JPS593223A - 分光測光器におけるスプリアス光に起因する測定誤差を減少するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、分光測光器においてスプリアス光が原因で生
ずる測定誤差を減少するための装置に関する。

分光測光器の測光量は例えば透過率または反射率であり
得る。

分光測光器もしくは分光光度計においては、特定の「測
定波長」λ　で上記のような測定量を測定しようとする
場合に、出射スリ′ソトおよび検出器に、「スプリアス
光」と称する他のθに長の光も現われる。このスプリア
ス光は、ｉｔ器内の予め定められた路を経る光ではなく
、例えば屈折性の光学的要素での反射とか散乱により他
の経路を通って出射スリットに達する光である。このよ
うなスプリアス光は、測定結果に誤謬を裔らす。この種
のスプリアス光を減少するための光学的手段は知られて
いる。例えばダブル・モノクロメータを設けて、前置モ
ノクロメータの出射スリットが、第２の主モノクロメー
タの入射スリットを形成するように１〜だ構造が知られ
ている。このようにすれば、主モノクロメータの入射ス
リットに達する光は実質的に将に測定された波長区間か
らの光だけとなる。出射スリットに現われるスプリアス
光は、主モノクロメータにより再度減少せしめられる。

しかしながら、このようなダブル・モノクロメータに要
する光学的および機械的費用は膨大である。

さらに、像面において例えば検出器アレイを用い、Ｊ：
り大きなスにりトル領域を同時に検出する分光写真器も
知られている。このような分光写真器においては、スプ
リアス光の減少が特に重要な問題である。というのは、
この分光写真器においてはス被りトルの部分領域をろ過
で除去してはならないからである。

本発明は、分光光度計もしくは分光測光器において、ス
プリアス光による測定誤差を光学的にではなく適当な信
号処理によって減少することを課題とする。本発明によ
れば、この課題は、波長領域において現われる測光量が
スプリアス光が原因で成る波長における測定量の測定に
作用する成分率（比率）に対応する成分信号を、分光測
光器の測定装置定数として記憶するメモリと、 被測定スペクトルを標本化し、上記波長領域における測
光量の値に対応する信号を記憶するための手段と、 関連の波長領域における上記測光量の値に基づいて−１
−記記憶される成分信号を重付けするための手段と、 上記重付けされた成分信号の和を形成してスプリアス光
信号を発生するための手段と、測定波長で得られた分光
測定信号を」二記スプリアス光信号で補正して、補正さ
れた測定信号を発生するための手段により解決される。

成る波長領域Δλ、で現われる測光量がスプリアス光に
起因してどの程度の比率もしくは百分率、即ち成分率で
測定波長λ□　での上記測定量の測定に影響を与えるか
は実験的に求めることができる。この比率もしくは成分
率を、装置定数として記憶する。次いで被測定スペクト
ルを標本化する。ここで、スプリアス光成分は通常有効
光成分より小さいとしてよい。比率もしくは成分率Ｓ３
ｍは、関連の波長領域Δλ、で測定した測定量もしくは
測光量の値に応じて重イ」けし、それにより得られる積
を加算する。その結果、この測定波長λ□　で得られた
測定信号を修正するための測定波長λ　に対するスプリ
アス光信号が得られる。ここで１測定波長」としては、
−」二連の仕方で求められるスペクトルの各波長を４１
１１定することができる。

特許請求の範囲第２項以下には本発明の装置の実施態様
および発展形態が記述されている。

次に本発明の］実施例を添伺図面を参照し詳細に説明す
る。なＪＧ−図面は、散乱光補正式の分光写真器のブロ
ック・ダイヤグラムである。

任意の１１１１１定波長λＩｎ　について考察してみる
。

有効光は本質的に、測定波長λ　を中心とした大きさ２
Δλ□１の波長区間から生ずるもので、ここでΔλ１１
１は分光測光器のス被りトル帯域幅を表わす。この波長
区間において、有効光は、分光１１１１］光器の分割機
能に従って分割される。分光側光器が２ビーム装置であ
ると仮定すると、検出器における上記の有効光は、測定
相の信号Ｓｍと比較用における信号Ｓ　からなる。ここ
で検Ｏ 山型の信号ＳｍおよびＳｍｏば、波長λ□に対する光源
の放射密度、分光測光器の透過率および検出器の感度に
比例する。散乱光を伴わない分光測光器で測定した試料
透過率Ｔは次のように表わし得る。

