JPH10104071A - スペクトラム分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペクトラム分析装置において、簡単な構成
で、測定波長領域における光学的条件の校正や補正など
を行うことなく均一な分光特性を有して、精度高く分析
ができるようにする。 【解決手段】 入射光は受光ユニット１０のスリット１
１を通り、ラインセンサ１５上に投影される。このライ
ンセンサ１５に波長に対しリニアな特性を持つ分光フィ
ルター付きのリニアイメージセンサを使用する。このラ
インセンサ１５は駆動回路２１からの駆動パルスによっ
て駆動され、各画素が受光した各波長の光強度に比例し
た大きさの信号を時系列的に出力する。ラインセンサ１
５の出力信号はアンプ２２で増幅され，Ａ／Ｄ変換器２
３に入力されて、ディジタルデータに変換される。この
データ信号は表示部２５に入力され、この表示部２５に
おいて入射光のスペクトル分析結果が表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光のスペクト
ルを分析するためのスペクトラム分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーテレビやディスプレイモニタで使
用されているカラーＣＲＴ（陰極線管）では、白色を忠
実に再現させるために、色信号のレベルを調節するホワ
イトバランス調整が行われている。このホワイトバラン
ス調整を行うためには、白色再現時におけるカラーＣＲ
Ｔの画面からの光の色成分の比率を分析する必要があ
る。従来、このような分析の際の光検出器としてカラー
用ＣＣＤ（電荷結合素子）センサが使用されていた。

【０００３】このカラー用ＣＣＤセンサは、例えば特開
平６−２０５１６３号公報に示されるように、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色毎の画素を有し、こ
の色毎の画素の前面にそれぞれの色に対応する色フィル
ターが設けられている。このカラー用ＣＣＤセンサを用
いると、各色毎の画素の出力比率から入射光の色成分の
比率がわかる。しかし、上述のカラー用ＣＣＤセンサの
各色毎の分光感度特性（ピーク値で正規化してある）は
たとえば図６に示すような特性を持っており、Ｒ、Ｇ、
Ｂの各波長域にのみそれぞれ感度を有し、それも特定の
幅をもっている。従って、入射光を細かく分割し各波長
毎の光強度を検出し、スペクトラム分析するには不適で
ある。また、Ｒ、Ｇ、Ｂを合成した合成分光感度特性は
図７に示すように波長に対し平坦な特性ではない。

【０００４】一方、従来から図８に示すような分光器が
知られている。この分光器は入射光を平行光にするコリ
メータ１０１と、このコリメータ１０１から出射された
光を分散して、波長に応じて異なる方向に出射するプリ
ズム１０２と、このプリズム１０２によって分散された
光、すなわちスペクトルをスクリーン１１３上に結像さ
せて観測するための望遠鏡１０３とを備えている。コリ
メータ１０１は、スリット１１１と、このスリット１１
１を通過した光を平行光にするコリメータレンズ１１２
とを有している。

【０００５】しかし、このような分光器では、入射光の
スペクトルを肉眼で観察することはできるが、波長毎の
光強度を定量的に検出することができず、入射光のスペ
クトラム分析に使用するのは不適当である。また、図８
に示したように、スリット１１１とコリメータレンズ１
１２とによって平行光を生成する場合には、スリット１
１１を通過する光量が小さいため、スペクトルの輝度が
低くなる。そこで、スペクトルの輝度をあげるためにス
リット幅を大きくすると、コリメータレンズ１１２から
の出射光が広がりを持ち、分光精度が低下する。また、
前記分光器の測定範囲を変更するには、測定対象と分光
器との間の距離を調整する必要があり、操作が煩雑にな
るという問題点がある。

【０００６】かかる問題点を鑑みて、本発明者は、特願
平７−３０６３７１において、入射光をプリズムなどを
用いて分散し、その分散された光を複数の画素を有する
白黒用固体撮像素子にて検出し、スペクトルを分析する
装置を提案した。そのスペクトル分析装置の一例の構造
を示したのが図５である。

