TW201421001A - 分光特性量測裝置以及分光特性量測方法 - Google Patents
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Abstract
分光特性量測裝置係包含:分光器,係因應於波長使所射入之光在空間上分散;及檢測部(25),係用以對藉該分光器所分散的光進行受光。檢測部(25)係包含:第1波長範圍之成分所射入的第1檢測區域(25a);及比第1波長範圍更長波長側之第2波長範圍之成分所射入的第2檢測區域(25b)。分光特性量測裝置係包含修正因量測對象之光而在檢測部所產生之雜散光的修正部。修正部(100)係根據關於雜散光圖案之在第1波長範圍之波長的第1變化量、與關於檢測部之在第1檢測區域所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正雜散光圖案,藉此,算出因量測對象之光所產生的雜散光成分。
Description
本發明係有關於可減少雜散光之影響的分光特性量測裝置以及分光特性量測方法。
自以往,作為用以評估發光體等之技術,廣為使用分光量測。在這種分光量測所使用之分光特性量測裝置,一般以分光器將來自量測對象之發光體等的被量測光分光成各個波長成分,再以檢測部檢測出已被分光之各波長成分。為了儘量減少被量測光以外的影響,分光器或檢測部係被收容於筐體內。
可是,現實上,檢測部之檢測結果係會受到在筐體內部所散射之光、在分光器表面所擴散反射之光、及具有量測次數以外之次數的光等的影響。一般,這些光係被稱為「雜散光」。為了抑制這種意外之雜散光的影響,提議各種方法。
例如,日本特開2010-117343號公報揭示一種光學特性量測裝置,該裝置係根據在修正區域(以分光器所分光之光不會射入的區域)所檢測出之信號強度,算出修正值,再從在檢測區域(與來自分光器之光的入射面對應的區域)所檢測
出之量測頻譜所含的各成分值減去該算出的修正值,藉此,算出修正量測頻譜,而可在更短時間且高精度地測量頻譜。
日本特開平11-030552號公報係揭示一種雜散光修正方法,該方法係正確地估計在藉具有多個受光元件之受光器測量從分光光度計之分散光學系統所引導之光的情況所產生之雜散光的影響,作為該分光光度計之量測常數,除去其影響。
日本特開2009-222690號公報係揭示一種可從量測資料除去雜散光之便宜的分光量測器。
在日本特開2010-117343號公報所揭示之光學特性量測裝置,係以在具有檢測靈敏度之波長範圍的整體雜散光成分係一樣為前提,但是根據裝置構成,雜散光成分在波長範圍之整體未必一樣。
在日本特開平11-030552號公報所揭示之雜散光修正方法,需要算出以各受光元件所測量之受光信號強度、與藉對應於該波長之受光元件所測量之受光信號強度的比如與構成檢測部之受光元件的個數相同之次數。因此,需要比較長的時間。
在日本特開2009-222690號公報所揭示之分光量測器係從使用關於△λ之分光放射照度來修正雜散光成分的觀點較佳,但是需要使用2個濾波器或濾波器群,而無法使量測迅速化,而且裝置構成變得複雜。又,難使2個濾波器之特性完全一致,而難提高分光頻譜之量測精度。進而,因為只能在濾波器之截止特性的範圍修正雜散光,所以僅在檢測部可檢測
出之波長範圍的一部分能用於實際的檢測。
[專利文獻1]日本特開2010-117343號公報
[專利文獻2]日本特開平11-030552號公報
[專利文獻3]日本特開2009-222690號公報
要求實現減少雜散光之影響,並可在更短時間且高精度地測量分光特性之分光特性量測裝置以及分光特性量測方法。
根據本發明之一實施形態的分光特性量測裝置係包含:分光器,係因應於波長使所射入之光在空間上分散;及檢測部,係用以對藉該分光器所分散的光進行受光。檢測部係包含:第1波長範圍之成分所射入的第1檢測區域;及比第1波長範圍更長波長側之第2波長範圍之成分所射入的第2檢測區域。分光特性量測裝置係包含:濾波器,係配置於分光器之前段,並用以截止第1波長範圍;及記憶部,係用以記憶表示在檢測部所產生之雜散光的雜散光圖案。雜散光圖案係從在檢測部檢測出在第2波長範圍中之長波長側之一部分的波長範圍具有強度之基準光的結果所取得者。分光特性量測裝置係包含用以修正因量測對象之光而在檢測部所產生之雜散光的修正部。修正部係根據關於雜散光圖案之在第1波長範圍之波長的第1變化量、與關於檢測部之在第1檢測區域所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正雜散光圖案,藉此,算出因量
測對象之光所產生的雜散光成分。
修正部係根據第1變化量及該第2變化量,使雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小較佳。
修正部係因應於擴大或縮小之雜散光圖案與檢測出量測對象之光所得的量測頻譜之在第1波長範圍的振幅差,進行已擴大或縮小之雜散光圖案的偏置值修正更佳。
修正部係將雜散光圖案修正成在第2波長範圍,檢測出量測對象之光所得的量測頻譜與其波形一致較佳。
第1及第2變化量係包含關於波長之傾斜較佳。
根據本發明之別的實施形態的分光特性量測方法係包含:入射步驟,係對與分光器被賦予關聯,並包含構成為第1波長範圍之成分所射入的第1檢測區域、與比第1波長範圍更長波長側之第2波長範圍之成分所射入的第2檢測區域的檢測部,使在第2波長範圍具有強度之量測對象的光射入;及修正步驟,係對檢測部之檢測結果,修正因量測對象之光所產生的雜散光成分。修正步驟係包含讀出表示在檢測部所產生之雜散光的雜散光圖案的步驟。雜散光圖案係從在檢測部檢測出在第2波長範圍中之長波長側之一部分的波長範圍具有強度之基準光的結果所取得者。修正步驟係包含算出步驟,該算出步驟係根據關於雜散光圖案之在第1波長範圍之波長的第1變化量、與關於檢測部之在第1檢測區域所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正雜散光圖案,藉此,算出因量測對象之光所產生的雜散光成分。
