KR20150119833A

KR20150119833A - 분광 광도계 및 분광 광도 측정 방법

Info

Publication number: KR20150119833A
Application number: KR1020157002222A
Authority: KR
Inventors: 히사시 시라이와
Original assignee: 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-10-26
Also published as: US20150241276A1; US9746374B2; EP2963399A1; TW201435317A; TWI617791B; CN104603588B; EP2963399B1; CN104603588A; EP2963399A4; JP6255380B2; TW201443407A; JPWO2014133018A1; WO2014133018A1; KR102013474B1

Abstract

분광 광도계이며, 수광한 광을 전기 신호로 변환해서 출력하는 광 검출부와, 복수의 게인 앰프와 복수의 AD 컨버터를 포함하고, 상기 광 검출부로부터의 출력 신호를, 상기 복수의 게인 앰프를 사용해서 복수의 게인으로 증폭시킴과 함께, 상기 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하고, 복수의 광량 데이터로서 출력하는 회로부와, 상기 회로부로부터의 각 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정하는 포화 판정부와, 상기 포화 판정부의 판정 결과에 따라, 상기 복수의 광량 데이터 중 일부 또는 전부의 광량 데이터를 사용해서 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 측정 결과 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분광 광도계 및 분광 광도 측정 방법{SPECTROPHOTOMETER AND SPECTROPHOTOMETRIC MEASUREMENT METHOD}

본 발명은, 분광 광도계 및 분광 광도 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 시료에 백색광을 조사하여, 투과된 광의 양을 측정하고, 시료의 각 파장에 있어서의 흡광도를 측정하는, 소위 분광 광도계가 알려져 있다. 이것은, 시료의 흡광도가, 시료 중의 흡광 물질의 농도에 따라 상이한 것을 이용하여, 시료 중의 성분을 검출하는 것이다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 청과물 등의 검사에 사용되는 분광 광도계로서, 동일 종류의 청과물에 있어서도 밀도나 크기의 차이에 등에 의해 투과 광량이 크게 다른 피측정물에 대해서도 측정 가능한 분광 광도계가 개시되어 있다. 구체적으로는, 메인 수광부와 샘플용 수광부의 2개의 수광부, 증폭기, AD 변환기 등을 설치하고, 먼저 샘플용 수광부로부터 취득되는 값과 미리 설정된 기준값을 비교하여, 당해 비교 결과에 따라, 증폭 회로의 게인을 적절하게 조정하고, 그 후, 메인 수광부로부터의 값을 디지털 데이터로서 판독하는 분광 광도계가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2005-134164호 공보

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 예를 들어 조명 주위의 배광을 측정하는 경우 등, 측정 파장의 범위가 넓고, 또한, 광량 차가 매우 큰 경우(예를 들어, 측정 위치에 있어서 광량 차가 100배에서 1만배 이상인 경우)에는, 고정밀도로 측정할 수 없는 경우가 있다. 또한, 상기 종래 기술에 있어서는, 측정 시에 증폭기의 게인을 조정할 필요가 있으므로, 측정에 시간이 걸린다.

본 발명은, 측정 범위가 넓고, 광량 차가 큰 미지의 분광 파장 분포의 경우라도, 보다 단시간에 그리고 고정밀도로 측정 가능한 분광 광도계를 실현하는 것을 목적으로 한다.

(1) 분광 광도계이며, 수광한 광을 전기 신호로 변환해서 출력하는 광 검출부와, 복수의 게인 앰프와 복수의 AD 컨버터를 포함하고, 상기 광 검출부로부터의 출력 신호를, 상기 복수의 게인 앰프를 사용해서 복수의 게인으로 증폭시킴과 함께, 상기 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하고, 복수의 광량 데이터로서 출력하는 회로부와, 상기 회로부로부터의 각 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정하는 포화 판정부와, 상기 포화 판정부의 판정 결과에 따라, 상기 복수의 광량 데이터 중 일부 또는 전부의 광량 데이터를 사용해서 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 측정 결과 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 분광 광도계이며, 상기 측정 결과 산출부는, 상기 복수의 광량 데이터 중, 상기 포화 판정부에 의해 포화되었다고 판정된 광량 데이터 이외의 일부 또는 전부의 광량 데이터에 기초하여, 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 것을 특징으로 한다.

(3) 상기 (2)에 기재된 분광 광도계이며, 상기 측정 결과 산출부는, 상기 복수의 광량 데이터 중, 상기 포화 판정부에 의해 포화되었다고 판정된 광량 데이터 이외의 일부 또는 전부의 광량 데이터의 합을, 해당 일부 또는 전부의 광량 데이터에 대응하는 상기 게인의 합으로 제산함으로써, 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 것을 특징으로 한다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 포화 판정부는, 상기 복수의 게인 중 가장 큰 게인에 대응하는 상기 광량 데이터부터 순서대로 포화되었는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 회로부는, 상기 복수의 게인 앰프에 접속되는 복수의 영점 조정 회로를 포함하고, 상기 각 영점 조정 회로는, 입력된 신호로부터 최소 노광 시간에서의 암전류 성분을 적게 한 신호를 상기 각 게인 앰프에 출력하는 것을 특징으로 한다.

