JPH05172638A - 分光分析装置に用いられ得るフォトアレイセンサおよびイメージインテンシファイア - Google Patents

分光分析装置に用いられ得るフォトアレイセンサおよびイメージインテンシファイア

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JPH05172638A
JPH05172638A JP33875291A JP33875291A JPH05172638A JP H05172638 A JPH05172638 A JP H05172638A JP 33875291 A JP33875291 A JP 33875291A JP 33875291 A JP33875291 A JP 33875291A JP H05172638 A JPH05172638 A JP H05172638A
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JP
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intensity
light
electric field
power supply
array sensor
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Hiroshi Tanaka
博司 田中
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 種々の光スペクトルの強度に最適な感度調整
を行ない得る分光分析装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 分光分析装置は、光スペクトルの強度を電気
的信号に変換する複数の光素子とそれらの光素子の増幅
率を個別的に設定するための複数の増幅電源回路を含む
フォトアレイセンサを備える。分光分析装置は、さら
に、複数のエネルギ増倍孔のそれぞれのために個別的に
設けられた複数の電界電極を含むマイクロチャンネルプ
レートとそれらの電界電極に個別的な電界電圧を印加す
るための複数の電界電源回路を含むイメージインテンシ
ファイアをも備え得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は分光分析装置に関し、
特に、微粒子測定装置において好ましく用いられ得る分
光分析装置の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、特開平2−190744に開示
されている成分同定のできる微粒子測定装置を示すブロ
ック図である。この微粒子測定装置において、存在する
微粒子の種類と数が測定されるべき被測定空間1から採
取されたサンプルガスSGは、キャピラリチューブ2を
通って反応管5に送られる。反応管5内において、サン
プルガスSGは、キャリアガス導入管5aを介して導入
されたHeやArのキャリアガスCAと混合される。こ
の混合ガスにはマイクロ波(RF)電源3からのマイク
ロ波パワーがマイクロ波キャビティ4を介して印加さ
れ、反応管5内に混合ガスのプラズマが発生させられ
る。このとき、サンプルガスSG中に含まれていた微粒
子は、プラズマによって分解されてガス化される。した
がって、反応管5内において、サンプルガスSGとキャ
リアガスCGとガス化した微粒子とに起因するプラズマ
発光が生じる。その後、これらのガスは排気管5bおよ
び排気ポンプ6を介して反応管5の外に排気される。
【0003】反応管5内で発生したプラズマ光は、分光
ユニット7によって分光される。分光された光の内、ガ
ス化した微粒子の成分元素に起因する発光スペクトルの
波長域のみが選択されて、光電変換器8によって電気的
な光強度信号に変換される。光強度信号は、信号処理装
置9内の増幅器(アンプ)9aによって増幅され、アナ
ログ/ディジタル(A/D)変換器9bによってディジ
タル光強度信号に変換される。そして、このディジタル
光強度信号が中央処理装置(CPU)9cによって処理
されて、サンプルガスSG中の微粒子の数と成分元素が
判定される。
【0004】このとき、サンプルガスSGは排気ポンプ
6によって被測定空間1から反応管5内へ連続的に吸引
されかつそこから排気されるので、サンプルガスSG内
に含まれる微粒子の成分元素に起因する発光スペクトル
の強度変化は、時間の経過に対してパルス状になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示されているよ
うな微粒子測定装置においては、1つの成分元素に起因
する発光スペクトルのパルス状のピークの個数を時間の
経過に伴って数えることによって微粒子の数が測定され