修正步驟係包含根據第1變化量及該第2變化
量,使雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小的步驟較佳。
修正步驟係包含因應於已擴大或縮小之雜散光圖案與檢測出量測對象之光所得的量測頻譜之在第1波長範圍的振幅差,進行擴大或縮小之雜散光圖案的偏置值修正的步驟更佳。
修正步驟係包含將雜散光圖案修正成在第2波長範圍,檢測出量測對象之光所得的量測頻譜與其波形一致的步驟較佳。
第1及第2變化量係包含關於波長之傾斜較佳。
從與附加的圖面相關聯地理解之關於本發明之如下的詳細說明將明白本發明之上述及其他的目的、特徵、形態及優點。
1‧‧‧分光特性量測裝置
2‧‧‧量測器本體
4‧‧‧光纖
6‧‧‧偵測器
20‧‧‧光取入口
21‧‧‧快門
22‧‧‧縫隙
23‧‧‧內部截止濾波器
24‧‧‧分光器
25‧‧‧光檢測器
25a‧‧‧修正區域
25b‧‧‧有效檢測區域
26‧‧‧光吸收部
27‧‧‧筐體
31‧‧‧外部截止濾波器
100‧‧‧處理裝置
101‧‧‧CPU
102‧‧‧記憶體
103‧‧‧監視器
104‧‧‧滑鼠
105‧‧‧鍵盤
106‧‧‧匯流排
107‧‧‧固定碟片
107a‧‧‧修正邏輯
107b‧‧‧雜散光圖案
108‧‧‧通訊介面
109‧‧‧CD-ROM驅動器
110‧‧‧CD-ROM
202、222、234‧‧‧減法部
204‧‧‧底位置探索部
206‧‧‧雜散光圖案產生部
210‧‧‧記憶部
224‧‧‧緩衝器
226‧‧‧比率算出部
228‧‧‧高度修正值算出部
230‧‧‧乘法部
232‧‧‧加法部
第1圖係根據實施形態之分光特性量測裝置的外觀圖。
第2圖係根據本實施形態之量測器本體的示意剖面圖。
第3圖係根據本實施形態之量測器本體所內建的光檢測器之檢測面的模式圖。
第4A圖及第4B圖係表示根據本實施形態之分光特性量測裝置之從光檢測器所輸出的檢測結果之一例的概念圖。
第5圖係表示從第4B圖所示之基準光所產生之雜散光頻譜的量測例。
第6圖係表示從第5圖所示的雜散光頻譜所算出之雜散光圖案的一例。
第7圖係說明由在根據本實施形態之量測器本體所產生的0階光所引起之雜散光之空間性強度分布的模式圖。
第8A圖及第8B圖係在本實施形態從雜散光圖案所算出之
雜散光頻譜的概念圖。
第9圖係表示根據本實施形態的分光特性量測裝置之在處理裝置之控制構造的示意圖。
第10圖係表示根據本實施形態之處理裝置之硬體構成的示意構成圖。
第11圖係在模式上表示與根據本實施形態之雜散光圖案取得相關之處理內容的圖。
第12圖係表示根據本實施形態之與雜散光圖案的取得相關之步驟的流程圖。
第13圖係在模式上表示根據本實施形態之與包含暗修正及雜散光修正的一般量測相關之處理內容的圖。
第14圖係表示與根據本實施形態之包含暗修正及雜散光修正的一般量測相關之步驟的流程圖。
第15圖係使用根據本實施形態之分光特性量測裝置之量測結果的一例。
一面參照圖面,一面詳細說明本發明之實施形態。此外,對圖中相同或相當之部分附加相同的符號,其說明係不重複。
<A.裝置整體構成>
第1圖係根據實施形態之分光特性量測裝置1的外觀圖。
參照第1圖,根據本實施形態之分光特性量測裝置1係測量各種發光體(以下亦稱為「對象物」)的分光特性(典
型上,頻譜)。分光特性量測裝置1係亦可根據該已測量之頻譜,算出對象物之亮度或色相的光學特性。亮度意指對象物之亮度或光度等,色相意指對象物之色度座標、主波長、刺激純度及相關色温等。分光特性量測裝置1係亦可應用於發光二極體(LED:Light Emitting Diode)或平板顯示器(FPD:Flat Panel Display)等之量測。
分光特性量測裝置1包含分光量測器本體(以下稱為「量測器本體」)2與處理裝置100。在量測器本體2,連接在尖端已設置偵測器6之光纖4。從對象物所放射之量測對象的光(以下亦稱為「被量測光」)係從偵測器6所取入,並經由光纖4被導向量測器本體2。
量測器本體2係如後述所示,將向量測器本體2所射入之被量測光進行分光,並向處理裝置100輸出表示其所含之各波長成分之強度的檢測結果(信號強度)。量測器本體2包含:分光器,係用以對被量測光進行分光;及檢測部(光檢測器),係用以對藉分光器所分光之光進行受光。
分光特性量測裝置1係預先記憶在光檢測器所產生之表示雜散光的雜散光圖案,並因應於量測時之狀況修正該雜散光圖案,藉此,算出在各量測所產生之雜散光成分。分光特性量測裝置1係輸出藉由以雜散光成分修正藉測量被量測光所得之頻譜(以下亦稱為「量測頻譜」)而除去由雜散光所引起之誤差的量測結果。分光特性量測裝置1係不僅減少這種由雜散光所造成之誤差的影響,亦減少在光檢測器所流動之暗電流所造成之誤差的影響。
<B.量測器本體的構成>
第2圖係根據本實施形態之量測器本體2的示意剖面圖。參照第2圖,量測器本體2包含快門21、縫隙22、內部截止濾波器23、分光器24、光檢測器25及光吸收部26。這些構成元件係被收容於筐體27內。光取入口20設置於筐體27之一部分。光取入口20係與光纖4連接。藉光纖4所引導之被量測光係射入筐體27內,並沿著光軸Ax傳播。從光取入口20之側依序沿著光軸Ax配置快門21、縫隙22、內部截止濾波器23及分光器24。被量測光係在通過縫隙22及內部截止濾波器23後,向分光器24射入。
