JPH0812108B2 - 分光測光装置 - Google Patents

分光測光装置

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JPH0812108B2
JPH0812108B2 JP61150765A JP15076586A JPH0812108B2 JP H0812108 B2 JPH0812108 B2 JP H0812108B2 JP 61150765 A JP61150765 A JP 61150765A JP 15076586 A JP15076586 A JP 15076586A JP H0812108 B2 JPH0812108 B2 JP H0812108B2
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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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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、被測定光を分光スペクトルに展開する分光
器,分光スペクトルを受けて入射位置と強度の情報を持
つ電気信号に変換して出力する検出器,前記検出情報を
解析表示するスペクトル解析表示装置を備える分光測光
装置に関する。
(従来の技術) 分光測光装置を使用する検出器により分類すると写真
測光法と光電測光法の2つに分けられる。最近のエレク
トロニクスの進歩により光電測光法がより広く用いられ
るようになってきている。
ポリクロメータ方式の光電測光法では光電子増倍管が
従来より用いられている。
この光電子増倍管を用いる方式では、目的とする測光
元素1つに対し1組のスリットと光電子増倍管が必要と
なるから、装置全体が大きなものになってしまう。
撮像デバイスを用いれば単一検出器による多元素同時
分析やスペクトルの直視、画像積算などが容易となるか
ら、撮像デバイスを用いる分光測光装置が注目されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) 前述した光電測定法において波長の測定は分光器と検
出器の光学的な位置関係が正確に保たれることが前提に
なっている。
第11図は、分光器と検出器の位置ずれの問題を説明す
るための略図である。
検出器が実線で示す初期設定の位置から、振動あるい
は経時変化等で破線の示す位置に微小なずれが発生した
とする。
検出器は当初λ〜λnの範囲の測光を行っていた
が、前記ずれが発生するとλ〜λmの範囲の光を受け
入れこの範囲に含まれる光をλ〜λnの範囲の光とし
て測光してしまうおそれがある。また検出器の感度低下
により光強度も変化してしまうので同一元素による再現
性がなくなる。
そこで従来の装置では初期設定時に用いた光源で波長
を読み取り光学的なずれを補正していくという作業が必
要であった。
本発明の目的は標準光源装置とスペクトル解析表示装
置を用いて自動的に補正を行い、常に一定な測光を行う
ことができる分光測光装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために、本発明による分光測光装
置は、 被測定光を分光スペクトルに展開する分光器、前記分
光スペクトルを受けて入射位置と強度の情報を持つ電気
信号に変換して出力する検出器および前記検出情報を解
析表示するスペクトル解析表示装置を備える分光測光装
置において、 前記検出器を高感度撮像管とし、前記検出器の感度補
正手段を設け、 前記スペクトル解析表示装置に波長と出力を記憶する
部分を設け、 既知の波長と強度を持つ標準光源装置の一定の光量を前
記分光器に接続して標準測定状態を形成して標準測定状
態での標準波長およびその出力を前記記憶する部分に記
憶させ、 一定時間経過の後に再度前記標準光源を接続して標準
測定状態を形成し演算器により波長の位置ずれと出力の
ずれを演算して補正量を決定し、 その後の設定値に前記補正量により波長の位置ずれと
出力のずれを自動補正して前記スペクトル解析表示装置
で表示をするように構成されている。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。
第1図は、本発明による分光測光装置の実施例を示す
ブロック図である。
分光測光装置は、分光器2,検出器3,スペクトル解析表
示装置4およびモニタ5から構成されている。
標準光源装置1を用いて位置ずれや、感度の変化等に