る。しかし、ある微粒子が選択された波長域と一致する
発光スペクトルのピークを生じる成分元素を含んでいな
い場合、その微粒子は検出され得ない。このような微粒
子の数え落としを極力少なくするために、発光スペクト
ルのピーク数の時間的変化は、複数の波長域について同
時に並行して測定される。
【0006】図5は、図4の微粒子測定装置中の分光ユ
ニット7および光電変換器8として用いられ得る先行技
術による分光分析装置が示されている。この分光分析装
置において、光導入口17から導入された光は、レンズ
18によって集光されかつスリット19によって所定の
幅に絞られた後に、集光ミラー20によって平行な光に
整形される。整形された平行光は平面ミラー21で反射
され、回折格子22によって波長分光される。分光され
た光は、結像ミラー23によって、フォトアレイセンサ
25の受光面24上に結像される。結像された分光波長
帯は、フォトアレイセンサ25の複数の光素子によって
分割されて受光される。このとき、たとえば600nm
の分光波長帯を1024個の光素子で分割した場合、1
つの光素子で約0.6nmの波長範囲の光スペクトルを
検知することになる。
【0007】図6は、このような複数の光素子を含むフ
ォトアレイセンサ25の外観の1例を示す正面図であ
る。この図において、ハッチングが施された領域が受光
領域を表わしている。
【0008】図7(A)は、図6のようなフォトアレイ
センサ25の内容を示す回路図である。図7(A)のフ
ォトアレイセンサ25において、フォトダイオードを含
む光素子25aが受けた光の強度および増幅端子25b
に印加されている電圧に対応して、光素子25aの内部
に電荷が蓄積される。他方、ディジタルシフトレジスタ
で構成し得る光素子出力選択回路25cは、スイッチン
グトランジスタ25dを介して、複数の光素子25aを
順次選択する。その結果、選択された光素子25aに蓄
積された電荷は出力端子25eに通され、出力端子25
eにはその電荷量に対応した電圧が発生する。こうし
て、受光された光スペクトルの強度が電気的な光強度信
号に変換される。ただし、光素子25aに蓄積され得る
電荷量には限度があるので、光スペクトルの強度に対応
した電圧を出力端子25eに発生させるためには、光素
子25a内の電荷が飽和する前にその電荷を出力端子2
5eに通してやらなければならない。
【0009】ところで、図4中の反応管5内で生じるプ
ラズマ発光は、微粒子に起因する光スペクトル以外にサ
ンプリングガスSGやキャリアガスCGに起因する高い
強度の発光スペクトルをも含んでいる。しかし、図7
(A)のフォトアレイセンサ25中の複数の光素子25
aには、増幅端子25bから同一の増幅電圧が印加され
ている。すなわち、複数の光素子25aのそれぞれにお
いて、受光する光スペクトルの強度に適した増幅電圧を
個別的かつ独立的に設定することができず、すべての光
素子25aが同一の増幅感度に設定される。
【0010】このような状況において、図7(B)に示
されているような光スペクトル強度分布を有する光が図
7(A)のフォトアレイセンサ25に受光される場合を
考える。図7(B)の横軸は光スペクトルの波長λを表
わし、縦軸は光エネルギEO を表わしている。また、図
7(C)に示されたフォトアレイセンサ25上には、複
数の光素子が双方向水平矢印に沿って並べられて配置さ
れている。そして、それらの光素子のすべてが図7
(B)中の2本の破線で挟まれた検出範囲を有するよう
に設定されている。
【0011】したがって、入射する光スペクトルの強度
範囲がフォトアレイセンサ25の検出範囲を越えている
場合、フォトアレイセンサ25から出力される電気的光
強度信号は、図7(D)に示されているように、図7
(B)の検出範囲に対応して2本の破線に挟まれた出力
範囲でスライスされたものになる。ただし、図7(D)
中の縦軸は光強度信号の電気エネルギEe を表わしてい
る。
【0012】この場合、光スペクトルの高い強度範囲を
も検出範囲内に収めるためにはフォトアレイセンサ25
の増幅率を下げればよいが、その場合には、低い強度の
光スペクトルの検出が不能になったり、正確な検出が困
難になったりする。
【0013】したがって、図7(A)のようなフォトア
レイセンサを含む分光分析装置ではサンプルガスSGや
キャリアガスCGに起因する発光スペクトルの高い強度
のために、微粒子の成分元素に起因する発光スペクトル
の測定感度の向上に制限を受け、光感度の微粒子測定が
困難であるという課題がある。
【0014】ところで、分光分析装置の感度を向上させ
るために、フォトアレイセンサの前段にイメージインテ
ンシファイアが配置されることがある。
【0015】図8を参照して、従来のイメージインテン
シファイアの構造と機能が図解されている。図8(A)