【０００７】図５はこのスペクトラム分析装置によりカ
ラーＣＲＴ２６のスペクトル分析を行うところを示す図
である。受光ユニット１０をカラーＣＲＴ２６に近づけ
ると、カラーＣＲＴ２６の光は受光ユニット１０の前端
部に設けられたスリット１１を通過し、分散プリズム１
３に入射し、波長に応じて上下方向に広がり出射して、
ラインセンサ１４上に投影される。ラインセンサ１４は
ＣＣＤ型白黒用固体撮像素子で構成され、ライン状に配
列された複数、たとえば５０００の画素を有している。
このラインセンサ１４は駆動回路２１からの駆動パルス
によって駆動され、各画素が受光したそれぞれ異なる波
長の光強度に応じた信号を時系列的に出力する。この出
力信号をアンプ２２で増幅し、Ａ／Ｄ変換器２３におい
てディジタル信号に変換し、表示部２５にて分析結果の
表示を行おうとするものであるが、下記の理由により、
このデータは各波長毎に補正が必要となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本スペクトラム分析装
置で使用している分散プリズム１３やラインセンサ１４
は測定波長領域内において均一な分光感度特性をもって
いず、上述のスペクトラム分析装置としては分光感度特
性を見かけ上均一にするためには、分光特性補正部２４
が必要となる。また、分散プリズム１３で分散された光
の各波長毎の光路長はそれぞれ異なり、直線状に並んだ
ラインセンサ１４の各画素の配列に対し、各画素がそれ
ぞれ受光した光の波長はリニア（線形）な関係にならな
い。従って、ラインセンサ１４の出力信号に対して波長
の確定している光、たとえば、レーザ光などを用いて数
カ所の波長について校正する必要がある。

【０００９】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、入射光量が大きく、分光感度特性の補正を要
せず、かつ、波長に対してリニアな信号出力をもつ使い
勝手のよいスペクトラム分析装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載のスペクトラム分析装置は、入射光
を分光し、その分光された光の波長が直線状に等間隔で
出射される分光フィルターと、受光した光の波長に対し
て均一な感度特性を有する複数個の光電変換素子を直線
状に配列した固体撮像素子とからなる光学測定素子を備
えたものである。

【００１１】請求項２記載のスペクトラム分析装置は、
請求項１記載のスペクトラム分析装置において、光学測
定素子の前面に、光学レンズ系を備えたものである。

【００１２】請求項３記載のスペクトラム分析装置は、
請求項２記載のスペクトラム分析装置において、焦点板
と分析対象の像を焦点板上に結像する第１の光学レンズ
系と、焦点板上に結像された像からの光を略平行光とし
て出射する第２の光学レンズ系とからなる平行光生成手
段を備えているものである。

【００１３】請求項４記載のスペクトラム分析装置は、
請求項３記載のスペクトラム分析装置において、第１の
光学レンズ系にズームレンズ系を用いたものである。

【００１４】請求項５記載のスペクトラム分析装置は、
請求項３記載のスペクトラム分析装置において、第１の
光学レンズ系として一眼レフカメラの結像レンズ系を用
い、焦点板として一眼レフカメラのファインダの焦点板
を用い、第２の光学レンズ系として一眼レフカメラのフ
ァインダの接眼レンズ系を用いたものである。

【００１５】請求項６記載のスペクトラム分析装置は、
請求項５記載のスペクトラム分析装置において、焦点板
として、一眼レフのファインダの焦点板に代えて、内視
鏡写真撮影用の透過式焦点板を用いたものである。

【００１６】請求項１記載のスペクトラム分析装置で
は、分光フィルターによって、入射光は各波長に応じた
光が等間隔で出射され、固体撮像素子によって、各波長
の光強度が検出される。

【００１７】請求項２記載のスペクトラム分析装置で
は、光学レンズ系によって被測定体の光は集光され、光
学測定素子に入射され、各波長毎の光強度が検出され
る。

【００１８】請求項３記載のスペクトラム分析装置で
は、平行光生成手段によって、分析対象の像が焦点板上
に結像され、この像からの光が略平行光として出射され
て、光学測定素子に入射され、各波長毎の光強度が検出
される。