よる誤差を自動的に補正する。
第2図は、前記実施例の装置のスペクトル解析表示装
置4がモニタ5上に波長、光強度補正をグラフィック表
示している状態を示す。
この表示は標準光源装置1を用いたときの表示であ
り、縦軸に前記分光器2から検出器3に入射した分光光
の相対光強度(%)を、横軸に波長(nm)を示す。
第4図に分光器の構成と、この分光器と検出器の位置
関係を示す。
第5図に検出器3を形成する高感度撮像管(以下SIT
と呼ぶ、)の構成を示す。第5図に示すSIT301の光電陰
極の上のスペクトルの輝度を0〜100(%)とし、光電
陰極面上最上部に入射する波長をλ最下部に入射する
波長をλnとし、λ〜λnのスペクトルの範囲をλw
(nm)とする。
第2図に示されるモニタ画面において、 のスペクトル図は初期設定時の表示、 は振動や経時的な変化等により変化した波長ずれと検
出器3の感度低下等によるずれが生じたスペクトル表示
を示す。
ただし、ずれとは、標準光源1の波長や被測定物の波
長がλwに入る程度のずれと、検出器3の感度低下によ
るずれを指す。
は上記両方のずれを補正したスペクトル表示を示す。
また画面上のλsmはマーカである。標準光源装置1の
既知波長のλw上の当初位置を表示するものである。
初期設定時においては、このλsmマーカに前記スペク
トルが合う様に分光器2と検出器3の光学的位置を調整
して固定する。
第3図に、前述した標準光源装置の実施例の回路図を
示す。
半導体レーザ101は、既知の波長、光強度で発光する
(第2図のλwの範囲内の波長)半導体レーザであり、
定電流電源103により定電流駆動されている。
光学フィルタ102は、前記半導体レーザ101の発光を適
当な光強度に減光するための光学フィルタである。この
光学フィルタ102を通過した光がこの標準光源装置1に
より波長、光強度の基準として出射される。
この基準発光源からの基準光量は例えば、ファイバコ
ネクタ等により、第4図に示される分光器2の入射スリ
ット201に接続される。
分光器のスリット201を通過した光は反射鏡202により
光路を変更をして凹面回析格子203に入射させられる。
凹面回析格子203は微弱光の測定を可能にするため
に、レンズ系,反射ミラー,他の光学系を少なくする目
的で選定した。
この凹面回析格子203に入射した光は、波長の列とし
てある範囲を持ったスリットに分けられ(ポリクロメー
タ)検出器3で使用されているSIT301の光電陰極面に焦
点を結ぶ。
本装置の場合凹面回析格子の波長範囲400〜800nm、分
散16nm/mmであるが、SIT301の撮像視野を10×10mmとし
ているので、16×10=160nmの範囲が撮像されることに
なる。
そして前記400〜800nmの範囲の中のどの部分の160nm
を使用するかは測定する波長で決まり、分光器2と検出
器3の光学的位置で固定される。
ここでは分光器2を固定し、検出器3を上に移動する
と短波長側に、下に移動すると長波長側にそれぞれ移動
する。
よってこの位置関係のずれが波長のずれに相当する。
第5図にSIT301の構造を、第6図にSIT301のゲイン特
性を示す。
第5図左側において凹面回析格子203からのスペクト
ルとSIT301の光電面上の走査線の関係を示す。
この走査線とスペクトルが交差した位置を撮像管の原
理により電気信号に変換されることを示している。
第6図のSIT301のゲイン特性は光電陰極印加電圧を変
えることにより光→電気信号の変換効率が変化すること
を表わしている。
本装置では、このことを利用して常に一定な光強度に
なるように制御されている。
第7図は、検出器の全体の構成を示すブロックであ
る。
検出器3の前記SIT301は光強度補正信号で制御され、
高電圧源303から光電陰極印加電圧の供給を受けてい
る。
また偏向コイル302には偏向回路304から偏向電流が供
給されている。この偏向電流の変動も波長の誤差の原因
になるから、偏向回路304も充分に安定化されている。
SIT301の各部の電極にはSIT駆動回路305から動作電圧
が供給されている。
前置増幅器306は光→電気変換された微弱な電気信号
を増幅する。
映像信号処理回路307は、増幅された電気信号に直流
再生し演算映像信号としてスペクトル解析表示装置4に
出力する機能と、スペクトル表示信号を入力してモニタ
に映し出すための映像信号を出力する機能をもってい
る。
第8図は、スペクトル解析表示装置を示すブロック
図、第9図は前記スペクトル解析表示装置に含まれる演
算器の構成を示すブロック図である。A/Dコンバータ401
