JPH043492B2 - - Google Patents

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JPH043492B2
JPH043492B2 JP56014708A JP1470881A JPH043492B2 JP H043492 B2 JPH043492 B2 JP H043492B2 JP 56014708 A JP56014708 A JP 56014708A JP 1470881 A JP1470881 A JP 1470881A JP H043492 B2 JPH043492 B2 JP H043492B2
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image sensor
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photometric
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wavelength
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JP56014708A
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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
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2803Investigating the spectrum using photoelectric array detector

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフオトダイオードアレイのような一次
元的撮像素子(ラインイメージセンサ)を用いた
分光測定装置に関する。
ラインイメージセンサを用いた分光測定装置は
分光器のスペクトル像面にラインイメージセンサ
を配置し、同イメージセンサの各単位受光素子を
順次走査して各素子の出力を読出すようになつて
いるが、任意のスペクトル像の全体を一度に測定
しようとする場合、ラインイメージセンサは一般
にダイナミツクレンジが不足している。他方ライ
ンイメージセンサを用いて測光する場合のS/N
比は同センサのダイナミツクレンジ一杯の付近で
測光する方が良好である。従つて任意のスペクト
ルに対して測光出力が最大になる点においてイメ
ージセンサの出力が飽和値の直下になるように分
光器への入射光量を制限した場合、スペクトルの
測光出力が低い部分でのS/N比が非常に悪くな
る。フオトダイオードアレイのようなラインイメ
ージセンサでは各単位受光素子毎に光電出力を積
分し、この積分値を測定信号として出力している
ので、ダイナミツクレンジは個々の積分回路の飽
和レベルで定まり、かつ各積分回路は単位受光素
子と共にIC化されてイメージセンサに組込まれ
ているから、その飽和レベルを任意に増減するこ
とができない。弱い光を良好なS/N比で高感度
で測定するには各積分回路の積分時間を長くすれ
ばよく、そのためにはイメージセンサの走査周期
を長くすればよい(走査周期が積分時間となるか
ら)。所がスペクトル測定のように測光出力が0
からピークまで広範囲に変化し、測光出力の弱い
所で測定の感度、精度を上げるためイメージセン
サの走査速度をおそくすると測光出力の大なる所
では各受光素子毎の積分回路の出力がすぐに飽和
に達して測定ができないことになる。
ラインイメージセンサを用いた分光測定装置で
は上述したようにスペクトルの全体について同じ
精度同じS/Nで測定することが困難である。
本発明はラインイメージセンサを用いた分光測
定装置においてイメージセンサのダイナミツクレ
ンジが不足しかつダイナミツクレンジが外部から
操作できないことに起因してスペクトルにおける
測光出力の低い部分のS/N比が犠牲になると云
う問題を解消することを目的としてなされた。
イメージセンサのダイナミツクレンジの不足は
外付けの増幅器のゲインを加減することによつて
カバーできるのではないかと考えられるが、その
ようにするとノイズも同じ倍率で拡大されるから
S/N比は改善されず、スペクトルにおいて測光
出力の低い部分の測定精度は向上しない。本発明
はラインイメージセンサを用いた分光測定装置で
スペクトルにおける測光出力の低い部分での感度
を高めS/N比を感度に相応して向上させたスペ
クトルの全体から有効な情報が得られるようにす
るものである。
本発明分光測定装置は、スペクトルの波長域を