に示されているような光スペクトル強度EO1の分布を有
する光が図8(B)に示されたイメージインテンシファ
イアに入射光27として入射するとき、容器26dに保
持された光電体26aは、入射光スペクトル強度に応じ
て電子28を発生する。この電子28は、図8(D)に
拡大して示されているマイクロチャネルプレート26b
の上面上の基準電極26gによる電界によって、マイク
ロチャネルプレート26b内に引込まれ、さらに、下面
上の電界電極26fによる強い電荷によってエネルギ増
倍されながら増倍孔26eを通過する。エネルギ増倍さ
れた電子28aは蛍光体26cに照射され、蛍光体26
cからは電子28aのエネルギに応じた強度EO2を持つ
増倍光29が射出される。
【0016】ここで、マイクロチャネルプレート26b
は増倍孔26eを複数個有しており、増倍孔26eのそ
れぞれの内径は数μm程度である。また、電子28は電
界によって光電体26aから蛍光体26cに向かってほ
ぼ直進するので、光電体26aが図5中の受光位置24
に配置されれば、分光波長体のイメージとほぼ同じ状態
のエネルギ増倍された分光波長帯イメージが蛍光体26
cから得られる。しかし、入射光スペクトルの強度があ
る値以上になれば、光電体26aから発生される電子2
8が飽和してしまう。また、図8(D)からわかるよう
に複数の増倍孔26eのための電界電極26fは連続し
ていて同一の電圧が印加されているので、光スペクトル
の如何にかかわらず、すべての増倍孔26eが同一の増
倍率を有している。そして、エネルギ増倍された電子2
8aのエネルギがある値以上になっても、蛍光体26c
から射出される光29の強度が飽和する。
【0017】したがって、図8(A)において2本の破
線で示された光増幅範囲内に治まらない光強度は、図8
(C)において2本の破線で示された光出力範囲でスラ
イスされた状態に増幅されて出力されることになる。す
なわち、一定範囲に含まれない過大または過少の強度を
有する光スペクトルは、従来のイメージインテンシファ
イアによって正しく比例増幅されないという課題があ
る。
【0018】以上のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、微粒子計測装置において好ましく用いら
れ得る分光分析装置であって、それぞれの光スペクトル
の強度に最適な感度調整を行ない得る分光分析装置を提
供することを目的としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの態様によ
れば、分光分析装置において用いられ得るフォトアレイ
センサは、分光された光スペクトルの強度を電気的な光
強度信号に変換する複数の光素子と、それら複数の光素
子の光電変換におけるそれぞれの増幅率を個別的に設定
するための複数の増幅電源回路と、複数の光素子のそれ
ぞれを個別的に複数の増幅電源回路の任意の1つに接続
し得る増幅電源接続回路とを備えている。 本発明のも
う1つの態様によれば、分光分析装置において用いられ
得るイメージインテンシファイアは、分光された光スペ
クトルの強度に応じて電子を発生する光電体と、それら
の電子のエネルギを増倍させる複数のエネルギ増倍孔お
よび複数のエネルギ増倍孔のそれぞれのために個別的に
設けられた複数の電界電極を含むマイクロチャンネルプ
レートと、複数のエネルギ増倍孔のそれぞれの増倍率を
個別的に設定するための複数の電界電源回路と、複数の
電界電極のそれぞれを個別的に複数の電界電源回路の任
意の1つに接続し得る電界電源接続回路を備えている。
【0020】
【作用】本発明の1つの態様による分光分析装置におい
て用いられ得るフォトアレイセンサにおいては、分光さ
れた光スペクトルの強度を電気的な光強度信号に変換す
る複数の光素子が増幅電源接続回路によって複数の増幅
電源回路の任意の1つへ個別的に接続され得るので、そ
れら複数の光素子の光電変換におけるそれぞれの増幅率
が個別的に設定され得る。したがって、そのようなフォ
トアレイセンサを用いた分光分析装置においては、それ
ぞれの光スペクトルの強度に最適な感度調整を行なうこ
とができ、その結果として種々の光スペクトルに関して
高感度の分光分析が可能となる。
【0021】本発明のもう1つの態様による分光分析装
置において用いられるイメージインテンシファイアにお
いては、複数の電界電極が電界電源接続回路によって複
数の電界電源回路の任意の1つへ個別的に接続されるの
で、複数のエネルギ増倍孔のそれぞれの増倍率が個別的
に設定され得る。したがって、そのようなイメージイン
テンシファイアを用いた分光分析装置においては、それ
ぞれの光スペクトルの強度に最適な感度調整を行なうこ
とができ、その結果として種々の光スペクトルに関して
高感度の分光分析が可能となる。