(6) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 회로부에 있어서, 상기 복수의 게인 앰프의 일부 또는 전부는 단계적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

(7) 상기 (6)에 기재된 분광 광도계이며, 상기 회로부는, 또한, 입력 단자가 상기 광 검출부에 접속되고, 출력 단자가 상기 복수의 영점 조정 회로 중 일부 또는 전부의 영점 조정 회로에 접속되는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 분광 광도계는, 또한, 상기 복수의 AD 컨버터로부터의 각 광량 데이터를 취득하는 광량 데이터 취득부와, 측정 결과 산출부에 의해 산출된 측정 결과를, 상기 각 광량 데이터에 기초해서 보정하는 미광 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 광 검출기는, 수광한 광을 각각 전기 신호로 변환하는 복수의 수광 소자를 갖고, 상기 각 전기 신호를 파장 대역마다 출력하는 것을 특징으로 한다.

(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 복수의 게인은, 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

(11) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 분광 광도계이며, 상기 복수의 게인은 동일한 것을 특징으로 한다.

(12) 분광 광도 측정 방법이며, 수광한 광을 전기 신호로 변환해서 출력하고, 상기 광 검출부로부터의 출력 신호를, 복수의 게인 앰프를 사용해서 복수의 게인으로 증폭시킴과 함께, 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하여, 복수의 광량 데이터로서 출력하고, 상기 각 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정하며, 상기 판정 결과에 따라, 상기 각 광량 데이터 중 일부 또는 전부의 광량 데이터를 사용해서 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 것을 특징으로 한다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 분광 광도계의 구성의 개요에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시한 회로부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 1에 도시한 제어부(104)의 기능적 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 3에 도시한 초기 설정부의 기능적 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 실시 형태에 있어서의 측정 플로우의 개요의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 5에 도시한 측정 결과 산출 처리의 플로우의 상세 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 변형예 1에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 변형예 2에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 발명의 변형예 3에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 상기 실시 형태의 경우에 상당하는 가중치 부여 가산 처리의 계산의 전환에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 가중치 부여 가산 처리의 전환에 있어서, 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 설정하는 변형예에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 가중치 부여 가산 처리의 전환에 있어서, 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 설정하는 변형예에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 가중치 부여 가산 처리의 전환에 있어서, 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 설정하는 변형예에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면에 대해서는, 동일 또는 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 분광 광도계의 구성의 개요에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 분광 광도계(100)는, 예를 들어 셔터부(101), 광 검출부(102), 회로부(103), 제어부(104), 표시부(105), 조작부(106), 기억부(107)를 포함한다.

셔터부(101)는, 제어부(104)로부터의 제어 신호에 따라, 셔터를 개폐시킴으로써, 암전류 측정(셔터 폐쇄)과 광량 측정(셔터 개방)을 가능하게 한다.

광 검출부(102)는, 슬릿부를 통과한 광이 회절 격자 등의 분광 수단을 사용해서 각 파장에 분광한 광을, 복수의 검출기(예를 들어, 포토 다이오드 어레이, CCD 기타)에서 동시에 수광한다. 그리고, 당해 수광한 광을 전기 신호로 변환하여, 파장마다(CH마다) 후술하는 회로부(103)에 출력한다. 즉, 광 검출부(102)는, 소위 멀티 채널형 광 검출기(폴리크로미터)이며, CH마다 전기 신호를 출력한다.

또한, 당해 광 검출부(102)는, 예를 들어 회절 격자를 회전시키거나, 간섭 필터를 전환하는 것 등의 분광 수단을 사용하여, 파장을 변화시키고, 1대의 검출기(예를 들어, 포토 다이오드, 포토 멀티플라이어 기타)에서 파장마다 전기 신호를 검출하는 파장 주사형 광 검출기(모노크로미터)를 사용해도 좋다.

회로부(103)는, 예를 들어 복수의 게인 앰프(203)와 복수의 AD 컨버터(ADC: 204)를 포함한다. 그리고, 광 검출부(102)로부터의 출력 신호를, 복수의 게인 앰프(203)를 사용해서 복수의 게인[예를 들어, 각 게인 앰프(203)에 설정된 게인값]으로 증폭시킴과 함께, 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하고, 복수의 광량 데이터로서 출력한다.