測光出力レベルに応じて幾つかに分割し、イメー
ジセンサを複数回走査して各走査毎の各単位素子
の出力を積算する過程で、測光出力レベルの低い
波長域では積算の回数を多くし、測光出力レベル
の高い波長域では積算回数を少くするようにし
た。例えばイメージセンサをn回走査するに当つ
て、測光出力レベルの低い波長域ではn回の走査
における出力を全部積算し、測光出力レベルの高
い波長域ではn回の走査中l回(l<n)だけ測
光出力を積算する。このようにイメージセンサの
各単位素子の出力を再度積分すれば、イメージセ
ンサの出力を単に増幅するのと異り、雑音も増幅
されると云うことがなく、却つて雑音の平均化が
進行するからS/N比が向上する。そして本発明
では測光出力の低い領域では積分時間を長く採る
ことになるから、その領域での感度精度が向上す
る。以下実施例によつて本発明を説明する。
第1図は本発明の一実施例装置を示す。1は分
光器でSは入射スリツト、Gは回折格子、Pはフ
オトダイオードアレイである。Cは試料セル、W
は長波長域光源用タングステン電球、Dは短波長
域光源用重水素ランプでmは光源切換え用鏡であ
る。2は掃引回路で制御回路(マイクロコンピユ
ータを使用)3からの指令でクロツクパルスをフ
オトダイオードアレイPに印加し、各単位素子の
出力を順次プリアンプ4に送り出す。プリアンプ
4の出力はA−D交換器5でデイジタル信号に変
換され制御回路3内のメモリでダイオードアレイ
Pの各単位素子に対応させたアドレスに記憶せし
められる。
制御回路3には次のような動作を行うプログラ
ムが与えられている。スタートの操作によつて掃
引回路2に信号を送りフオトダイオードアレイP
を一回走査する。このときの上記ダイオードアレ
イPの各単位素子の出力をメモリに記憶する。こ
の記憶は測定しようとしているスペクトルの全体
像に相当している。今この測定結果が第2図のよ
うであつたとする。制御回路3はダイオードアレ
イPを一回走査し終ると、測光値を記憶したメモ
リをアドレス順に一定アドレス数ずつに区分し、
各区分における最大測光値を検出する。メモリの
各アドレスはダイオードアレイPの単位素子に対
応させてあるから、結局スペクトルの波長に対応
し各区分点となつたアドレスの対応波長をλ0,
λ1,λ2,…とすると、上の動作は第2図におい
て区分λ0〜λ1において測光値p1を検出し、区分
λ1〜λ2においてp2を検出し区分λ2〜λ3において
p3を検出する動作である。次にこのようにして
検出された測光値p1,p2,p3等(デイジタル信
号)がメモリの各アドレスの収納最大数Mの何分
の1に相当するかを算出する。即ちM/p1,
M/p2等を算出してこれをメモリの各区分に対
応させたアドレスに記憶させておく。上の動作に
よつてM/p1,M/p2等の大小を比較し最大の
ものを索出する。第2図の例ではM/p1が最大
となる。その最大値によつてフオトダイオードア
レイPを走査する走査回数が定まる。即ちM/
p1の整数部n(念のためそれより1〜2回少な
め)が走査回数となる。この走査回数nがメモリ
の所定アドレスに記憶せしめられる。次に測定の
指令を制御回路3に与えると、メモリの測光デー
タはクリヤされ制御回路3は掃引回路2に信号を
送つて上述した走査回路n回だけフオトダイオー
ドアレイPを走査する。このn回の走査におい
て、ダイオードアレイPで波長λ0からλ1の範囲
に相当する測光出力はメモリの対応各アドレスに
毎回入力されて加算される。他のλ1〜λ2,λ2〜
λ3等に対応した区分についてはn回の操作中始
めのM/p2(の整数部)回、M/p3(の整数)回
だけの測光出力がメモリの各対応アドレスで加算
される。このようにしてn回の走査が終つた後メ
モリに積算された測光データが読出されて印字或
はアナログ記録計等の表示装置6に表示される。
第3図はこのようにして得られたアナログ表示の
例で、第2図に示すスペクトルの測定結果であ
る。波長区分でλ0〜λ1の範囲はメモリにおける
積算回数が多いから一走査毎の測光出力は低レベ
ルでも測定出力は拡大されており、各区分とも前
述したように測光出力の最大値がメモリの各アド
レスの数値容量一杯になるように積算回数を定め
ているからスペクトルの波長全域にわたつてメモ
リの容量が均等に有効利用されている。前述した
ようにダイオードアレイPの毎回の走査における
出力を積算する結果ノイズは平均化され、目的と
する信号だけが加算される結果スペクトル測光値
の低い所でのS/N比が改善されて測光出力が拡
大される。第4図はダイオードアレイPを一回走
査しただけの場合の測光出力のS/N比Aと本発
明による場合即ち前記第3図のデータのS/N比
Bと示す。測光出力の低い所では目的信号が小さ
