、λ　、・・・λ　とし、波長１　　２　　
　　ｎ幅をΔλ　、Δλ　、・・・Δλ　としてイメージメ１
、　　　２　　　　　ｎモリＭ　　、Ｍ　　、・・・Ｍ　に転送すると、このイ
メ＋２１ −ジメモリには光強度の空間分布がｘ−ｙ平面で得られ
ることになる。

以上の処理を被測定物１の点Ｐ（ｘ、ｙ）について行な
ったら、ｘ−ｙステージにより被測定物１を移動させ、
分光対象領域をｘ−ｙ方向に走査して同様の処理を行な
う。すると、処理部６のイメージメモリＭ　　、Ｍ　　
、・・・Ｍ　には、第１１　　２　　　　ｎ実施例と同様の光強度分布が記憶される。従って、ＣＲ
Ｔ９によって分光画像を表示することができる。

次に、第６図を参照して本発明の第３実施例を説明する
。

第６図はその要部構成図である。そして、これが第１実
施例と比較して特徴的なことは、無収差分光器４の出射
面４４の前面に、波長軸（λ軸）に直交するスリット幅
が可変なスリット４４　をＳ有する出射スリット板４４　が設けられ、このスリット
４４　に対向してラインセンサ５１が設けＳられていることである。この実施例によれば、無収差分
光器４により形成される分光像は第１実施例のものと同
様であるが、無収差分光器４の出射面４４には上記のス
リット４４　があるので、特Ｓ定波長の光のみがラインセンサ５１に届くことになる。

従って、出射側のスリット４４　のλ軸方Ｓ向の中心位置によってラインセンサ５１で検出される中
心波長が定まり、スリット４４　の幅を変Ｓえる事により検出される波長幅を任意に定められること
になる。

このため、スリット４４　およびラインセンサＳ５１を波長軸（λ軸）方向に走査して結果をイメージメ
モリＭ　　、Ｍ　　、・・・Ｍ　に記録すれば、彼１　
　　　　２　　　　　　　　ｎ測定物１のラインｇ′における光強度が、ｙ軸方向の位
置情報を保持したままで波長ごとに記録できる。よって
、第１実施例と同様に被測定物１を移動させて上記の処
理を繰り返せば、二次元平面で分光画像をｋＱ側できる
。

第７図は上記第６図の第３実施例に係る変形例の要部を
示している。

これらの変形例に共通する特徴は、無収差分光器４の出
ｑ・１面４４側には、それぞれ３つのスリット４４〜４
４　が設けられ、これによって中心Ｓａ　　　　　　　
　　Ｓｅ波長の異なる（λ　、λ　、λ　）３つの光の強ａ　　
　　　ｂｅ度を検出するようになっていることである。すなわち、
第７図（ａ）では出射スリット板４４　において、３つ
のスリット４４〜４４　が波長軸ｓａ　　　　　　　　
ｓｃ方向に並べて形成され、これらにはそれぞれ光ファイバ
束５２ａ〜５２ｃが設けられている。そして、先ファイ
バ束５２ａ〜５２ｃの出射光はラインセンサ５１ａ〜５
１ｃに導かれている。この例によれば、３つの異なる波
長の光を同時に検出し、これを処理部（図示せず）に送
って処理することができる。

第７図（ｂ）の例では、１個のラインセンサ５１が設け
られ、これがスライドボックス５３の作用により矢印入
方向に移動可能になっている。

この例によれば、ラインセンサ５１をそれぞれスリット
４４〜４４　の位置に移動設定することｓａ　　　　　
　　　ｓｃで、異なる波長の光を検出するこ・とができる。

第７図（ｅ）の例では、分光器の結像面４４に結像され
た分光像をリレーするレンズ５４と、このレンズ５４か
らの光を反射させる回転ミラー５５、及びスリット幅可
変なスリット５７を何するスリット板５８を備える。こ
の例によれば、回転ミラー５５を軸５６を中心に回転さ
せることで、ラインセンサ５１に４４からの光をスリッ
ト板５８上で波長方向にスキャンし、スリット５７を通
過した光を入射できる。