보다 구체적으로는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 초단 증폭기(201), 복수의 영점 조정 회로(202), 복수의 게인 앰프(203), 복수의 AD 컨버터(204)를 포함한다. 또한, 하기에서는 설명의 간략화를 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 회로부(103)가 각각 4개의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)를 갖는 경우에 대해서 설명하지만, 다른 수의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)를 사용해도 되는 것은 물론이다.

초단 증폭기(201)는, 광 검출부(102)에 축적된 전하를 전압 신호로 변환하여, 전압 신호를 각각 복수의 영점 조정 회로(202)에 출력한다.

각 영점 조정 회로(202)는, 소위 영점 조정을 행하는 회로이며, 최소 노광 시간에서의 광 검출부 내지 ADC에 이르는, 소위 암전류 성분을 적게 한다.

각 게인 앰프(203)는, 영점 조정 회로(202)로부터의 출력 신호를, 각 게인 앰프(203)에 설정된 각 게인값에 기초하여 증폭하고, 각 ADC(204)에 출력한다. 또한, 각 게인값의 설정 등에 관한 상세에 대해서는 후술한다.

각 ADC(204)는, 각 게인 앰프(203)로부터의 각 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여, 제어부(104)에 출력한다. 또한, 각 ADC(204)의 분해능은 동일하게 구성해도 좋고, 상이하게 구성해도 좋다.

제어부(104)는, 셔터부(101), 광 검출부(102), 회로부(103) 등을 제어함과 함께, 각 ADC(204)로부터의 출력 신호에 기초하여, 수광한 광의 측정 결과를 산출한다. 그리고, 예를 들어 당해 측정 결과를 표시부(105)에 표시한다. 또한, 제어부(104)의 기능적 구성의 상세에 대해서는 후술한다.

제어부(104)는, 예를 들어 CPU, MPU 등이며, 기억부(107)에 저장된 프로그램에 따라 동작한다. 기억부(107)는, 예를 들어 ROM이나 RAM, 하드 디스크 등의 정보 기록 매체로 구성되고, 제어부(104)에 의해 실행되는 프로그램을 유지하는 정보 기록 매체이다. 또한, 기억부(107)는, 제어부(104)의 워크 메모리로서도 동작한다. 또한, 당해 프로그램은, 예를 들어 네트워크를 통하여 다운로드되어 제공되어도 좋고, 또는, CD-ROM이나 DVD-ROM 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 각종 정보 기록 매체에 의해 제공되어도 좋다.

조작부(106)는, 예를 들어 복수의 버튼이나, 후술하는 표시부(105)와 일체로 형성된 터치 패널로 구성되어, 유저의 지시 조작에 따라, 당해 지시 조작 내용을 제어부(104)에 출력한다.

표시부(105)는, 예를 들어, 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등이며, 제어부(104)로부터의 지시에 따라, 측정 결과 등을 표시한다.

또한, 상기 분광 광도계(100)의 구성은 일례이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 분광 광도계(100)는, 또한, 통신부를 갖고, 외부의 컴퓨터 등과 통신 가능하게 구성해도 좋다. 또한, 필요에 따라, 초단 증폭기(201)나 영점 조정 회로(202)를 생략해도 좋다.

이어서, 도 3을 사용하여, 본 실시 형태에 있어서의 제어부(104)의 기능적 구성의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 하기 제어부(104)의 기능적 구성은 일례이며, 본 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 제어부(104)는, 기능적으로, 초기 설정부(301), 광량 데이터 취득부(302), 포화 판정부(303), 측정 결과 산출부(304), 측정 결과 정보 생성부(305), 변경 지시 정보 생성부(306)를 포함한다.

초기 설정부(301)는, 노광 시간의 설정 등의 초기 설정을 행한다. 구체적으로는, 예를 들어 초기 설정부(301)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 기능적으로, 게인값 등록부(401), 노광 시간 설정부(402), 0점 설정부(403), 셔터 제어부(404)를 포함한다.

게인값 등록부(401)는, 예를 들어 각 CH의 광량 데이터를 측정하고, 상세한 게인값을 산출해서 등록을 행한다.

노광 시간 설정부(402)는, 예를 들어 조작부(106)를 통해서 입력된 노광 시간에 따라, 광 검출부(102)의 노광 시간을 설정한다. 또는, 측정 대상의 광량에 맞추어, 노광 시간을 자동으로 조정한다.

셔터 제어부(404)는, 노광 시간이 설정되면, 셔터부(101)의 셔터를 폐쇄한다. 또한, 셔터 제어부(404)는, 후술하는 암전류의 측정이 종료되면, 셔터부(101)의 셔터를 개방한다.

0점 설정부(403)는, 셔터부(101)가 폐쇄되었을 때에 있어서의, 최소 노광 시간에서의 각 ADC(204)로부터의 출력이 0 부근(0 이상이고, 0 가까이)이 되도록, 각 영점 조정 회로(202)를 설정한다. 수동 설정이라도 된다.