は演算映像信号(アナログ信号)を演算処理や、長時間
の数値記憶に便利なディジタル信号に変換するものであ
る。
この信号は積分器402で第5図に示す様な積分有効範
囲内を積分し、S/Nを向上し演算器403に入力される。
第9図は、前記演算器403の構造を示し、第10図は時
間経過と補正の関係を示す図である。
演算器403の動作モードは初期設定モード,測定モー
ド,補正モードの3モードがある。
補正の内容には波長補正表示と光強度補正の2つの機
能がある。
次にさらに第2図を参照して機能別に説明する。
〔波長補正表示〕
マイクロプロセッサ(以下μPと呼ぶ)410によりグ
ラフィックメモリ404に、初期設定モードT0時の値λxxx
(nm)が記憶されていて、経時後にλyyy(nm)と測定
された場合この時のずれをα(nm)とおく。
このずれは、前述した光学的位置関係に原因するずれ
であるため測定波長範囲内ではどの波長でも同じ量のず
れα(nm)を生じる。
よってこのずれ量を加算、あるいは減算することによ
り補正されることになる。
この具体的方法として次のように波長の表示(スケー
ル)を変えて補正を行う。
初期設定時(T0時)の波長を表示する画面上の位置は
グラフィックメモリ404に記憶されている。
経時後、上記のずれα(nm)を生じている時に補正動
作を行った場合、記憶されている位置データに、ずれ量
α(nm)を加算、あるいは減算し再び記憶させる。
以上の動作を行うことによりそれ以降の表示スケール
はα(nm)ずれたことになり、λyyyの表示はλxxxに表
示される。
同様にλ→λ、λn→λmに表示されて波長の補
正表示が行われる。
当然のことであるがT0時、T1時に使用する光源は、同
一の標準光源装置1を用いる。
〔光強度補正〕 μP410と基準値メモリ411により初期設定モードT0
においてスペクトルのピーク値P1の値を記憶してお
く。
そのデータ412と経時後に検出器3よりA/Dコンバータ
401と積分器402を通ったデータ414(スペクトルのピ
ーク値P2)とを加算器413にて演算を行い、その結果前
者のデータが後者のデータより大きい場合は正、同一の
場合は0、逆の場合は負の値(±Δe)となって、415
に出てくる。
このデータは1/k倍され加算器418に入力される。1/k
の意味はアナログ回路のCR1段ローパスフィルタと同じ
機能を持ちTv・k(Tv:入力信号の変化周期)の時定数
を有する。
そしてこの時定数は基準値に集束しようとする時の時
定数である。
ラッチ420は初期設定時(T0時)の光強度補正信号E0
をT1時まで保持し、T1時の補正時にE1=E0±Δe1となり
次のT2時まで保持する。この際の演算は加算器418で行
われる。次にこの補正信号は第5図,第6図で示される
ようにSIT301の光電陰極に印加する電圧を第7図の高圧
電源303を介し制御することにより一定な光強度とな
る。
この制御に必要な信号にD/Aコンバータ431で変換され
る。
以上で波長補正表示、光強度補正が行われる。
(変形例) 以上詳しく説明した実施例について本発明の範囲で種
々の変形を施すことができる。
前述した実施例において標準光源装置としての光源と
して、半導体レーザを用いる例を示したが、測定しよう
とする波長領域に対応するよう、発光ダイオード,水銀
ランプ等種々の光源を使用することができる。
また検出器の実施例として高感度撮像管(SIT)を用
いる例を示したが、像増強管(イメージインテンシファ
イヤ)と撮像装置の組合せ、固体撮像デバイス等によっ
て検出器を形成することも可能である。ただしいずれの
場合も、分光器からのスペクトルを光電子放出効果や光
伝導効果によって、電気信号に変換増幅し、スペクトル
解析表示装置に必要な電気信号を得るもので、変換効率
や、増幅率を外部より制御できる必要がある。
波長補正表示で第2図の,スペクトルをスペク
トルと同じ位置に表示するようにメモリの内容を組み換
えるように構成しても良い。
分光器と検出器は光学的ずれが生じていても常に同じ
波長の位置に表示することが可能である。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明による分光測光装
置は、被測定光を分光スペクトルに展開する分光器と、
前記分光スペクトルを受けて入射位置と強度の情報を持
つ電気信号に変換して出力する検出器と、前記検出情報
を解析表示するスペクトル解析表示装置を備える分光測
光装置において、既知の波長と強度を持ち一定の光量を
前記分光器に接続する標準光源装置、前記検出器の感度
補正手段、前記スペクトル解析表示装置に波長と出力を
