JP2006250833A - 分光測定装置の温度補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを用いて周囲温度を直接に検出することなく、測定した分光波形の温度補償を行うことのできる分光測定装置を提案すること。
【解決手段】分光測定装置１の温度補償回路３では、メモリ１１に既知の温度における分光波形が基準波形Ａとして記憶されており、この基準波形Ａと、測定時に得られる分光波形Ｂとを、最小二乗法を用いて、合わせ込みを行って、その波長軸方向への波形シフト量ｄＨを求め、測定対象物から得られる測定分光波形に対して、波形シフト量ｄＨだけ、当該波形シフト量とは反対方向に波形シフトさせる補正処理を行って、当該測定分光波形から温度変化に起因する誤差を除去する。
【選択図】図５

Description

本発明は、一次元イメージセンサを用いた分光特性測定装置における環境温度変化に対する温度補償方法に関するものである。

一般に、分光測定装置は周囲温度の影響を受けやすく、光学部品および光学部品を取り巻く他の部品やベース基板などが熱収縮または熱膨張することにより、光軸ずれが発生するなどして誤差が生じ易い。このため、従来では、分光測定装置に温度センサを取り付けて温度特性の補償が行われている。

このような方法は、大きく分けて二つの方法に分類することができる。その一つは、温度センサから取得したデータを元に、関数を作成し、この関数を用いて温度補償を行う方法である。もう一つは、特許文献１に開示されているように、温度変化量と分光波形の波長方向の変化量の対応テーブルを予め記憶しておき、温度センサによって検出された温度変化に基づき、対応テーブルを参照して測定分光波形の温度補償を行う方法である。

いずれの方法においても、分光測定装置の温度変化に伴う測定分光波形の波長軸方向へのずれを無くすために、温度センサにより周囲温度を検出する構成が採用されている。
特開平９−１５０４８号公報

本発明の課題は、温度センサを用いることなく、温度補償を行うことのできる分光測定装置の温度補償方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、一次元イメージセンサを用いて分光特性を測定する分光測定装置の温度補償方法であって、
既知の環境温度において取得される照射光の分光波形を、温度補償用の基準波形として記憶する基準波形取得工程と、
所定の時点において前記照射光の分光波形を取得する補正量算出用分光波形取得工程と、
取得した前記分光波形の前記基準波形に対する波長軸方向の波形シフト量を算出する波形シフト量算出工程と、
前記照射光を測定対象物に照射して得られる測定分光波形に対して、算出した波形シフト量だけ、当該波形シフト量とは反対方向に波形シフトさせる補正処理を施す補正工程とを含むことを特徴としている。

ここで、補正量算出用分光波形取得工程は、実際の計測工程の直前あるいは直後に行うようにすればよい。

また、前記波形シフト量算出工程では、前記波形シフト量を、前記照射光の分光波形における特定波長域に現れる一ヶ所のピーク値を含む所定の波長帯域において、前記基準波形と前記分光波形の合わせ込み演算を行うことにより算出することができる。合わせ込み演算としては、一般に、最小二乗法を採用すればよい。

次に、本発明は、上記の方法により測定データの温度補償を行う分光測定装置であって、
前記基準波形を記憶保持しているメモリと、
前記基準波形を前記分光波形と比較して前記波形シフト量に対応する補正量を算出する補正量演算部と、
測定対象物から得られる測定分光波形を、前記補正量を用いて補正する測定データ補正部とを有していることを特徴としている。

本発明では、一次元イメージセンサから得られる照射光の分光波形が周囲温度変化に起因して波長軸方向にシフトすることに着目し、計測時などにおける当該分光波形の波形シフト量を算出し、これに基づき、測定対象物から得られる測定分光波形を補正している。

したがって、従来のように直接に周囲温度を計測するための温度センサが不要であり、また、温度センサの出力に基づく解析処理も不要となる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した温度補償機能付きの分光測定装置を説明する。

図１は本例の分光測定装置を示す概略構成図であり、図２は一次元イメージセンサの受光面を示す説明図である。分光測定装置１は、分光器２と、分光器２によって得られる分光波形に対して温度補償を施すための温度補償回路３とを有している。

分光器２は一般的なものであり、Ｘｅランプなどの光源４を備え、ここから射出された光が入射スリット５を通り光量補正フィルタ６を通過して光量補正された後に、回折格子７の回折面を照射するようになっている。回折格子７に入射した照射光は、回折作用を受けて、各波長のスペクトル光に分光され、一次元イメージセンサ８の受光面８ａに入射する。一次元イメージセンサ８は、その画素の配列方向が回折格子７による回折方向に一致するように配置されている。