く、ノイズはどの波長でも同じだからS/N比は
悪いが、本発明ではこれが改善されて全波長にわ
たり略均一なS/N比になつている。
制御回路3は上述したような動作プログラムが
与えられているが、実際の分光分析ではまず試料
セルCに溶媒だけを入れて上述動作を行わせ溶媒
について第3図のデータを得ておき、次に試料セ
ルに試料溶液を入れて同様の動作を再び行い、第
3図のデータを取る。両方のデータの各波長毎の
比から試料物質だけのデータが得られるが、この
とき、各波長区分においてメモリへの積算回数が
両者同じでない場合、積算回数を同じにしたとき
の値に換算する必要がある。計算自体簡単である
から制御回路3にその計算のプログラムを与えて
おいてもよい。或は溶媒について各波長区分にお
ける積算回数を定め第3図のデータをとつた後、
各波長区分におけるメモリへの積算回数を上に定
めた値に固定して試料溶液について第3図のデー
タをとつて、溶媒についてのデータと各波長毎に
単純比を計算するようにしてもよい。
上述実施例は一個のフオトダイオードアレイ上
にスペクトルの全波長域が収まるようにしている
が、分光器の分散が大きいとか非常に広い波長範
囲のスペクトルを測定しようと云うとき、スペク
トルの全体が一つのフオトダイオードアレイに収
まらない場合がある。このような場合、第2図の
波長λ0〜λ1,λ1〜λ2等の各区分に一個のフオト
ダイオードアレイを対応させ、全体を一個のフオ
トダイオードアレイとして上述と同様の制御回路
3のプログラムを組めばよい。或はフオトダイオ
ードアレイは一個だけにし、回折格子Gを段階的
に回転させて一回目は波長域λ0〜λ1のスペクト
ル、二回目は波長域λ1〜λ2のスペクトルと云う
ように順次のスペクトルの一部ずつをダイオード
アレイ上に投射し、各回毎にダイオードアレイの
走査回数を変えることによつて第3図のようなデ
ータを得るようにすることもできる。
本発明分光測定装置は上述したような構成で、
測光レベルの最も高い所がラインイメージセンサ
のダイナミツクレンジ内に納まるように入射光量
を設定しながら、側光レベルの低い所でノイズを
拡大することなく測光出力を増強してS/N比を
改善し感度を高めラインイメージセンサのダイナ
ミツクレンジがせまいことの不利を解消し、他方
イメージセンサの出力を積算するに当つて全波長
域一律に同回数積算せず、測光出力レベルの低い
所程積算回数を多くとる構成であるから、積算用
メモリにおける積算値が測光レベルの高い所でオ
ーバーフローしてしまうと云う心配がなく、比較
的計数容量の少いメモリで足りるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置を示すブロツク
図、第2図はフオトダイオードアレイの一回の走
査における出力のグラフ、第3図は本発明装置に
よる測光データのグラフ、第4図はS/N比の変
化を示すグラフである。 1……分光器、2……掃引回路、3……制御回
路、5……A−D変換器、6……表示装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 スペクトル像面にラインイメージセンサを配
    置し、適宜波長区分を設けて、その区分内での上
    記イメージセンサの出力の最大値を検出する手段
    と、各波長に対応するアドレスを有するデータ積
    算用メモリと、同メモリの各アドレスの計数容量
    が上記各最大値の何倍かを算出する手段と、波長
    走査を繰返して上記波長区分毎にこの算出された
    倍数に相当する走査回数だけの各走査毎の上記イ
    メージセンサの走査出力を上記メモリにおいて積
    算する動作を行う制御回路とよりなる分光測定装
    置。
JP1470881A 1981-02-02 1981-02-02 Spectrum measuring device Granted JPS57128823A (en)

Priority Applications (1)

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JP1470881A JPS57128823A (en) 1981-02-02 1981-02-02 Spectrum measuring device

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JPS57128823A JPS57128823A (en) 1982-08-10
JPH043492B2 true JPH043492B2 (ja) 1992-01-23

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