JPH02287124A - スペクトルの合成方法およびそれに用いるスペクトル合成装置 - 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〉 本発明は波長領域が一部重なった２つのスペクトルを合
成する方法、およびそれに用いるスペクトル合成装置に
関する。

〈従来の技術〉 光源のスペクトル、または試料を透過もしくは反射した
光のスペクトルを得るには、回折格子等の分散素子を用
いて光を分散させ、分散した光の焦点面にフォトダイオ
ードアレーを配置し、このフォトダイオードアレーの１
次元出力信号を電気的に処理する方法が採用される。

ところで、回折格子は、平面または凹面上に間隔の細い
溝が多数ならんでいるのであるから、その回折角の範囲
は、プリズム分光器と比較して広い。したがって、１つ
のフォトダイオードアレーては、所望の波長範囲を納め
ることはできないことがあり、フォトダイオードアレー
あるいは回折格子を動かして波長域を変えながら複数回
測定をし、測定後、各スペクトルの端部と端部とを重ね
合わせて１枚のブロードなスペクトルを得る方法が行わ
れている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記のように波長域を変えて複数回撮像する
場合、次のような問題が起こる。

まず、フォトダイオードアレーや回折格子を動かすと、
回折角（回折格子と、回折格子から出た分散光とのなす
角）が変ってしまい、フォトダイオードアレー上の単位
長さΔノ当たりの波長変化量（Δλ／Δ））が変化する
。このため、各スペクトルの端部と端部とを重ね合わせ
る時に、スペクトルの波形が正確に一致せず、この不一
致がスペクトル波形の誤差となって現われていた。

また、フォトダイオードアレーや回折格子を動かすとき
に、ねじやカム機構を用いるため、ねじの送り方向やカ
ムの回転方向によってバックラッシュが生じてしまい、
測定波長にずれ（Δλ）が生じることもある。

その他、回折格子の表面形状の誤差、溝間隔の誤差、コ
リメータを用いた時にはコリメータの収差、フォトダイ
オードアレーを構成する各素子の波長感度特性の違い等
が原因して、スペクトルの重ね合せを困難にしていた。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって
、スペクトル信号を処理することによって、スペクトル
を正確に重ね合せることができるスペクトルの合成方法
、スペクトル合成装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段および作用〉上記の目的を
達成するための本発明のスペクトルの合成方法は、波長
の重なり領域において両者の波形が最も類似するよう、
一方または双方のスペクトルの端点を波長方向にずらせ
、スペクトルの波長較正点を基準にして、上記端点にお
けるずれの量を配分して、スペクトルの全体を波長方向
′に伸縮することにより２つのスペクトルを合成する方
法である。

また、本発明のスペク！・ル合成装置は、サンプルから
の光を分散させる分光器と、分光器により分散された光
束を検知する受光検知手段と、サンプル光、分光器、受
光検知手段の相対位置関係をずらせることにより、同一
のサンプル光について波長域の一部重なった少なくとも
２つのスペクトルを取得させる移動手段と、受光検知手
段により得られる複数のスペクトルの波長の重なり領域
において両者の波形が最も類似するよう、一方または双
方のスペクトルの端点を波長方向にずらせる量を決定す
るとともに、スペクトルの波長較正点を基準にして、上
記端点におけるずれの量を配分して、スペクトルの全体
を波長方向に伸縮する波長補正手段と、上記波長補正手
段により補正されたスペクトルを基にして２つのスペク
トルを合成する合成手段とを有するものである。

上記のスペクトルの合成方法、スペクトル合成装置によ
れば、波長の重なり領域において両者の波形が最も類似
するよう、一方または双方のスぺクトルの端点を波長方
向にずらせることにより波長のずれをなくし、スペクト
ルの波長較正点を基準にして、上記端点におけるずれの
量を配分して、スペクトルの全体を伸縮させることがで
きる。これにより２つのスペクトルの波長のずれ（Δλ
）とスケールの相違（Δλ／ΔＪ）とを合わせることが
できる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図に示される波形（ｓｌ）は波長λｌＯを中心とし
て、λ１１からλ１３まで広がったスペクトルを示し、
波形（Ｓ２）は波長λ２０を中心として、λ２１からλ
２３まで広がったスペクトルを示す。スペクトル（Ｓｌ
）の端の波長λ１３は、スペクトル（Ｓ２）の波長λ２
２と等しく、スペクトル（Ｓ２）の端の波長λ２１は、
スペクトル（８１）の波長λ１２と等しく、両スペクト
ル（８１）（Ｓ２）は、端の波長領域（λ１２〜λ１３
と、λ２１〜λ２２）において重なっている（以下、こ
の領域を「重なり領域Ｗ」という）。