【0022】
【実施例】図1を参照して、分光分析装置において好ま
しく使用され得る本発明の一実施例によるフォトアレイ
センサが概略的な回路図で図解されている。この実施例
によるフォトアレイセンサ25Aは、図7(A)に示さ
れた従来のフォトアレイセンサ25と同様に、フォトダ
イオードを含む光素子25a,増幅端子25b,ディジ
タルシフトレジスタで構成し得る光素子出力選択回路2
5c,スイッチングトランジスタ25d,および出力端
子25eを含んでいる。しかし、このフォトアレイセン
サ25Aは、さらに、光素子25aと増幅端子25bと
の間に複数の増幅電源回路25fと増幅電源接続回路2
5gを含んでいる。複数の増幅電源回路25fの各々
は、任意の増幅電圧を生じるように設定され得る。ま
た、増幅電源接続回路25gは、図1からわかるよう
に、複数の光素子25aをそれぞれ任意の1つの増幅電
源回路25fに接続し得る。
【0023】したがって、複数の光素子25aのそれぞ
れにおいて、受光する光スペクトルの強度に適した増幅
電圧を個別的独立的に設定することができる。すなわ
ち、光素子25aの各々は、それが受ける光スペクトル
の強度に最適な増幅感度に調整され得る。
【0024】このような状況において、図2(A)に示
されているように、すべての光素子25aの増幅電圧が
同一に設定される場合に対応して2本の破線で挟まれた
検出範囲からはみ出した強度を含む光スペクトル強度分
布を有する光が入射する場合を考える。フォトアレイセ
ンサ25A中のそれぞれの光素子には、図2(B)に示
されているように、それらが受光する光スペクトルの強
度に適した増幅感度を有するように個別的に増幅電圧V
1 ,V2 などが供給され得る。したがって、フォトアレ
イセンサ25Aから出力される電気的光強度信号は、図
2(C)に示されているように、2本の破線で挟まれた
出力可能範囲内に収められ得る。
【0025】すなわち、第1図に示されているようなフ
ォトアレイセンサ25Aを含む分光分析装置において
は、それぞれの光スペクトルの強度に最適な感度を設定
することができるので、すべての光スペクトルについて
高感度の分光分析をすることが可能になる。
【0026】なお、図1中の増幅電源接続回路25g
は、それぞれの光素子25aの増幅電圧を予め決定し得
る場合には、フォトアレイセンサ25Aの製造段階で固
定的に作り込むことが可能である。しかし、フォトアレ
イセンサ25Aの用途をより汎用的なものにするため
に、増幅電源接続回路25gは、外部から与えられる増
幅電源選択信号に基づいて光素子25aと増幅電源回路
25fとの間の接続を完成するように構成され得る。
【0027】図3を参照して、分光分析装置において好
ましく使用され得る本発明のもう1つの実施例によるイ
メージインテンシファイアの構造と機能が図解されてい
る。図3(B)に示されたイメージインテンシファイア
26Aは、図8(B)に示された従来のイメージインテ
ンシファイア26と類似の構造を有しているが、一部変
更されたマイクロチャンネルプレート26Bを有してい
る。すなわち、図3(D)において拡大されて示されて
いるように、この実施例によるチャンネルプレート26
Bにおいては、それぞれのエネルギ増倍孔26eのため
にそれぞれの個別的な電界電極26Fが設けられてい
る。
【0028】そして、これらの個別的な電界電極26F
は、図3(B)に示されている個別的な複数の電界電源
回路15aの任意の1つに電界電源接続回路15bを介
して接続され得る。複数の電界電源回路15aの各々
は、任意の電界電圧を生じるように設定され得る。
【0029】したがって、複数の電界電極26Fのそれ
ぞれにおいて、入射光スペクトルの強度に適したエネル
ギ増倍のための電界電圧を個別的独立的に設定すること
ができる。すなわち、エネルギ増倍孔26eの各々は、
入射光スペクトルの強度に最適なエネルギ増倍率を有す
るように調整され得る。
【0030】このような状況において、図3(A)に示
されているように、すべての増倍孔26eの増倍率が同
一に設定されている場合に対応して2本の破線で挟まれ
た検出範囲からはみ出した強度を含む光スペクトル強度
分布を有する光がイメージインテンシファイア26Aに
入射する場合を考える。図3(B)および(D)におい
て図解されているように、個別的な電界電極26Fに
は、それぞれのエネルギ増倍孔26eが入射光スペクト
ルの強度に適したエネルギ増倍率を有するように、個別
的に電界電圧V1 ,V2 などが供給され得る。したがっ
て、蛍光体26cから射出される増倍光29aは、光ス
ペクトルの如何にかかわらず、図3(C)における2本
の破線で挟まれた出力可能範囲内に収められ得る。すな
わち、図3に図解されているようなイメージインテンシ