しかしながら実際にはスプリアス光が作用する。その作
用もしくは影響を求めるために、λ□から変位した任意
の波長λ１　における波長区間Δλ　について考察して
みる。ここで・最初・波］ 長区間Δλ　は該波長区間Δλ、内で試別透過率が充分
に一定となるほど小さいものと仮定する。

この試別透過率□をＴ　で表わす。

波長区間Δλ、から派生する散乱光は、基準相中、即ち
基準光束が検出器に入射している時に、信号Ｓ□　を発
生する。試料光ビームはその場合、検出器に信号Ｓ１・
Ｔ、を発生する。

全ス被りｌ・ル領域が、測定波長へ、を中心とする区間
２Δλ　を除き、波長区間Δλ　（］−１，２，・・・
・・・・・・　、ｎ）により隙間なく覆われているもの
とすると、実際−Ｆ、測定波長λ　で測定される試別透
過率Ｔ　は次式で表わされる。

■１ 上式中、Ｔは測定波長λ□　における試料透過率の実際
の値である。

絶対値信号Ｓ１の代りに、信号Ｓｍｏ　　に関連付けた
信号、即ち、 を用いると、式（２）から 試料光ビームおよび基準光ビームが双方共に開放してい
る、即ち試料が試料光ビーム内に存在しない場合には、
透過率Ｔ＝１である。同様にして全べての透過率Ｔ１は
土に等しい。したがって、 分光測光器もしくは分光光度計においては、試料信号は
、理想的な基準信号Ｓｍｏではなく実際に測定されてス
プリアス光で妨害された基準信号Ｓｍｏ＋Σｓ、　　ｔ
たは、相対的な量で表わし］二１ て、比較値「１」ではなく次式で表わされる比較値と相
関される。

１＋ΣＳ′ 」＝１　］ このことを考慮すると、次式で表わされる量Ｓ　が導出
される。

式（４）は次の形に書き改めることができる。

式（６）で表わしたＳ　を代入すると式（７）は次のよ
うになる。

Ｔｍ；ＴＩ−Σ　ｓ、　（Ｔ、　−Ｔ）　　　　　（８
）］＝１ したがって、スプリアス光で惹起される透過率誤差ΔＴ
　は次のように表わされる。

ΔＴ　＝＝　　Σｓ　　（Ｔ　−Ｔ）　　　　　　　　
　（９）］−１１１ 」−の式からスプリアス光で生ずる透過率誤差ΔＴ　の
２，３の重要な性質が明らかになる。

即ち、試料光束が遮られた場合、即ちＴｍＱでかつ全て
のＴ　が零である時には、透過率誤差Δ゛■′　　は零
に等しい。

開放試料光束の場合、即ち試料光ビーム内に試料がなく
・［・・・１で全てのＴ□　が１に等しい場合には、や
はり透過率誤差ΔＴは零に等しい。

中間の透過率にお（゛ては、スプリアス光で生ずる透過
率誤差は、Ｓｌ　　で重付けされた透過率Ｔ、が測定波
長λ□　における透過率Ｔよりも大きいかまたは小さい
かに依存して、正または負になり場合により１だ零にが
り得る。

スプリアス光に起因する透過率誤差ΔＴ　は式（９）に
従って求めることはできない。と言うのは真の透過率Ｔ
およびＴ□　が既知でないからである。これらの透過率
の代りに測定された値′１゛１□１およびＴｍ１を代入
すると次式が得られる。

ΔＴ　＝　Σｓ１（Ｔｍｉ　　”’ｍ）　　　　　　　
　ＯＯ）ｍ　　　１＝１ この式（１０）が以下に述べる分光測光器もしくは分光
光度計で、各測定波長λ□　に対す透過率誤差ΔＴｍを
求めるのに用いられる。この透過率誤差ΔＴｍは測定さ
れた透過率の値Ｔｍから派生されるものであり、したが
って修正された透過率値が次式から得られる。

ｋｍ　　　ｍ　　　　　　　　　　　　　　　（ｎ）Ｔ
　二Ｔ　−３１ｍ 第１図は、分光写真器として構成された分光測光器のブ
ロック・ダイヤグラムである。

光源１０から送出された光束１２は公知の仕方で試料光
束１４と基準光束１６に分割される。試料光束１４は試
料１８を通る。次いで、試料光束１４と基準光束１６は
周知の仕方で再び１つの光ビーム２０に一体化される。

