JPS6148730A - 分光光度計 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、放射のパワー・スペクトルを計測する分光光
度計に関するものでちる。

従来例の構成とその問題点 従来の分光光度計は、その分光分散素子で２種類に分け
られる。１つは、プリズムを分光分散素子として使用し
た分光光度計であり、他の１つは回折格子や干渉素子を
分光分散素子として使用したものである。プリズムを使
用した分光光度計は、波長目盛が直線性的でなく、波長
に依存する。しだがって、短波長側から赤外域まで広い
範囲の波長域にわたり分光測光を行う場合、スリット機
械幅の波長補正を個々のＩ！ｌｉにおいて行なわなけれ
ばならず、煩雑である。また、波長が艮くなるに従い、
分散が小さくなってゆき、測定ｅ長域が長くなる程、全
波長域で一定以上の測定精度を得ることは難しい。

また、回折格子や干渉素子を使用する分光光度計では、
分散能力が大きく、たとえば回折格子分光２ｇは、サイ
ンバー送りによって波長目盛を直線化でき、したがって
測定波長に対するスリット幅補正もプリズム分光器より
はるかに小さい。しかしながら高次回折光の除去を行な
う必要がある。

分光オｇの波長目盛を１０ＱＱｎｍに設定した場合に、
波に１１０００ｎの放射と同時に分光品出射口より出て
くる波長５００ｎｍやその見の３３３ｎｍの放射などを
除去しなければならず、広い彼長範囲の測定では、この
作業が煩雑とな９高次光除去の光学系（シャープカット
フィルタなどの光学フィルタ）の位置再現なども問題と
なる。

また、プリズム分光器を使用する場合も、回折格子分光
器を使用する場合にも、共通することは、測定波長範囲
が広く、また測定波長域全域にわたり、ある程度の波長
分解能で測定する場合、測定に時間を要す。したがって
受光２３などの測定系はもとより、標準光源や被測定放
射源のドリフトやゆらぎが測定値に混入しやすく、精度
のある測定が望めなくなる。さらに分光器の分散波長範
囲をこえて測定する場合、分光器を交換するか、分光器
の分散素子を交換することになり、手間がかかるだけで
なく、その位置再現性が測定値に重要な影響を与える問
題がある。

発明の目的 本発明は、回折格子や干渉素子を使用した分光器より同
時に得られる一次回折光の波長領域の放射と、高次回折
光の波長領域の放射を、分光器に入射する前に光学系で
分離し、一方の波長域の放射のみを、光チョッパで変調
し、再び、双方の放射を光学系で合成し、同時に分光器
入射口に導く。

そして、分光器出射口より得られる一次回折光と、高次
回折光を同一の光検出器で、検出し、電気信号に変換し
た後、変調された放射の信号である交流変調信号と、変
調されてない放射の信号である直流信号を電気回路によ
り分離し計測し、同時に２つの′／Ｂ１．長の放射を計
測することにより、従来の測光精度を維持しながら、波
長走査距離を短くし、測定時間の短縮をはかることを目
的とする。

発明の構成 本発明は、回折または干渉を利用した分光分散光学系と
、この分散系の一次回折光の得られる波長域と、高次回
折光として得られる波長域とを分離する光学系、及び、
一方の波長領域の放射を変調する光チョッパ、回折光を
検出する放射検出２３及び、検出器より得られる電気信
号を、光チヨツパ変調周波数成分の信号を分離し検波す
る、検波回路及び、変調されない直流成分の信号のみを
検出する回路及び、両者の電気信号を個検に計測する計
測器より構成した分光光度計である。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例として、近赤外用回折格子分光
器を使用した、可視・近赤外域の分光放射分布を計測す
る二波長分光光度計の実施例を図面を使用して説明する
。第１図に回折格子の分光分散の光学モデルを示す。１
は回折格子で、この格子面の法線２に対して入射光３が
入射角αで入射したとする。このとき波長λの回折光４
が法線２に対して回折角βで出射する。法線２に対して
入射光３と逆側に角度αで０次光Ｓが出る。回折格子の
刻線間隔をｄ、回折光の次数をｍとすれば、波長λの光
に対して入射角α、回折角βの間に次の関係が成立する
。

