JPH05340815A - 多チャンネル分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、多チャンネル分光光度計に関
し、所定の光波長帯域幅をビームスプリッタで分割する
ことにより、該分割部近傍のチャンネルに生じる光量減
少による検出信号出力を補償し、所定の光量分としての
信号出力成分を得ること。 【構成】 所定の光波長帯域幅をビームスプリッタ
３５で透過光と反射光とに分割し該分割された光波長帯
域を複数のチャンネル帯域として検出する多チャンネル
分光光度計であって、上記分割部近傍のチャンネル光量
の減少領域部分における上記透過光と反射光の対応する
チャンネル相互の光量分を加算５９出力するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の光波長帯域幅を
ビームスプリッタで分割することにより該分割部近傍で
生じる光減少による検出信号出力低下の補償にかかる多
チャンネル分光光度計に関する。

【０００２】地球周囲の宇宙空間の周回軌道上を周回す
る軌道衛星に搭載されて地球の表面を光学的に観測する
地球表面観測用衛星には、各種の光学的な観測装置が搭
載される。なかでも広範囲な光波長帯域の可視光領域か
ら赤外光領域までにもおよぶ範囲を観測する装置には多
チャンネル分光光度計が用いられる。

【０００３】

【従来の技術】従来の多チャンネル分光光度計の構成を
図４に示す。なお、図において点線は光路を示し一点鎖
線は光軸を示す。面としての情報を得るためには、走査
鏡１により衛星の真下の点を中心として該衛星の進行方
向と直交方向に走査させ、この走査鏡１による走査範囲
内のある瞬時視野からの光信号成分を順次集光装置２に
入射せしめる。

【０００４】集光装置２に入射された光信号成分は一旦
結像されるが、さらに発散されてコリメータ３に入射さ
れて平行光束となり、ビームスプリッタ５でこの場合赤
外線領域と可視光線領域とに分割される。赤外線領域は
透過光となり、可視光線領域は反射光としてそれぞれの
光学系に進行する。

【０００５】可視光線領域の光信号成分は分光器７によ
って波長順に方向が変えられるが、結像装置８によって
この光信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に変換す
る光検出装置９に入射される。この光検出装置９はそれ
ぞれのチャンネル単位の出力信号を増幅して出力する可
視光線信号用の増幅装置１１に接続されている。

【０００６】赤外線領域の光信号成分は分光器１５によ
って波長順に方向が変えられるが、結像装置１７によっ
てこの光信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に変換
する光検出装置１８に入射される。この光検出装置１８
はそれぞれのチャンネル単位の出力信号を増幅して出力
する赤外線信号用の増幅装置１９に接続されている。

【０００７】このようにして同一の瞬時視野からの光信
号成分が多チャンネルに分割され、チャンネル幅に対応
する波長帯域ごとの出力信号が得られる。上記ビームス
プリッタ５は透過波長帯域に対して光透過率のよい材料
の表面に、分割波長を境にして、たとえば、短い波長帯
域の光を反射させ長い波長帯域の光を透過させる（逆の
場合もある）ような性質の多層膜を形成する。また、裏
面には透過された波長帯域の光を効率よく透過させるよ
うな性質の多層膜を形成したものである。

【０００８】図５はビームスプリッタ５の波長特性であ
り、縦軸を光反射率および光透過率としてそれぞれＲ，
Ｔで示し、横軸を波長（μｍ）として示される。分割波
長域を２．５μｍとして波長の短い方の領域を可視光線
領域Ａ、長い方の領域を赤外線領域Ｂとしている。それ
ぞれの主たる領域では光反射率Ｒおよび光透過率Ｔとも
にほぼ１００％であるが、それぞれの両端部では傾斜を
ともなって減衰されている。

【０００９】このように、実際のビームスプリッタ５は
分割波長域で矩形状の反射、透過特性を有するものでは
なくそれぞれが傾斜特性を有する。すなわち、分割波長
域より離れた短い波長ではほぼ１００％の光反射率と、
ほぼ０％の光透過率を示し、分割波長域より離れた長い
波長ではほぼ１００％の光透過率と、ほぼ０％の光反射
率を示す。また、分割波長域の中心では、ほぼ５０％の
光透過率と、ほぼ５０％の光反射率とを示す。

