JPH11241948A - 分光測定装置 - Google Patents
分光測定装置Info
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- JPH11241948A JPH11241948A JP4485898A JP4485898A JPH11241948A JP H11241948 A JPH11241948 A JP H11241948A JP 4485898 A JP4485898 A JP 4485898A JP 4485898 A JP4485898 A JP 4485898A JP H11241948 A JPH11241948 A JP H11241948A
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Abstract
基本性能を常時、最大限に引き出すことのできる分光測
定装置を提供する。 【解決手段】光分散素子により分散された光の光強度を
検出する光検出素子とを有する分光測定装置において、
前記スリット部材の配置位置に応じて得られる複数の前
記光検出素子の出力を比較する比較手段と、当該比較手
段の結果に基づき前記位置駆動手段によって前記スリッ
ト部材の配置位置を変更する制御手段とを備えた。 【効果】分光測定装置内のスリットの保持位置を最適な
位置に自動調整することで、装置自身が本来持つS/N
比や波長分解能等の基本性能を常時、最大限に引き出す
ことができ、高い測定精度を長期に渡って維持できる。
Description
し、特に、分光測定装置自身が本来持つS/N比や波長
分解能等の基本性能を常時、最大限に引き出すために、
特定波長の輝線を用いて分光測定装置内のスリットの保
持位置を最適な位置に自動調整できる分光測定装置に関
する。
ーズは多種多様化してきており、各ニーズに対応できる
汎用性の高い装置の開発が、資源を有効活用する上でも
重要な課題となっている。
の良い信号を得たい場合には波長分解能を犠牲にして幅
の広いスリットを使用したり、逆に、波長分解能の良い
信号を得たい場合にはS/N比を犠牲にして幅の狭いス
リットを使用する等の、ユーザー側の目的用途に応じて
スリット幅を可変にできる汎用型の装置の開発が取り組
まれている。
は、スリット刃を動かしてスリット幅を変える方式と、
幅の異なる固定幅のスリットを複数種用意しておいて切
り換える方式とがあるが、固定幅のスリットを切り換え
る後者の方式の方が、スリット幅の再現性において優れ
ている。
いては、切り換え後のスリット位置が分光測定装置自身
の基本性能を左右するため、スリットの切り換えは極め
て正確に、且つ再現性良く行われる必要がある。スリッ
ト位置の正確さは、加工精度の向上、高分解能パルスモ
ータの使用、および切り換えに要するパルス数の十分な
調査と実験により高めることができる。また、スリット
位置の再現性は、パルスモータの回転方向とスタート位
置検出時の回転方向とを常に等しくすることで向上させ
ることができる。
固定幅スリットの切り換え方式においては、切り換える
際のスリットの移動量が、あらかじめスリット位置に合
わせて定められた量しか移動することはなく、長期間使
用したことによる駆動部の摩耗や劣化、輸送時等の振動
による部品のゆるみ、加工不良や加工精度不足、切り換
えに要する移動量の調査不足や誤り、その他何らかの要
因によってスリット切り換え時におけるスリット位置に
ずれが生ずると、何ら対策ができず、スリット通過後の
光量が減少してS/N比が低下したり、実質上のスリッ
ト幅が広がって波長分解能が悪化してしまい、装置本来
の性能が保証できなくなるという致命的な問題を抱えて
いた。
測定装置において、スリット位置にずれが生じた場合の
悪影響について、図6,図7を用いて更に詳しく説明す
る。図6(a)はスリット切り換えの際、所定のスリッ
トが正しい位置に保持された例であり、スリットに集光
された光21の中心とスリット19の中心が一致してい
る。この場合は図7に示すように、スリットを通過する
光の強度は、最大のIa、スペクトル半値幅は最小のΔ
λaとなり、分光測定装置が本来持つ性能は最大限に引