しかし、スペクトル（Ｓｌ）の波長λ１０は較正されて
いる（波長較正点という）が、それ以外の波長は、波長
較正点から離れるに従って実際の波長とずれが生じてい
る。また、スペクトル（Ｓ２）も、波長λ２０では較正
されているが、それ以外の波長は、波長較正点から離れ
るに従って実際の波長とずれが生じている。

このため、λ１２における波形がλ２１における波形と
等しいとは限らず、λ２２における波形がλ１３におけ
る波形と一致するとは限らない。

そこで、本実施例では、重なり領域Ｗにおいて、両スペ
クトルを比較し、波形が最も類似するように、一方また
は双方の波長をずらせ、強度を合わせることとした。

まず波長をずらせるには、次式に示すように、スペクト
ル（８１）の強度Ｓｔ（λ）に対してスペクトル（Ｓ２
）の強度Ｓ２（λ）をΔλずらせ両者の差が重なり領域
にわたって最小となるずれの量Δλ１ｎを求める。

Σ　Ｉ　Ｓｌ（λ）−３２（λ＋Δλ）　１　　■そし
て、スペクトル（Ｓ２）の端λ２２をΔλ−Ｉｎだけず
らせ、波長較正点λ２０を基準にしてΔλ１ｎを比例配
分してスペクトル（Ｓ２）の全体を横に伸縮する。伸縮
されたスペクトルを　（Ｓ２’）とする。

なお、上記０式に変えて、次式■を用いて、スペクトル
強度の積が最大になるずれの量Δλｓｉｎを求めてもよ
い。

Σｓｉ（λ）　Ｓ２（λ＋Δλ）　　　　′　■次にス
ペクトルの強度補正をするには、第２図の重なった領域
λ２１〜λ１３における、スペクトル（Ｓｌ）の強度Ｓ
ｔ（λ）の総和と、スペクトル（８２’）の強度Ｓ２°
（λ）に係数αを乗じたαＳ２°（λ）の総和とを一致
させる。すなわち、 λ２Ｉ〜λＩ３ とが一致するように係数αを定め、このαをスペクトル
強度Ｓ２°（λ）の全体に掛ける。このαを掛けたもの
をスペクトル（３２″）とする。

この結果、第２図に示すように波長λ１２〜λ２１〜λ
１３〜λ２２にわたって、スペクトル（ＳＬ）とスペク
トル（９２”）とは、波長、強度の両方において一致す
る。

なお、上記の手順において分光スペクトル（Ｓｌ）（Ｓ
２）を得た段階で、リファレンスサンプル等を用いてす
でに強度補正がなされていれば、式■１■の強度補正は
改めて行う必要はない。

重ねるべきスペクトルの数が３つ以上（３１）（Ｓ２）
（８３）　（８４）・・・あるときは、第３図に示すよ
うに、スペクトル（８１）とスペクトル（Ｓ２）との重
ね合わせ手順（Ａ）を実行し、その結果とスペクトル（
Ｓ３）とを重ね合わせ、その結果とスペクトル（Ｓ４）
とを重ね合わせる等の手順を順次繰り返せばよい。

第４図は、以上に述べたスペクトルの重ね合せ方法を実
施するスペクトル合成装置を示す。スペクトル測定対象
であるサンプル（１１）からの光（ａ１定対象は光源で
あってもよく、サンプルの透過光や反射光であってもよ
い）は、コリメータレンズ（１２）、スリット（Ｉ３）
を通過し、凹面回折格子（１４）により分散され、ロー
ランドの円（Ｒ）上に配置されたフォトダイオードアレ
ー（１５）に入射する。フォトダイオードアレー（１５
）は例えば５１２個の受光素子で構成され、各受光素子
の出力信号は、増幅器（１６）により増幅される。そし
て、コントローラ（１７）に内蔵するメモリ（３１）に
蓄えられ、必要に応じて表示器（１８）に表示される。

上記のフォトダイオードアレー（１５）は、限定された
波長域のスペクトルしか１度に得られないので、例えば
コリメータレンズ（１２）、スリット（１３）、凹面回
折格子（１４）からなる光学系を図中矢印のように移動
させて、複数の波長域のスペクトルを得ることができる
ように、移動手段（例えば回転台や送りねじ）が設けら
れている。

