JPH04106430A - 波長校正機能付分光測定装置 - Google Patents

波長校正機能付分光測定装置

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JPH04106430A
JPH04106430A JP22705890A JP22705890A JPH04106430A JP H04106430 A JPH04106430 A JP H04106430A JP 22705890 A JP22705890 A JP 22705890A JP 22705890 A JP22705890 A JP 22705890A JP H04106430 A JPH04106430 A JP H04106430A
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    • 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
    • G01J3/28Investigating the spectrum

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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 光源からの光や物体の反射光などの分光分布
を測定するための分光測定装置に関するものて 光源の
光色 演色性を評価したり、物体色の測定なとミ その
スペクトルに対する効果量の評価に使用するものである
従来の技術 光源のエネルギー量や光色 演色性を評価したり、物体
色の測定に分光測定を使用する場合、スペクトルの波長
分解能よりも測定におけるエネルギー積分の精度の向上
が重要となる。すなわ板波長分布の細部の形状より、適
当な波長区分に対する放射のエネルギー強度を、いかに
正確にとらえるかが課題とな4 これには 使用する分
光器のスペクトル帯域半値幅と測定波長サンプリング間
隔を一致させることで実現されも 従来の分散素子駆動
型モノクロメータで(よ たとえばプリズムモノクロメ
ータでは分散曲線と波長目盛りが一致するたべ 機械幅
を等間隔送りで測定した このとき、短波長部分と長波
長部分では 線分散の大きさがかなり異なる力丈 隣り
合う測定波長位置での分散の差は 大きな変化がないも
のとして行なっ九 また 分散素子駆動型の回折格子モ
ノクロメータで(よ サインバー機構の導入により、分
散曲線と波長目盛りは独立している。しかし回折格子モ
ノクロメータの分散(よ プリズムのそれに比べて直線
に近く、また 分光測定の途中で分散の変化に合わせて
スリット幅を機械的に修正することが難しいた敢 分散
の変化を無視して分光測定をおこなってき九 先に述べた分散素子駆動型モノクロメータでは測定時間
がかかるた数 近蝦 分光分散光学系と受光器アレイを
組み合せ、測定対象物からの光スペクトルを短時間に測
定する分光測定器が使用されるようになった力丈 測定
サンプリング間隔に相当する受光素子の機械的間隔と、
分散とが独立しているた敦 受光器アレイの面上での分
散の非直線性が大きく、各アレイの重心波長の設定精度
すなわち波長目盛りの精度が重要となる。
一般へ 分光測定装置は 光学系のアライメントのわず
かなずれ力叉 光学系の設計常数から求めた線分散の値
にずれを生じるた数 波長目盛り理論波長からずれ 波
長校正が必要となa これまでこの種の装置では 測定
波長範囲の中心付近の一波長のみ輝線などで校正し 各
アレイの間隔を等間隔とみなして各アレイの重心波長を
設・定しているパ 測定波長サンプリング間隔がずれる
ことになり、測色などの用途には測定誤差が大きかった
 また 放電ランプからの複数の波長の輝線を分光測定
装置に導いてそれぞれの波長位置で校正する場合、放電
ランプからへ 波長校正に使用する以外の放射東 受光
器アレイの出力のゆらぎなどを、校正に使用しようとす
る波長の輝線と誤認する場合があった 一例として凹面回折格子とフォトダイオードアレイを組
み合わせたものについて示す。
凹面回折格子ζよ 平面回折格子とコリメータ・ミラス
 フォーカシング・ミラーを一体化した機能を持板 凹
面回折格子の入射スリットを、凹面回折格子の曲率半径
を直径とする円(ローランド円)上に設けると、その分
光分散像はローランド円上に結像すも このため凹面回
折格子を使った分光測光器は光学系をシンプルに構成で
きるうえ線分散の変化を比較的小さくすることが可能で
ある。この種のマルチチャンネル分光測定器を測光測色
に使用する場合、各受光素子の分光応答度の重心波長と
分散特性の開俵 および各受光素子の分光応答度の波長
帯域特性と各受光素子の間隔(波長サンプリング間隔)
が測定精度に影響を与える。
刻線密度300本/mIL  ブレーズ波長500na
 焦点距離f=200mmの凹面回折格子とシリコンフ
ォトダイオードアレイ(512素子)によって構成した
マルチチャンネル分光測定器について示も 第2図にそ
の光学系を示す。入射光1よ ローランド円上の入射ス
リットから回折格子の中心法線に対して11.8°で入
射させも これによって得られる回折光を凹面回折格子
の正常分散域で検出するためC,−回折格子の中心法線
と回折光のなす角βを−4,8°から+2゜までとし 
この間に検出領域を設定すa このとき分光分散像↓上
 ローランド円上で波長400nmから800nmのも
のが得られも 中心法線上での線分散は0.0600(
mm/nm)であり、β−4,8°のときの線分散は0