き出される。
正しい位置からずれて保持されてしまった例であり、正
しい位置に保持された場合に比べ、スリットを通過でき
る光の面積(斜線部)はSaからSbに減少し、実質上
のスリット幅はWaからWbに広がってしまう。その結
果、図7に示すように、スリットを通過する光の強度は
IaからIbに減少し、またスペクトル半値幅はΔλa
からΔλbに広がってしまい、装置は本来の性能を満足
することができない。
ために、特定波長の輝線を用いて、分光測定装置内のス
リット位置を最適な位置に自動調整することにより、装
置自身が本来持つS/N比や波長分解能等の基本性能を
常時最大限に引き出すことのできる分光測定装置を提供
することにある。
の本発明の特徴は、特定波長の輝線を含んだ光を発する
測定用光源と、測定試料を保持する試料室と、固定幅の
スリットを設けたスリット部材と、前記スリット部材の
配置を変化させる位置駆動手段と、前記スリット部材を
通過した前記光を波長毎に分散する光分散素子と、当該
光分散素子により分散された前記光の光強度を検出する
光検出素子とを有する分光測定装置において、前記スリ
ット部材の配置位置に応じて得られる複数の前記光検出
素子の出力を比較する比較手段と、当該比較手段の結果
に基づき前記位置駆動手段によって前記スリット部材の
配置位置を変更する制御手段とを備えたことである。
じて得られる複数の前記光検出素子の出力を比較するこ
とで、分光測定装置内のスリットの保持位置を最適な位
置に自動調整し、装置自身が本来持つS/N比や波長分
解能等の基本性能を常時、最大限に引き出すことができ
る。従って、定期的な点検および調整を行わなくとも、
高い測定精度を長期に渡って維持することを可能とする
ものである。
明する。
る。
ズ2で測定試料を保持するセル3に集光され、レンズ4
で再び入射スリット5に集光された後、凹面回折格子6
上に投影され、回折光が出射スリット25を透過して単
色光として取り出された後、フォトダイオード7に導か
れる。凹面ミラー17はパルスモータ9によって回転可
能であって、水銀ランプ8から発せられた光は凹面ミラ
ー17にて反射され、入射スリット5に集光される。パ
ルスモータ9,10,11,26は制御部(CPU,メ
モリを含む)13からの信号によって制御され、CRT
表示装置15,プリンタ16等の出力装置に結果が出力
される。
けるスリット部材の一例である。尚、図2のスリット部
材の構成は、出射スリット25においても適用されるも
のであるが、これらのスリット部材の構成は、以下図2
を用いて入射スリット側の例で説明する。
異なる複数のスリット19が周辺部に配置された円板で
あり、スリット円板18をパルスモータ10を用いて回
転させることによって所定のスリットを選択することが
できる。スリット円板18の外周上には一箇所切り掻き
20が設けられており、スリット円板18を挟んでフォ
トカプラ12が配置してあって、このフォトカプラ12
により切り掻き20のエッヂが検出される位置が、パル
スモータ10のスタート位置となる。スリット切り換え
時には、入射スリット5および出射スリット25の各々
に対して、指定されたスリットに対するスタート位置か
らのパルス数が制御部(CPU,メモリを含む)13の
メモリから読み出され、スリット円板18がスタート位
置検出時と同じ方向に読み出したパルス数だけ回転した
ところで、パルスモータが停止する。
整を行う際の動作概要を示したフローチャートを図13
に示す。
定のスリットを指定した切り換え信号が入力されると、
制御部13は、凹面ミラー17をパルスモータ9により
回転させ、水銀ランプ8から発せられる光を入射スリッ
ト5へ導く(131)。
の253.7nm の輝線の光強度を検出できる角度に凹
面回折格子6を回転させる(132)。
数を制御部13から読み出し、パルスモータ26の回転
によって出射スリット25を規定位置に固定する(13
3)。
ットに対する最適位置自動調整を行う(134)。
した状態で、出射スリット25の最適位置自動調整を行
う(135)。
動調整の制御動作について詳細に説明する。尚、ここで