この光ビーム２０ｉｄ、本来の分光写真器２２０入射ス
リットに入射する。分光写真器２２は検出器として周知
の仕方でダイオード・アレイ２４を備えている。分光写
真器２２はこのダイオード・アレイ２４の平面にスペク
トルを発生する。ダイオード・アレイ２４のダイオード
はそれぞれ関連の中心波長を中心とする波長区間をそれ
ぞれ検出する。ダイオ−１：″・アレイ２４によって検
出された波長領域は、１つの実施例において、４００　
ｎｍから８００　Ｔｌｍに亘る。

基準相中、個々のダイオ−１に関連の波長儒に対する検
出器信号はメモリ２６に力えられて該メモリに記憶され
る。これらの信号は式（２）の分母に対応するものであ
って、Ｓ：Ｏで表わされる。続く測定相においては、式
（２）の分子に対応する検出器信号３ｇ　　ｉ＝記憶さ
れる。

別のメモリ２８には、いろいろな波長領域Δλからのス
プリアス光が測定波長λ□　における透過率誤差に開力
する比率もしくは成分率Ｊｍが記憶される。これら成分
率８１ｍもしくは百分率は、追って説明する仕方で実験
的に求めて記憶される分光写真器の装置定数である。

計算装置３０は、各測定波長λ１ｎ　　に対して配憶さ
れている検出器信号Ｓ評。およびＳｍ　を受けて、これ
ら検出信号から測定透過率ＴｍおよびＴｌｍを算出する
。しかる後に、各測定波兼備に対し、式（１０）に従い
、スプリアス光により惹起される透過率誤差ΔＴｍを形
成する。透過率信号Ｔｍは式（１すに従って、上記透過
率誤差を修正される。かくして修正された透過率の値Ｔ
ｋ　　はメモリ３２に記憶され、映像スクリーン３４に
表示される。

ダイオ−ＩＳ・アレイ２４を用いることにより、ス波り
トルを元来必要とされる形態、即ち多くの離散的な個別
値の形態で発生できると言う利点が着らされる。計算機
および記憶装置設備の設計に当っては、ダイオードアレ
イ２４は５１２個のダイオードを有していることを前提
にする必要があろう。２００ないし７１２　ｎｍのスベ
ク１゛ル領域の検出が企図されているからである。

したがって、各測定波長λ□に対し約５００の成分率ｓ
１゜＋１を決定する必要がある。このためには、合計約
２５００００の個別値を求めて記憶し々ければならない
。また各測定波兼備　毎に５００回の乗算と５００回の
加算を実行しなければならない。即ち、合計約２５００
００回の乗算と同程度の加算とが行なわれる。１２４個
のダイオ−１を有するダイオード・アレイでは、この数
は］、　００００００　　を越える。したがって相当大
きい費用を必要とする。

しかしながら実際には、このように大きな数の成分率値
Ｓ　を求めることは必要とされない。

］ｎ ｍ長領域Δλ１を非常に小さく選べば、成分率ｓ１ｍは
非常に小さくなる。この理由から、波長領域Δλ１を過
度に小さく選択しないのが合目的的である。「スプリア
ス光関数」、即ち波長λの関数としてのＳ　は実際上、
顕著な極太値やＩｔ’ｌ＋ 極小値を有さす、捷だ大きな勾配を有しない。

したがって成分Ｓ　をス被りトル上、非常に細ｍ かく分割する必要はない。

したがって、波長領域Δλ　は、２つのダイオー）Ｓの
スにクトル間隔に対応する大きさよりもドのスペクトル
領域にそれぞれ対応するように選択することができる。

このようにｌ〜だ場合には、各測定波長λ□　に対し、
５００ではなく僅か２０個の成分率Ｓ　が得られる。さ
らに、例ｍ えば、ダイオード・アレイ２４０２５個の隣接するダイ
オードに対応する多数の隣接する測定波長へ　に対して
同じ成分率８１ｍを設けることができる。このようにす
れば、５００ではなく２０個の測定波長λ□　間を識別
するだけでよく、記憶すべき成分率８１ｍは僅か４００
となる。