광량 데이터 취득부(302)는, 각 ADC(204)로부터의 출력 신호(광량 데이터)를 취득한다. 또한, 하기에서는, 설명의 간략화를 위해, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 회로부(103)가 각각 4개의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)를 갖는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 하기에서는, 각 게인 앰프(203)에 설정된 게인값을 G1 내지 G4로 나타내고, 대응하는 각 ADC(204)의 광량 데이터를 ADC1 내지 ADC4로서 나타낸다. 또한, 게인값은, G1＜G2＜G3＜G4로 설정된 것을 상정한다. 또한, n(n은 자연수) 채널(CH)에 대응하는 광량 데이터를 ADC(n)로서 나타낸다. 또한, 하기에서는, 설명의 간략화를 위해, 주로 채널의 표시(n)를 생략하지만, 채널마다 동일한 처리를 행하는 것은 물론이다.

포화 판정부(303)는, 광량 데이터 취득부(302)에서 취득한 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 포화 판정부(303)는, 노광 시간 설정 단계에 있어서는, 셔터부(101)가 개방된 상태에 있어서, 게인값이 가장 작은 값(G1)으로 설정된 게인 앰프(203)에 기초한 광량 데이터(ADC1)를 취득하고, 당해 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 포화되었다고 판단한 경우에는, 변경 지시 정보 생성부(306)는, 예를 들어 노광 시간을 짧게 하도록 지시를 행하고, 포화가 일어나지 않는 노광 시간으로 한다.

한편, 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)는, 포화 판정부(303)의 판정 결과에 따라, 복수의 광량 데이터 중 전부의 광량 데이터를 사용해서 수광한 광의 측정 결과를 산출한다. 구체적으로는, 예를 들어 복수의 광량 데이터 중, 포화 판정부(303)에 의해 포화되었다고 판정된 광량 데이터 이외의 전부의 광량 데이터의 합을, 전부의 광량 데이터에 대응하는 게인의 합으로 제산함으로써 산출한다.

보다 구체적으로는, 예를 들어 당해 측정 결과 산출 처리에 있어서는, 포화 판정부(303)는, 게인값이 가장 크게 설정된 광량 데이터(ADC4)부터 순서대로 포화되었는지 여부를 판정하고, 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)는, 포화되지 않은 모든 광량 데이터 및 당해 광량 데이터에 대응하는 게인값을 사용해서 후술하는 가중치 부여 가산 처리를 행한다. 이에 의해, 단순히 포화되지 않았다고 판단된 광량 데이터를 사용하는 것보다, 더욱 정밀도가 높은 측정이 가능하게 된다. 또한, 불연속인 게인이라도, 게인 간의 데이터에 연속성을 갖게 할 수 있다. 이하, 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 포화 판정부(303)는, 게인값이 가장 크게 설정된 광량 데이터(ADC4)가 포화되었는지 여부를 판정한다.

ADC4가 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다. 구체적으로는, 예를 들어, 하기의 식과 같이 ADC4 내지 ADC1의 합을, 당해 ADC4 내지 ADC1에 대응하는 게인값 G1 내지 G4의 합으로 제산하는 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다. 또한, 하기 식에 있어서, CH(n)는 채널 n의 측정 결과를 나타낸다.

한편, 포화되었다고 판정한 경우에는, 다음에 게인값이 크게 설정된 광량 데이터(ADC3)가 포화되었는지 여부를 판정한다. ADC3이 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다. 구체적으로는, 예를 들어 하기 식과 같이 ADC3 내지 ADC1의 합을, 당해 ADC3 내지 ADC1에 대응하는 게인값 G1 내지 G3의 합으로 제산하는 가중치 부여 처리를 행하게 한다.

이하, ADC2 및 ADC1에 대해서도 동일한 처리를 행한다. 또한, 모든 채널(CH)에 대해서 동일한 처리를 행하는 것은 물론이다. 또한, 포화 판정부(303) 및 측정 결과 산출부(304)의 처리의 더욱 상세한 플로우에 대해서는 후술한다.

측정 결과 정보 생성부(305)는, 측정 결과 산출부(304)에서 산출된 측정 결과에 기초하여, 예를 들어 표시부(105)에 표시하기 위해서 측정 결과 정보를 생성하여, 표시부(105)에 표시한다. 측정 결과 정보는, 예를 들어 횡축에 파장, 종축에 강도를 나타낸 그래프 형식으로 표시된다.

이어서, 도 5를 사용하여, 본 실시 형태에 있어서의 측정 플로우의 개요의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 다음의 플로우는 일례이며, 본 실시 형태에 있어서의 측정 플로우는, 하기에 한정되는 것은 아니다.