快門21係遮斷從筐體27之外部向筐體27內所射入之光。快門21係為了取得相當於在光檢測器25所流動的暗電流所產生之誤差的頻譜(以下亦稱為「暗頻譜」),產生光不射入筐體27內之狀態。例如,快門21係構成為可對光軸Ax在垂直方向位移。藉此,在快門21位於光軸Ax上的情況(以下亦稱為「關閉位置」),遮斷向筐體27內所射入之光。將在已遮斷向筐體27內所射入之光的狀態,測量以光檢測器25所檢測出之暗頻譜的操作亦稱為「暗量測」。為了與該「暗量測」區別,將測量被量測光之頻譜的操作亦稱為「一般量測」。
另一方面,在快門21位於遠離光軸Ax之位置的情況(以下亦稱為「打開位置」),被量測光係被取入筐體27內。在第2圖,舉例表示將快門21設置於筐體27內的構成,亦可設置於筐體27之外部。進而,關於遮斷筐體27內所射入之光的機構,亦可採用任何種類的構成。
分光器24係配置於光軸Ax上,按照波長將沿著光軸Ax上所射入之被量測光分成複數個成分。藉分光器24進行分光所產生之光係被導往光檢測器25。即,分光器24係因應於波長使所射入之光在空間分散。但,光射入分光器24時亦發生0階光,該0階光係被引導至遠離光檢測器25的位置。因為該0階光係成為雜散光之原因,所以藉光吸收部26吸收,以免散射。
分光器24係例如由稱為炫耀全像型之凹面繞射光柵(grating)所構成。此凹面繞射光柵係將所射入之被量測光作為既定之波長間隔的繞射光,在對應之反向反射。因此,以分光器24所分光之光(繞射光)係具有空間擴大性,並朝向光檢測器25所放射。
作為分光器24,亦可替代上述之炫耀全像型之凹面繞射光柵,而採用稱為稱為平焦點型之凹面繞射光柵的任何繞射光柵。
光檢測器25係對藉分光器24所分光之被量測光(繞射光)進行受光。光檢測器25係檢測出所受光之被量測光所含之各波長成分的強度並輸出。即,光檢測器25係對藉分光器24所分散之光進行受光。藉光檢測器25所檢測出之強度係對各波長被賦予對應。因此,來自光檢測器25之檢測結果係表示被量測光之頻譜。光檢測器25係由將代表性之光電二極體等的複數個檢測元件配置成陣列狀的光電二極體陣列(PDA:Photo Diode Array)所構成。或者,亦可採用將光電二極體等之複數個檢測元件配置成陣列狀的CCD(Charge
Coupled Device)。例如,光檢測器25係構成為在200nm~800nm之範圍輸出表示512個(頻道)成分之強度的信號。又,光檢測器25係包含用以將所檢測出之光強度的信號作為數位信號輸出的A/D(Analog to Digital)變換器或周邊電路。
在量測器本體2,分光器24及光檢測器25係在光學上被設計成將所射入之被量測光中從最小波長fmin至最大波長fmax之範圍的成分引導至分光器24。即,量測器本體2具有檢測靈敏度之波長範圍(設計上之可量測的範圍)係從最小波長fmin至最大波長fmax之範圍。
縫隙22係為了實現既定之檢測解析度,而調整被量測光之光束直徑(大小)。例如,縫隙22之各縫隙寬度係被設定成約0.2mm~0.05mm。通過縫隙22後之被量測光係向內部截止濾波器23射入。內部截止濾波器23係配置於與通過縫隙22後之被量測光的焦點位置大致一致的位置。
內部截止濾波器23係配置於是筐體27所取入的被量測光向分光器24射入之光路的光軸Ax上。內部截止濾波器23係遮斷該被量測光所含的波長成分中比既定遮斷波長fcut1更短波長側的光。即,內部截止濾波器23係配置於分光器24之前段,並截止波長範圍fmin~fcut1(第1波長範圍)。截止波長fcut1係被設定成fmin<fcut1<fmax之關係成立。因此,在量測器本體2實質上可檢測出之波長範圍係從截止波長fcut1至最大波長fmax之範圍(以下亦稱為「有效波長範圍」)。
第3圖係根據本實施形態之量測器本體2所內建的光檢測器25之檢測面的模式圖。參照第3圖,光檢測器25
係作為其檢測面,包含:對應於有效波長範圍之有效檢測區域25b與比有效波長範圍更短波長側的修正區域25a。即,在修正區域25a,構成為波長範圍fmin~fcut1(第1波長範圍)之成分射入,在有效檢測區域25b,構成為更長波長側之波長範圍fcut1~fmax(第2波長範圍)之成分射入。在第3圖,表示連續地配置修正區域25a與有效檢測區域25b的例子,但是亦可使兩區域之間分開成截止波長fcut1附近之成分不會射入修正區域25a。
再參照第2圖,在取得量測器本體2之雜散光圖案時,使使用外部截止濾波器31已遮斷既定波長範圍之成分的光(以下亦稱為「基準光」)向量測器本體2射入。外部截止濾波器31係截止量測器本體2之有效波長範圍(波長範圍fcut1~fmax)中位於短波長側之一部分之波長範圍的成分。即,外部截止濾波器31係具有截止波長fcut2(其中,fcut1<fcut2<fmax)之帶通濾波器,僅使具有比截止波長fcut2更長之波長的光透過。因此,藉外部截止濾波器31之存在,向量測器本體2所射入之基準光係僅包含比截止波長fcut2長的成分。外部截止濾波器31係為了取得雜散光圖案所需要,在一般量測時,不必安裝。
<C.修正處理的概要>
其次,說明根據本實施形態之分光特性量測裝置1之誤差的修正處理。如第2圖所示,光射入量測器本體2之筐體27的內部時,會產生雜散光。此外,光檢測器25係由CCD等之半導體組件所構成,在驅動這種半導體組件時暗電流流
動。因該暗電流,亦會在光檢測器25之檢測結果產生誤差成分(暗頻譜)。暗電流之大小係易受到周圍温度的影響,由量測環境所引起,並會隨時間變動。
綜合以上,來自光檢測器25之檢測結果(量測頻譜)係主要包含:(1)被量測光本來之頻譜、(2)在筐體27之內部所產生之雜散光所引起的誤差成分(雜散光頻譜)、(3)在光檢測器25所流動之暗電流所造成的誤差成分(暗頻譜)、及(4)其他的誤差成分。