さらに、一般に、各測定波長λ□　に対して、スジリア
ス光に対する寄与が無視し得るほど小さい大きなスペク
トル領域が得られる。平均的に、全スペクトル領域のほ
ぼ半分を無祝し得るとすれば、メモリの容量は約２００
個の成分率８１ｍの数に減少され、それに対応して計算
機に要する費用も減少する。

成分率”’ｊ−ｍの決定は、以下に、測定波長λ□−４
００ｎｍ　　に関する例として述べるような仕方で行な
うことができる。

この実施例においては、ドイツ国Ｍａｊ、ｎ　ｚ所在の
Ｆｊ−ｒｍａ　５ＣｈＯ１，１１ｕ、　Ｇｅｎ、　　社
から市販されている色ガラス・エツジ・フィルタを用い
て処理を行なった。

最初に、フィルタＧ、Ｇ　４３５を試料♂−ム１６内に
位置設定する。このフィルタは４　Ｑ　Ｑ　ｎｍの光を
実質的に完全に阻止し、これより大きい波長の光は相当
多く透過する。波長２ｍ−ｍ−４Ｏ０９関連のダイオー
ド・アレイ２４のダイオ−Ｐでは、透過度Ｔ＝Ｏが測定
されねばならない。

しかしながら実際には長波長のスジリアス光のために、
透過度Ｔｍｏが測定される。

次いでフィルタＧＧ４５５を試料ビームおよび基準光ビ
ーム１４および１６の共通のビーム路１２または２０内
に配置する。このフィルタＧＧ４５５は、フィルタＧ（
）４３５によって吸収される波長に加えて付加的にさら
にほぼ４３５　ｎｍと４５５　ｎｍ　　との間の波長を
も吸収する。そこで、測定波長’ｍ　＝　４００　ｎｍ
に対するダイオードで透過度Ｔ　を測定する。これらの
測定から１ 次式に基づいて成分率を求める。

Ｓ　　＝Ｔ　　−Ｔ ｍｌ　　　　　ｍｊｌ　　　　　ｍ１ 関連の波長領域Δλ１は４３５　ｎｍから４５５　ｎｍ
の範囲にある。

そこでフィルタｃＧ４５５をフィルタＧＯ４７５で置換
する。このフィルタＧＧ４７５は、上に述べた阻止され
を波長領域に加えて、４５５　ｎｍないし４７５　ｎｍ
の波長領域Δλ２の光をも閉止する。波兼備＝　４００
　ｎｍに対するダイオードで透過率Ｔｍ２を測定する。

その結果次式で成分係数が求められる。

■２　　　　ｍｌ　　　　ｍ２ このプロセスを続けて行ない、フィルタＧ　（Ｊ４９５
、ｏＧ５１５、・・・・・・・・・　を、最後にフィル
りＲＧ９でほぼ７３５　ｎｍ　　より大きい波長のスジ
リアス光だけが検出されるまで順次挿入する。

このようにして上記の５ｃｂｏｔｌ；　ｕ、　Ｇｅｎ、
　　社からフィルタ・ンリーズとして求められる色ガラ
ス°エツジ・フィルタを用い４０の異なった成分率Ｓ、
ｒ＋１が求められる。この場合、隣接の成分率ｓ１ｍが
極く僅がしか異ならない時には、これら隣接の成分率を
加算により１つの値に合成することができる。

このような合成により最終的に２ｍｍ−４００ｎに対し
新しい成分率８１ｍが得られる。例えばΔλ１−二　４
　３　５　　ｎｍ　　・・・・・・・　４５５　　ｎｍ
　　、　　　Δλ　　二４５５ｎＩ１１．。

・−４−９５ｎｍ等々とする。この実施例では、各ダイ
オ−１さは］、　ｎｍ　　幅の波長領域を力・ぐ−する
ので、波長領域は、Δλ＋　−４３４，５ｎｍ・・曲・
・・４５４−、５　ｎｍ、Δλ２−４５４．５　ｎｍ・
・・・・・・・・　４９４．５ｏｍ等々に選択するのが
合目的的である。