노광 시간 설정부(402)는, 예를 들어 조작부(106)를 통해서 입력된 노광 시간에 따라, 광 검출부(102)의 노광 시간을 설정한다(S101). 셔터 제어부(404)는, 셔터부(101)의 셔터를 폐쇄하고(S102), 광량 측정, 즉, 각 ADC(204)로부터의 출력 신호의 취득을 개시한다(S103).

셔터가 폐쇄된 상태에 있어서의 각 ADC(204)로부터의 출력 신호를 암전류 데이터로서 취득하여, 암전류 데이터를 측정한다(S104). 셔터 제어부(404)는, 셔터를 개방한다(S105).

이어서, 광량 측정을 행하고(S106), 포화 판정부(303)는 셔터부(101)가 개방된 상태에서, 게인값이 가장 작은 값(G1)으로 설정된 게인 앰프(203)에 기초한 광량 데이터(ADC1)를 취득하여, 당해 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정한다(S107).

그리고, 포화 판정부(303)가 포화되었다고 판정한 경우에는, S101에 복귀되어, 새롭게 설정된 노광 시간에 기초하여, S102 내지 S107의 처리를 행한다.

한편, S106에서, 포화 판정부(303)가 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출 처리를 행한다(S108). 그리고, 산출된 측정 결과를 표시부(105)에 표시한다(S109).

이어서, 도 6을 사용하여, S107의 측정 결과 산출 처리 플로우의 상세 일례에 대해서 설명한다. 또한, 하기 측정 결과 산출 처리 플로우는 일례이며, 본 실시 형태에 있어서의 측정 결과 산출 처리 플로우는 하기에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 예를 들어 광량 측정, 즉, 각 ADC(204)로부터의 각 광량 데이터(ADC1 내지 ADC4)를 취득한다(S201). 이어서, 포화 판정부(303)는, 게인값이 가장 크게 설정된 광량 데이터(ADC4)가 포화되었는지 여부를 판정한다.(S202). ADC4가 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 상기 식 1에 나타낸 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다(S203).

한편, 포화되었다고 판정한 경우에는, 다음에 게인값이 크게 설정된 광량 데이터(ADC3)가 포화되었는지 여부를 판정한다(S204). ADC3이 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 상기 식 2에 나타낸 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다(S205).

한편, 포화되었다고 판정한 경우에는, 다음에 게인값이 크게 설정된 광량 데이터(ADC2)가 포화되었는지 여부를 판정한다(S206). ADC3이 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 식 3에 나타낸 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다(S207).

한편, 포화되었다고 판정한 경우에는, 다음에 게인값이 크게 설정된 광량 데이터(ADC1)가 포화되었는지 여부를 판정한다(S208). 포화되었다고 판정한 경우에는, S102에 복귀된다. 한편, ADC3이 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 측정 결과 산출부(304)에 식 4에 나타낸 가중치 부여 가산 처리를 행하게 한다(S209).

또한, 상기에 있어서는, 설명의 간략화를 위해, 1개의 CH에 대해서만 설명했지만, 모든 CH에 대해서 동일한 처리를 행하는 것은 물론이다. 또한, 상기에서는, 설명의 간략화를 위해, 회로부(103)가 각각 4개의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)를 갖는 경우에 대해서 설명했지만, 다른 수의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)를 갖는 경우에 대해서도 동일한 처리를 행하는 것은 물론이다.

본 실시 형태에 의하면, 측정 파장의 범위가 넓고, 또한, 측정 위치에 의해 광량 차가 큰 미지의 분광 파장 분포의 경우라도, 더욱 단시간, 또한, 더욱 고정밀도로 측정 가능한 분광 광도계를 실현할 수 있다.

본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서 나타낸 구성과 실질적으로 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성으로 치환할 수 있다.

예를 들어, 상기 측정 결과 산출 처리에 있어서는, 포화 판정부(303)가, 게인값이 가장 크게 설정된 광량 데이터(ADC4)부터 순서대로 포화되었는지 여부를 판정하고, 포화되지 않았다고 판단된 광량 데이터 및 당해 광량 데이터에 대응하는 게인값의 전부를 사용해서 가중치 부여 가산 처리를 행하는 경우에 대해서 설명했지만, 예를 들어 포화 판정부(303)의 판정 결과에 따라, 복수의 광량 데이터 중 일부의 광량 데이터를 사용해서 수광한 광의 측정 결과를 산출하도록 구성해도 좋다. 즉, 포화되지 않았다고 판단된 광량 데이터 및 게인값이 당해 광량 데이터보다 작은 게인 앰프(203)로부터의 출력에 기초하는 광량 데이터 중의 일부 광량 데이터 및 대응하는 게인값을 사용해서 가중치 부여 가산 처리를 행하도록 구성해도 좋다.