第4A圖及第4B圖係表示根據本實施形態之分光特性量測裝置1之從光檢測器25所輸出的檢測結果之一例的示意圖。更具體而言,第4A圖係表示某被量測光向量測器本體2射入之情況的例子,第4B圖係表示僅具有量測器本體2之有效波長範圍的一部分(波長範圍fcut2~fmax)的成分的基準光向量測器本體2射入之情況的例子。
參照第4A圖,來自光檢測器25之檢測結果(量測頻譜)係除了被量測光本來之頻譜30以外,還包含由雜散光所引起的之雜散光頻譜40及由暗電流所引起的暗頻譜50。
相對地,如第4B圖所示,使僅具有波長範圍fcut2~fmax之成分的基準光向量測器本體2射入時,成分不存在(即,強度是0)之波長範圍fcut1~fcut2的部分係表示僅反映雜散光頻譜40及暗頻譜50的值。因此,從量測頻譜中與未基準光未具有強度的波長範圍對應之部分的特性值,可算出雜散光頻譜40。此外,關於暗頻譜50,可藉暗量測算出。
第5圖係表示從第4B圖所示之基準光所產生之雜
散光頻譜的量測例。在第5圖所示之例子,將外部截止濾波器31(第2圖)之截止波長設為550nm。又,在第5圖,表示暗修正後(進行除去暗頻譜之修正之後)的結果。
如第5圖所示,得知光檢測器25之頻道編號愈小,即愈短波長側雜散光成分愈大。本發明者們係從如第5圖所示的結果,發現由雜散光所引起的誤差成分(雜散光頻譜)係強烈地受到0階光影響。即,本發明者們係發現在光檢測器25,愈接近0階光之照射位置(第2圖所示之光吸收部26)的頻道,0階光作為雜散光更多地射入。又,雜散光頻譜之大小係與0階光之強度,即向筐體27內所射入之光整體的強度相依地變化,但是在雜散光頻譜之波長區域的波形係與雜散光的強度(絕對值)不相依,而維持大致定值。換言之,本發明者們係得到雜散光圖案係與0階光所射入之位置與分光器24的位置關係、以及分光器24之檢測面的位置及大小等相依,並是各個量測器本體2所固有的新知識。
因此,在根據本實施形態之分光特性量測裝置1,預先取得表示在光檢測器25會產生之雜散光的雜散光圖案,並在各量測時,使用該雜散光圖案動態地產生(預測)雜散光頻譜。使用該動態地產生的雜散光頻譜,修正來自光檢測器25之量測頻譜,藉此,更高精度地測量被量測光本來的頻譜。即,分光特性量測裝置1係包含用以記憶表示在光檢測器25所產生之雜散光之雜散光圖案的記憶部,而且包含用以修正因被量測光而在光檢測器25所產生之雜散光的修正部。
如上述所示之雜散光圖案係從以光檢測器25檢測
出在有效波長範圍(fcut1~fmax)中之長波長側之一部分的波長範圍(fcut2~fmax)具有強度之基準光的結果所取得作為產生用以取得這種雜散光頻譜40所需之基準光的方法係可採用如在第2圖的說明所示之將來自具有既定發光頻譜之光源的光與波長濾波器(外部截止濾波器31)組合的方法。但,本發明係未限定為此方法。
作為替代之方法,亦可使用雷射或LED等之半導體發光組件。因為這種半導體組件係發出特定之波長或既定波長範圍的光,所以可直接產生在量測器本體2之有效波長範圍(fcut1~fmax)中之長波長側之一部分的波長範圍(fcut2~fmax)具有強度之基準光。
第6圖係表示從第5圖所示的雜散光頻譜所算出之雜散光圖案的一例。參照第6圖,雜散光圖案係具有隨著波長變長而其信號強度變小的特性。因此,在雜散光頻譜之波長範圍fcut1~fcut2特定信號強度取最小值的位置(以下亦稱為「底位置」),在比底位置更長波長側(第6圖之區域C),當作信號強度一律是該最小值。將在該底位置之信號強度作為偏置值,並將從雜散光頻譜減去該偏置值的波長作為雜散光圖案來儲存。
第6圖之區域A係理論上被量測光不會射入的區域,在區域A所檢測出之信號強度(暗修正後)係可認為表示量測器本體2內部之雜散光整體的強度。因此,分光特性量測裝置1係藉由比較關於與雜散光圖案之區域A對應之波長的變化量和與測量被量測光所得之量測頻譜的區域A對應之波長的
變化量,從所預先取得之雜散光圖案決定(推測)因應於各量測的雜散光頻譜。即,在從雜散光圖案決定雜散光頻譜的情況,使用在光檢測器25之修正區域25a(參照第3圖)所受光之信號強度的資訊。
第7圖係說明由在根據本實施形態之量測器本體2所產生的0階光所引起之雜散光之空間性強度分布的模式圖。第8A圖及第8B圖係在本實施形態從雜散光圖案所算出之雜散光頻譜的概念圖。
參照第7圖,可認為愈遠離0階光之入射中心,0階光所造成之影響(雜散光之強度)係愈小。又,0階光之強度係可認為與對量測器本體2所射入之被量測光整體的強度(power)大致成正比。例如,如第8A圖所示,在信號強度相對地強之被量測光射入時,雜散光頻譜之振幅及偏置值係變成更大,如第8B圖所示,在信號強度相對地弱之被量測光射入時,雜散光頻譜之振幅及偏置值係變成更小。
各量測時之雜散光頻譜係根據在光檢測器25之修正區域25a所檢測出的信號強度,對雜散光圖案進行比率修正(振幅修正)及高度修正(偏置值修正),藉此算出。即,分光特性量測裝置1係根據關於雜散光圖案之在波長範圍fmin~fcut1之波長的變化量與關於在以光檢測器25之修正區域25a檢測出的結果之波長的變化量,修正雜散光圖案,藉此,算出由被量測光所產生之雜散光成分(雜散光頻譜)。
在比率修正(振幅修正),在雜散光圖案與量測頻譜(暗修正後)之間,算出在波長範圍fmin~fcut1之傾斜(對波長之
信號強度的變化程度)的比率,再按照該算出之比率使雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小。即,作為上述之關於波長之變化量的一例,使用關於波長的傾斜。而且,根據雜散光圖案及量測頻譜之關於波長的變化量(關於波長的傾斜),雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小。