ファイアを用いた分光分析装置においては、それぞれの
光スペクトルの強度に最適な感度調整を行なうことがで
き、種々の光スペクトルに関して高感度の分光分析が可
能となる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、微粒子
計測装置において好ましく用いられ得る分光分析装置で
あって、それぞれの光スペクトルの強度に最適な感度調
整を行ない得る分光分析装置を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による分光分析装置において
用いられ得るフォトアレイセンサを概略的に示す回路図
である。
【図2】図1のフォトアレイセンサにおける入射光スペ
クトル分布と電気的光出力信号との関係を示す図であ
る。
【図3】本発明のもう1つの実施例による分光分析装置
において用いられ得るイメージインテンシファイアの構
造と機能を説明する図である。
【図4】従来の微粒子測定装置の構成を示すブロック図
である。
【図5】従来の分光分析装置における光学系を示す図で
ある。
【図6】従来の分光分析装置において用いられ得るフォ
トアレイセンサの外観の一例を示す正面図である。
【図7】従来の分光分析装置に用いられるフォトアレイ
センサの構造と機能を示す図である。
【図8】従来の分光分析装置において用いられ得るイメ
ージインテンシファイアの構造と機能を示す図である。
【符号の説明】
25A フォトアレイセンサ 25a フォトダイオードを含む光素子 25b 増幅端子 25c ディジタルシフトレジスタで構成し得る光素子
出力選択回路 25d スイッチングトランジスタ 25e 出力端子 25f 増幅電源回路 25g 増幅電源接続回路 26A イメージインテンシファイア 26a 光電体 26B マイクロチャンネルプレート 26c 蛍光体 26d 容器 26e エネルギ増倍孔 26g 基準電界電極 26F 電界電極 15a 電界電源回路 15b 電界電源接続回路 27 入射光スペクトル 28 電子 28b エネルギ増倍電子 29a エネルギ増倍光スペクトル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】図8を参照して、従来のイメージインテン
シファイアの構造と機能が図解されている。図8(A)
に示されているような光スペクトル強度E01の分布を有
する光が図8(B)に示されたイメージインテンシファ
イアに入射光27として入射するとき、容器26dに保
持された光電体26aは、入射光スペクトル強度に応じ
て電子28を発生する。この電子28は、図8(D)に
拡大して示されているマイクロチャネルプレート26b
の上面上の基準電極26gによる電界によって、マイク
ロチャネルプレート26b内に引込まれ、さらに、下面
上の電界電極26fによる強い電界によってエネルギ増
倍されながら増倍孔26eを通過する。エネルギ増倍さ
れた電子28aは蛍光体26cに照射され、蛍光体26
cからは電子28aのエネルギに応じた強度E02を持つ
増倍光29が射出される。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分光分析装置において用いられ得るフォ
    トアレイセンサであって、 分光された光スペクトルの強度を電気的な光強度信号に
    変換する複数の光素子と、 前記複数の光素子の光電変換におけるそれぞれの増幅率
    を個別的に設定するための複数の増幅電源回路と、 前記複数の光素子のそれぞれを個別的に前記複数の増幅
    電源回路の任意の1つに接続し得る増幅電源接続回路と
    を備えたことを特徴とするフォトアレイセンサ。
  2. 【請求項2】 分光分析装置において用いられ得るイメ
    ージインテンシファイアであって、 分光された光スペクトルの強度に応じて電子を発生する
    光電体と、 前記電子のエネルギを増倍させる複数の増倍孔および前
    記複数のエネルギ増倍孔のそれぞれのために個別的に設
    けられた複数の電界電極を含むマイクロチャンネルプレ
    ートと、 前記複数のエネルギ増倍孔のそれぞれの増倍率を個別的
    に設定するための複数の電界電源回路と、 前記複数の電界電極のそれぞれを個別的に前記複数の電
    界電源回路の任意の1つに接続し得る電界電源接続回路
    を備えたことを特徴とするイメージインテンシファイ
    ア。
JP33875291A 1991-12-20 1991-12-20 分光分析装置に用いられ得るフォトアレイセンサおよびイメージインテンシファイア Withdrawn JPH05172638A (ja)

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