【００１９】請求項４記載のスペクトラム分析装置で
は、ズームレンズ系によって、焦点板上に結像される像
の範囲を変えることができ、分析対象とスペクトラム分
析装置との関係を一定としたままで測定の範囲を変える
ことができる。

【００２０】請求項５記載のスペクトラム分析装置で
は、平行光生成手段として一眼レフカメラの結像レンズ
系と接眼レンズ系を用いたので、既存の一眼レフカメラ
を利用して容易に平行光を生成することができる。

【００２１】請求項６記載のスペクトラム分析装置で
は、分析対象の像を結像させる焦点板に、内視鏡写真撮
影用の透過式焦点板を用いており、この焦点板の焦点深
度が深いことにより、一眼レフカメラのピント合わせが
ほとんど不要となると共に、より明るい像を得ることが
可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】第１の実施の形態 まず、図１に基づいて構成を説明すると、この実施の形
態に係るスペクトラム分析装置の受光ユニット１０はそ
の前端部に設けられたスリット１１と、このスリット１
１を通過した光の光路上に配設されたコリメータレンズ
１２と、このコリメータレンズ１２の出射光を受光する
ラインセンサ１５とを備えている。このラインセンサ１
５の受光窓には、位置的に透過波長が連続的に変化する
干渉フィルタの一種であるリニア分光フィルタを使用し
ているので、可視光領域の分光が容易に精度よく行うこ
とができる。また、センサ部には各波長に対する出力感
度の均一なＮ−ＭＯＳリニアイメージセンサを使用して
いる。本実施例では、浜松ホトニクス製のＳ３９０１−
２５６ＬＶＦを用いたが、これはまた、５０μｍピッチ
で２５６チャンネルの画素を有しており、出力チャンネ
ルとその波長との関係は非常によい直線性を示してい
る。この測定例を図４に示す。更に、該スペクトラム分
析装置は駆動パルスを与えてラインセンサ１５を駆動す
る駆動回路２１と、ラインセンサ１５の出力信号を増幅
するアンプ２２と、このアンプ２２の出力信号をアナロ
グーディジタル（以下Ａ／Ｄと記す）変換するＡ／Ｄ変
換器２３と、このＡ／Ｄ変換器２３の出力データを受け
て、入射光の波長毎の光強度を表示する表示部２５とを
備えている。

【００２４】次に、係る実施の形態の作用を説明する。
図１においては、前記スペクトラム分析装置を使用して
カラーＣＲＴ２６の画面からの光のスペクトルを分析し
て、カラーＣＲＴ２６のホワイトバランス調整を行う例
を提示している。カラーＣＲＴ２６の画面から出射した
白色光は受光ユニット１０のスリット１１を通って、コ
リメータレンズ１２に入射し、コリメータレンズ１２に
よって平行光となり、ラインセンサ１５のリニア分光フ
ィルタ上に投影される。そして、該リニア分光フィルタ
においてそれぞれの波長に分光された光はラインセンサ
１５のセンサ部の各画素を照射する。一方、ラインセン
サ１５は駆動回路２１からの駆動パルスによって駆動さ
れ、各画素が受光した各波長の光強度に比例した大きさ
の信号を時系列的に出力する。ラインセンサ１５の出力
信号はアンプ２２で増幅され，Ａ／Ｄ変換器２３に入力
される。該Ａ／Ｄ変換器２３において各波長の光強度信
号はディジタルデータに変換されて、表示部２５に入力
され、該表示部２５においてカラーＣＲＴの画面から出
射した白色光のスペクトル分析のデータが表示される。
このデータに基づいてカラーＣＲＴ２６のホワイトバラ
ンス調整が行われる。なお、前記表示部２５内で、カラ
ーＣＲＴ２６の画面から出射した白色光のスペクトルデ
ータを基にホワイトバランス調整に便利なＲ、Ｇ、Ｂ比
率を表示させることもできる。このようにこの実施例に
よれば、従来の技術においては必要とした分光感度特性
の補正を行うことなく、簡便な装置で精密なスペクトル
分析を行うことができ、カラーＣＲＴのホワイトバラン
ス調整も容易に行える。