ｍλ＝＝ｄ　・（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）・・・・・・（
１）ｍｍｏ、±１．±２．・・・・・・・・・このとき
、入射角α１２回折角β１となるように回折格子に光を
入射させ、その回折光をとり出した場合、ｍ＝１、すな
わち−次回折光の波長λ。

の放射が得られるとすれば、同時にｍ　＝　２である波
長λ２の光が、−次回折光の得られる角β、の方向に得
られる。このとき、波長λ１とλ２は、λ２＝λ１／２
　　　　　　　　　　　・・・・・・（２）となる。同
様にして一次回折光の場合、回折角β１の方向に波長λ
。の放射が得られλ、に対して次式が成立する。

λｍ：λ１／ｍ　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（３）すなわち、回折格子分光器の場合、たとえば波長
目盛を１０００１ｍに合わせたとき、その出射スリット
から得られる放射は、−次回折光の波長１１０００ｎの
放射の他に、同時に二次回折光である波長５００ｎｍの
放射、三次回折光の波長３３３．３　ｎ　ｍの放射が得
られる。第２図に、実施例で使用した分光２３６の一次
回折光と二次回折光の回折光効率を示す。分光器Ｓ内に
装着しである回折格子は、刻線密度３００本／　ｍｍ、
ブレーズ波長１μ７ノ１の近赤外用であり、その−次回
折光を使用する場合、測定波長域は、０．６μｍから２
．５μ７７２である。そして、この回折格子の二次回折
光は、波長０．３μ〃７かも約１μｍの範囲である。本
実施例では、波長０．３μｍから２．０μｎ１４での測
定を目的としており、したがって、前記分光器の一次回
折光では、測定波長域全体をカバーすることができない
。そこで、被測定光源からの放射を、波長０．３μｎｌ
から１μｍの領域と、波長１μｎｌから２、○μ７ｎま
での領域の放射に光学系で分離する。

分離に使用する光学系の一実施例を第３図に示す。

図において、光源６よシ出た放射を積分球７で、前記光
源６の偏光や配光の影響をのぞいたのち、第１のコール
ドミラー８に、ミラー面の法線に対して４５°の入射角
で入射させる。前記コールドミラー８の４５°入射に対
する分光透過率を第４図に示す。図より明らかなように
、コールドミラー８は、４５°入射光に対し、波長０．
３μｍから１．０μｍまでの可視域の放射を反射し、１
．０μｍ以上の赤外域の放射を透過する。これによって
、波長０．３μ〃ｚから１．０μｍまでの可視域の放射
と、１．０μ７７２以上の赤外域の放射の光路を分離す
る。

第３図において、放射９は波長０．３μ７７２から１．
０μ７ｎ−４での放射、放射１０は波長１．０μｍ以上
の放射である。可視域の放射である放射９は、第１の平
面鏡１１に入射し、その光路を９０’曲げられ、さらに
、第２のコールドミラー１２に入射角４５°で入射させ
る。前記第２のコールドミラー１２は、前記第１のコー
ルドミラー８と同一の分光透過特性を持つため、入射し
た可視域放射は、光路を９００変えられ反射し、分光路
５０入射口に導かれる。前記第１のコールドミラー８を
透過した赤外域の放射１ｏは、第２の平面鏡１３に、入
射角４５°で入射し、その光路を９００　変えて反射す
る。反射した放射を光チョッパ１４で光変調し、前記第
２のコールドミラー１２に導く。変調された赤外放射１
５は、先に示した可視放射と、コールドミラー１２によ
って同一光路上に合成され、分光器５の入射口に導かれ
る。このとき、たとえば分光器の波長ダイアルを１．２
μｍに設定してあれば、分光器５の出射口より得られる
放射は、波長１．２μｍの変調された単色光と、波長０
．６μツノｚの変調されない単色光とを合成したもので
ある。

三次以上の高次回折光は、たとえば、波長３０Ｑｎｍ以
下の放射は、前記第１のコールドミラーによりカットさ
れまた、それ以上の波長の放射も、光学系にシャープカ
フ）フィルタを適当に挿入して除去できる。分光器５よ
り得られた２つの波長の放射は、本装置の測定波長域に
わたって感度のある光検出器で、電気信号に変換する。