は図1の構成例における自動調整について、以下に3つ
の実施例を説明するが、何れも入射スリット及び出射ス
リットにおいて共通して用いられる動作である。
の実施例について示したフローチャートである。
リット円板18を回転させ、切り掻き20を基にスター
ト位置を検出する。
トに対するパルス数を制御部13内のメモリ上から読み
出し、スタート位置から読み出したパルス数だけパルス
モータ10を右回転させ、あらかじめ指定スリット位置
として規定された位置へスリット円板18を回転させ
る。この時、flag=0とする。そして、フォトダイオー
ド7により出力電圧を検出を行い、この段階でのフォト
ダイオード7の出力電圧Vf を初期値として変数Vmax
に代入する。
け右回転させてフォトダイオード7の出力電圧Vfを求
め、Vmax と比較を行い、Vmax<Vfであれば、Vmax
=Vf,flag=1とし、1パルス数だけ右回転させてV
fを求め、再びVmax との比較を行う。尚、1パルスの
回転によるスリット円板18の回転角は、約0.3° 程
度である。
(パルスモータのギアの遊びの補正)を行い、1パルス数
だけ左回転させ、flagの確認を行う。flag=1であれ
ば、その時のVmax がフォトダイオード7の最大出力電
圧であるとし、この時点でのパルスモータのスタート位
置からのパルス数がメモリ上に記憶される。
0を1パルス数だけ左回転させる。そして、フォトダイ
オード7の出力電圧Vfを求め、Vmaxと比較を行い、
Vmax<Vf であれば、Vmax=Vfとし、1パルス数だ
け左回転させてVf を求め、再びVmax との比較を行
う。
シュ補正を行い、1パルス数だけ右回転させ、この時点
でのパルスモータのスタート位置からのパルス数がメモ
リ上に記憶される。
フォトダイオードの出力電圧が最大となるパルス数、即
ち輝線の光強度が最大となるパルス数とがほぼ一致して
いれば、制御時間が極めて短く済むことにある。即ち、
経時変化等による位置ずれの量に比例した制御時間で調
整が行えるものである。
適位置自動調整の第2の実施例を示したフローチャート
である。
ット円板18を回転させ、切り掻き20を基にスタート
位置を検出する。ただし、本実施例においては、スター
ト位置検出は右回転のみで行う。そして、指定スリット
のパルス数(ここでは“n”とする)をメモリから読み
出し、検出範囲を決定づける任意のパルス数mを減算、
即ちパルス数(n−m)を算出し、(n−m)だけパル
スモータを右回転させる。ここで、任意のパルス数m
は、元々規定されているスリット位置の前後の光強度を
検出する範囲を定めるための数値であり、パルス数“2
m”分の移動量の範囲が検出範囲とされる。“m”の数
値は、少なくとも1つのスリット高さ分の移動量乃至ス
リット高さの半分の移動量となるパルス数であれば十分
である。
に初期値として0を代入する。そして、フォトダイオー
ド7の出力電圧Vfを求め、Vmax と比較を行う。
cntmaxは変化させず、cntをインクリメントす
る。Vmax<Vfであれば、Vmax=Vf ,cntmax=c
ntとして、cntをインクリメントする。
ntと2m(任意のパルス数の2倍)の比較を行う。比較
の結果、cnt≦2mであれば、再びフォトダイオード
7の出力電圧Vf を求め、Vmax と比較を行う処理に戻
る。cnt>2mであれば、パルスモータを回転させ、
切り掻き20を基に再びスタート位置を検出する。そし
て、cntmax 分のパルス数だけモータを右回転させ、
スタート位置からのパルス数、即ちcntmax と同一の
パルス数が、輝線の光強度が最大となる位置としてメモ
リに記憶される。
転方向は、スタート位置検出時も含めて右方向のみと
し、指定スリットのパルス数nに対して±mパルスの範
囲で輝線の光強度をサーチし、その検出範囲内で光強度
が最大となる位置を検出するようにしていることであ
る。
量に依らず常に一定の制御時間で調整が行われるため、
調整に要する時間をあらかじめ知ることができる。ま
た、バックラッシュ補正も行わないため(バックラッシ
ュ補正は、完全な補正を行うことが難しい。)、スリッ
ト円板18の回転方向が常に同一であり、スリット位置
