JPH03102229A - 多波長分光法及び多波長分光器 - Google Patents

多波長分光法及び多波長分光器

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JPH03102229A
JPH03102229A JP24032189A JP24032189A JPH03102229A JP H03102229 A JPH03102229 A JP H03102229A JP 24032189 A JP24032189 A JP 24032189A JP 24032189 A JP24032189 A JP 24032189A JP H03102229 A JPH03102229 A JP H03102229A
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JP
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spectrum
image detector
light
slit
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Yoshio Maeda
芳夫 前田
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2803Investigating the spectrum using photoelectric array detector

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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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〕 本発明は多波長分光器、特に多波長を同時に検知するた
めの複数の検知素子を有するイメージ検知器を備えた多
波長分光器、及びこの多波長分光器を用いる多波長分光
法に関するものである.〔従来の技術〕 フォトダイオードアレイなど,複数の検知素子を有する
イメージ検出器を用いた多波長分光器は,多波長を同時
に測光できるため高いS/Nを得ることができる、分散
素子を回転することにより波長押引を行なう従来法に比
べ電気的波長掃引ができるため,高速測光が可能である
、などの利点があり、検知素子の進歩とも相俟って、多
用されるようにって来た.このような多波長分光法に関
連する技術は、例えば特開昭56−125638号公報
などに開示されている. 第2図は、このような多波長分光器の一例としてフォト
ダイオードアレイを用いた多波長分光器の機能系統を示
す説明図で,1は光源、2は分光器,3はイメージ検知
器、4は増幅器、5はスキャナ回路、6はサンプルホー
ルド回路、7はA−D変換器、8は記憶回路、9はデイ
ジタル計算機,10はデータモニタ、11は分析試料を
示している。
分光器2は入射スリット21,平面反射鏡22a、凹面
反射get2 3 a、分散子として用いられる回折格
子24,凹面反射鏡23b,平面反射鏡22b,及び、
測定する波長域に応じて挿入されるフィルタ25より構
成されている。なおフィルタ25は回折格子分光器の場
合には高次回折光の除去を主目的とするが、プリズム分
光器を用いる場合には迷光除去のために、必要に応じて
挿入される。
この多波長分光器では、光源1から出て分析試料11を
通過した後、分光器2の入射スリット2工に到達した光
は、分光器2によって波長に依存して分散され,イメー
ジ検知器3に入射する。
イメージ検知器3は、回折格子24によって分散された
光の結像位置に配置され、検知器の向きは、回折格子2
4による分散面上(紙面に平行な方向)に各フォトダイ
オードが並ぶように設置される。
従ってイメージ検知器3を構成する各フォトダイオード
エレメントには、それぞれ異なる波長の光が入射し、検
知される。イメージ検知器3としては,例えば米国Re
ticon社製RL51 2Cなどが用いられ、イメー
ジ検知器3内にシフトレジスタなどが内蔵されているも
のが多い。スキャナ回路5はイメージ検知器3にクロッ