【００１０】求められる波長帯域が、可視光線領域と赤
外線領域のように十分に離れた波長領域の場合はさした
る問題はないが、可視光線領域内（または赤外線領域内
でも波長帯域が近い）で適用する場合には、上記のビー
ムスプリッタの動作原理から分割域の部分で大幅な落ち
込みないしは欠落を生じるといった問題点がある。

【００１１】最近の衛星搭載用の多チャンネル分光光度
計には、分光させる波長帯域を拡大するとともに分割さ
せるチャンネル数を増加させ、しかもチャンネル当りの
波長帯域を狭くする傾向の要求がある。

【００１２】従来の一般的な多チャンネル分光光度計を
適用し、たとえば可視光線領域内で分光させる波長帯域
を拡大するとともにチャンネル数を増加させ、チャンネ
ル当たりの波長帯域を狭くすると、分光装置の性能上の
制約から可視光線領域内を２〜３分割することが必要と
なる。

【００１３】図６にこのような可視光線領域の波長帯域
を拡大しこれを２分割した場合の従来の多チャンネル分
光光度計の構成を示す。この構成は図４に加えて可視光
線帯域分割用のビームスプリッタとそれ以降の追加の光
学系が示される。

【００１４】したがって、図４と同等部分には同一符号
１ないし１９を付しその説明は省略するので、図４で説
明した内容を参照して理解されたい。符号７ないし１１
が図４の可視光線領域の分光光度計の部分であり、追加
されたビームスプリッタ２１の透過光に対処される。

【００１５】この可視光線領域の途中に可視光線領域を
分割するビームスプリッタ２１が配置され、反射光の光
軸上に分光器２２、結像装置２３、光検出装置２５、増
幅装置２７が、この順序に配置されている。その作用は
前述の符号７ないし１１と同様であって、異なる点は当
然のことながら波長領域である。

【００１６】透過光に対応させるのが可視光線領域の長
い波長領域であり、反射光に対応させられるのが短い波
長領域である（逆の場合もあり得る）。図７に示される
ような、波長に対応した横軸のチャンネル（ｃｈ）番号
と、縦軸の光反射率Ｒおよび光透過率Ｔとによって示さ
れる。このような関係となるようなビームスプリッタ２
１の特性であるとすると、ｃｈ１〜ｃｈ１０が短い波長
領域、ｃｈ１１〜ｃｈ２０が長い波長領域であるが、ｃ
ｈ９〜ｃｈ１２のチャンネル部分の反射率ならびに透過
率が低下しており、このためにこの部分の光量がｃｈ１
〜ｃｈ８およびｃｈ１３〜ｃｈ２０に比較して明らかに
低く、検出信号のレベルが一定でなくなる。

【００１７】チャンネル感度の低下またはチャンネルの
欠落といった問題点をなくすには、ビームスプリッタの
代わりにハーフミラーを用いればよいが、反射光および
透過光ともに光量が１／２となることからＳ／Ｎ（信号
対雑音の比）が必要なシステムの装置への適用には向か
ない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決し、所定の光波長帯域幅を分割する分割域
周辺での光減少にもとづくチャンネル帯域の信号成分の
補償を行ない、出力信号を他の部分と同程度のレベルと
することを発明の課題とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の多チャンネル分光光度計の構成要旨は、所定
の光波長帯域幅をビームスプリッタで透過光と反射光と
に分割し該分割された光波長帯域を複数のチャンネル帯
域として検出する多チャンネル分光光度計であって、上
記分割部近傍のチャンネル光量の減少領域部分における
上記透過光と反射光の対応するチャンネル相互の光量分
を加算出力するようにしたものである。