の再現性に優れた調整を実現することが可能となる。
適位置自動調整の第3の実施例を示したフローチャート
である。
ット円板18を回転させ、切り掻き20を基にスタート
位置を検出する。次に、指定スリットのパルス数をメモ
リから読み出し、スリット円板18を読み出したパルス
数だけ右回転させる。
折格子6を回転させることにより、図12に示すよう
に、水銀ランプの輝線波長253.7nm 前後付近の波
長走査を行ってフォトダイオード7の出力電圧を検出
し、最大出力電圧Vmax の半分の出力、即ちVmax/2
となる波長λ1,λ2を求め、λ1からλ2の波長範囲(半
値幅)を算出し、初期値として変数Δλに代入する(Δ
λ=λ2−λ1)。
を右回転し、再び凹面回折格子6を回転させることで水
銀ランプの輝線波長253.7nm 前後付近の走査を行
ってフォトダイオード7の出力電圧Vr を検出し、走査
範囲内での最大出力電圧の半分の出力となる時の波長λ
1r,λ2rを求め、λ1rからλ2rの半値幅を算出し、変
数Δλrに代入する(Δλr =λ2r−λ1r)。
>Δλr であれば、Δλ=Δλr として、1パルス数だ
けパルスモータ10を右回転し、再びΔλr =λ2r−λ
1rを算出するようにする。
正を行い、2パルス数だけパルスモータを左回転する。
そして、凹面回折格子6を回転させることで水銀ランプ
の輝線波長253.7nm 前後付近の走査を行ってフォ
トダイオード7の出力電圧Vl を検出し、最大出力電圧
の半分の出力となる波長λ1l,λ2lを求め、λ1lからλ
2lの半値幅を算出し、変数Δλl に代入する(Δλl=
λ2l−λ1l)。
>Δλlであれば、Δλ=Δλlとして、1パルス数だけ
パルスモータ10を左回転し、再びΔλl =λ2l−λ1l
を算出するようにする。
正を行い、1パルス数だけパルスモータ10を左回転
し、この時のスタート位置からのパルス数をメモリに記
憶させ、処理を終了する。
転時に、波長走査を行って水銀ランプの輝線波長25
3.7nm 付近のスペクトルを求め、輝線のスペクトル
半値幅Δλが最小となる位置にパルスモータを静止させ
ている点であり、第1の実施例に比べて多少の時間を必
要とするが、スリット位置の正確さにおいて優れた調整
を行うことができる。
において、特定波長の輝線を含んだ光を発する水銀ラン
プ8を光源に用いる理由は、輝線を含まない連続スペク
トル光源では、光強度が極大となる波長が逐次変化して
いるため、スリットの保持位置は最適位置からずれる恐
れがあるため、特定波長の輝線であれば、その波長で光
強度が極大値を持ち、且つ常時不変であること、また、
輝線の波長が特定であれば、スリット切り換え時に何ら
かの波長走査を合わせて実施できるためである。
光源を装置内に内蔵することにより、スリット位置の最
適自動調整時における光源の取り換え作業は不要とな
り、装置の電源投入後なら任意にスリット位置の最適自
動調整が実施できる。さらに、同様の特定波長の輝線を
用いて、装置自身の波長校正も行えるものである。
料室を通さずにスリットに入射する構成により、試料室
内に何らかの物質が存在していても、輝線が物質に吸収
されることなく、また吸収に伴う燐光,蛍光の悪影響を
受けることなく、スリット位置の最適自動調整を実施す
ることができる。従って、スリット位置の最適自動調整
時に、試料室から試料を撤去する必要がない。
からのパルス数を、あらかじめ任意に調査してメモリ上
に記憶する際、最適位置とは異なるパルス数を誤ってメ
モリ上に記憶してしまった場合でも、本実施例の調整を
行うことにより、スリット位置を最適な位置に調整可能
である。
成例について示す。
ダイオード7の代わりにフォトダイオードアレイ23を
使用し、重水素ランプ1から発せられる光の一部を光フ
ァイバ22中を伝搬させて凹面ミラー17に導く構成と
している。
り換え時の入射スリット円板18の回転制御を示したフ
ローチャートである。
スモータ9により凹面ミラー17を回転させる。そし
て、スリット円板18を回転させ、切り掻き20を基に
スタート位置を検出する。
トに対するパルス数をメモリ上から読み出し、スタート