コントローラ（１７）は、各スペクトルデータが蓄えら
れたメモリ（３１）からデータを取り出し、すでに述べ
た手順により波長重ね合せを行う手段（３２）と、強度
補正を行う手段（３３）とを有している。各手段（３２
）　＜３３）は、具体的にはコンピュータの計算ソフト
ウェアにより実現されるものである。

強度補正を行う手段（３３）で得られた合成スペクトル
は、メモリ（３１）に蓄えられるとともに、必要に応じ
て表示器（１８）に表示される。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、スペクトル合成方法においては、双方のスペ
クトルをずらせて重ね合わせることも可能である。この
ときは、スペクトル（ＳＬ）のずれの量ΔλＬａｔｉｎ
と、スペクトル（Ｓ２）のずれの量Δλ２ａ＋Ｉｎを求
め（例えば、−Δλｌ＋ｍ１ｎ−Δλ２ｒＡｌｎ−Δλ
１ｎ／２とすればよい。）、これらのずれの量に基づき
、各スペクトル（ｓｒ）　（Ｓ２）の波長較正点λ１０
．λ２０を基準にしでに、それぞれのスペクトル（８１
）（８２）の全体を横に伸縮する。

また重ねるべきスペクトルの数が３つ以上（Ｓｔ）（Ｓ
２）　（Ｓ３）　（９４）・・・あるときは、スペクト
ル（Ｓｌ）とスペクトル（Ｓ２）との重ね合わせ、スペ
クトル（Ｓ３）とスペクトル（Ｓ４）との重ね合わせ等
をそれぞれ行い、各結果を重ね合わせるようにしてもよ
い。

第４図に図示したスペクトルの重ね合せ装置における、
コリメータレンズ（１２Ｌスリツト（１３）、凹面回折
格子（■４）等は、公知例からの例示であり、この他に
平面回折格子を用いたりする等の変更が可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明のスペクトルの合成方法、スペク
トル合成装置によれば、波長の重なり領域においてスペ
クトル波形が最も類似するように波長をずらせ、かつ、
スペクトル全体を当該波長のずれの量に応じて伸縮でき
るので、両スペクトルの波長のずれをなくし、波長スケ
ールを合わせることができ、広い波長範囲にわたって波
形歪みのない正確なスペクトルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合成しようとする２つのスペクトル波形を示す
図、 第２図は合成されたスペクトルの波形を示す図、第３図
は３つ以上のスペクトルの合成方法を説明する図、 第４図はスペクトル合成装置のブロック図である。 （８１）（Ｓ２）・・・スペクトル、 Ｗ・・・波長の重なりあう領域、 λｌＯ１λ２０・・・スペクトルの波長較正点、Δλａ
ｉｎ・・・ずれの量 （１４）・・・回折格子分光器、 （１５）・・・フォトダイオードアレイ、（３２）・・
・波長補正手段、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波長領域が一部重なった２つのスペク トルを合成する方法において、 波長の重なり領域において両者の波形 が最も類似するよう、一方または双方の スペクトルの端点を波長方向にずらせ、 スペクトルの波長較正点を基準にして、 上記端点におけるずれの量を配分して、 スペクトルの全体を波長方向に沿って伸 縮することにより２つのスペクトルを合 成するスペクトルの合成方法。 ２、サンプルからの光を分散させる分光器 と、分光器により分散された光束を検知 する受光検知手段と、サンプル光、分光 器、受光検知手段の相対位置関係をずら せることにより、同一のサンプル光につ いて波長域の一部重なった少なくとも２ つのスペクトルを取得させる移動手段と、 受光検知手段により得られる複数のスペ クトルの波長の重なり領域において両者 の波形が最も類似するよう、一方または 双方のスペクトルの端点を波長方向にず らせる量を決定するとともに、スペクト ルの波長較正点を基準にして、上記端点 におけるずれの量を配分して、スペクト ルの全体を波長方向に伸縮する波長補正 手段と、上記波長補正手段により補正さ れたスペクトルを基にして２つのスペク トルを合成する合成手段とを有すること を特徴とするスペクトル合成装置。 ３、請求項１記載の手順に従ってスペクト ルの全体を波長方向に沿って伸縮した後、 共通波長領域において、各スペクトルの 積分値が同一になるようにスペクトルの 強度補正を行うスペクトルの合成方法。 ４、波長補正手段により補正されたスペク トルを、各スペクトルの積分値が同一に なるように強度補正するスペクトルの強 度補正手段をさらに備えた請求項２記載 のスペクトル合成装置。