【００２０】上記加算手段の第１の手段はチャンネル光
量検出出力の電気信号を加算する回路手段である。上記
加算手段の第２の手段は透過光と反射光の光量減少領域
部分をチャンネル対応の検出器に加算させるように配置
された上記透過光と反射光を重畳入射せしめる光学手段
である。

【００２１】

【作用】上記本発明の構成要旨によると、光分割部であ
る分割域前後の透過光および反射光の互いのチャンネル
対応の光量分を加算することにより、互いの信号量相互
の和によって減衰量を補填し補償するから結果的に検出
信号に減衰のない所定の一定レベルの信号が得られる。

【００２２】その加算手段を電気信号として加算回路で
加算することにより光学系は従来と同様な構成が適用可
能である。また、加算手段を光学系で加算することによ
り電気系は簡素なものとなり、光学系であるから信号成
分が純粋で雑音などの成分の影響が少ないものとなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の多チャンネル分光光度計につ
いて上記構成要旨にもとづき、図を参照して具体的に実
施例で詳細に説明する。図中の点線は光路を示し、一点
鎖線は光軸を示す。

【００２４】図１は本発明にかかる多チャンネル分光光
度計の第１の発明の一実施例の構成である。図１におい
て、走査鏡３１により衛星の真下の点を中心として該衛
星の進行方向と直交方向を走査させ、この走査鏡３１に
よる走査範囲のある瞬時視野からの光信号成分を順次集
光装置３２に入射させる。

【００２５】集光装置３２に入射された光信号成分は一
旦結像されて発散されコリメータ３３に入射されて平行
光束となり、ビームスプリッタ３５で赤外線領域と可視
光線領域とに分割される。赤外線領域は透過光となり、
可視光線領域は反射光としてそれぞれの光学系に至る。

【００２６】赤外線領域の光信号成分は分光器３７によ
って波長順の光信号成分に変換され、結像装置３８によ
ってこの光信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に変
換する光検出装置３９に入射される。この光検出装置３
９はそれぞれの信号を増幅して出力する赤外線信号用の
増幅装置４１に接続されている。

【００２７】一方の可視光線領域の光信号成分は可視光
線帯域を２分割するビームスプリッタ４５によって反射
光と透過光に分割され、図７を参照して分割域よりも短
い波長領域とそれよりも長い領域の一部の反射光はｃｈ
１〜ｃｈ１２の領域分が分光器４６によって波長順に方
向が変えられ、結像装置４７でこの光信号成分ごとに光
電気変換させ電気信号に変換する光検出装置４８に入射
される。この光検出装置４８はそれぞれのチャンネル信
号を増幅して出力する短波長領域の可視光線信号用の増
幅装置４９に接続されている。

【００２８】ビームスプリッタ４５からの透過光は同じ
く図７を参照して分割域よりも長い波長領域とそれより
も短い領域の一部のｃｈ９〜ｃｈ２０の領域分が分光器
５１によって波長順に方向が変えられ、結像装置５３で
この光信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に変換す
る光検出装置５５に入射される。この光検出装置５５は
それぞれの信号を増幅して出力する長波長領域の可視光
線信号用の増幅装置５７に接続されている。

【００２９】このようにして同一の瞬時視野からの光信
号成分が多チャンネルに分割され、チャンネル幅に対応
する波長帯域ごとの信号出力が得られるのであるが、反
射光で検出された信号出力のうち、ｃｈ９〜１２を加算
回路５９にそれぞれのチャンネル信号として入力する。
また、透過光で検出された信号出力のうち、ｃｈ９〜ｃ
ｈ１２を加算回路５９にそれぞれのチャンネル信号成分
として入力される。

【００３０】この加算回路５９によって両信号のｃｈ９
〜ｃｈ１２がそれぞれに加算されることで重畳合成され
たｃｈ９〜ｃｈ１２のチャンネル信号出力はｃｈ１〜ｃ
ｈ８およびｃｈ１３〜ｃｈ２０からの出力信号のレベル
と同等の信号レベルが得られる。出力端子６１にはｃｈ
１〜ｃｈ８の出力信号が出力され、出力端子６３にはｃ
ｈ９〜ｃｈ１２の出力信号が出力され、出力端子６５に
はｃｈ１３〜ｃｈ２０の出力信号がそれぞれに出力され
る。