試料スペクトルを修正するために波長４３５ｎｍ、　４
−３６　ｎｍ、・・・・・・・・・、４５４ｎｍ　　に
相関する１０個の測定した透過率値から算術平均Ｔ７を
計算する。それに対応して、波長４５５　ｎｍ、４５６
　ｎｌ？＋、”−西４９４　ｎｍにおける２ｏの測定透
過率値から算術平均Ｔ２を求める。以下間０９） 復　代　理　人　　弁理士　矢　野　敏　雄株にして最
後に、次式からΔＴを求める。

ΔＴ−３＋　　’Ｔ’、＋８２　Ｔ２　＋”””　　、
Ｓｑ　Ｔ。

この値ΔＴは、測定波長λｍ−４００ｎｍで測定した透
過率値１′□　から式（］１）に従って減算される。そ
の結果測定波長λｍ＝４００ｎｍＫおける修正された透
過率値Ｔｋが得られる。

類似の仕方で他の測定波長もしくは測定波長群について
処理が行なわれる。

電子的スプリアス光修正装置に関しては既に２ビーム装
置と関連して説明した。この修正装置は捷だ単ビーム装
置にも有意味に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明による装置の１実施例を示すブロッ
ク・ダイヤグラノ・である。 １０・・・光臨、１２・・・光束、１４・・・試料光、
１６・・・基準光、１８・・・試料、２０・・・光ビー
ム、２２°・・分光写真器、２４・・・ダイオード・ア
レイ、２６・２８・３２°“°メモリ、３０・・・計算
装置、３４・・・スクリーン （２０） 手続補正書（方式） 昭和５８年　８月　１９日 特許庁長官殿 １・事件の表示　昭和５８年特許願第６９２９５号２、
発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ル・ハフラング ４、復代理人 昭和５８年　７月２６日　　（発送日）６、補正の対象 （１）願書の特許出願人の代表者欄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　分光測光器におけるスプリアス光により生ずる測定
   誤差を減少するための装置において、波長領域（Δλ１
   ）において現われる測光量（Ｔｍ１）がスプリアス光が
   原因で波長（Δλ□）における測光ｉＦｔ　（Ｔｍ）の
   測定に作用する成分率（８１ｍ）に対応する成分信号を
   、分光測光器（２２）の測定装置定数として記憶するメ
   モリ（２８）と、 被測定スペクトルを標本化し、前記波長領域（Δλ１）
   における測光量（Ｔｍｊ、　）の値に対応する信号を記
   憶するための手段（２４，２６）と、 所属の波長領域（Δλ１）における前記測光量（ＩＪｌ
   、、□）の値に基づいて前記記憶される成分信号（Ｓｊ
   ｍ　）を重利けするための手段（３０）と、 前記型利けされた成分信号の和＋　ｓ、　　（ｊｌ゛、
   −］　ｎｌ　　　　　ＩＩＩ　１ Ｔ）ｌを形成してスプリアス光信号（ΔＴ　）ｍ■］ を発生するための手段（３０）と、 測定波長（λｍ）で得られた分光測光器測定信号（Ｔｍ
   ）を前記スプリアス光信号（Δ′ｆ゛、。）で補正して
   、補正された測定信号（Ｔｋｍ）を発生するための手段
   （３０）とを有することを特徴とする分光測光器におけ
   るスプリアス光に起因する測定誤差を減少するための装
   置。 ２、測光量が透過率または反射率である特許請求の範囲
   第１項記載の分光測光器におけるスプリアス光に起因す
   る測定誤差を減少するための装置。 ３、波長領域（Δλ　）において現われる分光測光量（
   Ｔ、）の測定波長（偏）における上記ｌ 測光量（Ｔｌ１１　）の値からのスプリアス光に起因す
   る偏差が、前記測定波長（λ　）における前記測光量（
   Ｔ、ｎ）の測定に作用する成分率（ｓｒ　ｍ）に成分信
   号が対応し、重付は手段が、前記成分率（、、、ｍ）に
   、関連の波長領域（Δλ１）における測光量（Ｔｍ、）
   からの測定波長（λ□）における測光量（Ｔｍ）の偏差
   を乗するための手段から構成されている特許請求の範囲
   第２項記載の分光測光器におけるスプリアス光に起因す
   る測定誤差を減少するための装置。 牛、　分光測光器が、ダイオ−１＋・アレイ（２４）を
   検出器として備えている分光写真装置（２２）である特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の分
   光測光器におけるスプリアス光に起因する測定誤差を減
   少するための装置。