更具體而言,對雜散光圖案及量測頻譜(暗修正後),使用一次近似等算出在波長範圍fmin~fcut1之傾斜。然後,根據如以下所示之數學式,算出傾斜的比率b。
傾斜的比率b=(量測頻譜之在波長範圍fmin~fcut1的傾斜)/(雜散光圖案之在波長範圍fmin~fcut1的傾斜)
然後,藉由對雜散光圖案乘以傾斜之比率b的倒數,算出振幅修正後的雜散光圖案。即,使用傾斜之比率b,根據如以下所示之數學式,對雜散光圖案執行振幅修正。
(振幅修正後之雜散光圖案)=(雜散光圖案)/(傾斜之比率b)
在比率修正(振幅修正),根據在波長範圍fmin~fcut1的傾斜,在波長範圍fmin~fcut1,將雜散光圖案修正成量測頻譜與其波形一致。
在高度修正(偏置值修正),在量測頻譜(暗修正後)與振幅修正後的雜散光圖案之間,從在波長範圍fmin~fcut1之信號強度之差的平均值,算出高度修正值h。
高度修正值h=Σ{(量測頻譜(暗修正後)之成分值)-(振幅修正後之雜散光圖案的成分值)}/頻道數
對振幅修正後之雜散光圖案一律地加上高度修正值h,藉此,算出雜散光頻譜。
(雜散光頻譜)=(振幅修正後之雜散光圖案)+高度修正值h
最後,藉由從量測頻譜除以雜散光頻譜,作為修正後之量測頻譜輸出。
此外,作為關於波長的變化量,未限定為上述之傾斜,只要在雜散光圖案與量測頻譜(暗修正後)之間可使在波長範圍fmin~fcut1之波形一致,亦可使用任何的特徵量。例如,亦可使用多項式,使其與在波長範圍fmin~fcut1之波形近似,使用該近似之多項式所含之係數的比率等。
<D.控制構造>
其次,說明用以實現如上述所示之修正處理的控制構造。第9圖係表示根據本實施形態的分光特性量測裝置1之在處理裝置100之控制構造的示意圖。參照第9圖,處理裝置100係具有用以取得雜散光圖案之控制構造與用以算出量測結果之控制構造。其中,關於用以取得雜散光圖案之控制構造,未必要組裝於處理裝置100,亦可組裝於別的校正裝置等。原則上,這是由於不必頻繁地更新雜散光圖案。
更具體而言,處理裝置100係作為用以取得雜散光圖案之控制構造,包含減法部202、底位置探索部204及雜散光圖案產生部206。另一方面,作為用以算出量測結果之控制構造,處理裝置100係包含減法部222、緩衝器224、比率算出部226、高度修正值算出部228、乘法部230、加法部232及減法部234。
在第9圖,例如,光檢測器25係整體上具有M個檢測元件,其中短波長側之N個(1~N頻道)對應於修正區域
25a(第3圖),剩下之(M-N)個對應於有效檢測區域25b(第3圖)。
在取得雜散光圖案的情況,執行暗量測及對基準光之量測。減法部202係從藉對基準光之量測所取得的頻譜減去藉暗量測所取得的暗頻譜,算出基準光之雜散光頻譜。即,減法部202係執行暗修正。底位置探索部204係在暗修正後之雜散光頻譜的波長範圍fcut1~fcut2探索信號強度成為最小值的位置(底位置)。然後,底位置探索部204係算出對應於底位置之頻道編號及其信號強度(偏置值)。
雜散光圖案產生部206係對雜散光頻譜(暗修正後)一律減去藉底位置探索部204所算出之偏置值,而且將比藉底位置探索部204所算出之底位置更長波長側的成分值設定成0,藉此,產生雜散光圖案。
記憶部210係儲存該產生之雜散光圖案。
其次,說明用以算出量測結果的構成。
在一般之量測時,亦除了對被量測光之量測以外,還執行暗量測。減法部222係從藉對被量測光之量測所取得的量測頻譜減去藉暗量測所取得的暗頻譜,算出量測頻譜(暗修正後)。即,減法222係執行暗修正。
緩衝器224係暫時儲存量測頻譜(暗修正後)。
比率算出部226係從記憶部210讀出雜散光圖案,並算出雜散光圖案之在波長範圍fmin~fcut1的傾斜(對波長之信號強度的變化程度),而且算出量測頻譜(暗修正後)之在波長範圍fmin~fcut1的傾斜,然後,算出2個傾斜之間的比率b。
此外,關於雜散光圖案之在波長範圍fmin~fcut1的傾斜,亦可與雜散光圖案一起預先儲存於記憶部210。比率算出部226係根據在對應於修正區域25a之1~N個頻道所檢測出之信號強度,算出關於量測頻譜(暗修正後)之傾斜。
高度修正值算出部228係從記憶部210讀出雜散光圖案,再在雜散光圖案與量測頻譜(暗修正後)之間,從在波長範圍fmin~fcut1之信號強度之差的平均值,算出高度修正值h。高度修正值算出部228係分別算出在對應於修正區域25a之1~N個頻道的各個所檢測出之信號強度與雜散光圖案之對應之成分的差分,藉此,算出高度修正值h。
乘法部230係從記憶部210讀出雜散光圖案,並對雜散光圖案一律乘以1/b。即,乘法部230係對雜散光圖案執行比率修正(振幅修正)。
加法部232係對振幅修正後之雜散光圖案一律加上高度修正值h。即,加法部232係對雜散光圖案執行高度修正(偏置值修正)。藉此,算出雜散光頻譜。
減法部234係藉由從量測頻譜(暗修正後)減去所算出之雜散光頻譜,算出量測頻譜(雜散光修正後)。
<E.處理裝置的構成>
上述之修正被量測光之頻率的處理係基本上藉處理裝置100所執行。以下,說明處理裝置100的構成。
第10圖係表示根據本實施形態之處理裝置100之硬體構成的示意構成圖。參照第10圖,處理裝置100係代表上由電腦所構成。更具體而言,處理裝置100包含CPU(Central
Processing Unit)101、記憶體102、監視器103、滑鼠104、鍵盤105、固定碟片107、通訊介面(I/F)108及CD-ROM驅動器109。這些組件係經由匯流排106彼此連接。