【００３１】このことを図７を参照してそれぞれのチャ
ンネル単位にみると分割域の反射領域の傾斜部分で減少
している反射量成分は、透過領域の傾斜領域の透過量成
分を加算することにより補填されることが分かる。この
ことは逆の理解であっても同様である。したがって、ｃ
ｈ９〜ｃｈ１２それぞれのチャンネルに対してそれぞれ
加算することで、これらのチャンネルが補償されｃｈ１
〜ｃｈ２０の信号出力を平均した一定の出力レベルとし
て得ることができる。

【００３２】図２は本発明にかかる多チャンネル分光光
度計の第２の発明の一実施例の構成である。図２におい
て、走査鏡７１により衛星の真下の点を中心として該衛
星の進行方向と直交方向を走査させ、この走査鏡７１に
よる走査範囲のある瞬時視野からの光信号成分を順次集
光装置７２に入射させる。

【００３３】集光装置３２に入射された光信号成分は一
旦結像されて発散されコリメータ７３に入射されて平行
光束となり、ビームスプリッタ７５で赤外線領域と可視
光線領域とに分割される。赤外線領域は透過光となり、
可視光線領域は反射光としてそれぞれの光学系に至る。

【００３４】赤外線領域の信号光は分光器７７によって
波長順に方向が変えられ、結像装置７８によってこの光
信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に変換する光検
出装置７９に入射される。この光検出装置７９はそれぞ
れのチャンネル信号を増幅して出力する赤外線信号用の
増幅装置８１に接続されていることは第１の発明の図１
と同様である。

【００３５】この第２の発明にあっては、ビームスプリ
ッタ７５で反射された反射光は可視光線領域のものであ
り、この可視光線領域の信号光が可視光線帯域幅を２分
割するビームスプリッタ８５によって反射光と透過光と
に分割される。この発明についても図７を参照して分割
域よりも短い波長領域とそれよりも長い領域の一部の反
射光のｃｈ１〜ｃｈ１２の領域と、長い波長領域とそれ
よりも短い領域の一部のｃｈ９〜ｃｈ２０の領域とな
る。

【００３６】透過光は反射鏡８７によって光路が変更さ
れその光軸は反射光の光軸と平行状態となる。これ以降
については図３の該部分の拡大図を参照して説明する。
反射光は分光器８８によって波長順にチャンネル単位の
光信号成分に変換され、透過光は分光器８９によって波
長順にチャンネル単位の光信号成分に変換される。これ
らの光信号成分はそれぞれの光軸Ｃ，Ｃ’が光路の中心
軸Ｄ，Ｄ’とは偏位された二つの結像装置９２，９３に
入射され、光信号成分ごとに光電気変換させ電気信号に
変換する光検出装置９５に結像入射される。

【００３７】ここで、光検出装置９５のｃｈ１〜ｃｈ８
の部分では独立に反射光のみが入射検出され、ｃｈ１３
〜ｃｈ２０の部分では同様に独立に透過光のみが入射検
出変換される。ｃｈ９〜ｃｈ１２の部分には反射光のそ
れぞれの対応するチャンネル部分の光信号成分と、透過
光のそれぞれの対応するチャンネル部分の光信号成分と
がそれぞれ重畳されるように入射される。したがって、
これらの検出素子からは両者の合成信号成分が検出出力
される結果、出力レベルはｃｈ１〜ｃｈ２０にわたって
均等となりすべて一定のレベルの出力信号を得ることが
できる。

【００３８】上記の合成されることについて、図７を参
照するとｃｈ９〜ｃｈ１２の反射光の減少分は透過光の
光量分が加算されることによってそれぞれのチャンネル
が補填され、均等なレベルの値となることが分かる。こ
のことは逆の理解であっても同様である。