【００２５】第２の実施の形態 次に、第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。本
実施の形態に係るスペクトル分析装置では、上述の実施
の形態における受光ユニット１０に代えて図２に示す受
光ユニット４０を使用するものである。該受光ユニット
４０は受光ユニット１０のスリット１１に代えて集光レ
ンズ群４１を設けたもので、集光レンズ群４１は複数の
光学レンズで構成され、被測定体からの光を集光し平行
光として、ラインセンサ１５上に投影させるものであ
る。

【００２６】このような構成により、本実施の形態に係
るスペクトル分析装置では、第１の実施の形態に係るス
ペクトル分析装置に比して、測定領域を拡大することが
でき、また被測定体と受光ユニット４０との距離を適宜
調整できる。なお、その他の構成、作用および効果は第
１の実施の形態と同様である。

【００２７】第３の実施の形態 次に、第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。本
発明の第３の実施の形態に係るスペクトラム分析装置
は、焦点板６７と分析対象の像を焦点板上に結像する第
１の光学系と、焦点板上に結像された像からの光を略平
行光として出射する第２の光学系とを有する平行光生成
部６０と、この平行光を受光して各波長に分光してそれ
ぞれのスペクトル強度に応じた電気信号を出力するライ
ンセンサ１５を具備している。

【００２８】本実施の形態では、平行光生成部６０とし
て一眼レフカメラの結像レンズ系とファインダ光学系を
利用している。この平行光生成部６０は前端部に開口を
有し、後端部に接眼部６２を有するカメラ本体６１と、
このカメラ本体６１の前端部の開口部分の前方に接続さ
れたズームレンズ部６３とを備えている。ズームレンズ
部６３は、複数のレンズ群からなる結像レンズ系として
のズームレンズ系６４と、このズームレンズ系６４を構
成する各レンズ群を保持すると共に、各レンズ群の位置
関係を変化させてズーミングを行うズームレンズ系駆動
ユニット６５とを有している。カメラ本体６１内には、
ファインダ光学系として、ズームレンズ系６４と図示し
ないフィルム面との間にズームレンズ系６４の光軸に対
して４５度の傾きで配置された可動ミラー６６と、ズー
ムレンズ系６４を通過し可動ミラー６６によって反射さ
れる光の光路上に配置された焦点板６７と、この焦点板
６７の上方に配置されたペンタプリズム６８と、接眼部
６２内に収納された接眼レンズ系６９とが設けらてい
る。スペクトル測定ユニット７０は平行光生成部６０の
接眼部６２に着脱自在に接続可能な接続部７１を有し、
また、該スペクトル測定ユニット７０内にはラインセン
サ１５とこれを駆動する駆動回路２１とアンプ２２など
の電子部品などがマウントされたセンサ基板７２を備え
ている。

【００２９】次に、係る実施の形態の作用を説明する。
カラーＣＲＴの画面等の分析対象の像は、ズームレンズ
系６４および可動ミラー６６によって焦点板６７上に結
像され、この結像された像からの光がペンタプリズム６
８にて方向を変えられた後、接眼レンズ系６９により平
行光にされて接眼部６２から出射される。出射された光
は、接眼部６２に接続部７１を介して装着されているス
ペクトル測定ユニット７０内のラインセンサ１５を照射
し、以後は第１の実施の形態と同様にして、スペクトル
の分析が行われる。なお、ズームレンズ系駆動系ユニッ
ト６５によって、ズームレンズ系６４を構成する各レン
ズ群の位置関係を変化させてズーミングを行うと、焦点
板６７に結像される像の範囲が変化するので、分析対象
における測定範囲を変化させることができる。

【００３０】このように本実施の形態に係るスペクトラ
ム分析装置によれば、スリットを用いずに、一眼レフカ
メラのズームレンズ系６４およびファインダ光学系を用
いて平行光を生成するので、スリットを用いる場合より
ラインセンサ１５に入射させる光の光量を大きくとるこ
とができ、分析感度の向上を計ることができる。また、
ズームレンズ系６４によってズーミングを行うことによ
り、分析対象との位置関係を一定に保ちながら測定範囲
を容易に変更することができる。なお、その他の構成、
作用および効果は第１の実施の形態と同様である。