データ処理回路３は、メモリ１１と、補正量演算部１２と、測定データ補正部１３とを備えている。メモリ１１には、既知の温度下において測定された光源４の分光波形が基準波形Ａとして記憶保持されている。補正量演算部１２は、計測時の直前などにおいて、一次元イメージセンサ８によって取得された分光波形が供給され、メモリ１１に保持されている基準波形Ａと当該分光波形Ｂを比較して、波長軸方向の波形シフト量を算出する。そして、算出した波形シフト量ｄＨに対応する補正量を測定データ補正部１３に供給する。測定データ補正部１３は、計測時において一次元イメージセンサ８から供給される測定対象物の測定分光波形に対して、算出された補正量を用いて補正を施す。

図３は分光波形の一例を示す波形図であり、図４はその一つのピーク位置を含む波長域を取り出して示す拡大波形図である。図５は、本例による温度補償動作を説明するための波形図である。

これらの図を参照して、本例のデータ処理回路３による温度補償動作を説明する。まず、図３に示すように、一次元イメージセンサ８を照射する光源４からの照射光の分光波形には、特定波長においてピーク値が現れる。図４には、このピーク値が現れる特定波長を含む波形部分を拡大して示してある。このような分光波形は、温度変化に起因して、波長軸方向にシフトすることが知られている。

例えば、図５に示すように、既知の温度において取得された基準波形Ａに対して、測定時において取得された分光波形ＢがｄＨだけ波長軸方向にシフトしているものとする。本例の補正量演算部１２では、基準波形Ａのピーク位置Ｔを基準として左右に−ｄλ、＋ｄλの波長帯域Ａを取り、この範囲において、双方の波形の合わせ込み演算を行い、その波形シフト量ｄＨを算出している。

すなわち、分光波形Ｂを波長軸方向にｄｔずつシフトさせながら、双方の波形における各波長の誤差量をｄＮとし、範囲Ａにおける誤差量の二乗の和を次式（１）により求める。そして、求まった各値Ｓｕｍ（ｎ）における最小値が得られる波形シフト量を補正量ｄＨとして採用する。

例えば、吸光分光測定の場合には、測定対象物を光量調整フィルタ６と回折格子７の間の光路上に入れ、測定対象物の透過光の分光波形を取得する。取得された測定分光波形は、測定データ補正部１３において、算出した波形シフト量ｄＨだけ、当該波形シフト量とは反対方向に波形シフトさせる補正処理が施される。この結果、温度変化に起因する誤差が除去された分光波形データが得られる。

本発明を適用した分光測定装置の概略構成図である。 一次元イメージセンサの受光面を示す説明図である。 分光波形の一例を示す波形図である。 図３の分光波形におけるピーク値が表れる部分を拡大して示す拡大波形図である。 図１の分光測定装置における温度補償動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１ 分光測定装置
２ 分光器
３ 温度補償回路
４ 光源
５ 入射光スリット
６ 光量調整フィルタ
７ 回折格子
８ 一次元イメージセンサ
１１ メモリ
１２ 補正量演算部
１３ データ補正部
Ａ 基準波形
Ｂ 温度変化によりシフトした分光波形

Claims (5)

1. 一次元イメージセンサを用いて分光特性を測定する分光測定装置の温度補償方法であって、
   既知の環境温度において取得される照射光の分光波形を、温度補償用の基準波形として記憶し、
   所定の時点において前記照射光の分光波形を取得し、
   取得した前記分光波形の前記基準波形に対する波長軸方向の波形シフト量を算出し、
   前記照射光を測定対象物に照射して得られる測定分光波形に対して、算出した波形シフト量だけ、当該波形シフト量とは反対方向に波形シフトさせる補正処理を施すことを特徴とする分光測定装置の温度補償方法。
2. 請求項１において、
   前記波形シフト量を算出するための前記分光波形の取得を、測定の直前あるいは直後に行うことを特徴とする分光測定装置の温度補償方法。
3. 請求項１または２において、
   前記波形シフト量を、前記照射光の分光波形における特定波長域に現れる一ヶ所のピーク値を含む所定の波長帯域において、前記基準波形と前記分光波形の合わせ込み演算を行うことにより算出することを特徴とする分光測定装置の温度補償方法。
4. 請求項３において、
   前記合わせ込み演算は最小二乗法であることを特徴とする分光測定装置の温度補償方法。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載の方法を用いて温度補償を行う分光測定装置であって、
   前記基準波形を記憶保持しているメモリと、
   前記基準波形を前記分光波形と比較して前記波形シフト量に対応する補正量を算出する補正量演算部と、
   測定対象物から得られる測定分光波形を、前記補正量を用いて補正する測定データ補正部とを有していることを特徴とする分光測定装置。

Images