JPS636426A

JPS636426A - 分光測光装置

Info

Publication number: JPS636426A
Application number: JP15076586A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Ishida; 石田　一幸; Takeo Ozaki; 尾崎　建夫; Susumu Suzuki; 進鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-01-12
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0812108B2

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、被測定光を分光スペクトルに展開する分光器
２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側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）前述した光電測光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λｌ〜λｎの範囲の測光を行っていたが、
前記ずれが発生するとλ２〜λｍの範囲の光を受は入れ
この範囲に含まれる光をλ１〜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堤供することにある。

（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）食出器に接続
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。

（実施例）以下、図面等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５ＩＴ３０１の
光電陰極の上のスペクトルの輝度をＯ〜１００　（％）
とし、光電陰極面上最上部に入射する波長をλ１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２ｗ　（ｎｍ）とする。

第２図に示されてい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３３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
を通過な光強度に減光Ｖ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７）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折格子２０３に入射させら
れる。

凹面回折格子２０３は微弱光の測定を可能にするために
、レンズ系２反射ミラー、他の光学系を少なくする目的
で選定した。

この凹面回折格子２０３に入射した光は、波長の列とし
で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Ｓ■Ｔ３０１の光電陰極
面に焦点を結ぶ。

本装置の場合凹面回折格子の波長範囲４００〜８００ｎ
ｍ、分散１６ｎｍ／ｍｍであるが、５ＩＴ３０１の撮像
視野をｌＱｘｌＱｍｍとしているので、１６Ｘ１０＝１
６０ｎｍの範囲が撮像されることになる。

そして前記４００〜ｓ　ｏ　ｏ　ｎｍ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５ＩＴ３０１の構造を、第６図に５ＩＴ３０１
のゲイン特性を示す。

第５図左側において凹面回折格子２０３からのスペクト
ルと５ＩＴ３０１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５ＩＴ３０１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プロ・ツクである
。

検出器３の前記５ＩＴ３０１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。

５ＩＴ３０１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Ｔｏ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（ｎ　ｍ　）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（Ｔｏ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（ｎ　ｍ）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λｘｘ
ｘに表示される。

同様にλ１−λ２、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Ｔｏ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
Ｔｏ時において■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Ｏ５逆の場合は負の値（±△
ｅ）となって、４１５に出てくる。

このデータは１／に倍され加算５４１８に入力される。

１／にの意味はアナログ回路の０９１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（Ｔｏ時）の光強度補正信号
ＥｏをＴ、時まで保持し、Ｔ１時の補正時にＥ、＝Ｅ、
±△ｅ１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５
ＩＴ３０１の光電陰極に印加する電圧を第７図の高圧電
源３０３を介して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コンバーク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接続し
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・・・グラフインクメモリ５・・・モニタ特許出願人　浜松ホトニクス株式会社代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　貴方１　図（分光測光賃ｉり・馬２図（波長・光狸度補正表示図）外′３図４４１１卓光２！装置（柵準光源装置回路図）ＳＩ入射スリットＲＩ反灯恒Ｇ：凹面回折格子Ｄ：高感度撮像管（ＳＩＴ）芳５図＋ｌＶ＋〜−ＨＶ２（ｋＶ）高感度撮像管（ＳＩＴ）Ｐｈｏｔｏｃａｔｈｃｄｅ　ｍｔａｑｅ　（ｋＶ）（高
感度撮像管（ＳＩＴ）のゲイ〉特性）石８図（演算器）力１匹（＠間経過と補正の関係）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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接続
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
するように構成したことを特徴とする分光測光装置。
（２）前記検出器は高感度撮像管である特許請求の範囲
第１項記載の分光測光装置。
（３）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。
（４）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。