位置から読み出したパルス数だけパルスモータ10を右
回転させ、あらかじめ指定スリット位置として規定され
た位置へスリット円板18を回転させる。この時、flag
=0とする。そして、フォトダイオードアレイ23によ
り重水素ランプ1の輝線波長656.3nm に対応する
出力を検出を行い、この段階でのフォトダイオードアレ
イ23の出力電圧Vf を初期値として変数Vmax に代入
する。
け右回転させて、重水素ランプ1の輝線波長に対応する
フォトダイオードアレイ23の出力電圧Vf を求め、V
maxと比較を行い、Vmax<Vfであれば、Vmax=Vf,f
lag=1とし、1パルス数だけ右回転させてVf を求
め、再び出力電圧Vfを検出しVmax との比較を行う。
尚、本構成例においても1パルスの回転によるスリット
円板18の回転角は、約0.3°程度である。
を行い、1パルス数だけ左回転させ、flagの確認を行
う。flag=1であれば、その時のVmax がフォトダイオ
ード7の最大の出力電圧であるとし、この時点でのパル
スモータのスタート位置からのパルス数がメモリ上に記
憶される。
0を1パルス数だけ左回転させる。そして、フォトダイ
オードアレイ23の出力電圧Vf を求め、Vmax と比較
を行い、Vmax<Vfであれば、Vmax=Vfとし、1パル
ス数だけ左回転させて出力電圧Vf を求め、再びVmax
との比較を行う。
シュ補正を行い、1パルス数だけ右回転させ、この時点
でのパルスモータのスタート位置からのパルス数がメモ
リ上に記憶される。
は重水素ランプ1の656.3nmの輝線を用いてスリ
ット位置の制御を行うことで水銀ランプを不要とし、ま
た、フォトダイオードアレイ23の各フォトダイオード
毎に検出波長を対応させることで凹面回折格子6の回転
制御部,出射スリットおよび出射スリットの回転制御部
は不要となり、更に迅速な最適位置調整が安価で実現で
きることにある。また、凹面回折格子6の代わりにプリ
ズムを用いても良い。
置で用いられたスリット部材の他の例を示したものであ
る。図10の例では、図2で示したスリット19の幅,
高さ方向を入れ替えた例である。また、図11の例は、
スリット19の数を減らし、スリット円板24を扇形に
形成した例である。
材においても前述の拡張性処理において、問題なく使用
することが可能である。
ては、スリット切り換え時における分光測定装置内のス
リット位置を常に最適な位置に保持できるため、装置自
体の性能は最大限に引き出される。従って、定期的な点
検および調整を行わなくとも、高い測定精度を長期に渡
って維持できるため、アフターサービス作業を容易にす
ることができる。
ト位置を記憶し、再度、同スリットの最適位置自動調整
を行う際は、その記憶位置に基づいて実施することで調
整時間を短縮できる。さらに、装置のイニシャルセット
時に、全スリットに対して最適位置自動調整を行って各
々の位置を記憶すれば、更なる調整時間の短縮化を図る
ことが可能となる。
装置内のスリットの保持位置を最適な位置に自動調整す
ることができ、装置自身が本来持つS/N比や波長分解
能等の基本性能を常時、最大限に引き出すことができ、
高い測定精度を長期に渡って維持できる。
ク構成図である。
一実施例である。
整する制御方法を説明するフローチャートである。
整する制御方法を説明するフローチャートである。
整する制御方法を説明するフローチャートである。
る。
響を示した例である。
ク構成図である。
スリット位置を最適調整する制御方法を説明するフロー
チャートである。
の一実施例である。
の一実施例である。
スペクトルである。
の制御方法を説明するフローチャートである。
射スリット、6…凹面回折格子、7…フォトダイオー
ド、8…水銀ランプ、9,10,11,26…パルスモ
ータ、12,27…フォトカプラ、13…制御部、14
…キーボード、15…CRT表示装置、16…プリン
タ、17…凹面ミラー、25…出射スリット。
Claims (10)
- 【請求項1】測定試料に照射される光を発する第1の光
源と、測定試料を保持する試料室と、固定幅のスリット
を有するスリット部材と、当該スリット部材の配置位置