.0608(mm/nm)であるから、 検出領域内テ
17)線分散の変化は 波長400nmから80On+
++までの間で1.3X以内となる。このとき、シリコ
ンフォトダイオードアレイの中心が凹面回折格子の中心
法線上にあり、かつローランド円上に位置するようにす
ると、この位置での線分散の値と素子の空間的間隔(5
4μm)か社 シリコンフォトダイオードアレイの中心
付近の各素子の波長間隔i;L  0.9nmとなる。
この各素子の波長間隔力(フォトダイオードアレイの中
心から、両端に行くにしたがって、どのように変化する
かを解析的に求めると次のようになる。フォトダイオー
ドアレイがローランド円に接する場合、ローランド円内
に0.5mm入った位置にある場合、およびローランド
円の外側に0.5mm出た位置にある場合について、各
素子の波長間隔を一定(0,9nm)とした場合に対す
る波長のずれを第4図に示す。
図から明らかなように フォトダイオードアレイがロー
ランド円に接している場合でL 各素子の重心波長は 
等波長間隔には並んでおらず、短波長側や長波長側での
ずれが大きくなる。特にフォトダイオードアレイがロー
ランド円の円周上から外にはずれると、この傾向は顕著
になる。 したがって、 この種のマルチチャンネル分
光測定器ではフォトダイオードアレイの各素子の重心波
長をそれぞれ求める必要がある。
発明が解決しようとする課題 上記に述べたように 一般に 分光測定装置は光学系の
アライメントのわずかなずれ力(光学系の設計常数から
求めた線分散の値にずれを生じるた数 波長目盛り理論
波長からずれ 波長校正が必要とな4 とくに分光分散
光学系と受光素子アレイを組み合せ、測定対象物からの
光スペクトルを短時間に測定する分光測定器では 受光
素子アレイの面上での分散の非直線性が大きく、波長目
盛りの誤差がスペクトル帯域半値幅と測定波長サンプリ
ング間隔の不整合を生二 光源のエネルギー量や光電 
演色性を評価したり、物体色の測定に分光測定を使用す
る場合、誤差を生ずる問題があった 課題を解決するための手段 上記の問題点を解決するための手段について示す。輝線
放射源から得られる特定の波長の複数の輝線を分光測定
装置に導き、あらかじめ分光測定装置の線分散から、 
それぞれの輝線に対して最大の光電出力が得られる受光
器アレイの素子の理論的位置に相当するアドレスを求め
も そのアドレスの近傍の素子で輝線に対する光電出力
が最大の素子を束数 その素子を中心としてその前後で
、分光測定器の透過帯域機械幅の倍の範囲に入る素子に
対してその光電出力を、素子のアドレスを重み係数とし
た積分を行なう。その値を重み係数1で同様に積分した
光電出力の値で除して、それぞれの輝線に対する受光器
アレイのアドレスを求へ輝線波長と、それに対応する受
光器アレイのアドレスの回帰曲線から、 受光器アレイ
の各素子の重心波長を求めも 作用 上記の手段によって、分光分散光学系と受光素子アレイ
を組み合せ、測定対象物からの光スペクトルを短時間に
測定する分光測定器などにおいて、受光器アレイの面上
での分散の非直線性が大きい場合でL 複数の波長の輝
線放射を使って、各素子のアドレスと波長との回帰曲線
を求へ 各アレイの重心波長を設定することにより、測
光測色精度が向上する。特番ミ 各輝線による波長校正
において、分光測定装置の迷光やノイX 校正に使用す
る輝線以外のランプの放射などによゑ 輝線の誤認が防
止でき、波長校正の精度が向上すも実施例 本発明の第一の実施例を図面を使って説明する。
第2図に 刻線密度300本/mm、  ブレーズ波長
500n取 焦点距離f=200mmの凹面回折格子1
とシリコンホトダイオードアレイ (512素子)2に
よって構成したマルチチャンネル分光測定器について示
す。
入射光(よ ローランド円3上の入射スリット4から平
面ミラー5を介して回折格子の中心法線に対して11,
8°で入射させも これによって得られる回折光を凹面
回折格子の正常分散域で検出するために 回折格子の中
心法線と回折光のなす角βを−4,8°から+2°まで
とし この間に検出領域を設定する。このとき分光分散
像は ローランド円上で波長400nmから800nm
のものが得られる。中心法線上での線分散は0.060
0(mm/nm)であり、 β=−4,8°のときの線
分散は0.0608(mm/r+m)であるから、 検
出領域内での線分散の変化は 波長400nmから80
0nmまでの間で1.3%以内となる。このとき、シリ
コンホトダイオードアレイの中心が凹面回折格子の中心
法線上にあり、かつローランド円上に位置するようにす
ると、この位置での線分散の値と素子の空間的間隔(5
4μm)かペ シリコンホトダイオードアレイの中心付
近の各素子の波長間隔!&  0.9nmとなる。
波長校正用輝線として低圧水銀ランプの波長404、6
6n亀 435.84nrn、546.07n取 57
8. Olnmの4本の水銀輝線と、ネオンランプの波
長614.91na  639゜48na 703.2
4nfflの輝線を使用すも第3図に波長校正手段の概
略図を示も 入射スリット機械幅(ヨ50μmのものを
使用す4 これによって測定波長帯域の中央で一素子の
波長帯域半値幅LL  0.9nmとなり、測定波長間
隔とほぼ等しくなも したがって、測光測色誤差が小さ
くなもこのとき、たとえば波長546. O7nmの水
銀輝線の分散光に対するシリコンホトダイオードアレイ
7の出力は第1図のようになる。まず、理論アドレス算
出手段9で光学系の定数から線分散を束数波長546.