本発明は上記の実施例に限定されることなく、種々の変
形が可能である。

例えば、被測定物１を照明する透過型あるいは反射型の
光源は必須ではなく、被測定物１が発光性あるいは螢光
性の物体であるときは、無光源とできる。また、光源を
用いるときは、キセノンランプ等の白色源のほか、レー
ザ光源を用いてもよい。

入射スリットあるいは入射対ピンホール等で定められる
分光対象領域を、二次元的な広がりを持つΔｐノ定対象
領域で移動させる手法は、被測定物１をＸ−Ｙステージ
７で移動させるものに限らず、例えば第８図のようにし
てもよい。同図において、ミラー３１は２本の軸３１．
３２を中心としてスキャン可能になっている。このよう
にすれば、被Ｉｌｌ定物１を移動させずにミラー３１を
回転させることで、入射スリット４２への結像位置を変
えることができる。なお、光ファイバ束を用いたり、２
枚以上のミラーを用いたりしても、同様に結像位置の移
動が可能である。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、分光手段によっ
てライン状もしくは点状の分光対象領域の分光像が形成
され、強度検出手段によって分光対象領域における特定
波長の光強度が得られる。

そして、領域移動手段によって分光対象領域は測定対象
領域の範囲に実質的に広げられるので、解析手段によっ
てこの測定対象領域における被測定物の光学特性が、特
定波長の光強度分布として得られることになる。このた
め、被ｉｌｊ定物の分光画像を所望の中心波長および波
長幅で、ＣＲＴ等の画面上で簡単に求めることができる
。

本発明の分光解析装置は、生物、物理、化学等の基礎研
究をはじめ、工業製品の検査等の幅広い分野に応用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る分光解析装置の第１実施例の構成
図、第２図は第１実施例の要部説明図、第３図は第１実
施例における分光像の処理を説明する図、第４図は無収
差分光器の特色を示す図、第５図は第２実施例の要部説
明図、第６図は第３実施例の要部説明図、第７図は第３
実施例の変形例を示す図、第８図は本発明の詳細な説明
図、第９図は分光画像解析の説明図である。１・・・被測定物、２・・・光源、３・・・結像レンズ
、４・・・無収差分光器、５・・・ＴＶ左カメラ６・・
・処理部、７・・・Ｘ−Ｙステージ、８・・・ステージ
制御部、４１・・・入射面、４２・・・入射スリット、
４４・・・出射面、５１・；・ラインセンサ。特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹（ｄ）波長：λｄ分光解析第９図

Claims

【特許請求の範囲】１、被測定物からの光を受光して光学像を形成する結像
手段と、前記光学像の１ラインまたは１点からなる分光
対象領域を選択的に分光して分光像を形成する分光手段
と、前記分光像における所定波長の光強度を検出する強
度検出手段と、前記分光対象領域を前記光学像の測定対
象領域で移動させる領域移動手段と、前記強度検出手段
の出力にもとづき前記測定対象領域内の前記所定波長の
光強度分布を求める解析手段とを備えることを特徴とす
る分光解析装置。２、前記被測定物を照明する光源を更に備える請求項１
記載の分光解析装置。３、前記分光手段は無収差分光器からなる請求項１記載
の分光解析装置。４、前記解析手段は前記光強度分布を表示する表示手段
を備える請求項１記載の分光解析装置。５、前記被測定領域は前記光学像の二次元的領域であり
、前記表示手段は前記光学像の形状に対応した二次元平
面で光強度分布を表示する請求項４記載の分光解析装置
。６、前記強度検出手段は前記分光像における１波長もし
くは複数波長の光強度を検出することを特徴とする請求
項１記載の分光解析装置。