【００３１】また、本実施に係るスペクトラム分析装置
に使用している一眼レフカメラの焦点板６７には、通
常、表面の粒子を全面多少あらくしピントが合わせやす
くした全面マット式のスクリーンが使用されているが、
内視鏡カメラなどで使用されているコンデンサレンズの
機能を有した透明なスクリーン（透過式と呼ばれてい
る）に代えることにより、より一層接眼部６２における
光量が増し、分光感度を向上させることができ、さらに
ピント合わせもほとんど不要となる。

【００３２】なお、これらの実施の形態において、本発
明のスペクトラム分析装置は、カラーＣＲＴのホワイト
バランス調整のためにカラーＣＲＴの画面からの光のス
ペクトルを分析する場合に適用したが、これに限定され
るものではなく、任意の物体のからの光のスペクトルを
分析する場合にも使用できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分析対象のスペクトルを、波長に対する補正手段を講じ
ることなく、簡単な構成で精度高く分析できるという効
果がある。更に、光学系にレンズ、特に一眼レフカメラ
のズームレンズ系と接眼レンズ系を使用することによ
り、分析対象とスペクトラム分析装置の位置関係を一定
のまま、測定範囲を変えることができる簡便なスペクト
ラム分析装置が得られ、カラーＣＲＴのホワイトバラン
ス調整などが精度よく簡単におこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスペクトラム
分析装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るスペクトラム
分析装置における受光ユニットの断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係るスペクトラム
分析装置の構成を示す図である。

【図４】本発明のスペクトラム分析装置のＮ−ＭＯＳイ
ーメジセンサの波長リニアリティ特性を示す特性図であ
る。

【図５】従来の技術によるスペクトラム分析装置の構成
を示す図である。

【図６】従来のＣＣＤセンサの各色毎の相対分光感度特
性を示す特性図である。

【図７】従来のＣＣＤセンサの合成分光感度特性を示す
特性図である。

【図８】従来の分光器の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１０，４０…受光ユニット、１１，１１１…スリット、
１２，１１２…コリメータレンズ、１３…分散プリズ
ム、 １４，１５…ラインセンサ、２１…駆動回路、２２
…アンプ、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４…分光特性補正
部、２５…表示部、４１…集光レンズ群、６０…平行光
生成部、６１…カメラ本体、６２…接眼部、６３…ズー
ムレンズ部、６４…ズームレンズ系、６５…ズームレン
ズ系駆動ユニット、６６…可動ミラー、６７…焦点板、
６８…ペンタプリズム、６９…接眼レンズ系、７０…ス
ペクトル測定ユニット、７１…接続部、７２…センサ基
板、１０１…コリメータ、１０２…プリズム、１０３…
望遠鏡、１１３…スクリーン。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を分光し、その分光された光の波
   長が直線的に等間隔で出射される分光フィルターと、 受光した光の波長に対して均一な感度特性を有する複数
   個の光電変換素子を直線状に配列した固体撮像素子とか
   らなる光学測定素子とを備えたことを特徴とするスペク
   トラム分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記光学測定素子の
   前面に、光学レンズ系を具備することを特徴とするスペ
   クトラム分析装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記光学レンズ系
   は、焦点板と分析対象の像を前記焦点板上に結像する第
   １の光学レンズ系と、 前記焦点板上に結像された像からの光を略平行光として
   出射する第２の光学レンズ系とを有することを特徴とす
   るスペクトラム分析装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記第１の光学レン
   ズ系はズームレンズ系であることを特徴とするスペクト
   ラム分析装置。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記第１の光学レン
   ズ系として一眼レフカメラの結像レンズ系を用い、前記
   焦点板として一眼レフカメラのファインダの焦点板を用
   い、前記第２の光学レンズ系として一眼レフカメラのフ
   ァインダの接眼レンズ系を用いることを特徴とするスペ
   クトラム分析装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記焦点板として、
   一眼レフカメラのファインダの焦点板に代えて、内視鏡
   写真撮影用の透過式焦点板を用いることを特徴とするス
   ペクトラム分析装置。