【００３９】この光検出装置９５の信号出力はそれぞれ
の信号を増幅して出力する増幅装置９７に接続されてい
る。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、従来例の図６
ではｃｈ９〜ｃｈ１２の感度が他のｃｈに比較して低下
するが、本発明の多チャンネル分光光度計によると、こ
のことを、第１の発明にあっては、光検出装置の素子数
を両波長帯域内でそれぞれ１２素子として短い波長帯域
内をｃｈ１〜ｃｈ１２に対応させ、長い波長帯域内をｃ
ｈ９〜ｃｈ２０にそれぞれ延長させて対応させる。この
ようにして、ｃｈ９〜ｃｈ１２の各チャンネルには短い
波長帯域と長い波長帯域とで検出された出力を加算させ
ることにより、すべての出力レベルを平均して一様なも
のとすることができる。

【００４１】このようにビームスプリッタの傾斜特性に
応じて光検出装置の検出素子数を設定することにより、
どのような多チャンネル分光光度計に対しても対応させ
ることが可能であるから、分割波長域、チャンネル数、
波長帯域幅の変化、などの要求に応じ得る自由度が大で
ある。

【００４２】第２の発明にあっては、実施例では可視光
線用の光検出装置の検出素子をｃｈ１〜ｃｈ１０および
ｃｈ１１〜ｃｈ２０の各チャンネルを１列として重畳さ
せて入射させればよいことから、ＣＣＤなどを検出素子
とするならば１個の検出装置で対応が可能となる。

【００４３】赤外線領域を分割する場合冷却形の検出装
置に対して検出装置、冷却装置が１個でこと足りるため
に、ＣＣＤのレジストレーション（アライメント）、電
力、スペース、レイアウトなどの点で有利であるなど、
種々の作用、効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の多チャンネル分光光度計
の構成図

【図２】本発明の第２の発明の多チャンネル分光光度計
の構成図

【図３】図２の可視光線領域を２分割する部分の拡大図

【図４】従来の多チャンネル分光光度計の構成図

【図５】ビームスプリッタの波長特性

【図６】可視光線領域を２分割する従来の多チャンネル
分光光度計の構成図

【図７】図６に使用されるビームスプリッタの波長特性

【符号の説明】

３１ 走査鏡 ３２ 集光装置 ３３ コリメータ ３５ ビームスプリッタ ３７ 分光器 ３８ 結像装置 ３９ 光検出装置 ４１ 増幅装置 ４５ ビームスプリッタ ４６ 分光器 ４７ 結像装置 ４８ 光検出装置 ４９ 光検出装置 ５１ 分光器 ５３ 結像装置 ５５ 光検出装置 ５７ 増幅装置 ５９ 加算回路 ６１、６３，６５ 出力端子 ７１ 走査鏡 ７２ 集光装置 ７３ コリメータ ７５ ビームスプリッタ ７７ 分光器 ７８ 結像装置 ７９ 光検出装置 ８１ 増幅装置 ８５ ビームスプリッタ ８７ 反射鏡 ８８，８９ 分光器 ９２，９３ 結像装置 ９５ 光検出装置 ９７ 増幅装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光波長帯域幅をビームスプリッタ
   （３５）で透過光と反射光とに分割し該分割された光波
   長帯域を複数のチャンネル帯域として検出する多チャン
   ネル分光光度計であって、 上記分割部近傍のチャンネル光量の減少領域部分におけ
   る上記透過光と反射光の対応するチャンネル相互の光量
   分を加算（５９）出力するようにしたことを特徴とする
   多チャンネル分光光度計。
2. 【請求項２】 上記加算（５９）手段はチャンネル光量
   検出出力の電気信号を加算する回路手段であることを特
   徴とする請求項１に記載の多チャンネル分光光度計。
3. 【請求項３】 上記加算手段は透過光と反射光の光量減
   少領域部分をチャンネル対応の検出器に加算させるよう
   に配置された上記透過光と反射光を重畳入射せしめる光
   学手段（９２）（９３）であることを特徴とする請求項
   １に記載の多チャンネル分光光度計。