處理裝置100係典型上,CPU101使用記憶體102等之電腦硬體,執行製程,藉此所實現。
在固定碟片107,儲存:用以實現修正處理之修正邏輯107a、與在該修正處理所使用之雜散光圖案107b。修正邏輯107a係典型上,作為藉CPU101可執行之程式(碼)具體實現化。關於雜散光圖案107b,可採用任意的資料構造。一般,這種程式係儲存於CD-ROM110等之記錄媒體,或經由網路流通。而且,這種程式係藉CD-ROM驅動器109等從記錄媒體所讀取,並暫時儲存於固定碟片107。
CPU101係包含修正邏輯107a。係藉由依序執行各種程式,實施既定計算的計算處理部。記憶體102係因應於在CPU101之程式執行,暫時記憶各種資訊。
監視器103係用以顯示藉CPU101所算出之對象物的亮度或色相等之算出結果的顯示裝置,例如,由LCD(Liquid Crystal Display)或CRT(Cathode Ray Tube)等所構成。
滑鼠104係受理因應於按一下或滑動等之動作之來自使用者的指令。鍵盤105係受理因應於所輸入之鍵之來自使用者的指令。
在處理裝置100,亦可因應於需要,連接列表機等其他的輸出裝置。
通訊介面108係用以仲介處理裝置100與量測器本體2之間之資料通訊的裝置,接收表示從量測器本體2所傳送之量測資料的電性信號,並變換成CPU101可處理之資料形式,而且將CPU101所輸出之指令等變換成電性信號後,向量測器本體2送出。
關於根據本實施形態之修正處理,亦可作成替代如上述所示之以CPU101執行程式所提供的形態,使用專用處理器或IC(積體電路)等,實現其全部或一部分。或者,亦可使用專用LSI(Large Scale Integration)實現。
<F.處理步驟>
(f1:概要)
根據本實施形態之處理步驟係大致分成(1)與雜散光圖案之取得相關的處理(事先處理)、(2)包含在一般量測時之暗修正及雜散光修正的修正處理(一般量測)。以下,說明各個處理的細節。
此外,作為現實之實施形態,在廠商將分光特性量測裝置出貨的前階段,執行與雜散光圖案之取得相關的處理,並將所取得的雜散光圖案裝入該分光特性量測裝置(第10圖之雜散光圖案107b)。而且,;設想在一般之量測時,在分光特性量測裝置之內部,自動執行使用這種雜散光圖案107b之雜散光修正的形態最具一般性。
(f2:雜散光圖案之取得(事先處理))
第11圖係在模式上表示與根據本實施形態之雜散光圖案取得相關之處理內容的圖。參照第11圖,在根據本實
施形態之雜散光圖案的取得處理,取得:頻譜301,係產生使用外部截止濾波器31已截止截止波長fcut2以下之成分的基準光,並使該基準光向量測器本體2射入,藉此檢測出;及暗頻譜302,係將快門21驅動至關閉位置,而在光不射入量測器本體2之狀態所檢測出。然後,藉由從頻譜301減去暗頻譜302(暗修正),算出表示雜散光成分之頻譜303。
對頻譜303進行底位置之探索及偏置量之修正,藉此算出雜散光圖案304。
第12圖係表示根據本實施形態之與雜散光圖案的取得相關之步驟的流程圖。參照第12圖,首先,使用者係準備用以算出雜散光圖案之基準光之頻譜量測所需的治具(步驟S100)。具體而言,準備外部截止濾波器31之配置、或用以產生基準光之光源。量測器本體2及光源係在開始量測前已充分進行老化處理較佳。
然後,執行步驟S102及S104所示之暗頻譜的取得處理。在步驟S102,快門21被驅動至關閉位置,而形成已遮斷光向量測器本體2射入的狀態(步驟S102)。在此狀態,取得在量測器本體2所檢測出之頻譜,作為暗頻譜(步驟S104)。
接著,執行步驟S106及S108所示之用以算出雜散光圖案之頻譜的取得處理。在步驟S106,使用者係使基準光向量測器本體2射入。典型上,基準光係對寬頻帶光源所照射之光,使用外部截止濾波器31(第2圖)截止比截止波長fcut2更短的成分,藉此產生。但,亦可使用雷射或LED等之半導體發光組件,將僅在特定之波長範圍具有強度的光作為基準
光。在此狀態,取得在量測器本體2所檢測出之頻譜(步驟S108)。
此外,關於上述之步驟S102及S104所示之暗頻譜的取得處理、與步驟S106及S108所示之用以算出雜散光圖案之頻譜的取得處理,亦可按照任何順序執行。
然後,執行步驟S110~S118所示之雜散光圖案的算出處理。在步驟S110,藉由從在步驟S108所取得的頻譜減去在步驟S106所取得的暗頻譜,算出基準光之雜散光頻譜。在此減法處理,對對應之各波長分別在2個成分之間執行減法。從在步驟S110所算出之雜散光頻譜探索底位置(步驟S112)。即,在暗修正後之雜散光頻譜的波長範圍fmin~fcut2探索信號強度取最小值之位置。
然後,將在步驟S112所探索之底位置的信號強度作為偏置值,從在步驟S110所算出之雜散光頻譜一律減去該偏置值(步驟S114)。進而,將在步驟S114所算出之頻譜中比底位置更長波長側的信號強度一律設定成0(步驟S116)。根據以上的處理,決定雜散光圖案。此雜散光圖案係典型上,儲存於分光特性量測裝置1之處理裝置100(步驟S118)。
亦可將雜散光圖案在振幅方向規格化。即,亦可將在底位置及比底位置更長波長側的信號強度設定成0,而且將整體比例尺化成信號強度的最大值成為「1」或「255」的值。
(f3:暗修正/雜散光修正(一般量測))
第13圖係在模式上表示根據本實施形態之與包含暗修正及雜散光修正的一般量測相關之處理內容的圖。參照第
13圖,取得使被量測光向量測器本體2射入所檢測出之量測頻譜311、與將快門21驅動至關閉位置而在光不會射入量測器本體2之狀態所檢測出之暗頻譜312。然後,藉由從量測頻譜311減去暗頻譜312(進行暗修正),算出表示被量測光之頻譜313。