구체적으로는, 예를 들어, 상기 예에 있어서, ADC4가 포화되지 않았다고 판단된 경우에는, ADC4와 ADC3의 광량 데이터와 당해 ADC4와 ADC3에 대응하는 게인값에 기초하여, 하기 식 5와 같이 가중치 부여 가산 처리를 행하도록 구성해도 좋다. 이 경우, 상기 실시 형태와 비교하여, 측정 결과 산출부(304)의 처리 부담을 더욱 가볍게 할 수 있다.

또한, 상기 가중치 부여 가산 처리 대신, 포화되지 않았다고 판단된 광량 데이터만을 사용하여 측정 결과를 산출하고, 측정 결과로서 표시하도록 구성해도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 측정 결과 산출부(304)는, ADC4가 포화되지 않았다고 판단된 경우에는, ADC4를 G4로 제산하고, 또한, ADC3이 포화되지 않았다고 판단된 경우에는, ADC3을 G3으로 제산함으로써 측정 결과를 산출하는 등이다. 이 경우, 측정 결과 산출부(304)의 처리 부담을 더욱 가볍게 할 수 있다.

또한, 상기에 있어서는, 각 게인 앰프(203)의 게인값이 상이하도록 설정하는 경우에 대해서 설명했지만, 각 게인 앰프(203)의 게인값을 1로 설정할 수 있도록 구성해도 좋다. 이 경우, ADC(204)의 분해능을 올리는 것과 등가로 할 수 있어, 예를 들어 측정 범위에서 강도가 그다지 변화하지 않는 광에 대해서도 더욱 고정밀도로 측정할 수 있다.

[변형예 1]

도 7은, 본 발명의 변형예 1에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 본 변형예에 있어서는, 회로부(103)의 구성이 상기 실시 형태와 상이하다. 기타의 점은, 상기 실시 형태와 마찬가지이며, 동일한 점에 대해서는 설명을 생략한다.

본 변형예에 있어서의 회로부(103)는, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 초단 증폭기(201), 복수의 영점 조정 회로(202), 복수의 게인 앰프(203), 복수의 ADC(204)를 포함한다. 그러나, 본 변형예에 있어서는, 영점 조정 회로(202) 및 게인 앰프(203)를 단계적으로 접속하는 점이 상이하다. 또한, 하기에서는, 도면 중 최상단의 영점 조정 회로(202), 게인 앰프(203), ADC(204)부터 순서대로, 각각, 제1 영점 조정 회로(202), 제1 게인 앰프(203), 제1 ADC(204), 제2 영점 조정 회로(202), 제2 게인 앰프(203), 제2 ADC(204) 등으로 칭한다.

구체적으로는, 본 변형예에 있어서는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 초단 증폭기(201)를 제1 영점 조정 회로(202)에만 접속한다. 그리고, 제1 게인 앰프(203)의 출력을 제2 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속하고, 제2 게인 앰프(203)의 출력을 제3 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속하며, 제3 게인 앰프(203)의 출력을 제4 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속한다. 이에 의해, 고 게인의 게인 앰프(203)의 사용을 피할 수 있다.

기타의 점은, 상기 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서의 게인값 G1 내지 G4는, 상기와 같이 단계적으로 접속된 후의 각 게인 앰프(203)에서 증폭되는 실제의 게인에 상당하는 것은 물론이다. 예를 들어, 본 변형예에 있어서의 각 게인 앰프(203)의 게인값이 1, 5, 5, 5인 경우에는, 상기 실시 형태에 있어서의 게인값은, 1, 5, 25, 125에 상당한다. 또한, 특허 청구 범위에 있어서의 게인은, 본 변형예에 있어서는, 각 단에 있어서의 게인 앰프의 실제 게인(상기 예의 경우, 1, 5, 25, 125)에 상당한다.

[변형예 2]

도 8은, 본 발명의 변형예 2에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 본 변형예에 있어서는, 회로부(103)의 구성이 상기 변형예 1과 상이하다. 기타의 점은, 상기 변형예 1과 마찬가지이며, 동일한 점에 대해서는 설명을 생략한다.

본 변형예에 있어서의 회로부(103)는, 상기 변형예 1과 마찬가지로, 도 8에 도시한 바와 같이, 예를 들어 초단 증폭기(201), 복수의 영점 조정 회로(202), 복수의 게인 앰프(203), 복수의 ADC(204)를 포함한다.

그러나, 본 변형예에 있어서는, 영점 조정 회로(202) 및 게인 앰프(203)의 일부를 단계적으로 접속하는 점이 상이하다. 즉, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 초단 증폭기(201)로부터의 출력을 제1 및 제3 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속한다. 또한, 제1 게인 앰프(203)의 출력을 제2 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속한다. 또한, 제3 게인 앰프(203)의 출력을 제4 영점 조정 회로(202)의 입력에 접속한다. 이에 의해, 고 게인의 증폭기 사용을 피할 수 있음과 함께, 노이즈가 단계적으로 혼입되는 것을 상기 변형예 1과 비교해서 방지할 수 있다.