記憶する部分を設け、標準光源装置を前記検出器に属し
て標準測定状態を形成し、そのときの標準波長およびそ
の出力を記憶し、一定時間経過の後に再度前記標準光源
を接続し、波長のずれと出力のずれを測定して補正量を
決定し、その後の測定値に前記補正量により自動補正す
るように構成されている。
したがって、常に用意されている基準となる波長、光
強度を発光する標準光源を用い、これらの基準値を記憶
する回路、基準値と経時変化後の値との演算を行う回路
を持ったスペクトル解析表示装置により波長表示変更を
行い、光強度補正信号を発生し検出器にフィードバック
して光強度の補正ができる。
本発明による分光測光装置の制御系は全システムのル
ープにより形成されているので、分光器と検出器の光学
的ずれや検出器の感度低下のみならず他の要因による変
動に対しても安定化を計ることができる。
特に可搬型の分光測光装置において光学的位置ずれを
起こし、誤った測定をしていても気付かなかったり、気
付いたとしても調整するには、既知波長の光源が測定現
場にないため工場に持ち帰って大変な再調整が必要とな
る。
また同一被測定物を初期状態で測定した時の光強度と
経時後の光強度が一定でないと再現性が保てない。
本発明による装置では、このような問題はすべて解決
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による分光測光装置の実施例を示すブ
ロック図である。 第2図は、前記装置による波長、光強度補正の表示例を
示す図である。 第3図は、標準光源装置の実施例を示す回路図である。 第4図は、分光器の実施例を示す略図である。 第5図は、検出器を構成する高感度撮像管(SIT)の構
造を示す略図である。 第6図は、前記高感度撮像管(SIT)のゲイン特性を示
すグラフである。 第7図は、検出器のブロック図である。 第8図は、スペクトル解析表示装置のブロック図であ
る。 第9図は、スペクトル解析表示装置に含まれる演算器の
実施例を示す回路図である。 第10図は、前記装置における時間経過と補正の関係を示
す図である。 第11図は、従来の分光測光装置における分光器と検出器
の位置ずれの問題を説明するための略図である。 1……標準光源装置 101……半導体レーザ 102……光学フィルタ 103……定電流電源 2……分光器 201……入射スリット 202……反射鏡 203……凹面回折格子 3……検出器 301……高感度撮像管(SIT) 302……偏向コイル 303……高圧電源 304……偏向回路 305……高感度撮像管(SIT)駆動回路 306……前置増幅器 307……信号処理回路 4……スペクトル解析表示装置 401……A/D変換器 402……積分器 403……演算器 404……グラフィックメモリ 5……モニタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定光を分光スペクトルに展開する分光
    器、前記分光スペクトルを受けて入射位置と強度の情報
    を持つ電気信号に変換して出力する検出器および前記検
    出情報を解析表示するスペクトル解析表示装置を備える
    分光測光装置において、 前記検出器を高感度撮像管とし、前記検出器の感度補正
    手段を設け、 前記スペクトル解析表示装置に波長と出力を記憶する部
    分を設け、 既知の波長と強度を持つ標準光源装置の一定の光量を前
    記分光器に接続して標準測定状態を形成して標準測定状
    態での標準波長およびその出力を前記記憶する部分に記
    憶させ、 一定時間経過の後に再度前記標準光源を接続して標準測
    定状態を形成し演算器により波長の位置ずれと出力のず
    れを演算して補正量を決定し、 その後の設定値に前記補正量により波長の位置ずれと出
    力のずれを自動補正して前記スペクトル解析表示装置で
    表示をするように構成したことを特徴とする分光測光装
    置。
  2. 【請求項2】前記スペクトル解析表示装置は、前記検出
    器からの電気信号を波長情報および規格化された光強度
    情報としてグラフィック表示する信号を発生する装置で
    ある特許請求の範囲第1項記載の分光測光装置。
  3. 【請求項3】前記標準光源装置は、半導体レーザ素子
    と、前記半導体レーザ素子の波長や光強度を一定に保つ
    ための定電流電源装置から構成されている特許請求の範
    囲第1項記載の分光測光装置。
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