另一方面,藉由修正所預先取得之雜散光圖案304,算出因被量測光而將產生之雜散光頻譜314。具體而言,對雜散光圖案304,乘以傾斜之比率的倒數(1/b),進而,一律加上高度修正值h。即,藉由對雜散光圖案304執行比率修正(振幅修正)及高度修正(偏置值修正),算出雜散光頻譜314。如上述所示,關於傾斜之比率b及高度修正值h,係根據雜散光圖案304及頻譜313之波長範圍fmin~fcut1的成分所算出。
藉由從暗修正後之頻譜313減去所算出之雜散光頻譜314,算出表示對象物之分光特性的量測頻譜315。將該頻譜315作為量測結果輸出。
第14圖係表示與根據本實施形態之包含暗修正及雜散光修正的一般量測相關之步驟的流程圖。參照第14圖,首先,執行步驟S200及S202所示之暗頻譜的取得處理。在步驟S200,快門21被驅動至關閉位置,而形成已遮斷光向量測器本體2射入的狀態(步驟S200)。在此狀態,取得在量測器本體2所檢測出之頻譜,作為暗頻譜(步驟S202)。
接著,執行步驟S204及S206所示之被量測光之量測頻譜的取得處理。在步驟S204,使用者係將偵測器6配置成靠近對象物,使從對象物所放射之被量測光經由光纖4向量測器本體2射入(步驟S204)。在此狀態,取得在量測器本體
2所檢測出之量測頻譜(步驟S206)。
在步驟S204及S206,對包含修正區域25a及有效檢測區域25b之光檢測器25執行使在有效波長範圍具有強度之被量測光射入的步驟,該修正區域25a係對分光器24被賦予關聯,並構成為波長範圍fmin~fcut1之成分射入,有效檢測區域25b係構成為比該波長範圍更長波長側之有效波長範圍(波長範圍fcut1~fmax)的成分射入。
關於上述之步驟S200及S202所示之暗頻譜的取得處理、與步驟S204及S206所示之量測頻譜的取得處理,亦可按照任何順序執行。
然後,執行步驟S208~S220所示之修正處理。即,執行對光檢測器25之檢測結果修正因被量測光所產生之雜散光成分的步驟。在步驟S208,藉由從在步驟S206所取得的量測頻譜減去在步驟S202所取得的暗頻譜,算出暗修正後之量測頻譜。在此減法處理,對各波長分別在對應之2個成分之間執行減法。
接著,讀出所預先取得之雜散光圖案(步驟S210)。即,讀出表示在光檢測器25所產生之雜散光的雜散光圖案。如上述所示,雜散光圖案係從以光檢測器25檢測出在有效波長範圍(fcut1~fmax)中長波長側之一部分的波長範圍(fcut2~fmax)具有強度之基準光的結果所取得。
然後,對所讀出之雜散光圖案及量測頻譜(暗修正後),從在波長範圍fmin~fcut1之信號強度算出傾斜之比率b(步驟S212)。又,對對所讀出之雜散光圖案及量測頻譜(暗修正
後),從在波長範圍fmin~fcut1之信號強度算出高度修正值h(步驟S214)。
根據在步驟S212所算出之傾斜的比率b及在步驟S214所算出之高度修正值h,修正雜散光圖案,藉此,算出在這次之量測的雜散光頻譜(步驟S216)。即,在步驟S212~S216,根據關於在雜散光圖案之波長範圍fmin~fcut1的波長的第1變化量、與關於在光檢測器25之修正區域25a所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正雜散光圖案,藉此,算出因被量測光所產生之雜散光成分。
藉由從在步驟S208所取得的量測頻譜(暗修正後)減去所算出之雜散光頻譜,算出已進行暗修正及雜散光修正的量測頻譜(步驟S218)。該修正後之量測頻譜作為結果輸出(步驟S220)。
<G.量測例>
其次,表示使用根據本實施形態之分光特性量測裝置1之量測結果的一例。第15圖係使用根據本實施形態之分光特性量測裝置1之量測結果的一例。
預先取得如第15圖所示之雜散光圖案。然後,在測量來自某對象物之被量測光時,得到如第15圖所示的量測頻譜。此外,在第15圖,表示暗修正後之量測頻譜。
藉由對雜散光圖案進行比率修正(振幅修正)及高度修正(偏置值修正),算出如第15圖所示之雜散光頻譜。然後,藉由從量測頻譜減去雜散光圖案,算出雜散光修正後之雜散光頻譜。
如第15圖所示,得知藉由進行根據本實施形態之雜散光修正,可排除易受到0階光的影響之在短波長側之雜散光的影響。
<H.變形例>
(h1:第1變形例)
在上述之實施形態,舉例說明分別以獨立之裝置構成量測器本體2及處理裝置100的情況,但是亦可一體化地構成兩裝置。
(h2:第2變形例)
在第2圖所示之量測器本體2,使用內部截止濾波器23,實現光不會射入筐體27內之修正區域25a,但是亦可將修正區域25a設置於藉分光器24所反射之任何的光都不會射入的任意位置。
(h3:第3變形例)
亦可本發明之程式係在作為電腦之作業系統(OS)的一部分所提供之程式模組中按照既定排列在既定時序叫出所需的模組,並執行處理者。在此情況,在程式本身不含該模組,而以與OS協同動作之方式執行處理。這種不含模組之程式亦可包含於本發明之程式。
進而,亦可本發明之程式係以裝入其他的程式之一部分的方式所提供者。在此情況,亦在程式本身係不含該其他的程式所含的模組,而以與其他的程式協同動作之方式執行處理。這種在其他的程式所裝入之程式亦可包含於本發明之程式。
進而,亦可藉專用之硬體構成藉本發明之程式所實現之功能的一部分或全部。
<I.優點>
若依據本實施形態,預先在分光特性量測裝置1取得表示在量測器本體2會固有地產生之雜散光成分的雜散光圖案,在各量測時,因應於其狀況修正雜散光圖案(即,推測雜散光頻譜)後,從量測頻譜減去該雜散光頻譜,藉此,算出減少雜散光成分的影響之被量測物的分光特性(頻譜)。又,與雜散光修正同時亦藉暗修正減少在光檢測器所流動之暗電流等的影響。藉這些修正,可更高精度地取得被量測物之頻譜。