상기 실시 형태 및 변형예 1 및 2에 나타낸 회로부(103)의 구성은 일례이며, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고, 기타 접속을 사용해도 된다.

[변형예 3]

도 9는, 본 발명의 변형예 3에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 본 변형예에 있어서는, 제어부(104)의 기능적 구성이 상기 실시 형태와 상이하다. 기타의 점은, 상기 실시 형태와 마찬가지이며, 동일한 점에 대해서는 설명을 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 변형예에 있어서의 제어부(104)는, 미광 보정부(901)를 더 갖는다. 미광 보정부(901)는, 측정 결과 산출부(304)로부터 출력되는 출력 신호(출력 결과 신호)를, 광량 데이터 취득부(302)에서 취득된 미광 성분 및 미광 분포 함수에 기초하여, 미광 성분을 제거하도록 보정한다. 구체적으로는, 예를 들어, 하기 식을 사용하여, 미광 보정된 측정 결과를 취득할 수 있다.

여기서, A가 미광 분포 함수 행렬, IB는 미광 보정된 스펙트럼의 열 벡터, CH는 측정 신호 스펙트럼의 열 벡터, M은 총 미광량 스펙트럼의 열 벡터, I는 단위 행렬을 나타낸다. C는, n×n의 미광 보정 행렬에서, [I+A]의 역행렬을 나타낸다. 또한, CH는, 측정 결과 산출부(304)로부터 출력되는 측정 결과 신호에 대응한다. 미광 보정 행렬 C를 1도 산출해 두면, 그 후의 스펙트럼 측정에서는, 미광 보정된 스펙트럼 IB는, IB=C×CH로, 용이하게 산출할 수 있다. 또한, 미광 분포 함수의 측정에 있어서는, 예를 들어 파장 가변 레이저를 사용하여 행하는 것이 바람직하다. 광원과 모노크로미터를 사용하는 것보다 파장 가변 레이저를 사용한 쪽이, 지정 파장 이외의 광 출력이 적기 때문이다.

본 변형예에 의하면, 분광 측정 범위가 큰 경우라도, 더욱 단시간에 고정밀도로 측정 가능한 분광 광도계를 실현할 수 있는 것 외에, 더욱 정밀도가 높은 미광 보정에 대해서도 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 미광 성분의 검출에 대해서, 종래와 같이 노광 시간을 변경해서 별도로 복수회 행할 필요가 없다.

또한, 상기에 있어서는, 예를 들어 상기 도 6의 S203 및 S205에서 나타내는 바와 같이, 광량 데이터 ADC4가 포화되지 않았다고 판단한 경우에는, 상기 식 1의 가중치 부여 가산 처리를 행하는 가산 처리를 행하고, 광량 데이터 ADC4가 포화했지만 광량 데이터 ADC3이 포화되었다고 판단한 경우에는, 상기 식 2의 가중치 부여 가산 처리를 행하는 가산 처리를 행하는 등, 대응하는 게인값에서 증폭된 광량 데이터의 포화 유무에 의해 가중치 부여 가산 처리의 계산을 전환하는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 가중치 부여 가산 처리의 전환 시에, 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 구성해도 좋다. 구체적으로는, 도 10 내지 도 13을 사용하여, 상기 실시 형태의 경우와 비교하여 하기에 설명한다. 또한, 도 10은, 상기 실시 형태의 경우에 상당하는 가중치 부여 가산 처리의 계산 전환에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 도 11 내지 도 13은, 가중치 부여 가산 처리의 전환에 있어서 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 설정하는 변형예에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 게인 계수가 1(G1)과 게인 계수가 10(G2)인 게인 앰프(203)를 사용한 경우, 예를 들어 G2에 대응하는 ADC(204)에 입력되는 광량 데이터가 포화될 때까지[도 10에 있어서의 횡축 0.09에 이르기까지(G1의 광량 데이터가 포화되는 값을 1로 한 경우의 값)]는, 상기 식 3에 도시한 바와 같이, G1에 대응하는 광량 데이터와 G2에 대응하는 광량 데이터가 가중치 부여 가산된다. 그리고, G2에 대응하는 ADC(204)에 입력되는 광량 데이터가 포화되면, 가중치 부여 가산 처리의 계산을 전환하고, 게인 계수가 1(G1)에 대응하는 광량 데이터를 사용하여, 상기 식 4에 나타내는 계산을 행한다. 또한, 도 10에 있어서의 종축은, 정규화된 광량 데이터에 승산되는 가산 계수에 상당한다. 구체적으로는, 당해 가산 계수는, 게인 계수가 G1인 경우에 대해서는 G1/(G1+G2)에 상당하고, 게인 계수가 G2인 경우에 대해서는 G2/(G1+G2)에 상당한다.