この実施例では、波長０．３μｍから２．０μｍまで測
定するため、Ｇｅホトダイオードを使用し、得られた電
気信号を可視域の放射と赤外域の放射とに電気回路的に
分離して計測する。第５図に、受光器以降の信号処理の
ブロック図を示す。図において、受光器１６の信号を、
プリアンプ１７で電流・電圧変換を行なう。前記プリア
ンプ１了の出力電気信号は、第６図のようになる。図に
おいて、乙は非変調光すなわち、二次回折光の出力に相
当し、ｂが変調光すなわち一次回折光の出力である。第
６図において、変調光を、非変調光と分離する第１のフ
ィルタ回路１８を通し、交流電圧計１９で計測する。す
なわち、交流電圧計１９の出力は、−次回舌先の出力を
示す。壕だ、前記プリアンプ１了の出力を、変調信号成
分を除去し、直流信号成分のみを取り出す第２のフィル
タ回路２０を通して、直流電圧計２１で計測する。この
とき直流電圧計２１の出力は、二次回折光の出力を示す
。たとえば、分光器の波長ダイアルを１．２μ２ｎに設
定すれば、前記交流電圧計１９の出力は、波長１，２μ
２ノアの放射に対する受光器の出力であり、前記直流電
圧計２１の出力は、波長０．６μｍの放射に対する受光
器の出力である。上記の光学系及び受光ｇ３系において
、前記分光器５０波長ダイアルを、１．０μｍから２．
０μｍまで走査し、各波長での出力を測定する場合、前
記交流電圧計１９の出力すなわち一次回折光の出力から
、波長１．０μｍから２．○μ２ｎまでの分光分布が、
また、前記直流電圧計２１の出力、すなわち二次回折光
の出力から、波長０．５μｍから１．０μｍ−４での分
光分布が同時に得られる。さらに、波長０．３μｍから
０．５μｍまでの領域は、波長ダイアル０．６μｎ１か
ら１．０μ７ＪＩまでの走査により、二次光の出力とし
て、その分光分布が得られる。

以上に示した実施例では、−次回指光と二次回折光とを
１つの受光素子で同時に検出し、信号処理系で両者を分
離する場合について示したが、２つの受光素子が１つの
セルになった複合受光器を使用する場合も考えられる。

この場合、２つの受光素子の分光感度が、−次回指光と
二次回折光にそれぞれ対応していればよい。本発明の第
二の実施例として、先に示した光学系にＳｉ、ＰｂＳ複
号受光素子を使用したものを示す。第６図にＳｉ　、　
Ｐｂ　Ｓ複合受光素子の構造を示す。図において、２２
はＳ１ホトダイオード、２３はＰｂＳ光導電セルである
。第７図で明らかなように、Ｓ１ホトダイオード２２と
ｐｂｓ光２ｇ電セル２３とは、Ｓ１ホトダイオードが受
光部窓２４の側に、両者が同軸上に位置している。これ
によってＰｂＳ光導電セル２３の受光部への光は、必ず
Ｓ１ホトダイオード２２を透過したものとなる。　Ｓ１
ホトダイオード２２は、それに使用しである電極も含め
て波長１．１μ７７２以上の放射を透過する。これによ
って、ＰｂＳ光導電セルは、波長１．１μｎｌの短波長
カットフィルタを装着した形となっている。第８図にＳ
ｉ、ＰｂＳ複合受光素子の分光感度を示す。Ｓ１ホトダ
イオード２２の分光感度は波長０．３μｍ以下から１．
１μｍ程度まであり、またｐｂｓ光導光導電セル波長１
μｍ程度から、２．５μｍ以上まで感度がある。したが
って先に述べた本発明の第一の実施例と同じ光学系を使
用し、受光器として前記Ｓｉ　、Ｐｂ　Ｓ複合受光素子
が使用できる。この場合、波長１．０μｍから２．０μ
ｍまでの光変調された一次回折光を、ｐｂｓ光導光導電
セル波け、波長０．３μｍから１．０μｍまでの光変調
を受けない二次回折光をＳ１ホトダイオードで受ける。