 O7nmの水銀輝線に対する素子のアドレスを算出す
も このときアドレス200付近で最大となる。次に 
実際の出力の出力を持つ素子の最大値を捕らえるために
 最大値のアドレス検出手段10で素子アドレスで19
0〜210の出力を調べる。
重心波長算出手段11で各アドレスの重心波長を求めも
 いま素子のアドレスがX=X−のときその素子の出力
が最大値P(x−)であるとすa 素子の感度波長帯域
半値幅がほぼ0.9nmであり、帯域のすそを考えると
この幅(上 素子2つ分の機械幅に相当す本 分散のひ
ずみも考虜して素子アドレスX―に対して−3から+3
の範囲で次式を使って、波長546゜O7nmに対する
中心アドレスAdを求めも八−−38P(x−−3)−
2零P(x−−2)−1零P(xs−1)十P(xa)
+P(xm+1)+2零P(X@+2)+3零P(X@
+3)B−P(xs−3)十P(xm−2)+P(xm
−1)+P(xa、)+P(xs+1)十P(X−+2
 )+P(X輪+3 )Ad=A/B 他の6つの輝線に対して叡 同様に中心アドレスを求敢
 波長とアドレスの回帰曲線を束数512個の受光素子
のそれぞれの重心波長を算出する。
これにより、分光測定装置の波長校正が実現できる。
発明の効果 以上のようへ 本発明の構成によって、分光分散光学系
と受光器アレイを組み合せ、測定対象物からの光スペク
トルを短時間に測定する分光測ポ器などにおいて、受光
器アレイの面上での分散の非直線性が大きい場合でk 
複数の波長の輝線放射を使って、各素子のアドレスと波
長との回帰曲線を束数 各アレイの重心波長を設定する
ことにより、測光測色精度が向上すa 特へ 各輝線による波長校正において、分光測定装置の
迷光やノイX 校正に使用する輝線以外のランプの放射
などによゑ 輝線の誤認が防止でき、波長校正の精度が
向上すa
【図面の簡単な説明】
第1図は波長546. O7nmの水銀輝線に対する受
光器アレイの出力特性は 第2図は本発明の一実施例の
マルチチャンネル分光測定装置の光学系を示す医 第3
図は波長校正手段の概略構成医 第4図は受光器アレイ
の各受光素子の重心波長の等間隔波長目盛りからのずれ
を示す図である。 l・・凹面回折格子、 2・・シリコンホトダイオード
アレイ、 3・・ローランドF14・・入射スリット、
平面ミラー 6・・分散光 7・・シリコンフォトダイ
オードアレイ、 8・・電荷転送デバイ入 9・・理論
アドレス算出手a  10・・最大値アドレス算出手a
  11・・重心波長算出手比 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 はが2名Ct士力 第 図 第 図 gi 長 (n/F+) 受を器yしイの各受″It、素子の!lC波長の等間隔
う廣長目盛からのす?l″L(理論イ直)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)測定対象物もしくは特定の波長の複数の輝線を出
    力する校正用輝線放射源からの光を分光分散する手段と
    、 前記分光分散手段からの光を電気信号に変換する受光器
    アレイと、 輝線放射源から得られる特定の波長の複数の輝線を分光
    測定装置に導く手段と、 前記分光分散する手段によって決まる線分散から、それ
    ぞれの輝線に対して最大の光電出力が得られることが予
    測される前記受光器アレイの素子の理論的位置に相当す
    るアドレスを求める手段と、その近傍の素子で実際に輝
    線に対する光電出力が最大の素子のアドレスを求める手
    段と、 その光電出力が最大の素子を中心としてその前後で、分
    光測定器の透過帯域機械幅のを含みかつそれ以上の範囲
    に入る素子に対してその光電出力を、素子のアドレスを
    重み係数として積分する手段と、 特定輝線に対応するアレイの出力を重み係数1で同様に
    積分した光電出力の値で除して、それぞれの輝線に対す
    る受光器アレイの重心波長に対応するアドレスを求める
    手段 とを具備し、 複数本の校正用輝線波長と、それに対応する前記受光器
    アレイの実際のアドレスから、受光器アレイの各素子の
    重心波長を求めて装置の波長目盛を校正する機能を有す
    る ことを特徴とする波長校正機能付分光測定装置。
  2. (2)請求項1において、入射スリット波長幅と受光器
    アレイの素子波長間隔を等しく設定したことを特徴とす
    る波長校正機能付分光測定装置。
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