이에 반해, 예를 들어 상기 가산 계수를 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 광량 데이터가 포화하는 광량 데이터가 소정의 범위 내(예를 들어, 상기 예의 경우 0.09 내지 0.095) 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화되도록 구성해도 좋다. 이에 의해, 가중치 부여 가산 처리에 사용되는 계산식의 전후(예를 들어, 상기 식 3에서 4로의 전환의 전후)에 있어서도, 연산 증폭기(203)의 게인의 오차에 의한 측정 결과의 변동을 저감시킬 수 있다. 또한, 도 12는, 도 11의 일부를 확대한 도면이다. 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 가중치 부여 가산 처리의 전환 시에, 가산 계수가 매끄럽게 변화되도록 설정한다. 구체적으로는, 예를 들어 cos파 등을 사용해서 매끄럽게 변화되도록 설정한다.

또한, 상기에서는, 설명의 간략화를 위해, 2의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로부터 1의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로 전환되는 경우에 대해서 설명했지만, 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 4의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로부터 3의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로 전환되는 경우나, 3의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로부터 2의 게인값을 사용하여 측정 결과를 산출하는 경우로 전환되는 경우 등, 가중치 부여 가산 처리의 각 전환 타이밍에, 광량 데이터가 포화되는 광량 데이터가 소정의 범위 내에서 매끄럽게 가산 계수가 변화하도록 구성해도 좋다.

본 발명은, 상기 실시 형태 및 변형예 1 내지 3 등에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서 나타낸 구성과 실질적으로 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성으로 치환할 수 있다. 예를 들어, 변형예 1 내지 2와 변형예 3을 조합해서 사용해도 되는 것은 물론이다.

Claims

수광한 광을 전기 신호로 변환해서 출력하는 광 검출부와,
복수의 게인 앰프와 복수의 AD 컨버터를 포함하고, 상기 광 검출부로부터의 출력 신호를, 상기 복수의 게인 앰프를 사용해서 복수의 게인으로 증폭시킴과 함께, 상기 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하고, 복수의 광량 데이터로서 출력하는 회로부와,
상기 회로부로부터의 각 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정하는 포화 판정부와,
상기 포화 판정부의 판정 결과에 따라, 상기 복수의 광량 데이터 중 일부 또는 전부의 광량 데이터를 사용해서 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 측정 결과 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항에 있어서, 상기 측정 결과 산출부는, 상기 복수의 광량 데이터 중, 상기 포화 판정부에 의해 포화되었다고 판정된 광량 데이터 이외의 일부 또는 전부의 광량 데이터에 기초하여, 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제2항에 있어서, 상기 측정 결과 산출부는, 상기 복수의 광량 데이터 중, 상기 포화 판정부에 의해 포화되었다고 판정된 광량 데이터 이외의 일부 또는 전부의 광량 데이터의 합을, 해당 일부 또는 전부의 광량 데이터에 대응하는 상기 게인의 합으로 제산함으로써, 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포화 판정부는, 상기 복수의 게인 중 가장 큰 게인에 대응하는 상기 광량 데이터부터 순서대로 포화되었는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로부는, 상기 복수의 게인 앰프에 접속되는 복수의 영점 조정 회로를 포함하고, 상기 각 영점 조정 회로는, 입력된 신호로부터 암전류 성분을 적게 한 신호를 상기 각 게인 앰프에 출력하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로부에 있어서, 상기 복수의 게인 앰프의 일부 또는 전부는 단계적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제6항에 있어서, 상기 회로부는, 또한, 입력 단자가 상기 광 검출부에 접속되고, 출력 단자가 상기 복수의 영점 조정 회로 중 일부 또는 전부의 영점 조정 회로에 접속되는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 광도계는, 또한,
상기 복수의 AD 컨버터로부터의 각 광량 데이터를 취득하는 광량 데이터 취득부와,
측정 결과 산출부에 의해 산출된 측정 결과를, 상기 각 광량 데이터에 기초해서 보정하는 미광 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 검출기는, 수광한 광을 각각 전기 신호로 변환하는 복수의 수광 소자를 갖고, 상기 각 전기 신호를 파장 대역마다 출력하는 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 게인은, 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 게인은 동일한 것을 특징으로 하는, 분광 광도계.
수광한 광을 전기 신호로 변환해서 출력하고,
상기 광 검출부로부터의 출력 신호를, 복수의 게인 앰프를 사용해서 복수의 게인으로 증폭시킴과 함께, 복수의 AD 컨버터를 사용해서 디지털 신호로 변환하여, 복수의 광량 데이터로서 출력하고,
상기 각 광량 데이터가 포화되었는지 여부를 판정하며,
상기 판정 결과에 따라, 상기 각 광량 데이터 중 일부 또는 전부의 광량 데이터를 사용해서 상기 수광한 광의 측정 결과를 산출하는, 분광 광도 측정 방법.