クパルスを与え、各フォトダイオードエレメントに蓄積
された入射光量に比例する電荷を、電荷移動またはスイ
ッチングなどの方法で順次外部に取り出す。外部へ取り
出された電気信号は、増幅器4を経てスキャナ回路5と
同期したサンプルホールド回路6にホールドされ,A−
D変換器7でデイジタル信号に変換される.デイジタル
信号に変換された光量信号は、記憶回路8に直接、また
はデイジタル計算機9などを介して記憶される.得られ
たスペクトルは、測光と同時に並行して、または測光終
了後記憶回路8から取り出して、デイジタル計算機9の
演算によって、吸光度変換や各種データ処理を施した後
、データモニタ10にスペクトルが表示される。また記
録計やプロツタ(図示していない)等によりハードコピ
ーを得ることもできる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の従来の多波長分光器では、イメージ検知器3とし
て用いられる実用的なフォトダイオードアレイは、各受
光素子(フォトダイオード)が、数10μmのピッチで
直線的に配置されており、受光素子の数は例えば512
あるいは1024素子程度のものが用いられる6これら
の各受光素子は例えば検知器内のi番目の受光素子は常
に波長λ量の光を受光し,i+1番目の受光素子は波長
λ1+1の光を受光する.分光器の波長分解Δλは、主
にこれら受光素子の配列ピッチによって定まる。
例えば、300 〜800nmの波長範囲を512素子
のイメージ検知器で測定する場合、分光器の波長分解は
約1nmである.しかし、理論的に分光器の波長分解が
lnmと言っても、実際に得られるスペクトルは、ln
mの分解を提供するとは言い難い.例えば、波長48−
8.Onm の輝線スペクトルを、上述の多波長分光器
でwt測した時に得られるスペクトルを第3図(横軸,
縦軸にそれぞれλ(波長)、強度がとってある.第4,
5,6図においても同じ)に示す.488.Onm の
光を受光する位置に配置された受光素子のみが、光を検
知し、他の受光素子には光が入射しないため,第3図の
ようなスペクトルを得る.第4図は,分散素子を回転し
て一つの検知器に入射する光の波長を順次移動して行く
波長掃引方式で,その分解が同じinnの場合のモノク
ロメータで得た同一輝線のスペクトルを示す.モノクロ
メータでは、分光器の波長分解がlnmであっても,連
続的に波長掃引を行なうことができるので、第4図に示
すような滑らかなスペクトルを得ることができる.即ち
、上述した多波長分光器では、分光器の分解がlnmで
あっても,受光素子の配置に従い、波長に対してlnm
毎のディスクリートな観測しか行なえないため、実用上
理論的分解を持つスペクトルを得難いのである. 本発明の目的は、このような従来技術になる多波長分光
器の欠点を解決し、より滑らかなスペクトルを得ること
のできる多波長分光法及び多波長′分光器を提供するこ
とにある. 〔課題を解決するための手段〕 上述の課題を解決するためにとられた本発明の多波長分
光法の主なる構成は、入射スリットからの光を波長分散
素子により分散させ,分散された光のスペクトルのピー
ク位置に設けられているイメージ検知器の検知素子によ
って強度を検出する多波長分光法において,前記入射ス
リット、または前記イメージ検知器,または該入射スリ
ットと該イメージ検知器との間に配設される光学素子に
、位置的変位を与え,前記ピーク位置から微少変位した
位置の前記スペクトルの強度を前記検知素子で検出し,
前記ピーク位置のスペクトルの強度と前記ピーク位置か
ら微少変位した位置のスペクトルの強度とから少なくと
も2個の波長素数からなるスペクトルを得ることを特徴
とするものであり、本発明の多波長分光装置の主なる構
成は、入射スリットと,該入射スリットからの光を波長
により分散する分散素子と,分散された光を襟数波長素
について検知するため複数の検知素子を有するイメージ
検知器とを備えた多波長分光器において、前記入射スリ
ット、または前記イメージ検知器、または該入射スリッ
トと該イメージ検知器との間に配設された光学素子に位
置的変位を与え該イメージ検知器の各検知素子に入射す
る分散光の各波長素の波長に変化を生ぜしめる手段と、