藉由依此方式因應於所射入之被量測光動態地修正雜散光圖案,可更正確地推測因應於量測光源之變化的雜散光頻譜。若依據本發明者們的知識,成為雜散光之主要原因之0階光的強度,即被量測光之總能量係因各光源而異,所產生之雜散光的頻譜亦會變化,但是基本之雜散光圖案係根據分光器及光檢測器等之位置關係所決定而不變。因此,根據關於波長的變化量(傾斜),評估0階光的影響,再從其評估結果在振幅方向擴大或縮小雜散光圖案,而且進行偏置值修正,藉此,可更正確地推測因應於光源之雜散光頻譜。
又,若依據本實施形態,因為從所測量之雜散光頻譜算出雜散光圖案,所以與以近似函數等定義修正圖案的構成相異,不必按照分光特性量測裝置1之種類設定參數等。
又,若依據本實施形態,在光檢測器25之檢測面,設置被量測光不會射入之區域(修正區域25a)、與被量測光所
射入之區域(有效檢測區域25b),並根據在修正區域25a之檢測結果,算出雜散光頻譜。因此,在一般量測,因為不需要更換內部截止濾波器等之機械性動作,而且使用在量測頻譜之檢測同同檢測出之信號強度,算出雜散光頻譜,所以可縮短處理時間。換言之,可一面避免處理時間之增大,一面進行雜散光修正,而可進行更高精度之量測。
又,若依據本實施形態,因為在各量測推測因應於其狀況的雜散光頻譜,所以即使環境(例如温度)在短時間內大為變化的狀況,亦可穩定地進行高精度之量測。
又,若依據本實施形態,在取得雜散光圖案時,藉由使用複數個外部截止濾波器,在確認在對象之量測器本體所產生之雜散光頻譜的範圍後,可取適當之外部截止濾波器及雜散光圖案。
根據上述的說明,將明白關於根據本實施形態之分光特性量測裝置之除此以外的優點。
詳細地說明並表示本發明,但是這只是舉例表示,不可當成限定,顯然地可理解發明之範圍係根據附加之申請專利範圍所解釋。
100‧‧‧處理裝置
25‧‧‧光檢測器
25a‧‧‧修正區域
25b‧‧‧有效檢測區域
202‧‧‧減法部
204‧‧‧底位置探索部
206‧‧‧雜散光圖案產生部
210‧‧‧記憶部
222‧‧‧減法部
224‧‧‧緩衝器
226‧‧‧比率算出部
230‧‧‧乘法部
228‧‧‧高度修正值算出部
232‧‧‧加法部
h‧‧‧高度修正值
1/b‧‧‧比率之倒數
234‧‧‧減法部
Claims (10)
- 一種分光特性量測裝置,包括:分光器,係因應於波長使所射入之光在空間上分散;及檢測部,係用以對藉該分光器所分散的光進行受光;該檢測部係包含:第1波長範圍之成分所射入的第1檢測區域;及比該第1波長範圍更長波長側之第2波長範圍之成分所射入的第2檢測區域;又包括:濾波器,係配置於該分光器之前段,並用以截止該第1波長範圍;及記憶部,係用以記憶表示在該檢測部所產生之雜散光的雜散光圖案;該雜散光圖案係從在該檢測部檢測出在該第2波長範圍中之長波長側之一部分的波長範圍具有強度之基準光的結果所取得者;又包括用以修正因量測對象之光而在該檢測部所產生之雜散光的修正部;該修正部係根據關於該雜散光圖案之在該第1波長範圍之波長的第1變化量、與關於該檢測部之在該第1檢測區域所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正該雜散光圖案,藉此,算出因該量測對象之光所產生的雜散光成分。
- 如申請專利範圍第1項之分光特性量測裝置,其中該修正部係根據該第1變化量及該第2變化量,使該雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小。
- 如申請專利範圍第2項之分光特性量測裝置,其中該修正部係因應於該已擴大或縮小之雜散光圖案與檢測出該量測對象之光所得的量測頻譜之在該第1波長範圍的振幅差,進行該已擴大或縮小之雜散光圖案的偏置值修正。
- 如申請專利範圍第1項之分光特性量測裝置,其中該修正部係將該雜散光圖案修正成在該第2波長範圍,檢測出該量測對象之光所得的量測頻譜與其波形一致。
- 如申請專利範圍第1項之分光特性量測裝置,其中該第1及第2變化量係包含關於波長之傾斜。
- 一種分光特性量測方法,包含:入射步驟,係對分光器被賦予關聯,並包含構成為第1波長範圍之成分所射入的第1檢測區域、與比該第1波長範圍更長波長側之第2波長範圍之成分所射入的第2檢測區域的檢測部,使在該第2波長範圍具有強度之量測對象的光射入;及修正步驟,係對該檢測部之檢測結果,修正因該量測對象之光所產生的雜散光成分;該修正步驟係包含讀出表示在該檢測部所產生之雜散光的雜散光圖案的步驟,該雜散光圖案係從在該檢測部檢測出在該第2波長範圍中之長波長側之一部分的波長範圍具有強度之基準光的結果所取得者;又包含算出步驟,係根據關於該雜散光圖案之在該第1波長範圍之波長的第1變化量、與關於該檢測部之在該第1檢測區域所檢測出的結果所含之波長的第2變化量,修正 該雜散光圖案,藉此,算出因該量測對象之光所產生的雜散光成分。
- 如申請專利範圍第6項之分光特性量測方法,其中該修正步驟係包含根據該第1變化量及該第2變化量,使該雜散光圖案在振幅方向擴大或縮小的步驟。
- 如申請專利範圍第7項之分光特性量測方法,其中該修正步驟係包含因應於該已擴大或縮小之雜散光圖案與檢測出該量測對象之光所得的量測頻譜之在該第1波長範圍的振幅差,進行該擴大或縮小之雜散光圖案的偏置值修正的步驟。
- 如申請專利範圍第6項之分光特性量測方法,其中該修正步驟係包含將該雜散光圖案修正成在該第2波長範圍,檢測出該量測對象之光所得的量測頻譜與其波形一致的步驟。
- 如申請專利範圍第6項之分光特性量測方法,其中該第1及第2變化量係包含關於波長之傾斜。
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