受光出力は、ＳエホトダイオードとＰｂＳ光導電セルが
個々に独立して出ているため、−次回指光と二次回折光
の電気信号の電気回路による分離は必要としない利点が
ある。また、ｐｂｓ光導光導電セル波−次回指光を変調
している光チョッパより、変調の同期信号を取り出し、
これをもとに同期検波整流すなわちロックインアンプを
構成することにより、赤外域でＳＮ比のよい分光」り光
が可能となる。

発明の効果 上記に示したとおり、本発明は、回折または干渉を利用
した分光分散光学系において、被測定光源からの放射を
分散光学系に導く前に、その放射を前記分光分散光学系
の一次回折光の得られる波長域と、二次回折光として得
られる波長域に分離し、一方の波長域の放射を光変調し
、再び両方の放射を合成して、分光分散系に導くことに
より、前記分光分散光学系から、光変調された一次回折
光と変調されない二次回折光が同時に得られ、これらを
同時に１つの光検出２ｇで検出し、電気的に一次回折光
の信号と二次回折光の信号とに分離してそれぞれの放射
強度を得るか、あるいは、同時に分光感度の異なる２つ
の光検出器で、−次回指光と二次回折光とを個々に検出
し、それぞれの放射強度を得ることによって、同時に２
つの波長の分光測光が可能となる。しだがって、分光測
光において、同じ測定波長域に対し波長走査距離を短く
でき、また測定時間の短縮をはかることができる。また
、−次回指光で分光測光可能な波長域を、二次回折光に
つなぐことによって、拡大するとと場合、その二次回折
光の波長領域は０．３μｍから１．５μｍ程度であり、
本発明の方式により、０．３μ２ｎから３μｍの波長域
の測定が可能となる。したがって従来のように、測定波
長域が長い場合、本発明では、途中で回折格子を変換し
たり、あるいは分光器を変換する必要がなく、それによ
り生ずる手間と、光学的位置再現性をとることが難かし
いために生ずる測定精度の低下を解消できる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は回折格子の分光分散光学系の系統図、第２図は
本発明の一実施例で使用した分光器の一次回折光と二次
回折光の回折効率と波長との関係図、第３図は本発明の
一実施例で使用した分光２ｇ入射光学系の構成図、第４
図は本発明の一実施例で使用したコールドミラーの分光
透過率と波長との関係図、第６図は光検出器より得られ
た信号の処理ブロック図、第６図はプリアンプの出力波
形複合受光素子の構造図、第８図はＳｉ、ＰｂＳ複合受
光素子の分光感度と波長との関係図である。 １・・・・・回折格子、５・・・・・・分光２ｇ、６・
・・・・・光源、了・・・・・・積分球、８・・・・・
・第１のコールドミラー、１１・・・・・・第１の平面
鏡、１２・・・・・・第２のコールドミラー、１３・・
・・・・第２の平面鏡、１４・・・・・・光チョッパ、
１６・・・・・・受光器、１７・・・・・・プリアンプ
、１８・・・・・第１のフィルタ回路、１９・・・・・
・交流電圧計、２０・・・・・・第２のフィルタ回路、
２１・・・・・・直流電圧計、２２・・・・・・Ｓ１ホ
トダイオード、２３・・・・・・ｐｂｓ光導電セル。 代理人の氏名　升理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 ！ 第２図 仮　　子　ＯＬ町 第３図 第４図 渡　　張　（μｍ 第　６　図 ↑ 長子　　　　間　　　　（δｅ（−〕 第７図 （イ）　　　　　　　Ｌｌ） 第８図 ｏ−５ｔ、ｏ　　　　　　　ｔｓ　　　　　　　　ｚ、
ｏ　　　　　　　ｚ、ｓプ屹　　　　長　　　Ｃ戸ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放射を光学系で２つの波長域に分離し、一方を変調して
   、同時に回折格子で分散させ、その結果得られた変調さ
   れた、ある次数の分散光と、前記分散光と次数の異なる
   分散光とを、１つの受光セルで同時に受光し、電気信号
   に変換し、さらにその信号を、電気回路的に変調光の電
   気信号と、非変調光の電気信号とに分離し、２つの波長
   の放射を同時に測定できる分光光度計。