前記位置的変化に同期して該イメージ検知器の出力信号
を取り出し、少なくとも該イメージ検知器の検知素子数
より多くの波長素数に対する出力信号を得る手段とを有
することを特徴とするものである.〔作用〕 本発明の多波長分光器では、例えば入射スリットの幅方
向の相対位置を、例えば受光素子のピッチに相等する範
囲内で移動することによって、各受光素子が担当するデ
ィスクリートな波長の間を、補間測光することができる
ので,それによって所期の目的を達成することができる
. すなわち,入射スリットの位置を、例えば、受光素子の
ピッチの半分だけ機械的に移動したとする.この場合,
各受光素子が受光する光の中心波長は0.5nmずれる
ことになるので,(分光器の結像像倍率を1=1に仮定
している.)得られるスペクトルは第5図に示すように
なる.従って、第3図に示すようなスリット位置を移動
する前のスペクトルと,第5図に示すような,移動後の
スペクトルを夫々記憶させておき、後にこの2つのスペ
クトルを重ね合わせると、第6図に示すようになる.す
なわち、512索子のイメージ検知器から、2倍に補間
測光された1024点の測光点数を有するスペクトルを
得ることができる.同様にして更に補間測光の間隔を細
かくすれば、多波長分光器がディスクリートな波長分割
測光を原理とするにも拘らず、連続波長移動方式のモノ
クロロータにて得られるのに近い、滑らかなスペクトル
を得ることが可能である. 入射スリットの機械的位置に変位を変える代りに,イメ
ージ検知器自体の位置を移動しても補間測光を行なうこ
とができる. 〔実施例〕 以下、実施例について説明する。
第1図は、一実施例の機能系統を示す説明図で,第2図
と同一機能を有する部分には同一符号が付してある。
この実施例の多波長分光器が第2図の多波長分光器と異
なるところは,スリット位置駆動機構12を有している
点にある. スリット位置駆動機構12は,例えば入射スリット21
を紙面上、図の上下方向に移動させるマイクロメータヘ
ッドと、それを駆動するパルスモータ等からなる。スキ
ャナ回路5によるイメージ検知器3の全受光素子の測光
量取り出しが終ると,記憶回路8には、512点の波長
測光点を有する1つのスペクトルが記憶される。デイジ
タル計算機9は、1つのスペクトルを取り終える毎に、
スリット位III動機[12にスリット移動指令を与え
る、あるいは移動信号を受け取る等の方法によって同期
を取り、入射スリット21の位置を、イメージ検知器3
の受光素子ピットに相当する距離より小さい一定の距離
だけ移動する.移動後、最初のスペクトルにより一定波
長だけずれた第2の512点の波長測光点を有するスペ
クトルが測光され記憶回路8の別な番地に記憶される.
かかるステップを繰り返し,必要なN個のスペクトルが
、記憶回路8に記憶された後,デイジタル計算機9の演
算により,N個のスペクトルが重ね合わされ、512X
N個の波長測光点を有する1つのスペクトルが得られる
.得られたスペクトルは、波長分解こそ従来法と同じi
nnではあるが、1/Nnmの細かさで補関された滑ら
かなスペクトルとなる. これに対して、連続波長駆動方式のモノクロメータでは
、同種スペクトルを得るのに、回折格子などの分散素子
をサインバーなどの翻動系により精密に回転させること
によっていた。本実施例では、入射スリットの位置を移
動する方法が取られ、同様に駆動機構を必要とするもの
の,その全移動距離は、実質数10μmであり,かつそ
の精密さは非常に粗で良い。
上述の実施例では、入射スリット位置を段階的にステッ
プ移動する例を示したが、例えば、圧電素子などにより
スリットを周期的に振動させることにより位置を変位せ
しめ、その振動に同期してスペクトルを順次測光しても
良い。この場合入射スリットの位置移動はステップ状で
はなく、測光中も移動を続けている。しかし補間測光の
目的は全く損なわれることはなく,むしろ移動平清化が
同時に行なわれるのと等価である。
また,上述の実施例ではいずれも、入射スリットの位置
移動と、イメージ検知器による測光とがデイジタル計算
機を介して同期しているものと説明した。しかし、両者
の関係は必ずしもその都度同期が取られる必要はない.