を変化させる位置駆動手段と、前記スリット部材を通過
した前記光を波長毎に分散する光分散素子と、当該光分
散素子により分散された前記光の光強度を検出する光検
出素子とを有する分光測定装置において、 前記スリット部材の配置位置に応じて得られる複数の前
記光検出素子の出力を比較する比較手段と、当該比較手
段の結果に基づき前記位置駆動手段によって前記スリッ
ト部材の配置位置を変更する制御手段とを備えたことを
特徴とする分光測定装置。 - 【請求項2】請求項1記載の分光測定装置において、 前記スリット部材の配置位置情報を格納する記憶手段を
備え、測定を行う際に当該記憶手段に格納された配置位
置情報に基づく位置に前記スリット部材を移動すること
を特徴とする分光測定装置。 - 【請求項3】請求項1記載の分光測定装置において、 特定波長の輝線を含む光を発する第2の光源と、前記試
料室と前記スリット部材間に配置され前記第2の光源の
光を前記スリット部材へと導く光路切り換え手段とを備
えたことを特徴とする分光測定装置。 - 【請求項4】請求項1記載の分光測定装置において、 前記第1の光源の光を前記試料室を通さずに前記スリッ
ト部材へと導く導入手段を備えたことを特徴とする分光
測定装置。 - 【請求項5】請求項3または4記載の分光測定装置にお
いて、 前記位置駆動手段はパルスモータであり、前記比較手段
は前記パルスモータが1パルス分移動する毎に比較を行
うことを特徴とする分光測定装置。 - 【請求項6】請求項3記載の分光測定装置において、 前記位置駆動手段はパルスモータであり、前記比較手段
は少なくとも前記パルスモータが前記スリットの高さ分
移動する範囲において比較を行うことを特徴とする分光
測定装置。 - 【請求項7】請求項3記載の分光測定装置において、 前記比較手段が比較を行う毎に、前記光分散素子によっ
て前記第2の光源の特定波長近傍の光強度を検出するこ
とを特徴とする分光測定装置。 - 【請求項8】請求項7記載の分光測定装置において、 前記調整用光源の特定波長近傍の光強度を検出する毎
に、検出範囲内での半値幅を算出し、半値幅が最小の位
置に前記スリット部材を配置することを特徴とする分光
測定装置。 - 【請求項9】請求項1記載の分光測定装置において、 前記スリット部材は固定幅の異なる複数のスリットを設
けていることを特徴とする分光測定装置。 - 【請求項10】請求項9記載の分光測定装置において、 前記スリット部材は円板形状であり、周辺部に前記複数
のスリットを配置することを特徴とする分光測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04485898A JP4032483B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 分光測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04485898A JP4032483B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 分光測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11241948A true JPH11241948A (ja) | 1999-09-07 |
JP4032483B2 JP4032483B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=12703191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04485898A Expired - Fee Related JP4032483B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 分光測定装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4032483B2 (ja) |
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