夫々独立に周期的動作を繰返していても、お互いの動作
の間に一定の関係が保たれている限り、広義の同期と言
える。
更に、入射スリットやイメージ検知器の位置に変位を与
える代りに、入射スリットとイメージ検知器との間に配
設された他の光学素子に変位を与えて同一目的を達成す
ることもできる。例えば、第1図におけるミラー22b
に回転変位を与えれば,イメージ検出器3上に結像した
スペクトル像を、波長方向に微小移動することができ、
入射スリット21の位置移動と等価な効果を得ることが
できる。
なお、上述の実施例は、分析試料11が吸光測定の場合
を示したもので、発光現象を11測する場合は.分析試
料Ll自体が発光体であり、光源1は用いる必要はない
。また、反射測定の場合も、分析試料11からの透過光
の代りに反射光がスリット21に到達するように光学系
を構成すれば,原理的には、同様である。
〔発明の効果〕
上述したように本発明は、ディスクリートに配設された
複数検知素子を有するイメージ検知器を用いた多波長分
光器において、その波長分解能力を最大に生かした滑ら
かなスペクトルを得ることが可能とするもので、産業上
の効果の大なるものである.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の多波長分光器の一実施例の機能系統を
示す説明図、第2図は従来の多波長分光器の機能系統を
示す説明図,第3図は従来の多波長分光器で得られるス
ペクトルの説明図、第4図は従来の単検知器を用いて連
続波長掃引するモノクロメータで得られたスペクトルの
説明図、第5図は本発明の多波長分光法の一実施例にお
けるスペクトルの構或過程を示す説明図,第6図は本発
明の多波長分光法の一実施例で得られるスペクトルの説
明図である。 1・・・光源,2・・・分光器,3・・・イメージ検知
器、4・・・増幅器、5・・・スキャナ回路、6・・・
サンプルホールド回路,7・・・A/D変換器,8・・
・記憶回路、9・・・デイジタル計算機、10・・・デ
ータモニタ、11・・・分析試料、12・・・スリット
位置駆動機構、21・・・入射スリット、22a,22
b・・・平面反射鏡、23a,23b・・・凹面反射鏡
、24・・・回折格子,第 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入射スリットからの光を波長分散素子により分散さ
    せ、分散された光のスペクトルのピーク位置に設けられ
    ているイメージ検知器の検知素子によつて強度を検出す
    る多波長分光法において、前記入射スリット、または前
    記イメージ検知器、または該入射スリットと該イメージ
    検知器との間に配設される光学素子に、位置的変位を与
    え、前記ピーク位置から微少変位した位置の前記スペク
    トルの強度を前記検知素子で検出し、前記ピーク位置の
    スペクトルの強度と前記ピーク位置から微少変位した位
    置のスペクトルの強度とから少なくとも2個の波長素数
    からなるスペクトルを得ることを特徴とする多波長分光
    法。 2、前記ピーク位置のスペクトルの強度と前記ピーク位
    置から微少変位した位置のスペクトルの強度とをそれぞ
    れ記憶させておき、記憶させておいた少なくとも2個の
    波長素数からなるスペクトルの強度を合成する特許請求
    の範囲第1項記載の多波長分光法。 3、入射スリットと、該入射スリットからの光を波長に
    より分散する分散素子と、分散された光を複数波長素に
    ついて検知するため複数の検知素子を有するイメージ検
    知器とを備えた多波長分光器において、前記入射スリッ
    ト、または前記イメージ検知器、または該入射スリット
    と該イメージ検知器との間に配設された光学素子に位置
    的変位を与え、該イメージ検知器の各検知素子に入射す
    る分散光の各波長素の波長に変化を生ぜしめる手段と、
    前記位置的変化に同期して該イメージ検知器の出力信号
    を取り出し、少なくとも該イメージ検知器の検知素子数
    より多くの波長素数に対する出力信号を得る手段とを有
    することを特徴とする多波長分光器。 4、前記位置的変位が、振動または回転振動である特許
    請求の範囲第3項記載の多波長分光器。 5、前記イメージ検知器が、フォトダイオードアレイで
    ある特許請求の範囲第3項又は第4項記載の多波長分光
    器。
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